JPH06148370A - 燃料スペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却材の流路に介在するフェルールの端部に外
側チャンファ加工をして、圧損低減と燃料スペーサ上流
側で発生し易い遷移沸騰を抑制し、限界出力が向上する
燃料スペーサを提供する。 【構成】複数本の燃料棒５，９を束ねた原子炉の燃料集
合体28中で前記燃料棒５，９を挿通した各管状フェルー
ル30の内外側を冷却材の通路として内方の突起14および
連続ループバネ16，35により各燃料棒５，９を同心円状
に保持すると共に、このフェルール30相互を溶接とバネ
および周辺支持バンド13で横方向位置に連結した燃料ス
ペーサ29ａ，29ｂにおいて、前記管状フェルール30の少
なくとも下端部（冷却材流路上流側）の外側にチャンフ
ァ32を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の燃料集合体に
用いる燃料スペーサに係り、特に独立セル型燃料スペー
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、沸騰水型原子炉に用いられる燃料
集合体の燃料スペーサとしては、特開昭59-65287号公報
の第２Ａ図に示す構造が提案されている。この燃料スペ
ーサは、内部に燃料棒が挿入される多数の管状フェルー
ルを格子状に配列し、隣接する相互の管状フェルールを
溶接にて結合して構成したものである。なお、燃料棒と
同様にウォーターロッドも管状フェルール内に挿入され
ている。

【０００３】従来の燃料スペーサを図13乃至図17に基づ
いて説明する。図13は沸騰水型原子炉に使用する燃料集
合体の縦断面図で、この燃料集合体１はハンドル２を有
する上部タイプレート３と、下部タイプレート４および
両端部が上部タイプレート３と下部タイプレート４とに
支持された多数の燃料棒５と、この燃料棒５の間に配置
されたウォーターロッド６、および軸方向に複数個配置
された燃料スペーサ７ａ，７ｂとチャンネルボックス８
から形成されている。

【０００４】また燃料スペーサ７ａ，７ｂは、燃料棒５
およびウォーターロッド６の相互の水平方向間隔を一定
に保持し、さらにチャンネルボックス８が燃料スペーサ
７ａ，７ｂによって束ねられた燃料棒５およびウォータ
ーロッド６の束を取り囲んでいる。なお、チャンネルボ
ックス８は上部タイプレート３に取り付けられる。燃料
棒の一部は短尺燃料棒９で、その下端部のみを下部タイ
プレート４に保持されていて、ウォーターロッド６の下
端部に冷却材流入口10が設けられ、上端部には冷却材流
出口11が設けられている。

【０００５】燃料スペーサ７ａは、図14（ｂ）の図13に
おけるＢ−Ｂ矢視断面図に示すように、燃料棒５および
短尺燃料棒９と同数の管状フェルール12を格子状に配列
して、管状フェルール12の束の外周を帯状の周辺支持バ
ンド13にて取り囲んだものである。

【０００６】また燃料スペーサ７ｂは、図14（ａ）で図
13のＡ−Ａ矢視断面図に示すように、燃料棒５と同数の
管状フェルール12を格子状に配列し、外周を帯状の周辺
支持バンド13で取り囲んだもので、いずれも格子状に配
列された管状フェルール12は、隣接している管状フェル
ール12同士が点溶接にて接合されている。

【０００７】管状フェルール12は図15の拡大斜視図に示
すように、管状フェルール12の両端または近傍には、特
公昭63-48031号公報の第７図、または特開昭59-65287号
公報の第３Ａ図および第３Ｂ図に開示されているような
突起が夫々２個設けられている。これらの突起14は管状
フェルール12の一部を内側に突出させたものである。

【０００８】隣接する管状フェルール12の端は点溶接15
（図15中黒点で示す）にて溶接されている。また図14
（ａ），（ｂ）に示すように隣接している２個の管状フ
ェルール12に跨って連続ループバネ16が設置されてお
り、この連続ループバネ16の形状は、特開昭59-65287号
公報の第４図に開示されているものと同様であって、高
さ方向の中央部が外側に突出している。

