JPH0352594B2

JPH0352594B2 -

Info

Publication number: JPH0352594B2
Application number: JP56037746A
Authority: JP
Inventors: Niirundo Orofu
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1981-03-16
Publication date: 1991-08-12
Also published as: SE8002079L; JPS56143991A; US4416852A; SE420779B; CA1147872A; DE3108399C2; DE3108399A1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は沸騰水型原子炉が用いる燃料集合体に
係り、燃料ボツクスと、複数個のスぺーサ装置
と、これらスぺーサ装置により燃料ボツクスル内
に定置された複数個の垂直燃料棒とを有する燃料
集合体に関する。

（従来の技術）このような型の燃料集合体は例えば米国特許第
3697375号明細書に開示されている。この従来の
燃料集合体においては、１つのスぺーサ装置は分
割されることなく、燃料ボツクスの或るレベルに
位置しており、そのレベルにおける燃料ボツクス
の全体の断面を横切つて配置されていた。従つ
て、燃料集合体の冷却水は、前記レベルを通過す
るためには必然的にスぺーサ装置を通過しなけれ
ばならなかつた。スぺーサ装置は複数のスぺーサ
セル（スぺーサ・グリツド・セル）で構成されて
おり、これらスぺーサセルを貫通して冷却水は流
れるようになつていた。

（発明が解決しようとする課題）従来の燃料集合体においては、燃料ボツクスの
或るレベルにおける全体の断面を横切つてスぺー
サ装置が配置されているので、冷却水はスぺーサ
装置の複数のスぺーサセルを貫通して流れなけれ
ばならず、必然的に圧力降下が大とならざるを得
なかつた。複数のスぺーサセルは貫通して流れる
冷却水に対して大なる抵抗となることは明らかで
あろう。

次に、従来の燃料集合体においては、前述した
ようなスぺーサ装置の配置、構造であるので、冷
却水が燃料集合体全体にわたつて均等に分配され
ないという問題が生じた。冷却水は必ずスぺーサ
装置のスぺーサセルを通過しなければならないの
で、スぺーサセルの配置に依存してどうしても流
れが不均等になつてしまうのである。かくて、燃
料集合体のうちの或る燃料棒の或る部分に対して
は冷却が不十分という事態が生ずる。冷却水が高
温になつた部分に接触すると蒸発されるのであつ
て、これがいわゆる“ドライアウト”である。こ
のドライアウトが生ずると燃料棒は大なる損傷を
受けてしまう。

次に、従来の燃料集合体においては、前述した
ようなスぺーサ装置の配置、構造であるから、緊
急冷却を行なうために、冷却水を燃料ボツクスの
上方から下方に向けて供給する場合に、供給され
た冷却水がスぺーサ装置のところで流れが抵抗さ
れて、急速に下方に向かつて流れ下れないという
問題があつた。かくては、緊急冷却の目的を十分
に達成させることはできない。

更に、従来の燃料集合体においては、１つのス
ぺーサ装置が同一のレベルにおいて全部の燃料棒
を支持してしまつているから、燃料棒を部分的に
交換するということがむずかしかつた。必然的に
全部の燃料棒を交換するということになつてしま
つていた。

