JPH06109884A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents
沸騰水型原子炉用燃料集合体Info
- Publication number
- JPH06109884A JPH06109884A JP4305811A JP30581192A JPH06109884A JP H06109884 A JPH06109884 A JP H06109884A JP 4305811 A JP4305811 A JP 4305811A JP 30581192 A JP30581192 A JP 30581192A JP H06109884 A JPH06109884 A JP H06109884A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel assembly
- fuel
- boiling water
- water reactor
- spacer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
〔目的〕 限界出力特性が優れ、かつ、熱水力学的な安
定性に優れた沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供する。 〔構成〕 沸騰水型原子炉用燃料集合体において、燃料
棒により取り囲まれている空間に水平方向に螺旋流を発
生させるベーンを有するスペーサのベーンの傾斜度、ま
たはベーンの大きさを燃料集合体の内周部から外周部へ
行くに従って大きくする。例えば角度の方は最外周部で
は傾斜度は１０°、中間部では５°、内周部では２°と
し、大きさの方は内周部から外周部へ行くに従って大き
くする。
定性に優れた沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供する。 〔構成〕 沸騰水型原子炉用燃料集合体において、燃料
棒により取り囲まれている空間に水平方向に螺旋流を発
生させるベーンを有するスペーサのベーンの傾斜度、ま
たはベーンの大きさを燃料集合体の内周部から外周部へ
行くに従って大きくする。例えば角度の方は最外周部で
は傾斜度は１０°、中間部では５°、内周部では２°と
し、大きさの方は内周部から外周部へ行くに従って大き
くする。
Description
〔０００１〕 〔産業上の利用分野〕本発明は、沸騰水型原子炉用燃料
集合体を構成する燃料棒保持用のスペーサに関するもの
である。 〔０００２〕 〔従来の技術〕沸騰水型原子炉用燃料集合体の構造を図
８に示す。同図において１は燃料棒、１ａはタイ燃料
棒、２は燃料棒１の上部端栓、３はロッドスプリング、
４は上部タイプレート、５はチャンネルボックス、６は
水管、７は下部タイプレート、８はスペーサ、９は燃料
棒１の下部端栓である。燃料集合体は、８行８列や９行
９列の格子からなり、６０本から８０本の燃料棒を上部
タイプレート４、下部タイプレート７およびスペーサ８
で束ねた構造となっている。最外周の８本の燃料棒がタ
イ燃料棒１ａとなっていて、上部端栓２、下部端栓９で
それぞれ上，下部タイプレート４，７と連結固定してい
る。 〔０００３〕沸騰水型原子炉の運転時には燃料棒から熱
が発生して冷却水が沸騰し、その蒸気が原子炉発電用の
タービンを回転させて電気を発生させる。従って、燃料
棒から発生する熱が大きければ大きいほど蒸気の発生量
が多くなり、発電量も多くなる。しかし、燃料棒から発
生する熱が大きくなると、燃料棒表面の液膜が失われて
燃料棒と冷却材の間に蒸気の膜ができて、燃料棒の熱が
冷却材に伝わり難くなる。このような蒸気の膜ができて
熱が伝わり難くなった状態をドライアウトと呼び、ドラ
イアウトになる燃料の出力を限界出力と呼ぶ。 〔０００４〕従来の技術では、上記限界出力特性を向上
させるために、燃料棒を束ねているスペーサにより冷却
材を攪拌させて冷却材が燃料棒に向かうように考慮して
いる。例えば、実開昭５４−７６４９７では図６に示す
ような構造（以下ベーン１０と呼ぶ。）を提案してい
る。 〔０００５〕このような方法は、冷却材を攪拌し、螺旋
流を発生させて、その遠心力で冷却材を燃料棒に向かう
ようにして、燃料棒のドライアウト特性を向上させるこ
とを意図したものであると考えられる。しかし、このよ
うなスペーサでは、圧力損失すなわち冷却材が燃料集合
体内を流れる時の抵抗が大きく、熱水力学的な安定性が