【０００９】さらに、連続ループバネ16を取り付ける部
分は、特開昭62-287184 号公報の第１図および第２図に
開示されているように、図15に示す管状フェルール12の
円筒側面部の１ケ所に縦方向に矩形の切り欠き部17を設
け、この切り欠き部17の一端または上下端近傍（図15で
は切り欠き部17の上下部）に爪部18を突設した形状とし
ている。

【００１０】また隣接する管状フェルール12における、
同じ切り欠き部17を相対または軸方向に逆転させて突き
合わせ、これらの爪部18に燃料棒押圧用の連続ループバ
ネ16を保持させる。この結果、管状フェルール12は格子
状に組立てられる。なお、ウォーターロッド６が管状フ
ェルール12の内径よりも太径の場合の燃料スペーサ７
ａ，７ｂの開発が行われており、この例としては、特開
昭61-198096号公報の第１図に開示されたものが提案さ
れている。

【００１１】従来の管状フェルール12を格子状に配列し
た燃料スペーサ７ａ，７ｂは燃料棒５の挿入性を容易に
することと、上下端を隣接する管状フェルール12同士で
点溶接し易いように端面の内側にチャンファを加工して
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年、燃料集合体１の
遷移沸騰発生と燃料スペーサ７ａ，７ｂの形状との関係
のメカニズム解明が進み、燃料集合体１の出力が限界出
力に近づくと軸方向に複数個（現在７個乃至８個）配置
された燃料スペーサ７ａ，７ｂの上方から２個目乃至１
個目の下端側近傍（下端より上流側５〜６mm）で遷移沸
騰が生じ易いことが分かっている。

【００１３】さらに、遷移沸騰が生じている燃料棒表面
の周方向位置は、図16の流路要部拡大断面図に示すよう
に、４本の燃料棒５で囲まれる流路19の中心に面する部
分（図16において、45°方向の燃料棒表面部位）である
ことが分かっている。また燃料スペーサは、２相流を撹
拌することによって燃料スペーサ下流側の燃料棒５の表
面に冷却材の液滴を付着させて液膜を厚くする働きをす
るが、燃料スペーサの上流側では燃料棒５の表面に沿っ
て流れる液膜を２相流の流れの乱れの結果、薄くして遷
移沸騰を生じ易くする影響も与える。

【００１４】また図16に４本の燃料棒５で囲まれた流路
19における２相流の流速分布を等高線で示す。この等高
線の添え字１〜６で示した数字の小さいほど流速が大き
いことを示す。流速分布は燃料棒表面の０°，90°部位
では遅く、45°部位20では速いことが分かる。実験によ
る遷移沸騰を生じ易い燃料スペーサ下端近傍の燃料棒表
面の液膜厚さ測定結果も、この45°部位20で液膜が薄く
なる傾向を示している。

【００１５】これらの結果から、燃料スペーサ７ａ，７
ｂ通過前後の冷却材の２相流（環状流状態を呈してい
る）状態を考察すると、図17の燃料棒間の流路説明図に
示すような流れ状態が考察される。すなわち、図17
（ａ）に示す燃料棒表面の０°、90°部位（直角方向）
では、燃料棒５，５間の冷却材の流路19の中央におい
て、管状フェルール12，12が先端が共に内側にチャンフ
ァ21を有する平板状の障害として存在し、この外形に沿
って滑らかに冷却材の流線が曲がって、管状フェルール
12の内側と燃料棒５の表面の間の環状流路22に流入す
る。

【００１６】この時、この部位の流速は比較的に遅いの
で、液膜23の流も厚く、環状流路22に流入する時に加速
されて、かつ流線が燃料棒５の表面に近づくことによる
液膜23の厚さの低減は小さい。これに対して図17（ｂ）
に示す45°部位（対角方向）では、燃料棒５，５間の冷
却材の流路19の両側で管状フェルール12が先端が片側に
チャンファ21を有する平板状の障害として存在する。従
って、この外形に沿って滑らかに流線が曲がって管状フ
ェルール12の内側と燃料棒５の表面の間の環状流路22に
流入する流線と、管状フェルール12の外側に沿って流れ
る流れに分かれる。