本発明は前述した型の燃料集合体において通常
の作動中における改良された冷却効果を得ること
を目的とする。

本発明は、また、燃料ボツクスルの軸線方向に
沿つてより一様に分布される冷却水の乱流を形成
し、局所的なドライアウトが生ずる危険を阻止す
ることを目的とする。

本発明は、更に、緊急冷却時において冷却水が
より急速に燃料ボツクス内を流下するようにする
ことを目的とする。

本発明は、また、通常の作動中ポンプで送給さ
れる冷却水の圧力降下を減少させることを目的と
する。

（課題を解決するための手段）本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体におい
て、複数個の垂直方向燃料棒と、四角形状の横断
面を有する燃料ボツクスと、該ボツクス内に前記
燃料棒を支持するための上部支持装置と下部支持
装置と、該上部及び下部支持装置の間に配置され
た複数のスぺーサ装置のグループと、を含み、前
記スぺーサ装置のグループの各々が、前記燃料ボ
ツクス内に前記燃料棒の全部を位置決めしてお
り、該スぺーサ装置のグループの各々は四分割ス
ぺーサ装置から成り、各四分割スぺーサ装置は複
数のスぺーサセルを含み、各四分割スぺーサ装置
における全てのスぺーサセルは同一のレベルに配
置されており、前記グループの各々における四分
割スぺーサ装置は、前記燃料ボツクスの相対応す
るコーナにおかれており、また、前記グループの
各々における四分割スぺーサ装置は前記燃料ボツ
クス内で少なくとも二つの異なるレベルに配置さ
れていることを特徴とする。

（発明の作用及び効果）本発明においては、燃料集合体を通つて垂直方
向上向きに冷却水が流れる場合、四分割スぺーサ
装置が配置されているところは流れに対する抵抗
が大となるから、冷却水は四分割スぺーサ装置が
配置されていない燃料ボツクスの断面部分をより
多く流れて、四分割スぺーサ装置が配置されてい
る場所の上方へは、この流れが廻り込んで浸入す
るというような現象が生ずる。冷却水は燃料ボツ
クス内のどの断面においても必らず自由に流れ得
る（すなわち、スぺーサセルによつて抵抗されな
いで自由に流れ得る）流路が準備されていること
になる。従つて、冷却水は燃料ボツクスの軸線に
沿つてうねるような、また旋回するような流れと
なつて、燃料集合体を均一に冷却しドライアウト
の危険を防止する。更に、本発明によれば冷却水
に対する貫流抵抗は大巾に減少するから、ポンプ
で送給される冷却水の圧力降下は減少され、通常
の作動中における改良された冷却効果を得ること
ができる。

また、緊急事態において、蒸気が多量に燃料集
合体内に発生し、燃料集合体内の他の箇所よりも
スぺーサ装置内の方がより高い圧力になる傾向が
ある場合に、緊急冷却のため冷却水を上方から下
方に向けて供給すると、冷却水は四分割スぺーサ
装置が備えられていない自由な通路を通つて迅速
に燃料ボツクス内を流れ下つて燃料集合体を急速
に冷却することができる。この場合、四分割スぺ
ーサ装置の上下の部分には、流れ下る冷却水が廻
り込んで浸入しながら冷却するわけである。

更に、各スぺーサ装置を四分割スぺーサ装置と
したことにより、この各スぺーサ装置の他のグル
ープとの垂直方向の組み合わせを考慮することに
よつてスぺーサ装置に支持される全ての燃料棒を
たとえば1/2ずつ交換などのために取り出すこと
ができる。また、各四分割スぺーサ装置はそのス
ぺーサセルがすべて同一の高さにあり、単にその
寸法が小さくなつただけであるので製造も従来と
変わらず、本発明を実施することで、特別の加工
等の負担は生じない。

（実施例）以下付図を参照して本発明のより具体的な説明
を行なう。

第１図から第４図において、符号１は沸騰水型
原子炉の炉芯において垂直方向に配列される燃料
ボツクスを示している。燃料ボツクス１は燃料チ
ヤンネル１′と底部部分１″とからなつており、頂
部グリツド４、底部グリツド５並びに複数個の部
分的に配置された四分割スぺーサ装置６によつて
位置決めされた64個の燃料棒３を含んでいる。四
分割スぺーサ装置６は軸線方向に順次配列された
複数個のスぺーサ装置グループを構成するように
配設されており、各グループ内の四分割スぺーサ
装置６はいつしよになつて全ての64個の燃料棒３
を燃料集合体内に定置している。各スぺーサ装置
グループは４個の四分割スぺーサ装置６を有して
おり、各四分割スぺーサ装置６は第１図に見る如
き複数のスぺーサセルを含んでいる。各四分割ス
ぺーサ装置６における全てのスぺーサセルは同一
のレベルに配置されている。１つのスぺーサ装置
グループ内のそれぞれの四分割スぺーサ装置６
は、燃料集合体の各四半部分内に配され、かつ４
つの異なるレベルに配設されており、各四分割ス
ぺーサ装置６は16個の燃料棒３のみを定置せしめ
ている。第２図においては、異なる四半部分はそ
れぞれ文字Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤによつて示されてい
る。第１図に示される四分割スぺーサ装置６の最
上側のものは四半部分Ｂに存在しており、第２の
最上側四分割スぺーサ装置６は四半部分Ａ内に存
在している。（第１図には示していない）それ以
外の四分割スぺーサ装置は四半部分Ｄ及びＣ内に
存在しており、最下側の四分割スぺーサ装置は四
半部分Ｃ内に位置している。

