JPH0533357B2 - - Google Patents

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JPH0533357B2
JPH0533357B2 JP59196531A JP19653184A JPH0533357B2 JP H0533357 B2 JPH0533357 B2 JP H0533357B2 JP 59196531 A JP59196531 A JP 59196531A JP 19653184 A JP19653184 A JP 19653184A JP H0533357 B2 JPH0533357 B2 JP H0533357B2
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JP
Japan
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liquid film
water rod
spacer
diameter water
fuel
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JPS6175289A (ja
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Atsuji Hirukawa
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型軽水炉の炉心に装荷される燃
料集合体に係り、特に、スペーサを改良した燃料
集合体に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年の軽水炉においては、原子力発電所の運転
コスト低減のために、長期サイクル運転化と、燃
料集合体中のウラン(U235)の経済的燃焼方法が
要請されている。この要請に応える設計案の1つ
として太径ウオータロツドが提案されている。こ
の太径ウオータロツド1は第4図に示すように燃
料棒2よりも大径に形成されており、正方格子状
に配列された多数の燃料棒2のほぼ中央に配置さ
れている。すなわち、この太径ウオータロツド1
は第5図で示す従来のウオータロツド3よりもさ
らに大径に形成され、1体の燃料集合体4につき
1本宛配設されている。
このような太径ウオータロツド1を組み込んだ
燃料集合体4について、サイクル長期化を行なう
と、これに伴なつて燃料取替体数が増加する。こ
のために、燃料の燃料濃縮度を増して、その取替
体数を少数に抑えると共に、この燃料濃縮度増加
によるボイド係数の負方向への増加と、中性子エ
ネルギースペクトラムの硬化とを、この太径ウオ
ータロツド1内の水領域を増加することにより防
止することができる。
ところで、第4図で示すように構成された燃料
集合体4のチヤンネルボツクス5と太径ウオータ
ロツド1とは共に非発熱であるので、この燃料集
合体4内の気液2相流は、チヤンネルボツクス5
の内周面とウオータロツド1の外周面とに平行傾
斜線で示すように液膜A,Bをそれぞれ形成して
上方へ流れる傾向にある。これら液膜A,Bはそ
のまま上方に流れ、燃料棒2の冷却には寄与しな
い。但し、チヤンネルボツクス5の内周面に形成
される液膜Aについては第6図および第7図で示
すスペーサタブ6により、液膜Aの流れがスペー
サタブ6の突出方向に案内されて、このスペーサ
タブ6周辺の燃料棒2側へ拡散され、燃料棒2の
有効な冷却材量を増加させることができる。この
スペーサタブ6は第6図に示すように、多数の燃
料棒2と太径ウオータロツド1とを所要の間隔を
設定して正方格子状に配列し、整列支持するため
に、その軸方向に複数個配設される偏平角筒状の
スペーサ7の外壁8に形成されている。すなわ
ち、スペーサタブ6はチヤンネルボツクス5の内
周面と僅小な間隙をおいて対面するスペーサ7の
外壁8をその内方へ突出するように折曲されてな
り、外壁8に複数形成されている。
上述したようなスペーサタブ6の液膜流拡散効
果は限界出力実験において確認されている。
一方、太径ウオータロツド1の周囲の2相流は
この太径ウオータロツド1の外周面に沿つて液膜
を形成し、そのまま液膜状態で上方へ流れる傾向
にある。この傾向は第5図で示す従来のウオータ
ロツド3よりも太径ウオータロツド1の場合の方
が顕著である。これにより太径ウオータロツド1
の外周を取り囲むように配列された燃料棒2Aの
有効な冷却部材流量が減少する。その結果、これ
ら燃料棒2Aを組み込んだ燃料集合体の限界出力
が、従来のウオータロツド3を組み込んだ燃料集
合体のものよりも低下するという問題があつた。
〔発明の目的〕
本発明は上述した事情を考慮してなされたもの
で、太径ウオータロツドの周りに配列された燃料
棒の有効な冷却材流量の減少を防止し、限界出力
を向上する燃料集合体を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明は、複数の燃料棒とこれら燃料棒よりも
大径に形成された太径ウオータロツドとをスペー
サにより整列支持する燃料集合体において、上記
太径ウオータロツドの外周面に形成される液膜の
流れ方向上に配設されて、この液膜の流れを太径
ウオータロツドの遠心方向に拡散する液膜流拡散