低下する。 〔０００６〕さらに詳述すると、例えば図６のような従
来技術では、図７に示すように発生する螺旋流１１によ
って、冷却材が遠心力１２により燃料棒に向かうことに
よって、限界出力特性の向上を計っている。１３は液
滴、１４は液膜、１５は格子板である。しかし、また、
螺旋流１１を発生させるベーンは冷却材の流れの抵抗に
なることから、スペーサのすべてのセルに配置すると燃
料の圧力損失が増加して、熱水力学的に不安定になると
いう問題がある。一方ドライアウト特性の比較的厳しい
スペーサの外周部にのみ配置することにより、燃料の圧
力損失をそれ程増やさず、かつ、限界出力特性を向上さ
せることも可能ではある。しかし、これでは限界出力特
性の向上効果が、極めて限られたものになってしまうと
いう問題がある。 〔０００７〕
集合体を構成する燃料棒保持用のスペーサに関するもの
である。 〔０００２〕 〔従来の技術〕沸騰水型原子炉用燃料集合体の構造を図
８に示す。同図において１は燃料棒、１ａはタイ燃料
棒、２は燃料棒１の上部端栓、３はロッドスプリング、
４は上部タイプレート、５はチャンネルボックス、６は
水管、７は下部タイプレート、８はスペーサ、９は燃料
棒１の下部端栓である。燃料集合体は、８行８列や９行
９列の格子からなり、６０本から８０本の燃料棒を上部
タイプレート４、下部タイプレート７およびスペーサ８
で束ねた構造となっている。最外周の８本の燃料棒がタ
イ燃料棒１ａとなっていて、上部端栓２、下部端栓９で
それぞれ上，下部タイプレート４，７と連結固定してい
る。 〔０００３〕沸騰水型原子炉の運転時には燃料棒から熱
が発生して冷却水が沸騰し、その蒸気が原子炉発電用の
タービンを回転させて電気を発生させる。従って、燃料
棒から発生する熱が大きければ大きいほど蒸気の発生量
が多くなり、発電量も多くなる。しかし、燃料棒から発
生する熱が大きくなると、燃料棒表面の液膜が失われて
燃料棒と冷却材の間に蒸気の膜ができて、燃料棒の熱が
冷却材に伝わり難くなる。このような蒸気の膜ができて
熱が伝わり難くなった状態をドライアウトと呼び、ドラ
イアウトになる燃料の出力を限界出力と呼ぶ。 〔０００４〕従来の技術では、上記限界出力特性を向上
させるために、燃料棒を束ねているスペーサにより冷却
材を攪拌させて冷却材が燃料棒に向かうように考慮して
いる。例えば、実開昭５４−７６４９７では図６に示す
ような構造（以下ベーン１０と呼ぶ。）を提案してい
る。 〔０００５〕このような方法は、冷却材を攪拌し、螺旋
流を発生させて、その遠心力で冷却材を燃料棒に向かう
ようにして、燃料棒のドライアウト特性を向上させるこ
とを意図したものであると考えられる。しかし、このよ
うなスペーサでは、圧力損失すなわち冷却材が燃料集合
体内を流れる時の抵抗が大きく、熱水力学的な安定性が
低下する。 〔０００６〕さらに詳述すると、例えば図６のような従
来技術では、図７に示すように発生する螺旋流１１によ
って、冷却材が遠心力１２により燃料棒に向かうことに
よって、限界出力特性の向上を計っている。１３は液
滴、１４は液膜、１５は格子板である。しかし、また、
螺旋流１１を発生させるベーンは冷却材の流れの抵抗に
なることから、スペーサのすべてのセルに配置すると燃
料の圧力損失が増加して、熱水力学的に不安定になると
いう問題がある。一方ドライアウト特性の比較的厳しい
スペーサの外周部にのみ配置することにより、燃料の圧
力損失をそれ程増やさず、かつ、限界出力特性を向上さ
せることも可能ではある。しかし、これでは限界出力特
性の向上効果が、極めて限られたものになってしまうと
いう問題がある。 〔０００７〕
〔課題を解決するための手段〕発明者は、螺旋流の挙動
について考察を重ねた結果、発生する螺旋流の回転速度
は隣接する螺旋流との相互作用による相乗作用によって
促進されることを見いだした。本発明は、螺旋流の相互
作用並びに燃料の圧力損失の低下を両立させるために、
螺旋流を発生させるベーンの傾斜度を燃料集合体の内周
部から外周部に行くに従って大にすることにした。これ
はこのように内周部ほどベーンの傾斜度が小さくなって
も隣接する螺旋流同士の相互作用により、その回転速度
が小さくならないことがわかったためである。（図５参
照） また、同様に、燃料集合体の内周部から外周部に行くに
従ってベーンの大きさを大きくすることによって同様の