例えば垂直方向上向きに流れる水流を考えてみ
る。その水流が任意のスぺーサ装置グループの最
下側の四分割スぺーサ装置が設けられている四半
部分と同一の四半部分中を流れていると仮定すれ
ば、この流れはこの四分割スぺーサ装置の抵抗の
故に幾分この四分割スぺーサ装置から偏倚し、そ
の四分割スぺーサ装置のレベルにおいて、四分割
スぺーサ装置が設けられていない近接した四半部
分内の燃料棒に沿つて流れようとするであろう。
その結果特定の特に高温である燃料棒には、比較
的低温度の燃料棒に沿つて上向きに流れつつある
冷却水が提供される。このように、供給された水
の一部がより少ない抵抗を示す通路を選択して流
れていくことを可能性にする、部分的に配置され
た四分割スぺーサ装置の構造によれば、同一数の
スぺーサセルを備えた慣用の構造にくらべて貫流
抵抗の合計が減少するという結果が得られる。

前述の四分割スぺーサ装置の配列の代りに、第
１０図、第１２図、第１６図及び第１８図に示す
構造の各々を用いることが出来る。なお、第９図
から第１８図において、第９図、第１１図、第１
３図、第１５図及び第１７図は、それぞれ燃料集
合体の四半部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが真の位置にある
状態を示しており、また、第１０図、第１２図、
第１４図、第１６図及び第１８図は、簡明のため
に四半部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを展開して並べて示し
ている。これらの図において、四分割スぺーサ装
置はＳおよびその添字によつて示してある。ま
た、Ｓに同じ添字を付して示されている四分割ス
ぺーサ装置は、同一のスぺーサ装置グループを構
成している。

本発明に係る燃料集合体によれば、燃料集合体
の燃料棒は部分的束に分割されており、燃料棒を
除去及び挿入する時に当該束を個別に処理するこ
とが可能である。この場合各四分割スぺーサ装置
は燃料棒の１つの部分束のみを保持するよう形成
される。部分束を形成することにより、当該部分
束間のギヤツプ内に補強装置を設けることが可能
となる。第５図から第７図はこの種の補強装置を
設けた燃料集合体の実施例を示している。