【００１７】ところが、この外側流路24では流速が速い
ため、燃料棒５表面の境界層も薄い流れの状態を呈し、
燃料棒５表面と管状フェルール12内側との環状流路22に
おいては、０°，90°部位（直角方向）におけるよりも
高速の蒸気流を狭い環状流路22に誘導することになる。
この結果、管状フェルール12の上流側25では元々液膜23
の流の厚さが薄いところへ、この高速流の加速効果およ
び流線が燃料棒５の表面に近づくことにより、液膜23の
厚さの低減度合いが、図15（ａ）に示す直角方向部位よ
り大きくなる。

【００１８】この結果から従来遷移沸騰を生じる場合
は、燃料スペーサ７ａ，７ｂの管状フェルール12下端近
傍の対角方向部位であると考えられる。また燃料スペー
サ７ａ，７ｂ通過後においては、燃料スペーサ７ａ，７
ｂの管状フェルール12の表面に沿った境界層の流れが剥
離して乱流を生じるため、環状流における蒸気相の中の
液滴26が流れの乱れにより、燃料棒５の表面に付着す
る。

【００１９】さらに、燃料棒５表面近傍の流速が拡大流
となり、流速が低下復帰することにより管状フェルール
12の下流側27における液膜23の流れの厚さは、管状フェ
ルール12通過前よりも厚くなる。これが燃料スペーサ７
ａ，７ｂによる限界出力の向上効果である。なお、図17
（ａ），（ｂ）において、一点鎖線の左側は２相流を矢
印で、右側はで２相流を断面で表している。

【００２０】本発明の目的とするところは、冷却材の流
路に介在するフェルールの端部に外側チャンファ加工を
して、圧損低減と燃料スペーサ上流側で発生し易い遷移
沸騰を抑制し、限界出力が向上する燃料スペーサを提供
することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】複数本の燃料棒を束ねた
原子炉の燃料集合体中で前記燃料棒を挿通した各フェル
ールの内外側を冷却材の通路として内方の突起とバネに
より各燃料棒を同心円状に保持すると共に、このフェル
ール相互を溶接とバネおよび周辺支持バンドで横方向位
置に連結した燃料スペーサにおいて、前記フェルールの
少なくとも下端部（冷却材流路上流側）の外側にチャン
ファを形成したことを特徴とする。

【００２２】

【作用】燃料集合体中に流れる冷却材の流路は、燃料棒
間の直角方向と対角方向とで間隔が異なり、特に燃料棒
を保持する燃料スペーサ位置においては、直角方向では
燃料棒表面とフェルール内側間の環状流路を、また対角
方向では環状流路と隣接するフェルール外側間の外側流
路が形成される。

【００２３】特に対角方向の環状流路においては、燃料
棒表面近傍の流速が速い冷却材の流れをフェルールの下
端部（冷却材流路上流側）に形成した外側のチャンファ
により外側流路に誘導して、フェルール内側と燃料棒表
面とで形成する狭い環状流路に取り込まないで、外側流
路を圧縮流の形で流すので、燃料棒表面近傍における流
線が燃料棒表面に近づかないことと、流れが圧縮されず
に加速度合いが小さいので液膜流の厚さ低下が緩和され
る。これにより、遷移沸騰の発生が抑制されて燃料集合
体の限界出力が向上する。

【００２４】

【実施例】本発明一実施例を図面を参照して説明する。
なお、上記した従来技術と同じ構成部分には同一符号を
付して詳細な説明を省略する。図１の縦断面図に示すよ
うに、沸騰水型原子炉に使用する燃料集合体28は、ハン
ドル２を有する上部タイプレート３と下部タイプレート
４、および両端部が上部タイプレート３と下部タイプレ
ート４とに支持された、多数の燃料棒５と短尺燃料棒９
の間に配置されたウォーターロッド６、さらに軸方向に
複数個配置された燃料スペーサ29ａ，29ｂとから形成さ
れている。