結果が得られることもわかった。以上のことから、沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、燃料棒により取り囲
まれている空間に水平方向に螺旋流を発生させるスペー
サのベーンの傾斜度および／または大きさが内周部から
外周部に行くに従って大きくなっているスペーサを用い
ることによって課題の解決を実現した。
について考察を重ねた結果、発生する螺旋流の回転速度
は隣接する螺旋流との相互作用による相乗作用によって
促進されることを見いだした。本発明は、螺旋流の相互
作用並びに燃料の圧力損失の低下を両立させるために、
螺旋流を発生させるベーンの傾斜度を燃料集合体の内周
部から外周部に行くに従って大にすることにした。これ
はこのように内周部ほどベーンの傾斜度が小さくなって
も隣接する螺旋流同士の相互作用により、その回転速度
が小さくならないことがわかったためである。（図５参
照） また、同様に、燃料集合体の内周部から外周部に行くに
従ってベーンの大きさを大きくすることによって同様の
結果が得られることもわかった。以上のことから、沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、燃料棒により取り囲
まれている空間に水平方向に螺旋流を発生させるスペー
サのベーンの傾斜度および／または大きさが内周部から
外周部に行くに従って大きくなっているスペーサを用い
ることによって課題の解決を実現した。
〔０００９〕 〔作用〕ベーンの傾斜度または大きさをスペーサの内周
部と外周部で変えることにより圧力損失の増加を最小限
に抑制し、一方ベーンによる螺旋流の効果によって、限
界出力特性が向上する。 〔００１０〕 〔実施例〕 〔実施例１〕図１に示すように格子型スペーサの交点付
近に螺旋流を発生させるようなベーン１０を設け、ベー
ンの傾斜度を最外周部で約１０°、２列目で５°、３列
目より内周部では２°とした。本実施例と、ベーンの傾
斜度をすべて１０°としたスペーサ（従来技術１）、す
べて５°としたスペーサ（従来技術２）、および外周部
にのみ１０゜のベーンを設けたスペーサ（従来技術３）
について限界出力特性並びに圧力損失の評価試験を行っ
た。その評価結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。試験の
結果、本発明によるスペーサは、ベーンの傾斜度をすべ
て１０゜とした従来スペーサに比較して限界出力特性は
同等であり、圧力損失は低く抑えることができた。ま
た、従来技術２，３より本発明のスペーサの方が限界出
力特性が優れている。なお、実施例１のベーンの寸法形
状は図２に示すとおりである。 〔実施例２〕ベーンの傾斜度をすべて１０°とし、ベー
ンの大きさ（面積）を図３のように外周部、中間部、内
周部で変えても同等の作用・効果が得られた。 〔００１１〕 〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば燃
料棒の限界出力特性が優れ、熱水力学的安定性の優れた
安全性の高い、沸騰水型原子炉用燃料集合体を供給でき
る。
部と外周部で変えることにより圧力損失の増加を最小限
に抑制し、一方ベーンによる螺旋流の効果によって、限
界出力特性が向上する。 〔００１０〕 〔実施例〕 〔実施例１〕図１に示すように格子型スペーサの交点付
近に螺旋流を発生させるようなベーン１０を設け、ベー
ンの傾斜度を最外周部で約１０°、２列目で５°、３列
目より内周部では２°とした。本実施例と、ベーンの傾
斜度をすべて１０°としたスペーサ（従来技術１）、す
べて５°としたスペーサ（従来技術２）、および外周部
にのみ１０゜のベーンを設けたスペーサ（従来技術３）
について限界出力特性並びに圧力損失の評価試験を行っ
た。その評価結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。試験の
結果、本発明によるスペーサは、ベーンの傾斜度をすべ
て１０゜とした従来スペーサに比較して限界出力特性は
同等であり、圧力損失は低く抑えることができた。ま
た、従来技術２，３より本発明のスペーサの方が限界出
力特性が優れている。なお、実施例１のベーンの寸法形
状は図２に示すとおりである。 〔実施例２〕ベーンの傾斜度をすべて１０°とし、ベー
ンの大きさ（面積）を図３のように外周部、中間部、内
周部で変えても同等の作用・効果が得られた。 〔００１１〕 〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば燃
