JPH05341069A - Ｐｗｒ燃料集合体の下部ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＰＷＲ燃料集合体において、下部ノズルの脚
部間を通り外部に流出する冷却水中の異物を捕捉し、該
異物による燃料棒の損傷を防止する。 【構成】 多数の流水孔２を有するプレート３を、脚部
５により下部炉心板４との間に一定間隔を設けて支持せ
しめた下部ノズルＮにおいて、上記ノズルＮの脚部５間
に形成される間隙に、冷却水中の異物を捕捉する網状の
フィルター部材８を配設せしめた構成を特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷ
Ｒ）にて使用される燃料集合体の下部ノズルに係り、詳
しくは、その脚部間を通り外方に流出する冷却水中の異
物を捕捉することにより、上記異物の燃料集合体内への
侵入を防止する下部ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加圧水型原子炉にて使用される燃料集合
体は、多数の燃料棒を並列し、かつシンブル管等を混入
して複数の支持格子で支持せしめた燃料束部と、それを
固定する上部ノズルと下部ノズルとで構成されている。
そして、上記下部ノズル（Ｎ）は、図７に示す如く、燃
料集合体の骨格となる上記シンブル管を固定する複数の
シンブルスクリュー穴（１）と多数の流水孔（２）とを
有する四角形のプレート（３）と、該プレート（３）の
コーナー部から垂下し、下部炉心板（４）との間に所定
の間隔を設けて上記プレート（３）を支持せしめる４本
の脚部（５）とによって構成されている。

【０００３】一方、上記加圧水型原子炉においては、冷
却水は図８に示す如き下部炉心板（４）に設けられた流
水孔（７）より燃料集合体の下部ノズル（Ｎ）に至り、
この下部ノズル（Ｎ）に至った冷却水は、図７に示すよ
うな下部ノズル（Ｎ）にあけられた前記大小多数の流水
孔（２）より燃料集合体内へ流入し、支持格子・燃料棒
の間を通って上部ノズルに至る。そして、上部ノズルの
流水孔を通過した冷却水は蒸気発生器を経て下部炉心板
（４）へ至り循環する。

【０００４】ところで、この冷却水の系統にまぎれ込ん
だ金属片等の異物は、下部ノズルの流水孔を通過したの
ち、支持格子でとられられることが多い。このとらえら
れた異物は、冷却水流によって激しく振動し、周辺にあ
る燃料棒を傷つけ破損に至らしめることがある。そこ
で、従来においては、この異物の燃料体内への流入を防
ぐために、図９に示す如く最下部の支持格子（Ｓ）を下
部ノズル（Ｎ）に接触させると共に、図７に示す如く、
下部ノズル流水孔（２）の中心部に上記支持格子ストラ
ップ交点（２Ｓ）がくるようにして該孔（２）の間隙を
狭め、上記冷却水中の異物を上記下部ノズルプレートで
捕捉することにより、該異物による燃料棒損傷の防止を
図っていた（図中（Ｒ）は燃料棒を示す）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
の下部炉心板から流出した冷却水は、必ずしも全てが前
記下部ノズルのプレートを通過するものではなく、図１
０に示すように下部ノズルの脚部間から流出する冷却水
も少ないながら存在する。即ち、上記従来の方法におい
ては、この脚部間から流出する冷却水中の異物について
は捕捉することができず、このことから、上記異物が燃
料集合体同士の隙間を通って外側から燃料集合体に侵入
した場合は、この異物が該集合体の燃料棒を傷つけるこ
とが考えられる。

【０００６】本発明は、叙上の如き実状に対処し、特に
下部ノズルに新規な構成を見出すことにより、従来、下
部ノズルの脚部間から流出していた冷却水中の異物も捕
捉し、燃料棒の異物による損傷を、より効果的に防止す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明下部ノズルの特徴は、前記多数の流水孔を有す
るプレートを、脚部により下部炉心板との間に一定間隔
を設けて支持せしめた下部ノズルにおいて、上記下部ノ
ズルの脚部間に形成される間隙に、冷却水中の異物を捕
捉する網状のフィルター部材を配設せしめたところにあ
る。また、上記下部ノズルにおいて、ノズルの下端部か
ら所定高さにわたり、上記フィルター部材を切欠いて、
該フィルター部材による流水抵抗を減じ、冷却水の圧力
損失に影響を与えないようにすることも好適である。