【００２５】燃料棒５，９およびウォーターロッド６
は、燃料スペーサ29ａ，29ｂにより相互の水平方向間隔
を一定に保持されている。さらに、チャンネルボックス
８が、燃料スペーサ29ａ，29ｂによって束ねられた燃料
棒５，９とウォーターロッド６を取り囲んで、上部タイ
プレート３に取り付けられている。

【００２６】燃料棒の一部は短尺燃料棒９で、その下端
部のみを下部タイプレート４に保持させても良い。同様
にウォーターロッド６も、その下端部のみを下部タイプ
レート４に保持させても良く、またチャンネルボックス
８は上部タイプレート３の代わりに下部タイプレート４
に取り付けられても良い。さらに、ウォーターロッド６
の下端部には冷却材流入口10が設けられ、上端部に冷却
材流出口11が設けられている。

【００２７】燃料スペーサ29ｂは、図２（ａ）の断面図
で図１におけるＡ−Ａ矢視断面図に示すように、燃料棒
５と同数の管状フェルール30を格子状に配列し、この管
状フェルール30の束を連続ループバネ16と、外周を帯状
の周辺支持バンド13にて取り囲んだものである。また燃
料スペーサ29ｂは、図２（ｂ）の断面図で、図１におけ
るＢ−Ｂ矢視断面図に示すように、燃料棒５および単尺
燃料棒９と同数の管状フェルール30を格子状に配列し、
この管状フェルール30の束を連続ループバネ16と、外周
を帯状の周辺支持バンド13にて取り囲んだものである。

【００２８】また格子状に配列された図３の拡大斜視図
で示す管状フェルール30は、隣接している管状フェルー
ル30同士を点溶接31（黒点で示す）にて溶接している。
管状フェルール30の上下端には内側に突起14が夫々２個
設けている。これらの突起14は、管状フェルール30の一
部を内側に突出させたものである。

【００２９】管状フェルール30の下端面（冷却材流路上
流側）は、隣接する管状フェルール30と点溶接31する部
位近傍を除いて外側に大きいチャンファ32を加工を施
す。なお、端面が鋭角になる方がより本発明上都合が良
い。また上端面（下流側端面）は燃料棒組立の容易性の
観点から内側に若干のチャンファ加工をする。しかし圧
損低減の観点からは大きいチャンファの方が都合が良い
が、境界層剥離による流れの乱れを大きくして燃料棒
５，９の表面への液滴26の付着を増進する観点からは、
この部分のチャンファ量は小さい方が良い。

【００３０】多数の管状フェルール30は格子状に配列し
て、図２に示すように組み合わせる。この時に、上下端
は夫々下流側と、上流側の区別を持って揃えられる。ま
た燃料スペーサ29ａ，29ｂは図４の一部切断正面図で示
すように、隣接している管状フェルール30に跨って連続
ループバネ16が設置されている。この連続ループバネ16
の形状は、高さ方向の中央部が外側に突出している。

【００３１】連続ループバネ16を取り付ける部分は、図
３に示すように管状フェルール30の円筒部側面に縦方向
に矩形の切り欠き部17を設け、この切り欠き部17の上下
端近傍に爪部18を突設した形状とし、隣接する管状フェ
ルール30の同じ切り欠き部17と相対するように突き合わ
せ、これら上下の爪部18に燃料棒押圧用の連続ループバ
ネ16を保持させる。さらに周囲は周辺支持バンド13で囲
み、この結果、管状フェルール30は図５（ａ）の要部拡
大一部切断正面図および図５（ｂ）の要部拡大横断面図
に示すように格子状に組込まれて燃料棒５を保持してい
る。