料棒の限界出力特性が優れ、熱水力学的安定性の優れた
安全性の高い、沸騰水型原子炉用燃料集合体を供給でき
る。
〔図１〕本発明のスペーサ実施例１の横断面図である。 〔図２〕本発明の実施例１のベーンの寸法形状の説明図
である。 〔図３〕本発明の実施例２のベーンで、それぞれ左より
外周部、中間部、内周部におけるベーンの寸法形状の説
明図である。 〔図４〕本発明と従来技術の性能比較説明図で、（ａ）
は限界出力、（ｂ）は圧力損失である。 〔図５〕螺旋流の回転速度が隣合う螺旋流同士の相互作
用で回転速度が遅くならない説明図である。 〔図６〕従来の螺旋流を発生させるベーンの説明図であ
る。 〔図７〕螺旋流がドライアウト特性を改善するメカニズ
ムの説明図である。 〔図８〕沸騰水型原子炉用燃料集合体の説明図である。 〔符号の説明〕 １ 燃料棒 １ａ タイ燃料棒 ４ 上部タイプレート ７ 下部タイプレート ８ スペーサ １０ ベーン １１ 螺旋流 １３ 液滴 １４ 液膜 １５ 格子板
である。 〔図３〕本発明の実施例２のベーンで、それぞれ左より
外周部、中間部、内周部におけるベーンの寸法形状の説
明図である。 〔図４〕本発明と従来技術の性能比較説明図で、（ａ）
は限界出力、（ｂ）は圧力損失である。 〔図５〕螺旋流の回転速度が隣合う螺旋流同士の相互作
用で回転速度が遅くならない説明図である。 〔図６〕従来の螺旋流を発生させるベーンの説明図であ
る。 〔図７〕螺旋流がドライアウト特性を改善するメカニズ
ムの説明図である。 〔図８〕沸騰水型原子炉用燃料集合体の説明図である。 〔符号の説明〕 １ 燃料棒 １ａ タイ燃料棒 ４ 上部タイプレート ７ 下部タイプレート ８ スペーサ １０ ベーン １１ 螺旋流 １３ 液滴 １４ 液膜 １５ 格子板
Claims (1)
- 〔請求項１〕 沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
スペーサが燃料棒により取り囲まれている空間に水平方
向に螺旋流を発生させるベーンを有し、該ベーンの傾斜
度および／または大きさが、燃料集合体の内周部から外
周部に行くに従って傾斜度が大きく、および／または大
きさが大きくなっていることを特徴とする沸騰水型原子
炉用燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4305811A JPH06109884A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4305811A JPH06109884A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109884A true JPH06109884A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17949654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4305811A Withdrawn JPH06109884A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06109884A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5875224A (en) * | 1997-09-02 | 1999-02-23 | General Electric Company | Swirler attachment for a spacer of a nuclear fuel bundle |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP4305811A patent/JPH06109884A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5875224A (en) * | 1997-09-02 | 1999-02-23 | General Electric Company | Swirler attachment for a spacer of a nuclear fuel bundle |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |