JPH0257997A - 燃料集合体の下部タイプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料集合体に係り、特に下部タイプレートの入
口ノズル内のディフューザ背後に生ずる後流領域の整流
化に好適なディフューザ構造に関する。

〔従来の技術〕

ＢＷＲ用燃料集合体は第２図に示すように複数本の燃料
棒１．ウォータロッド２、これらを規則的に配列して整
列支持するスペーサ３．各燃料棒１及びウォータロッド
２の上部端栓を支持する上部タイプレート４．下部端栓
を支持する下部タイプレート５．各燃料棒１及びウォー
タロッド２を下部タイプレート５の下方へ押し付けるた
めに上部端栓部に取り付けられているスプリング６及び
これら各部材で組立てられた燃料バンドル７を収容する
チャンネルボックス８で構成されている。

下部タイプレート５の下端は再循環水（冷却材）が流入
する入口ノズル９となっている。また、チャンネルボッ
クス８内側と下部タイプレート５の側面との間隙にはフ
ィンガースプリング（図示せず）が挿入されている。第
３図には、従来の下部タイプレートの構造を示す。図に
示すように、入口ノズル９内には電球形状をしたディフ
ューザ１０が設けられている。下部タイプレート５内に
ディフューザ１０が置かれていると、■このような物体
を入口ノズル９の流れの中に置くと、流れ方向に一流体
抵抗（圧力抵抗と摩擦抵抗）が生じ、この抵抗分に相当
するが圧力損失が生じること。

■タイプレート５内壁面とディフューザ１０との環状部
の流路１２は下流側へ行くにしたがって流路断面積が拡
がっており、流れが徐々に減速されて、これにともなっ
て圧力損失（拡大損失）が発生している。したがって、
ディフューザ１０が無い場合に比較して、タイプレート
内は前述の二つの圧力損失が増えていることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の下部タイプレートでは、ディフューザの
背後に生ずる後流域の挙動について配慮が十分になされ
ておらず、タイプレート内の流動状況（圧力変動）に、
三つの問題点があると考えられた。一つは、流れの中に
置かれたディフューザの背後では複雑な渦流が形成され
、この速度の低い領域は次第に幅が広くなって大きな後
流域を作り、次には下流側へ周期的に流れていく。この
後流域のはがれに伴ってタイプレート内の圧力は周期的
に変動するため、熱水特性が非定常的な不安定を示すよ
うになる。二つには、前述したようにディフューザ背後
の後流は渦流の集団℃形成されているので、渦の中心付
近は負圧になっている。

このために、局所的に減圧沸騰（キャビテーション）が
起る可能性がある。残りは、ディフューザの流れ方向に
働く流体抵抗、すなわち抵抗係数は第４図に示すように
レイノルズ数（ディフューザ径を代表径とする）によっ
てその値が異なることが知られている。レイノルズ数が
＞２Ｘ１０’になるとディフューザ表面の境界層内の流
れが層流から乱流に遷移するため抵抗係数は急激に減少
する（図中Ａ点）。炉心出力が定格付近では、丁度レイ
ノル数が２　Ｘ　１０２１前後となり、抵抗係数が急変
する領域に入る。すなわちタイプレート内の流動が不安
定になると思われる。

本発明の目的は、入口ノズル内に置かれたディフューザ
の背後に後流域が存在しないようにして、タイプレート
内の流動変動を整流し、チャンネル安定性の向上を目指
すものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ディフューザの上流側とディフューザの下
流側、すなわちディフューザの背後を連絡する貫通孔ま
たは開口部を設けることにより、達成さ・れる。

〔作用〕

前述したように、入口ノズルの流れの中に置かれたディ
フューザはその表面には境界層が生じ、これが後方に流
れ出てディフューザ背後に速度の小さい渦流域が生じる
。これが後流または剥凧流れである。

そこで、ディフューザに設けた貫通孔から上流側の高圧
水（冷却材）を噴流で後流域に吹き付けて加速を与えて
下流側へ流出してやる。このようにすれば、ディフュー
ザ背後には後流域は形成されなくなり、周期的な流動変
動も発生しない。また、ディフューザ背後に後流域が存
在しなければ抵抗係数は、レイノルズ数が大きくなって
も急変するようなことはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図と第２図により説明す
る。まず、第２図において燃料集合体の構成について説
明を行う。

燃料集合体は、ウランペレットを被覆管に密封した燃料
棒ｌを正方格子状に配列し、それを上部４と下部タイプ
レート５およびスペーサ３によって支持した燃料バンド
ル７とチャンネルボックス８から構成されている。燃料
棒１の配列は、長さ方向の７個所に配したスペーサ３に
よって水平方向に弾性支持されている。スペーサ３によ
る燃料棒の保持力は小さいので、燃料棒１は温度変化に
伴って自由に伸縮し、その長さの変化を自由に吸収でき
るスプリング６を介して、上部タイプレート４に取り付
けられている。

チャンネルボックス８は１組み立てられた集合体に上部
より脱着できるようになっており、冷却材の流路を形成
するとともに、集合体に剛性を持たせる役目も持ってい
る。

次に、第１図により本発明を実施した下部タイプレート
の構造を説明する。下部タイプレート５はステンレス鋼
の一体鋳造品であるが、燃料棒１の下部端栓を保持する
支持板１１の部分と冷却材をチャンネルボックス８内の
燃料棒１間へ導く入口ノズル９部分で構成されている。

入口ノズル９内の中央位置にはディフューザ１０が固定
されている。ディフューザ１０には１本発明のディフュ
ーザ上流側とディフューザの背後を連絡する貫通孔１５
が設けられている。貫通孔１５の大きさは。

ディフューザ１０の背後に生じる後流域を十分に加速さ
せることができる噴流速度が得られる形状である。

入口ノズル９から流入する冷却材の主流は、ディフュー
ザ１０の前縁に衝突し、そしてディフューザ表面に沿っ
て流れ、次にタイプレート内壁面とディフューザ１０と
の環状流路１２へ流入する。

この環状流路１２は下流側へ行くにしたがって流れの断
面積は拡大している。このため主流の流速は徐々に減速
され、圧力エネルギに変換されていく。したがって、流
路面積の拡大率が大きい場合は流れのはがれが起り圧力
回収効率は低くなり、圧力損失が増える。したがって、
流路面積の拡大率を設定すれば、ある範囲内の圧力損失
は求めることができる。したがって、タイプレート内の
圧力損失は主に前述の抵抗損失と拡大損失であることが
わかる。これらの圧力損失はディフューザ形状または位
置を変えることによって変えることも可能である。

一方、入口ノズル９から流入した冷却材の一部はディフ
ューザ１０に設けた貫通孔１５の上流側から流入し、デ
ィフューザ１０の背後の後流域へ噴流となって流出する
。この噴流で後流域を加速し下流側へ流出させる。これ
により、ディフューザの背後には後流域はなくなり、周
期的な流動変動は起らない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下部タイプレート内の流動変動が整流
化されるので、チャンネル安定性、炉心の安定性及び燃
料の経済を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の下部タイプレートを示す断面
図、第２図は燃料集合体の構成を示す正面図、第３図は
従来の下部タイブレー１−を示す断面図、第４図はディ
フューザの抵抗係数をレイノル数との関係で示した特性
図である。 １・・・燃料棒、３・・・スペーサ、５・・・下部タイ
プレート、８・・・チャンネルボックス、９・・入口ノ
ズル、１０・・・ディフューザ、１２・・・環状流路、
１５・−・貫通孔。 、〆］ 代理人　弁理士　小用勝カッ・□ 第１　口 第２図 察 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数本の燃料棒が、上部タイプレート、スペーサ、
   下部タイプレートにより結合されている燃料バンドルと
   これを収容するチャンネルボックスで構成された燃料集
   合体において、上記下部タイプレートの入口ノズル内の
   ディフューザに、そのディフューザの上流側とディフュ
   ーザの後流とを連絡する貫通孔を設けたことを特徴とす
   る燃料集合体。