【００３２】燃料スペーサ29ａ，29ｂの中央部の構造は
図６の要部拡大平面図に示すように、中央部の７個の管
状フェルール30が取り除かれた状態で形成された孔部3
3、すなわち、中央部の10個の管状フェルール30の側壁
で取り囲まれた細長い孔部33が形成されている。４個の
架橋部材34ａ，34ｂが図２および図６に示すように孔部
33内で燃料スペーサ29ａ，29ｂの対角線に直交する方向
に配置されている。

【００３３】架橋部材34ａの左右の両端部は、燃料スペ
ーサ29ａ，29ｂの中央部の孔部33を形成している10個の
管状フェルール30のうち、細長い孔部の両端を構成して
いる隣接の２個の管状フェルール30の側面に点溶接31に
て夫々取り付けられている。

【００３４】架橋部材34ａは上下２枚の部材からなり、
上部端または下端に凹部を有し、この部分に連続ループ
バネ35を装着の上、溶接して一枚の架橋部材34ａとし
て、管状フェルール30の上下端部に架橋部材34ａの左右
端部を上下端で点溶接する。また架橋部材34ｂは細長い
孔部33の腹部の管状フェルール30を３個結合しつつ、燃
料スペーサ29ａ，29ｂの対角線方向に突出した曲り部36
を形成し、この曲り部36の隅でウォーターロッド６を支
える。

【００３５】さらに架橋部材34ｂは、管状フェルール30
の側壁と同じ曲率で左右の端部、および曲り部36の根元
が成型されていて、この部分で隣接する管状フェルール
30と上下端が点溶接される。ウォーターロッド６は、図
２，図６に示すように孔部33内に挿入されており、架橋
部材34ａに設けられた連続ループバネ35にて架橋部材34
ｂの曲り部36で押圧されている。

【００３６】上記図２（ａ）に示す燃料スペーサ29ｂ
は、燃料集合体28の上部に取り付けられる燃料スペーサ
で、短尺燃料棒９の位置の管状フェルール30が削除され
て空所になっている。

【００３７】こうして構成された管状フェルール30の配
列の内、図４で示すように燃料スペーサ29ａ，29ｂの周
辺の管状フェルール30に周辺支持バンド13が固定され
る。この周辺支持バンド13には、燃料棒５同士の中間位
置に、少なくとも内向きに湾曲した上向き（冷却材流路
の下流側へ向いた）の複数の突起板37が設けられてい
る。

【００３８】また周辺支持バンド13の４隅近くには、一
対の外向きに周辺支持バンド13の部材を突出させたロー
ブ38が形成されていて、このローブ38により燃料スペー
サ29ａ，29ｂを取り囲むチャンネルボックス８との間に
一定の間隔を持たせるようにして構成されている。

【００３９】次に上記構成による作用について説明す
る。原子炉の冷却材は、炉心の下方から炉心内に装荷さ
れた燃料集合体28内を上昇する。すなわち、冷却材は下
方より下部タイプレート４内に流入し、さらにチャンネ
ルボックス８内で燃料棒５，９間に形成された流路19を
上昇して、上部タイプレート３より上部プレナムに流出
する。またチャンネルボックス８内に流入した冷却材の
一部は、冷却材流入口10よりウォーターロッド６内に供
給され、ウォーターロッド６内を上昇して冷却材出口11
よりウォーターロッド６外部に流出する。

【００４０】ウォーターロッド６は、燃料集合体28の横
断面中央部の冷却材の割合を高めることになり、その中
央部における中性子の減速作用を増加させる働きを有す
る。このため、燃料集合体28の横断面中央部の反応度が
高くなると共に、横断面における出力分布の平坦化がさ
れる。

【００４１】ところで、チャンネルボックス８内を流れ
る冷却材は軸方向に上昇するにつれ、燃料棒５，９を除
熱し、サブクール状態から飽和温度までの昇温加熱さ
れ、さらに飽和水の沸騰を生じている。従って、理想的
には冷却材のうち、液相（飽和水）は燃料棒５，９の表
面付近を流れ、気相（蒸気）は燃料棒間の空間を流れる
ことが最も除熱効率が良いことになる。