第５図及び第６図に示される本発明の燃料集合
体の実施例においては、燃料ボツクス２０の壁の
各々には単一の比較的長い垂直方向補強ストリツ
プ２１が形成されている。代替的に、各壁に内向
きに折られた板金部分を形成せしめるか又は順次
配設された複数個の垂直方向補強ストリツプを形
成せしめてもよい。燃料集合体の燃料棒は符合２
２で示されている。前記燃料集合体は中央の比較
的厚肉の水管２３を備えており、水管は２３は12
個のより薄肉の水管２４とともに十字形状をなし
て配列されている。四分割スぺーサ装置２９が配
置されているレベルとは別のレベル領域におい
て、前記水管２３及び２４は４つの波形の、実質
的Ｌ字形状のジルカロイ（商品名）バンド２５に
よつて互いに連結されており、バンド２５は互い
に溶接されるとともに好ましくは水管２３及び２
４にも溶接されている。かくて四分割スぺーサ装
置２９のレベルとは別のレベル領域に、十字形横
断面を有する支持部材２６で成る補強装置が形成
されている。バンド２５によつて形成されたスパ
イダの各アームは当該アームの端部に溶接された
ブロツク２７の助けにより相対応する補強ストリ
ツプ２１と剛固に機械的に連結される。ブロツク
２７は補強ストリツプ２１内の相対応する穴内に
挿入され、ストリツプ２１に溶接ジヨイント２８
で取付けられる。燃料ボツクス２０の各四半部分
内において、燃料棒２２は異なるレベルにおいて
配設された複数個の四分割スぺーサ装置２９によ
つて保持されており、かくて各四分割スぺーサ装
置２９は相対応する四半部分内に配設された燃料
棒２２のみを取囲み支持することになる。四分割
スぺーサ装置２９は例えば第９図及び第１０図に
示すように配設される。即ち第９図及び第１０図
においては、軸線方向に順次変位させて配列され
た４つの四分割スぺーサ装置が１つのスぺーサ装
置グループを構成し、そのスぺーサ装置グループ
が軸線方向に隔てられた位置に複数設けられてい
る。即ち第１０図において、４つの四分割スぺー
サ装置S₁が１つのスぺーサ装置グループを構成
し、他の４つの四分割スぺーサ装置S₂が異なるス
ぺーサ装置グループを構成している。同様に、四
分割スぺーサ装置S₃，S₄，S₅のそれぞれは、異な
るスぺーサ装置グループを構成している。

第７図及び第８図に示す実施例においては、燃
料集合体の燃料棒３１は燃料ボツクス３０によつ
て取囲まれており、燃料ボツクス３０の各壁に
は、溶接された補強ストリツプ３２の形態をなす
補強部材が設けられている。代替的に、前記スト
リツプ３２の代りに内向きに折り曲げた壁部分を
用いることも出来る。第６図に示されるのと同様
にして、比較的大きな水管３４が12個のより小さ
な水管３５とともに十字形状をなして配設されて
いる。四分割スぺーサ装置が配置されているレベ
ルとは違つた、複数の別個のレベル領域の各々に
おいて、相互に近接する水管間には機械的接続要
素３６が設けられており、これらの接続要素３６
は、水管とともに、複数個の異なるレベル領域に
おいて十字形状の横断面を備える補強装置３７を
形成している。

第７図及び第８図に示された実施例において
は、前記接続要素３６を設ける複数のレベル領域
間の間隔は、少なくとも接続要素３６の垂直方向
の寸法と同じ大きさにされる。その理由は、上下
のレベル領域間の間隔を最小限度にこの程度離さ
ないと、燃料ボツクス３０の四半部分（第２図の
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ参照）間での冷却水の流通、即ち
一つの四半部分から他の四半部分への冷却水の流
れが接続要素３６によつて妨げられてしまうから
である。接続要素３６によつて四半部分間での冷
却水の流通が妨げられてしまうようでは、本発明
においてスぺーサセル３８（第７図参照）を含む
四分割スぺーサ装置を上述したように配置して冷
却水の流れを良好ならしめたのが無意味になつて
しまう。

各接続要素３６は、その接続要素を含みかつ支
持アームを通る垂直平面と鋭角をなすように配列
されており、その結果、冷却水の１つは接続要素
３６を通過する際、水平方向の速度成分を得るこ
とになる。第８図から明らかなように、同一の支
持アーム（即ち、十字形の補強装置における４つ
のアームのうちの１つ）内に含まれる各接続要素
３６は、異なる方向に傾斜するように、角度を調
節して配列されている。好ましくは、同一アーム
内において互に隣接する接続要素３６は、第８図
に示すように異なる方向に傾斜した状態に配設さ
れる。上記したように水平方向の速度成分を持つ
ことによつて、燃料集合体の下側部分においてあ
る燃料棒のまわりに位置する冷却水の流れは、複
数個の燃料棒へ向けて更に分配される。従つて、
スぺーサ装置を第１０図、第１２図、第１６図或
いは第１８図に示したように配設することから得
られる効果に加えて、特別の温度均等化効果が得
られる。

