JPH0464091A - 燃料集合体 - 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） 本発明は限界出力の増大および低圧力損失性能を図った
燃料集合体に関する。

（従来の技術） 一般に、原子炉用の燃料集合体は燃料チャンネル内に燃
料棒が正方格子状に配列され、その長手方向複数箇所に
燃料棒の離間保持用としてスペーサを設けられている。

第７図は燃料集合体を示し、燃料チャンネル１内には両
端部をそれぞれ上部タイプレート２および下部タイプレ
ート３に支持された複数本の燃料棒４およびウォータロ
ッド５が正方格子状に配列挿着されている。各々の燃料
棒４を整列支持するスペーサ６は燃料棒４の軸方向に複
数個設けられ、冷却材の流路を確保している。この場合
、燃料チャンネル１の内面は滑らかに仕上げられている
。

第８図および第９図は燃料スペーサ６の構成を詳細に示
している。この燃料スペーサ６は正方形状枠体７内に略
円形状のシェル８を多数連接して配置したもので、シェ
ル８は８Ｘ８＝６４本の燃料棒を正方格子状に配置する
ように形成されている。

即ち、全く同一形状に形成した６４個の略円形筒状のシ
ェル８を８Ｘ８の正方格子状に配置し、各シェル８の側
壁部の一部を連接し、隣接する４個のシェル８の側壁部
の空間によって略四角筒状の冷却材流通路１１をそれぞ
れ形成している。各シェル８にはスプリング９と固定ス
トッパ１０とをそれぞれ設け、内部に挿通される燃料棒
４を各側壁部から若干離間させて弾力的に支持するよう
にしている。

なお、側枠７の外面には燃料スペーサ６を燃料チャンネ
ル１内に支持する台形状のタブ１２が固着されている。

また、燃料スペーサ６の材料としてはスプリング９に発
条性のあるインコネル材を用いるだけで、他の構成部分
には熱中性吸収の少ないジルカロイ材を用いている。

ところで、今日、原子カプラントの自動制御化および日
間負荷追従運転の導入等、運転融通性を拡大することが
望まれている。この要望に沿い、例えば沸騰水型原子炉
（以下、ＢＷＲと記す）では炉心の熱水力特性をより改
善するため、炉心の安定性の改善、熱的余裕の拡大（限
界出力の増大）、炉心圧力損失の低減等の開発が進めら
れている。

（発明が解決しようとする課題） ＢＷＲ運転状態においては第１０図に示されるように、
燃料棒４の表面には薄い液膜１４が付着して流れており
、蒸気流中には液滴１５が蒸気とともに飛散いる様相を
呈している。ＢＷＲでは限界出力状態になると燃料棒４
の表面の液膜は消滅して燃料棒４の表面が蒸気に直接触
れるドライアウトという状態となる。このような状態に
なると燃料棒４の表面から流体への熱伝達が悪化するた
め。

燃料棒４の温度は急激に上昇することになる。ＢＷＲで
はこのような状態を沸騰遷移（ＢＴ　ＢｏｉｌｉｎｇＴ
ｒａｎｓｉｔｉｏｎ　）と呼んでいる。燃料棒４の表面
の液膜厚さを決定する因子としては３つある。■は燃料
棒の表面からの熱移動による液膜の蒸発、■は第１１図
に示されるように燃料棒４の表面に付着している液膜１
４を蒸気流１６がひきちぎっていく飛散（エントレイメ
ント）、そして■は蒸気中を飛散している液滴１５が燃
料棒４の表面に衝突するデポジッションである。この３
つのうち■、（２１は液膜１４を薄くする因子、■は液
膜１４を厚くする因子である。従って、限界出力増大（
これは液膜を厚くするという事）させるには■の因子デ
ポジッションを増大すればよいことになる。このデボジ
ッションは蒸気の乱れを増大することにより増加させる
ことができる。ところで、第８図で示す隣接する４個の
シュル８の側壁空間部によって形成されている略四角情
状の冷却材流通路１１は一種の整流格子のような働きを
するため、蒸気の乱れが抑制され蒸気流中の液滴を燃料
棒４に衝突させる効果が小さくなるという効果があった
。それに加えて乱れを促進するものを燃料集合体に与え
ると圧力損失が増大してしまう課題がある。

また燃料チャンネルは非加熱体のため、燃料棒に比較し
て厚い液膜が付着し燃料棒の冷却に有効に使用できない
という課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、流
路内の蒸気の乱出を増大し、蒸気中に随伴する液滴を燃
料棒の表面に有効に衝突させ、それに加えて燃料チャン
ネル内面の液膜を燃料棒の冷却に有効利用する事により
限界出力を増大し、さらにスペーサの数を減少させる事
により圧力損失を減少できる燃料集合体を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は多数本の燃料棒を燃料スペーサを介して燃料チ
ャンネル内に収納してなる燃料集合体において、沸騰遷
移が発生する前記燃料スペーサの上流側に位置して前記
燃料チャンネルの内面に溝を設け、かつその溝の下流側
に突起を設けてなることを特徴とする。

また、前記燃料スペーサは燃料集合体を構成する枠体の
内部に燃料棒挿通支持用の多数のほぼ円形状シェルをそ
れぞれ側壁の一部を相互に連接して設け、この各シェル
の非連接側壁部分によって筒状の冷却材流通路が形成さ
れ、前記冷却材流通路に冷却材の流れを乱す乱流促進体
が設けられていることを特徴とする。

（作　用） 本発明は沸騰遷移が発生する燃料スペーサの上流側の燃
料チャンネル内面に溝を形成し、かつこの溝の下流側に
突起を設けるともに前記燃料スペーサの冷却材流通路部
に冷却材の流れを乱す乱流促進体を設ける。これにより
限界出力を増大し、このようにすると圧力損失が増大す
るため、スペーサの数を７個から６個に減少することが
できる。

（実施例） 本発明の実施例を第１図から第６図を参照して説明する
。

第１図は本発明の要部のみを示しており、符号１ａは燃
料チャンネルを部分的に拡大して示している。燃料チャ
ンネル１ａの内面には深さ０．７閣、長さ５０ｍの溝１
７が設けられている。この溝１７の下流側つまり上方に
は燃料チャンネル１ａの表面から高さ０　、７　ｍｍ　
、長さ３０■の突起１８が設けられている。突起１８を
高くするほど液膜剥離の効果は大きいが、燃料チャンネ
ルｌａを挿入する場合、スペーサ２０に衝突してしまい
挿入できなくなる。そのため燃料チャンネル１ａおよび
スペーサ２０の寸法並びに製作誤差を考慮して決定した
値が０．７■である。しかしながら、この突起１８だけ
では液膜剥離効果が小さいため、その上流に溝１７を設
けて液膜剥離効果を増大する。ただし、溝１７の深さは
燃料チャンネル１ａの強度との兼ね合いより決定する。

通常、沸騰遷移は燃料棒４の上端から１．２番目の燃料
スペーサ２０の直前で発生するため、上記溝１７と突起
１８とからなる液膜剥離体は燃料棒４の上端から１゜２
番目に燃料スペーサの直前に設置する。このような燃料
チャンネル１ａを利用した場合、限界出力は約８％増大
し、圧力損失への影響は無視できる。

沸騰遷移が発生する位置は第１図に示した“Ａ”部であ
り、ｕ　Ａ　Ｎ部分の冷却を増大することにより限界出
力がさらに増大する。′Ａ”部分の冷却を増大すために
下記のような燃料スペーサ２０を設置する。

燃料スペーサ２０は第２図および第３図に示したように
従来と同様に内部に燃料棒４を挿通して支持する略円形
筒状の６４個のシェル２１を８Ｘ８の正方格子状に配置
し、各シェル２１の側壁部の一部を連接し、隣接する４
個のシェル２１を連接していない側壁部をもって略四角
筒状の冷却材流通路２２をそれぞれ形成している。