突出部を上記スペーサに設け、この液膜流拡散突
出部は、前記太径ウオータロツドの外周を上部で
近接して囲むスペーサの近接部から太径ウオータ
ロツドの遠心方向へ突出するように折曲し、その
突出方向がこの遠心方向に対し所要の迎角に設定
されていることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について第1図ないし第
3図を参照して説明する。
第1図は本発明に係る燃料集合体の一実施例の
水平断面図であり、燃料集合体10は角筒状のチ
ヤンネルボツクス11内に8行8列の正方格子状
に配列された多数の燃料棒12を収容している。
これら燃料棒12はジルコニウム合金製の燃料被
覆管内に二酸化ウラン(UO2)の焼結ペレツトを
充填しており、これら燃料棒12の配列中央部に
は太径ウオータロツド13を配置している。この
太径ウオータロツド13はジルコニウム合金によ
り円筒状に形成され、その上下両端部には冷却材
出口と冷却材入口がそれぞれ穿設されており、そ
の内部を冷却材が昇流するようになつている。
その太径ウオータロツド13と多数の燃料棒1
2は互いに平行に直立され、相互に所要の間隔を
設定されてスペーサ14により径方向に整列支持
されている。スペーサ14は矩形の外枠14a内
をバー15aとデバイダ15bとにより正方格子
状に仕切り、燃料棒12を挿通せしめるスペーサ
セルを正方格子状に配列している。バー15aと
デバイダ15bとは横および縦方向に交互にそれ
ぞれ配設され、バー15aは上下方向に離間して
一対設けられている。このバー15aの縦横の交
差部にはランタンスプリング16が上下方向に亘
つて装着され、デバイダ15bの側面には第2図
に示すようにS字状に外側へ膨出するS字スプリ
ング17が切り込み形成されている。上記スペー
サセルに挿入された格燃料棒12の外周はこのラ
ンタンスプリング16とS字スプリング17によ
り径方向に弾性支持されて横方向の振動が拘束さ
れている。このスペーサ14のほぼ中央部は太径
ウオータロツド13が挿通され、その外周は周方
向等分位置に等配された4個のランタンスプリン
グ16により4箇所から径方向に押圧されて弾性
的に支持されている。太径ウオータロツド13は
燃料棒12が挿通されるスペーサセルの4個分の
空間を占有しており、その外周はバー15aによ
り上下で井形状に囲まれている。この太径ウオー
タロツド13の外周を上部で囲むバー15aの上
部囲繞部18の各辺中間部は第1図に示すよう
に、液膜流拡散突出部19をそれぞれ設けてい
る。これら液膜流拡散突出部19は上部囲繞部1
8のバー15aの横方向中間部を外上向きの台形
状に折曲して形成されている。すなわち、これら
突出部19は太径ウオータロツド13の遠心方向
に沿つて突出ししかもその突出方向は太径ウオー
タロツド13の軸直角方向に対し所要の仰角に設
定されている。したがつて、太径ウオータロツド
13の外周面に沿つて昇流する液膜はこれら液膜
流拡散突出部19にて、これら突出部19の突出
方向に案内されて、突出部19周りの燃料棒12
a(平行斜線で示す)側に拡散し、これら燃料棒
12aの有効な冷却材流量を増加している。
したがつて、太径ウオータロツド13の周辺の
気液2相流が、この太径ウオータロツド13の外
周面に沿つて液膜となつて上方に流れると、この
液膜流が液膜流拡散突出部19において、これら
突出部19の突出方向に案内され、これら突出部
19の外周の燃料棒12a側へ拡散される。これ
により、燃料棒12aの有効な冷却材流量が増加
し、その出力の増大を図ることができる。しか
も、液膜流拡散突出部19の突出方向は液膜流に
対し所要角度上向きに傾斜しているので、その流
路抵抗を低く抑えることができる。
また、スペーサ14には第1図および第2図に
示すように外枠14aの各辺に、その内方へ台形
状に突出するスペーサタブ20がそれぞれ折曲形
成されており、チヤンネルボツクス11の内周面
に沿つて液膜となつて上方に昇流する液膜流をこ
れらスペーサタブ20によそのスペースタブ20
の陥没方向である内側へ誘導し、その液膜流を燃
料棒12側へそれぞれ拡散して、これら燃料棒1
2の有効な冷却材流量を増加させることができ
る。
第3図は本発明の他の実施例を示し、第1図で
示す実施例では、8×8(8行8列)燃料のエツ
グクレート型のスペーサに適用した場合について
述べたが、本実施例では、9×9(9行9列)燃
料のフエルール型のスペーサに本発明を適用した
場合について述べる。なお、第3図中、第1図と
同一符号のものは同一または相当部分を示し、そ
の説明は省略する。
このフエルール型スペーサ21は、その外枠2
2内に燃料棒12を径方向に弾性支持するスペー
サセルを9行9列の正方格子状に配列し、これら
スペーサセルはほぼ円形に折曲されたセル形成部
材23により形成されている。これらの隣接する
セル形成部材23は互いに連結され、スペーサ2
1のほぼ中央部には太径ウオータロツド13が配
設されている。太径ウオータロツド13の外周に
はその径方向に所要の間隙を設定すると共に、周
方向に所要の間隔をおいてサポートプレート24
を例えば4本配設している。これらサポートプレ
ート24は周方向に相隣なるセル形成部材23相
互を連結すると共に、第3図に示すように例えば