【００４２】一方、実際の燃料集合体冷却材流動様式を
見ると、ボイド率が高く除熱上余裕の少ない燃料集合体
上半部領域では、環状流と呼ばれる気液２相流動状態と
なっている。この流動状態では、図７の要部拡大模式図
に示すように、燃料棒５，５間の空間の流路19でボイド
率が高くなり、その中を液滴26が混じって流れて、燃料
棒５の表面は液膜23が覆っている。この液膜23の沸騰に
より燃料棒５の除熱が行われている。

【００４３】本発明における燃料スペーサ29ａ，29ｂ通
過前後の冷却材の２相流（環状流状態を呈している）状
態を考察すると、図８（ａ）および（ｂ）の燃料棒間の
流路説明図に示すような流れ状態が考察される。

【００４４】すなわち、図８（ａ）に示す燃料棒の０
°，90°部位（直角方向）では、燃料棒５，５間の冷却
材の流路19において、管状フェルール30の先端部が共に
両側にチャンファ32を有する平板状の障害として存在
し、この外形に沿って滑らかに流線が曲がって管状フェ
ルール30の内側と燃料棒５表面の間の環状流路22に２相
流は流入する。

【００４５】この時、この部位の流速は比較的に遅いの
で、液膜23の流れも厚く、環状流路22に流入する時に、
加速されて、かつ流線が燃料棒５表面に近づくことによ
って液膜23の厚さの低減は小さい。これに対し図８
（ｂ）に示す45°部位（対角方向）では、燃料棒５，５
間の冷却材の流路19の両側において管状フェルール30に
よる先端が片側で外側にチャンファ32を有する平板状の
障害が存在することになる。

【００４６】従って、この外形に沿って滑らかに流線が
曲がって、管状フェルール30の内側と燃料棒５表面の間
の環状流路22に流入する流れと、管状フェルール30の外
側に沿った外側流路24に流れる流れに分かれる。なお、
図８（ａ），（ｂ）において一点鎖線の左側は２相流を
矢印で、右側は断面で示している。

【００４７】しかしながら本発明では、この外側流路24
では管状フェルール30の上流側端部のチャンファ32は外
側に形成してあるので、流速が速い流れの取り込み誘導
が少なく、圧縮加速流は管状フェルール30の外側領域の
外側流路24で生じる。その結果、燃料棒５表面と管状フ
ェルール30内側との環状流路22においては、高速流の加
速効果が従来より小さく、また流線は燃料棒５の表面に
近づく度合が小さいので、液膜23の厚さの低減度合が従
来より小さくなり、この結果が限界出力の向上に寄与す
る。

【００４８】なお、燃料スペーサ29ａ，29ｂを通過した
直後においては、燃料スペーサ29ａ，29ｂの管状フェル
ール30表面に沿った境界層の流れが剥離して乱流が生じ
るため、環状における蒸気相の中の液滴26が流れの乱れ
により、燃料棒表面に付着することと、燃料棒表面近傍
の流速が拡大流となり、流速が低下復帰することにより
液膜23の流れの厚さは燃料スペーサ通過前よりも厚くな
る。この効果は従来の燃料スペーサによる限界出力の向
上効果と同様に期待できる。

【００４９】このため本発明によれば、管状フェルール
30は流体の流れ方向に対する小さい形状変更と圧損の増
加なしで、燃料集合体28の限界出力の向上に寄与する。

【００５０】次に本発明の変形例について説明する。上
記一実施例では管状フェルール30の下端部（上流側端）
は水平の切り口としているが、図９の拡大斜視図に示す
管状フェルール39においては、さらに内側への突起14の
設けられていない対角方向部位でＶ字型の切込み40を加
工して、その部分に外側のチャンファ32を形成する。な
お、Ｖ字型の切込みの深さｈは５〜８mmとする。