接続要素３６を直接水管に溶接する代りに、当
該水管にスリーブを設けて接続要素をそのスリー
ブに溶接するようにしてもよい。

燃料ボツクスの各四半部分は16個の燃料棒の束
を含んでいる。これらの燃料棒は順次配列された
複数個のスぺーサ装置によつて保持されている。
そのような燃料棒の各グループはかくて個別に挿
入及び除去することが可能となる。

第６図及び第７図に示した燃料集合体には第１
図に示す燃料集合体と実質的に同一の構造の燃料
ボツクス、底部部分、頂部グリツド及び底部グリ
ツドを設けることが出来る。第１図の燃料集合体
と同様に、前記燃料集合体の各々は他の３つの類
似の燃料集合体と一緒に四角形の炉芯グリツドに
よつて取囲まれるものであり、炉芯グリツドによ
り前記燃料集合体はそれらの間に制御棒のための
ギヤツプが形成されるように原子炉芯内に定置さ
れる。

第１３図及び第１４図においては、実質的に四
角形の横断面を備えた燃料集合体に、それぞれが
軸線方向に順次配設された４つの四分割スぺーサ
装置からなる複数個のスぺーサ装置グループを設
けている。当該グループの各々は１つのコーナ即
ち四半部分に配設され、各四分割スぺーサ装置は
燃料集合体の燃料棒の合計数の1/4よりも大きな
数の燃料棒を取囲み支持している。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明に
係る燃料集合体の第１の実施例を示しており、第
１図は第２図の線−に沿つて見た垂直断面
図、第２図は第１図の線−に沿つて見た水平
方向断面図、第３図は上方から見た燃料集合体で
ある。第５図及び第６図は第２の実施例を示して
おり、第５図は燃料集合体の部分的側面図で第６
図の線−に沿つて見た部分的縦断面図、第６
図は第５図の線−に沿つて見た同燃料集合体
の水平方向断面図である。第７図は本発明の第３
の実施例の燃料集合体の水平方向断面図、第８図
は第７図の線−に沿つて見た縦断面図であ
る。第９図から第１８図までは、四分割スぺーサ
装置、及びスぺーサ装置グループの燃料集合体内
における配列の仕方の５つの異なる例を図式的に
示した図である。１；２０；３０：燃料ボツクス、５：底部グリ
ツド装置、３；２２；３１：燃料棒、６；２９；
S₁；S₂；S₃；S₄；S₅：四分割スぺーサ装置、２
６；３７：補強装置、３８：スぺーサセル。

Claims

【特許請求の範囲】１沸騰水型原子炉の燃料集合体において、複数
個の垂直方向燃料棒と、四角形状の横断面を有す
る燃料ボツクスと、該ボツクス内に前記燃料棒を
支持するための上部支持装置と下部支持装置と、
該上部及び下部支持装置の間に配置された複数の
スぺーサ装置のグループと、を含み、前記スぺー
サ装置のグループの各々が、前記燃料ボツクス内
に前記燃料棒の全部を位置決めしており、該スぺ
ーサ装置のグループの各々は四分割スぺーサ装置
から成り、各四分割スぺーサ装置は複数のスぺー
サセルを含み、各四分割スぺーサ装置における全
てのスぺーサセルは同一のレベルに配置されてお
り、前記グループの各々における四分割スぺーサ
装置は、前記燃料ボツクスの相対応するコーナに
おかれており、また、前記グループの各々におけ
る四分割スぺーサ装置は前記燃料ボツクス内で少
なくとも二つの異なるレベルに配置されているこ
とを特徴とする燃料集合体。２特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合体に
おいて、燃料ボツクスのコーナに配設された四分
割スぺーサ装置の少なくとも１つは前記燃料ボツ
クス内の燃料棒の合計数の1/4よりは多い数の燃
料棒を取囲んでいることを特徴とする燃料集合
体。３特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合体に
おいて、前記コーナに配設された四分割スぺーサ
装置は前記グループの各々内において４つの異な
るレベルに配設されていることを特徴とする燃料
集合体。４特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合体に
おいて、前記コーナに配設された四分割スぺーサ
装置は前記グループの各々内において２つの異な
るレベルに配設されていることを特徴とする燃料
集合体。