JPH04136789A - 燃料集合体下部タイプレート - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉に好適な燃料集合体の下部タ
イプレートに係り、特に、燃料集合体内部を流通する冷
却材に於いて、燃料棒群内に流れる冷却材流量を増大さ
せ冷却材を有効に利用できるようにした燃料集合体下部
タイプレートに関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子炉の炉心は複数の燃料集合体を相
互に等間隔をおいて格子状に配列して装荷している。こ
れら燃料集合体６は第３図に示すように構成されている
。すなわち、断面が４角形の角筒状のチャンネルボック
ス１内には複数本の燃料棒２が収容されている。燃料棒
２の下部はタイプレート３により、その上部は上部タイ
プレート４によりそれぞれ固定されている。炉心の熱を
取り出す冷却材は下部タイプレート３の冷却材流通孔１
３から流入してチャンネルボックス１内を昇流し、上部
タイプレート４の上方から流れ出る。

燃料棒２は例えば外径が１０数ミリで、全長が数メート
ルと細長く形成されている。この燃料棒２をチャンネル
ボックス１内に装着するに際しては複数燃料棒２相互を
スペーサ５により径方向に等間隔をおいて束状に結束し
、燃料棒２相互間および燃料棒２とチャンネルボックス
１との間を数ミリの微小間隔に設定している。原子炉運
転時には冷却材の流動または熱膨張等によって燃料棒２
相互間および燃料棒２とチャンネルボックス１との間の
間隔が設定値よりずれ、安全運転を脅かす恐れがある。

そこで、通常はスペーサ５を流れ方向に複数段介在させ
て微小間隔を保つようにしている。

このようにスペーサ５によってチャンネルボックス１内
の適正位置に支持された燃料棒２は下部タイプレート３
の鼻状片７を通してチャンネルボックス１内に供給され
る軽水等の冷却材によって冷却される。

すなわち、冷却材は各燃料棒通路１０ａおよびチャンネ
ルボックス１の内周面と外枠との間隔１０ｂを上昇する
間に燃料棒２の保有する熱エネルギーを吸収して燃料棒
２を冷却する。

燃料棒２が沸騰遷移を生ずるのを防止し、かつ燃料棒２
の沸騰遷移出力を増大させるためにはチャンネルボック
ス１内に供給された冷却材を各燃料棒２に有効に接触さ
せて冷却効率を高くする必要がある。

ここで高クォリティ部における二相流の流動状態に着目
すると、通常、燃料集合体におけるチャンネルボックス
１の出口部において、クォリティ（蒸気流と気液二相流
全体との重量比率）は１０〜２０％とかなり大きくなっ
ている。

そこで−例としてＢＷＲ燃料集合体からの最大除熱量を
計算する目的で解析した燃料集合体内の流体流れについ
て説明する。

この解析モデルでは燃料集合体内でクォリティがある程
度大きくなるものとして環状流を仮定し、固体壁面に液
膜が形成され、そのための流路内には蒸気と液滴の二相
流になるものとする。燃料棒の壁面上の液膜量は、加熱
による液の蒸発と、流動による液膜表面からの二相流中
への液の離散と、逆に二相流中から液膜表面への液滴付
着によって計算される。同様にチャンネルボックスの壁
（非加熱壁）面上の液膜は流動によるものによって計算
される。

ＢＷＲ燃料集合体形状において、流体圧カフ０ｋｇ／ａ
ｊの場合の計算結果例を第６図に示す。

第６図中、横軸は燃料入口からの流れ方向位置を、縦軸
は燃料棒の壁面上と燃料チャンネルの壁面上と液膜厚さ
を示す。燃料棒の壁面上の液膜は加熱により次第に液膜
が少なくなる。燃料棒の表面上では液膜が存在する限り
冷却がよく、液膜がなくなると伝熱が非常に悪くなり、
沸騰遷移を生じ燃料棒の表面温度が増大する。

一方、チャンネルボックスの壁面上の液膜は加熱されな
いため、液膜の減少量は少なく、燃料棒の表面上の液膜
がなくなっても厚さ約０．２ｍ位の液膜が残っている。

燃料棒２の冷却効率を向上させるにはこのチャンネルボ
ックス１内周面間隙１０ｂに沿った冷却材流量を減らし
て沸騰遷移時チャンネルボックスの壁面上の液膜量を少
なくし、その減少量分を燃料棒群内通路１５ａ内を流れ
る冷却材流量を増し、燃料集合体に流れる冷却材を有効
に利用するのがよい。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来の下部タイプレート３の上面に形成され
る燃料棒２の保持部９は、第４図および第５図に示され
るように、燃料棒下端に固着した下部端栓８を挿入する
ボス１１を縦横８列の正方格子上に配置し、リブ１２で
ボス１１間を結合することにより冷却材流通部１３を形
成している。