【００５１】これにより、燃料棒５の燃料スペーサ下端
近傍の上流側25の周方向を見ると、対角方向の燃料棒表
面の流れの一番速い部分の流れは燃料スペーサ29ａ，29
ｂの軸方向の内部で燃料棒５の表面に向けて流線が曲が
ることとなる。沸騰水原子炉の運転状況においては、燃
料スペーサ29ａ，29ｂの下端近傍で遷移沸騰が発生する
のは燃料スペーサ下端から約５〜６mmということが実験
結果から判明している。

【００５２】従って、前述の燃料棒表面の液膜23の流れ
の厚さ低減を軸方向で、これだけ遅らせることができる
と、遷移沸騰を生じ易い位置は、燃料スペーサ29ａ，29
ｂの軸方向内部に含まれることになる。燃料スペーサ29
ａ，29ｂは普通中性子吸収の少ないジルコニウム合金で
主に構成されているが、それでも中性子吸収および減速
材の排除効果により、この部分の燃料棒５の発熱は燃料
スペーサ29ａ，29ｂの上下と比較すると有意に低下して
いる。

【００５３】従って、燃料棒表面の熱流速も小さいの
で、遷移沸騰は生じ難く、これにより、遷移沸騰を生じ
易い燃料棒表面の液膜23の流れの状況の発生を、軸方向
の燃料スペーサ内部まで遅らせることは限界出力の向上
に寄与する。

【００５４】なお、対角方向の切込み40をＶ字状にする
と、燃料スペーサ29ａ，29ｂの上流側25（下側）で管状
フェルール39の端部に当たった流れは、図８において矢
印で示したように、管状フェルール39の外側と内側、お
よび管状フェルール39の切欠き17に沿って周方向に流れ
る。この時に図９の管状フェルール39では、切欠き17の
形状変化が管状フェルール39の側壁の外側で囲まれた、
図６に示す流路19に流れを誘導しやすい、流路抵抗の小
さい形状である。

【００５５】図10の拡大斜視図は管状フェルールの第２
変形例を示す。管状フェルール41は、上流側（下側）で
突起14を有しない対角方向の下端で、突起14の突出量よ
り小さく、燃料棒５の表面とは接しない程度に突出させ
た突起42を設けて構成されている。

【００５６】また図11の拡大斜視図は管状フェルールの
第３変形例を示す。この管状フェルール43は上流側（下
側）の突起44を絞り込みにより形成している。これ等は
いずれも対角方向の周端の外側にチャンファ32の加工を
することは第１の変形例と同様である。

【００５７】これらの変形例においては、対角方向の燃
料棒表面の流れは境界層が薄いので、速い流れを燃料棒
５，９と管状フェルール内側の環状流路22に誘導しない
ように効果的に流すのに適しており、外側のチャンファ
32のみの場合より効果的である。

【００５８】なお、上記の実施例では管状フェルールの
形状として、図３に示すような円筒状を基本形状として
説明してきたが、図12の要部拡大正面図に示すような８
角筒の形状を基本とした管状フェルール45としたもので
もよい。この例では燃料棒５，９配列の直角方向の１側
面に図３の管状フェルール30の場合と同様に縦長の切欠
き17を設けて、その上下近傍にループバネ16を保持する
爪部18を設ける。

【００５９】また切欠き17を設けた側面に対峙した面の
両側に隣接した側面の上下端には、夫々内側に突出した
突起14を設ける。

【００６０】なお、図12は上流側端面の平面図である
が、流路19を形成する上流側端部には外側のチャンファ
32を加工し、他の部分には内側のチャンファを設ける。
また下流側は燃料棒５，９の挿入を円滑に行うために、
全ての端部を内側のチャンファ21とする。さらに、この
形状においても円筒形における上記第１、第２、第３の
変形例と同じ変形案が対角方向の上流側端部に施すこと
ができる。

【００６１】以上燃料スペーサ29ａ，29ｂの格子形状に
ついては、燃料棒５，９が９×９格子で２本ウォーター
ロッド６を例に説明したが、ウォーターロッド６の本数
とか形状が異なっていても、また燃料棒５，９が８×８
格子のような他の形状であっても本発明の管状フェルー
ルの適用ができる。