【０００８】

【作用】上記構成を有する本発明の下部ノズルにおいて
は、該ノズルの脚部間に設けたフィルター部材が、ノズ
ルの脚部間を通り外部へ流出する冷却水を、その網状の
部分で濾し、該冷却水中の異物を捕捉することが可能
で、これにより、従来、下部ノズル脚部間から流出して
いた異物による燃料棒の損傷を、未然に防止することが
可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、さらに添付図面を参照して、本発明の
実施例を説明する。図１は本発明実施例の下部ノズルを
示す斜視図であり、この下部ノズル（Ｎ）は、シンブル
管を固定する複数の穴（１）ならびに多数の流水孔
（２）を有する正方形のプレート（３）と、該プレート
（３）のコーナー部から垂下し、下部炉心板（４）との
間に所定の間隔を設けて上記プレート（３）を支持せし
める４本の脚部（５）とを備えた基本的構成を有してい
る。そして、本発明では、この下部ノズル（Ｎ）におい
て、上記脚部間（５）の間に形成される間隙に、冷却水
中の異物を捕捉しうる網状のフィルター部材（８）を、
下部ノズルの四周にわたって配設せしめている。なお、
図において（６）は面取りである。また、図２は本発明
第２の実施例を示す正面図であり、この実施例の下部ノ
ズル（Ｎ）は、前記した第１実施例の構成に加えて、下
部ノズル（Ｎ）の下端部から所定高さにわたり、前記フ
ィルター部材（８）を切欠いて、該フィルター部材
（８）による流水抵抗を減じている（この切欠部（９）
の高さについては、後に詳しく説明する）。

【００１０】上記第１，第２実施例のフィルター部材
（８）としては、例えば圧力損失を考慮して流水抵抗の
小さい円形断面やだ円形断面の金属線材で構成した格子
等が好適であり、格子穴（網目）の大きさは、面積で２
０ｍｍ² 以下、あるいは線材同士の最短距離が４ｍｍ以
下とすることが好ましい（これより小さい異物は燃料集
合体にとらえられず、そのまま流過するため影響が小さ
い）。また、上記フィルター部材（８）は、溶接等によ
って下部ノズルに取着すればよい。

【００１１】ところで、図８は、燃料集合体を炉心板上
に設置した状況を示すもので、下部炉心板（４）の下部
ノズル（Ｎ）の直下には４個の下部炉心板流水孔（７）
が設けられている。そして、図１０は、下部炉心板
（４）に設置した２体の従来例下部ノズル（Ｎ）を示す
部分断面図であり、下部炉心板（４）に設けられた流水
孔（７）より流入した大部分の冷却水は、図示の如く下
部ノズル（Ｎ）に設けられた流水孔（２）を通過して燃
料集合体内へ至る。下部炉心板流水孔（７）と下部ノズ
ル流水孔（２）の冷却水流水有効断面積は、ほぼ同じ
か、下部炉心板流水孔（７）がやや大きく（〜１０％）
とられている。これに対して、各集合体間−具体的には
下部ノズル同士の間隙に占める流水有効断面積は、下部
ノズル流水有効断面積の５％以下にすぎない。しかも、
そのギャップは２ｍｍ以下であり、近傍下部ノズル流水
孔の流力的等価ギャップの１／２以下である。従って、
上記下部ノズルの間隙（ギャップ）へ流れ込む流量は極
めて少ないと言えるが、それでも存在する。また、隣接
する燃料集合体を傷つけないようにするため、ノズルの
プレート下端縁部にはかなり大きな面取りも必要であ
り、冷却水は図１０に示すように下部ノズル同士の間隙
に想定以上に流れ易くなっている。そして、異物の流入
を防ぐために下部ノズルの流水孔（２）を小さくする
と、等価ギャップが小さくなり、さらに下部ノズル
（Ｎ）同士の間隙へ流れ込む量（１０）が必然的に多く
なる。

【００１２】一方、下部炉心板（４）を通過する冷却水
速度は数ｍ／ｓｅｃに達し、下部炉心板（４）上面から
下部ノズル（Ｎ）下面までの寸法、数ｃｍ〜数十ｃｍに
比較して、充分大きく、冷却水流にのった異物は直接下
部ノズル下面に到達するものと考えられる。従って、異
物が下部ノズル同士の間隙（ギャップ）へ入るために
は、図１０に示す流れ（１０）にのる必要がある。即
ち、異物のノズル間隙への流入経路及び速度は図３の矢
印に示す通りであり、異物はノズル（Ｎ）の下端からの
高さ（Ｘ）の間は通過しない。ここで、異物の軸方向に
おける速度を（ v₁ ) 、同、径方向における速度を（ v
₂ ) 、ノズル（Ｎ）の外面から、これに最も近い下部炉
心板（４）の流水孔（７）端縁部までの距離を（Ｌ）と
した場合、上記（Ｘ）は下記の数式１によって表され
る。