このため、チャンネル壁面に近い流路部１３ａが広くな
っており、チャンネル壁面に近い領域が冷却材が多く流
れる構造となっている。従って従来の下部タイプレート
３の場合には、チャンネル壁の液膜量が多くなり、また
、燃料棒群内の中心部は、加熱により発生する蒸気が集
まり易くなること等から冷却効率が悪くなり、原子炉の
沸騰遷移出力も第７図破線Ａに示すように低くなる課題
があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
燃料チャンネルボックス内壁面に沿って流れる冷却材流
量を減らし、さらには燃料棒群内に流れる冷却材流量を
増やすことにより、燃料棒の冷却効率を良好にして原子
炉の沸騰遷移出力を高くすることができる燃料集合体下
部タイブレー・トを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の燃料集合体下部タイプレートは、下部タイプレ
ート上面に配設された燃料棒を保持するためのボスと、
このボスを下部タイプレート外枠に連結するリブにおい
て、下部タイプレート外枠から２列目のリブをこのリブ
に結合するボスの中心位置より外枠寄りとし、最外側部
のリブの厚さを他より厚くし、かつ中心部に配設された
リブをこのリブに結合するボスの中心より中心部よりに
配設したことを特徴とする。

（作用） この様に構成された燃料集合体下部タイプレートにおい
ては、チャンネルボックス壁面に流れる冷却材が減少し
、また、燃料棒群内に流れる冷却材は前記理由により通
過面積が大きくなることから増大する。これによって、
燃料の沸騰遷移出力を大きくすることができる。

（実施例） 本発明に係る燃料集合体下部タイプレートの一実施例に
ついて第１図及び第２図を参照して説明する。

第１図は燃料集合体の縦断面図、第２図は第１図のＩ−
Ｉ矢視断面図で要部を拡大して示している。なお、本発
明の下部タイプレートは第４図及び第５図で示す従来例
とほぼ同様に構成されるが、第５図と異なる点は下部タ
イプレート上面の燃料棒を保持するボス２９を外枠に連
結するリブ１２の位置及びリブ１２の厚を変えた点が主
に相違する。

すなわち、燃料集合体は第１図に示すように断面が４角
形の角筒状のチャンネルボックス２１内に複数本の燃料
棒２２が収容されている。燃料棒２２の下部は下部タイ
プレート２３により、またその上部は上部タイプレート
２４により固定されている。下部タイプレート２３は、
燃料棒２２を保持する保持部２３ａと外枠２３ｂ及び燃
料集合体を支持台２７にガイドする鼻状片２３ｃから形
成されている。

下部タイプレート保持部２３ａは、燃料棒下端に固定さ
れている下部端栓２２ａを挿入して燃料棒を保持するボ
ス２９が縦横８列の正方格子状に配置され、リブ３０で
各々のボス２９を連結し、外枠２３ｂに固着している。

外側より２列目のボス２９ａを連結するリブ３０ａは、
ボスの中心より外枠側に寄った位置に配置させ、また、
タイプレートの外枠に連結している１列目のボス２９ｂ
と２列目のボス２９ａと連結するリブ３０ｂは、内側の
リブ３０ｃに比べて肉厚の大きいもので連結する。さら
に、タイプレート中心部に配置する４個のボス２９ｃを
連結するリブ３０ｄは、中心寄りの位置で連結する。

このような構成によればチャンネル内壁面に沿って流れ
る冷却材は、チャンネル壁面近くの冷却材通過面積が狭
くなったことにより制限され、また、燃料棒群内に流れ
る冷却材通過面積が増えたことにより冷却材流量が増大
し、よって燃料棒の冷却効率を向上させることができる
。

さらには、第７図曲線Ｂで示すように原子炉の沸騰遷移
出力を従来例曲線Ａよりも大きくすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によればチャンネルボックス内壁に沿って流れる
冷却材が制限され、かつ、沸騰遷移の発生し易い燃料棒
群内に流れる冷却材を増やすことができ、これによって
、燃料集合体内に流れる冷却材を効率よく利用すること
ができ、燃料集合体の沸騰遷移出力を比較的大きくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体下部タイプレートの一
実施例を示す縦一部切欠き側面図、第２図は第１図のＩ
−Ｉ線に沿う断面図で下部タイプレートの上面よりみた
平断面図、第３図から第５図は従来例を説明するための
もので、第３図は燃料集合体を一部切欠いて示す斜視図
、第４図は下部タイプレートの平面図、第５図は第４図
の一部切欠き側面図、第６図は燃料集合体内における液
膜厚さと流れ方向位置との関係を示す特性図、第７図は
第６図と同じく沸騰遷移出力と冷却材流量との関係を本
発明と従来例とで比較して示す特性図である。 ２１・−・チャンネルボックス　２２・・・燃料棒２３
・・・下部タイプレート　　２９・・・ボス２９ａ・・
・外側より２列目のボス ２９ｂ・・・外側より１列目のボス ２９ｃ・・・中心部のボス　３０・・・リブ３０ａ・・
・外側より２列目のリブ ３０ｂ・・・外側より１列目のリブ ３０ｃ・・・中心部のリブ 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第 図 第 図 第 図 廉−＾、方酌値ｆｌ（ｍン 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　燃料集合体内に収容された燃料棒を保持するボスと、
   このボスをタイプレート外枠に連結するリブとが配設さ
   れた燃料集合体下部タイプレートに於いて、外枠より２
   列目のリブ連結位置をこのリブに結合するボスの中心位
   置より外枠寄りとし、外枠に固着した１列目のボスと２
   列目のボスを結合するリブの肉厚を他のリブより厚くし
   、かつ中心部に配設された４個のボスを連結するリブを
   ボスの中心位置より中心部寄りととたことを特徴とする
   燃料集合体下部タイプレート。