シェル２１は４辺部にそれぞれ配置した４枚の側枠２３
の内側に設けられている。燃料棒４は各シェル２１の内
壁面に固着したスプリング２４と、各シェル２１の上下
端部を内側に突出させたくびれ状の固定ストッパ２５と
により弾性的に圧接支持している。

シェル２１は４角隅部に配置される４個の隅部シェル２
１ａと、４辺部に配置される２４個の辺部シェル２１ｂ
と、内部に配置される３６個の内部シェル２１Ｃとによ
り形成している。この各シェルは略円形の断面を有し、
符号２６で示す４個所で隣接のシェル側部材２３と連接
し、隣接していない側壁部分２７で冷却材流通路２２を
形成している。

上記構成の燃料スペーサ２０において、各冷却材流通路
２２には第４図および第５図に示すように乱流促進体２
８としてたとえばねじり板が設置されている。

なお、乱流促進体２８の形状は流れを乱すものであれば
よく、例えば、第５図に示したようなねじり板または、
円板でもよい。このような構成によれば、冷却材流通路
２２に乱流促進体２８を設けることにより、蒸気を乱し
、したがって、燃料棒４の表面への液滴のデボジッショ
ンを増大し、燃料棒表面の液膜厚さを増大することがで
きる。すなわち、限界出力を向上することができる。

いいかえれば、燃料集合体の限界出力が増大し。

原子炉の熱的余裕が大きくなり、通常沸騰遷移は燃料棒
上端から１，２番目の燃料スペーサの直前で発生するた
め、上記乱流促進体は燃料棒上端から２，３番目の燃料
スペーサに設置した。このようなスペーサを設置する事
により限界出力は従来に比較して約２０％増大し圧力損
失は約５％増大する。

第６図（ａ）に示す様に従来の燃料集合体はスペーサＳ
Ｐが高さ方向にＳＰＩからＳＦ３まで７個設置されてい
る。これに対して、本発明では圧力損失を減少するため
に第６図（ｂ）に示す様にＳＰｌからＳＦ３まで６個と
して設置し１位置その寸法も変える。なお、第６図中の
数値は長さで、単位は閣である。このようにすると限界
出力も従来の７個の場合と変化なく、また圧力損失も約
１０％減少する。

〔発明の効果〕

本発明によれば従来例に比較して限界出力を２０％増大
し、圧力損失を５％減少することができる。また、スペ
ーサの個数を７個から６個に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図は本発明に係る燃料集合体の一実施例
を説明するためのもので、第１図は燃料チャンネルの要
部拡大図、第２図は燃料スペーサの平面図、第３図は第
２図に示した燃料スペーサ正面図、第４図は燃料スペー
サの要部平面図、第５図は乱流促進体を示す側面図、第
６図は本発明と従来例における燃料スペーサの位置を示
す概略側面図、第７図から第１１図は従来例を示し、第
７図は燃料集合体の縦断面図、第８図は燃料スペーサの
平面図、第９図は第８図に示した燃料スペーサの正面図
、第１０図および第１１図は燃料棒近傍の液膜の挙動を
説明する横断平面図および側面図である。 １．１ａ・・・燃料チャンネル、　　４・・・燃料棒、
１７・・・溝、　　　　　　　　　１８・・・突起、２
０・・・燃料スペーサ、 ２２・・・冷却材流通路、 ２４・・・スプリング、 ２７・・・側壁部の非連接部分。 （８７３３）　　代理人　弁理士 ２１・・・シェル、 ２３・・・側枠、 ２６・・・側壁部の連接部分、 ２８・・・乱流促進体。 猪 股 祥 晃（ほか１名） 乎 図 茅 団 隼 圀 ＳＰニスＸ−サ 箒 商 茅７ 舅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数本の燃料棒を長手方向に沿って複数の燃料スペーサ
   を介して正方格子状に配列し燃料チャンネル内に収納し
   てなる燃料集合体において、前記燃料チャンネルの内面
   に沸騰遷移で発生する前記燃料スペーサの上流側に位置
   して溝を設け、その溝の下流側に突起を設けるとともに
   前記燃料スペーサの冷却材流通路に乱流促進体を設けて
   なることを特徴とする燃料集合体。