【００１３】

【数１】

【００１４】従って、前記した本発明第２実施例におけ
るフィルター部材（８）の切欠部（９）の高さは、この
Ｘの未満に設定すればよい。具体例としては、 v₁ ＝８
ｍ／ｓ， v₂ ＝４ｍ／ｓ，Ｌ＝23.45 ｍｍである場合、
上記異物が通らない高さ（Ｘ）は次の数式２によって求
めることができる。 以下余白

【００１５】

【数２】

【００１６】これにより、上記フィルター部材切欠部
（９）の高さは、下部ノズル下端から46.9ｍｍ未満の範
囲で設定することができる。なお、上記例において、
（ v₁ ），（ v₂ ），（Ｌ）の実際値はプラントによっ
て様々であるので、上記切欠部（９）の高さは多種多様
となる。ただ、（ v₁）と（ v₂ ）の関係においては、
燃料集合体を効率的に冷却するために、 v₁ ≧v₂ とす
ることがほとんどである。

【００１７】しかして、以上の構成を有する本発明実施
例の下部ノズルにおいては、ノズル（Ｎ）の脚部（５）
間に設けたフィルター部材（９）によって、従来はこの
脚部間を通り外部へ流出していた冷却水を、その網状の
部分で濾し、その中に混入していた異物を捕捉すること
が可能で、これによって、従来この下部ノズルから流出
して外部から燃料棒間に侵入していた異物を冷却水中か
ら除去し、もってこの異物による燃料棒の損傷を未然に
防ぐことが可能となる。また、前記本発明の第２実施例
の下部ノズルにおいては、フィルター部材に前述した切
欠部を設けたことにより、冷却水の圧力損失に影響を与
えることもなく、上記と同等の作用効果を達成すること
が可能である。

【００１８】以上、本発明の実施例を説明したが、上記
フィルター部材（８）の格子または網目の形態として
は、図４〜６に示すように種々のものを採用しうるもの
であり、また、前記切欠部（９）は、前記所定高さの範
囲において、間欠的に形成することも可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料集合
体下部ノズルは、多数の流水孔を有するプレートを、脚
部により下部炉心板との間に一定間隔を設けて支持せし
めた下部ノズルにおいて、上記ノズルの脚部間に形成さ
れる間隙に、冷却水中の異物を捕捉する網状のフィルタ
ー部材を配設せしめたものであり、ノズルの脚部間に設
けたフィルター部材により、この脚部間を通り流出して
いた冷却水中の異物を捕捉せしめて該異物の外部からの
侵入による燃料棒の損傷を未然に防止するとの顕著な効
果を奏し、また、上記フィルター部材をノズル下端から
所定高さ切欠くことにより、冷却水の圧力損失に影響を
及ぼすことなく上記効果を達成するなど、その実用上の
効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の下部ノズルを示す斜視図であ
る。

【図２】本発明第２実施例の下部ノズルを示す正面図で
ある。

【図３】本発明実施例において、フィルター部材の切欠
部の高さと冷却水の流れとの関係を示す説明図である。

【図４】本発明他の実施例を示す正面図である。

【図５】本発明他の実施例を示す正面図である。

【図６】本発明他の実施例を示す正面図である。

【図７】下部ノズルの底面図である。

【図８】下部炉心板流水孔と下部ノズルの位置関係を示
す説明図である。

【図９】従来の下部ノズルを示す正面図である。

【図１０】下部炉心板に設置した２体の従来例下部ノズ
ルと冷却水の流れを示す部分断面図である。

【符号の説明】

（１） シンブルスクリュー用穴 （２） 下部ノズル流水孔 （３） プレート （４） 下部炉心板 （５） 脚部 （６） 面取り （７） 炉心板流水孔 （８） フィルター部材 （９） フィルター部材切欠部 （１０）冷却水の流れ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の流水孔を有するプレートと、該プ
   レートから垂下し、下部炉心板との間に一定の間隔を設
   けて上記プレートを支持せしめる複数の脚部とを備えた
   燃料集合体の下部ノズルにおいて、上記下部ノズルの脚
   部間に形成される間隙に、冷却水中の異物を捕捉する網
   状のフィルター部材を配設せめしたことを特徴とするＰ
   ＷＲ燃料集合体の下部ノズル。
2. 【請求項２】 上記下部ノズルの下端部から所定高さに
   わたり、上記フィルター部材を切欠いて、該フィルター
   部材による流水抵抗を減じたことを特徴とする請求項１
   記載のＰＷＲ燃料集合体の下部ノズル。