【００６２】さらに、上記の実施例は正方格子の燃料棒
配列の燃料スペーサについて説明したが、三角格子の燃
料棒配列に対して、管状フェルールまたは六角筒フェル
ールを使用する場合においても、上流側端部に隣接する
管状フェルールまたは六角筒と点溶接する周円または辺
には内側のチャンファ21を設け、管状フェルールまたは
六角筒の外側面で囲まれる流路を構成する周円、または
辺には外側のチャンファ32を形成することによって容易
に実現でき、その作用、効果は同様に得られる。

【００６３】

【発明の効果】以上本発明によれば、燃料スペーサにお
けるフェルールの構成に極めて簡易な工夫を施したこと
により、燃料棒表面における冷却材の遷移沸騰が抑制さ
れて、冷却材への熱伝達効率の向上と、燃料集合体にお
ける安全性および限界出力を向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の燃料スペーサを適用し
た燃料集合体の縦断面図。

【図２】本発明に係る一実施例の燃料スペーサを適用し
た燃料集合体の断面図（（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面
図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視断面図）。

【図３】本発明に係る一実施例の燃料スペーサの管状フ
ェルールの拡大斜視図。

【図４】本発明に係る一実施例の燃料スペーサの一部切
断正面図。

【図５】本発明に係る一実施例の燃料棒と燃料スペーサ
の要部拡大図（（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は横断
面図）。

【図６】本発明に係る一実施例の燃料スペーサの要部拡
大平面図。

【図７】燃料集合体内の要部拡大模式図。

【図８】本発明に係る一実施例の燃料棒間の流路説明図
（（ａ）は直角方向、（ｂ）は対角方向）。

【図９】本発明に係る管状フェルールの第１の変形例の
拡大斜視図。

【図１０】本発明に係る管状フェルールの第２の変形例
の拡大斜視図。

【図１１】本発明に係る管状フェルールの第２の変形例
の拡大斜視図。

【図１２】本発明に係る管状フェルールの第３の変形例
の拡大斜視図。

【図１３】従来燃料スペーサを適用した燃料集合体の縦
断面図。

【図１４】従来の燃料スペーサを適用した燃料集合体の
断面図（（ａ）は図13のＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図
13のＢ−Ｂ矢視断面図）。

【図１５】従来の管状フェルールの拡大斜視図。

【図１６】流路要部拡大断面図。

【図１７】従来の燃料棒間の流路説明図（（ａ）は直角
方向、（ｂ）は対角方向）。

【符号の説明】 １，28…燃料集合体、２…上部タイプレート、３…ハン
ドル、４…下部タイプレート、５…燃料棒、６…ウォー
ターロッド、７ａ，７ｂ，29ａ，29ｂ…燃料スペーサ、
８…チャンネルボックス、９…短尺燃料棒、10…冷却材
流入口、11…冷却材流出口、12，30，39，41，43，45…
管状フェルール、13…周辺支持バンド、14，42，44…突
起、15，31…点溶接、16，35…連続ループバネ、17…切
り欠き部、18…爪部、19…流路、20…45°部位、21…内
側チャンファ、22…環状流路、23…液膜、24…外側流
路、25…上流側、26…液滴、27…下流側、32…外側チャ
ンファ、33…孔部、34ａ，34ｂ…架橋部材、36…曲り
部、37…突起板、38…ローブ、40…切込み。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の燃料棒を束ねた原子炉の燃料集
   合体中で前記燃料棒を挿通した各フェルールの内外側を
   冷却材の通路として内方の突起およびバネにより各燃料
   棒を同心円状に保持すると共に、このフェルール相互を
   溶接とバネおよび周辺支持バンドで横方向位置に連結し
   た燃料スペーサにおいて、前記フェルールの少なくとも
   下端部（冷却材流路上流側）の外側にチャンファを形成
   したことを特徴とする燃料スペーサ。