2つのサポートプレート24には平面形状が長方
形のサポートスプリング25をそれぞれ装着し
て、太径ウオータロツド13の外周面を径方向に
弾圧し、この弾圧面と反対側の太径ウオータロツ
ド13の外周面をサポートプレート24に圧接し
て弾性的に支持している。これらサポートプレー
ト24には液膜流拡散突出部26がそれぞれ形成
され、サポートスプリング25を装着しない液膜
流拡散突出部26はサポートプレート24の上部
を外上向きの台形状に折曲して形成される。すな
わち、これら液膜流拡散突出部26は太径ウオー
タロツド13の遠心方向に沿つて台形状に突出
し、しかもその突出方向は、太径ウオータロツド
13の遠心方向に対し所要の仰角に設定されてい
る。
一方、サポートスプリング25を装着するサポ
ートプレート24では、このサポートスプリング
25の両側方にてそれぞれ外上向きに突出するよ
うに液膜流拡散突出部26をそれぞれ形成してい
る。
したがつて、太径ウオータロツド13の周辺の
気液2相流が、この太径ウオータロツド13の外
周面に沿つて液膜となつて上方に流れると、この
液膜流がスペーサ21の液膜流拡散突出部26に
おいて、これら突出部26の突出方向に案内さ
れ、これら突出部26の外周の燃料棒12a(平
行斜線で示す)側へ拡散される。これにより燃料
棒12aの有効な冷却材流量が増加し、その出力
の増大を図ることができる。
また、スペーサ21の外周縁部は第3図に示す
ように、その内方へ台形状に突出しているので、
チヤンネルボツクス11の内周面に形成される液
膜の流れもこれら突出部により突出部周辺の燃料
棒12側へ拡散され、燃料棒12の有効な冷却材
流を増すことができる。
さらに、太径ウオータロツド13の上部を囲む
スペーサ21に外上向の液膜拡散突出部19を設
けているので、この太径ウオータロツド13をス
ペーサ21の所定のセル内に挿入するときには、
これら液膜拡散突出部19がその挿入をスムース
に案内することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、太径ウオータロ
ツドの外周面に形成される液膜の流れ方向上に配
設されて、この液膜流を太径ウオータロツドの遠
心方向に拡散する液膜流拡散突出部をスペーサに
設けた。
したがつて、本発明によれば、太径ウオータロ
ツドの周辺の気液2相流が、この太径ウオータロ
ツドの外周面に沿つて液膜となつて上方に流れる
と、この液膜流が液膜流拡散突出部において、こ
れら突出部の突出方向に案内され、これら突出部
の外周の燃料棒側へ拡散される。これにより、ウ
オータロツドの上部周辺のこれら燃料棒の有効な
冷却材流量が増加し、燃料棒の限界出力の増大を
図ることができる。しかも、液膜流拡散突出部の
突出方向は液膜に対し所要角度上向きに傾斜して
いるので、その流路抵抗を低く抑えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る燃料集合体の一実施例の
水平断面図、第2図は第1図の−線に沿う矢
視断面図、第3図は本発明の他の実施例の水平断
面図、第4図は従来の燃料集合体の一例の概略水
平断面図、第5図は従来の燃料集合体の他の例の
概略水平断面図、第6図は第4図で示す従来例の
詳細水平断面図、第7図は第6図の−線に沿
う矢視断面図である。 10…燃料集合体、11…チヤンネルボツク
ス、12,12a…燃料棒、13…太径ウオータ
ロツド、14,21…スペーサ、14a,22…
外枠、15a…バー、15b…デバイダ、16…
ランタンスプリング、17…S字スプリング、1
8…上部囲繞部、19,26…液膜流拡散突出
部、20…スペーサタブ、23…スペーサセル形
成部材、24…サポートプレート、25…サポー
トスプリング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数の燃料棒とこれら燃料棒よりも大径に形
    成された太径ウオータロツドとをスペーサにより
    整列支持する燃料集合体において、上記太径ウオ
    ータロツドの外周面に形成される液膜の流れ方向
    上に配設されて、この液膜の流れを太径ウオータ
    ロツドの遠心方向に拡散する液膜流拡散突出部を
    上記スペーサに設け、この液膜流拡散突出部は、
    前記太径ウオータロツドの外周を上部で近接して
    囲むスペーサの近接部から太径ウオータロツドの
    遠心方向へ突出するように折曲し、その突出方向
    がこの遠心方向に対し所要の迎角に設定されてい
    ることを特徴とする燃料集合体。
JP59196531A 1984-09-21 1984-09-21 燃料集合体 Granted JPS6175289A (ja)

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JP59196531A JPS6175289A (ja) 1984-09-21 1984-09-21 燃料集合体

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JPS6175289A JPS6175289A (ja) 1986-04-17
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