JPH0694873A

JPH0694873A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH0694873A
Application number: JP4273582A
Authority: JP
Inventors: Noboru Itagaki; 登板垣
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、ス
ペーサ板交点に冷却材の螺旋流を作る複数の攪拌手段を
設け、さらに、これら螺旋流の回転方向を隣合うものと
逆にすることにより、その流れを互いに加速させ、燃料
集合体のドライアウト特性を大幅に向上させる。【構成】スペーサ４のセル６を構成するスペーサ板７
の交点１０に夫々、冷却材を攪拌し螺旋流８を発生させ
る攪拌手段９を設け、かつ上記螺旋流８の回転方向が、
隣合うスペーサ板交点１０の螺旋流８と相互に逆になる
よう上記各攪拌手段９を形成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】本発明は核燃料集合体に係り、特
に沸騰水型原子炉用の燃料集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、図２
に示すように、８行８列や９行９列の格子状に整列配置
された約６０本から８０本の燃料棒（１）と、これらの
燃料棒（１）の上下端を夫々結束する上部タイプレート
（２）及び下部タイプレート（３）と、各燃料棒間の間
隔を規制する複数個のスペーサ（４′）と、上記多数の
燃料棒を覆うチャンネルボックス（５）とによって構成
されている。

【０００３】一方、上記沸騰水型原子炉は、運転時にお
いて、上記燃料棒から発生した熱によって冷却水が沸騰
し、その蒸気により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。したがって、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が多くなり、電気
発生量も多くなる。

【０００４】しかし、燃料棒から発生する熱が大きくな
ると、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。

【０００５】そこで、従来技術では、上記限界出力特性
を向上させるために、燃料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
慮しているものもある。例えば、実開昭５４−７６４９
７号公報では、図６や図７，図８に示す如き、スペーサ
（４′）のスペーサ板（７）の交点に羽根（１２）を設
けるような構造が提案されている。即ち、このような方
法では、流れ来る冷却材を上記羽根によって攪拌し、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
うようにすることにより、燃料体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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願の
発明者らが、実際にこのようなスペーサを試作し、試験
してみたところ、後にも述べるが、ドライアウト特性は
予想に反してほとんど向上していないことが判明した。
即ち、本願発明者らが、かかる従来技術について、さら
に検討を加えたところ、従来例では前記の如くスペーサ
のスペーサ板の交点に冷却材の攪拌手段を設けてはいた
ものの、これら攪拌手段によって発生する螺旋流
（８′）が、図５に示すように、隣合うもの同士が互い
に干渉し合って、効率的な攪拌流になっていない事実を
発見するに至った。

【０００７】本発明は、叙上の如き知見に基づいてなさ
れたものであり、上記螺旋流の回転方向を隣合うものと
逆にすることにより、その流れを互いに加速させ、これ
によって冷却材を効率的に燃料棒に向かわせて、燃料集
合体のドライアウト特性を大幅に向上させることを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の燃料集合体の特徴は、並設した多数の燃料棒
をスペーサにより、各燃料棒間の間隔を規制せしめて支
持してなる沸騰水型原子炉用の燃料集合体であって、ス
ペーサのセルを構成するスペーサ板の交点に夫々、冷却
材を攪拌し螺旋流を発生させる攪拌手段を設け、かつ上
記螺旋流の回転方向が、隣合うスペーサ板交点の螺旋流
と相互に逆になるよう上記各攪拌手段を形成せしめたと
ころにある。

【０００９】また、上記の如き攪拌手段を備えたスペー
サを、燃料集合体の上部にのみ配設することも、冷却材
の流れ抵抗を増大させず、燃料の圧力損失を増加させな
い点において好適である。

【００１０】なお、上記攪拌手段は、スペーサ板の全て
の交点に設ける必要はなく、例えばドライアウト特性の
厳しいスペーサの外周部にのみ攪拌手段を配置すること
でも本発明の作用効果は達成される。

【００１１】

【作用】上記本発明の燃料集合体においては、スペーサ
に設けた各攪拌手段が、隣合う攪拌手段とは逆方向に冷
却材を攪拌することから、冷却材の螺旋流は、従来のも
ののように互いに干渉し合って相殺されることがなく、
逆に互いに互いの流れを加速し合うことになる。即ち、
かかる強い螺旋流の回転により発生する大きな遠心力に
よって冷却材を燃料棒の方に効率的に向かわせることが
でき、これにより燃料集合体のドライアウト特性を大幅
に向上させることが可能となる。

【００１２】

【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２は本発明実施例の燃料集合体を
示す全体図、図１は同実施例のスペーサを示す部分拡大
図、図３は同スペーサの作用を示す説明図であり、図２
に示す如く、この燃料集合体は、並設された多数の燃料
棒（１）と、これらの燃料棒（１）の上下端を夫々結束
する上部タイプレート（２）及び下部タイプレート
（３）と、各燃料棒間の間隔を規制する複数個のスペー
サ（４）と、上記多数の燃料棒を覆うチャンネルボック
ス（５）とによってその大略が構成されている。

【００１３】そして、本発明では、上記燃料集合体の格
子型スペーサ（４）において、図１に示す如く、スペー
サ（４）のセル（６）を構成するスペーサ板（７）の交
点（１０）に夫々、冷却材の上昇流を利用してこれを攪
拌し、図３に示す如き螺旋流（８）を発生させる攪拌手
段（９）を設け、さらに、これらの螺旋流（８）の回転
方向が、同図に示すように、隣合うスペーサ板交点（１
０）の螺旋流（８）と互いに逆になるよう上記各々の攪
拌手段を形成せしめている（図中（１１）はスペーサの
側板を示す）。

【００１４】上記攪拌手段（８）は、この実施例では、
図１に示すような、スペーサ板交点（１０）付近から放
射方向に突出せしめた４枚の羽根（１２）からなり、各
羽根（１２）はスクリュー状に傾斜してスペーサ板
（７）に固定されている。そして、本発明においては、
この攪拌手段（９）の羽根（１２）の傾斜を、前記隣合
う攪拌手段同士で互いに逆に傾かせることによって、前
記した如く螺旋流の向きを互いに逆方向になるようにし
ている。これら攪拌手段としては、図１に示すものの他
に、図６，図７，図８に示すもの、あるいはこれ以外の
他の構造も利用しうる。

【００１５】一方、一般に、ドライアウト特性は燃料集
合体の上部で悪いことから、螺旋流を発生させる手段を
燃料体の上部のスペーサにのみ設けることでも効果は得
られる。

【００１６】他方、螺旋流を発生させる攪拌手段（９）
は、冷却材の流れの抵抗になることから、スペーサ
（４）の全てのセル（６）に配置すると燃料の圧力損失
が増加して、燃料が熱水力学的に不安定になることが懸
念される。このことから、ドライアウト特性の厳しいス
ペーサの外周部にのみ配置することでも本発明の効果は
得ることは可能である。ただし、発生する螺旋流（８）
の相互作用による各螺旋流（８）の回転速度の相乗作用
を考えれば、全てのセルに螺旋流を発生させた方が好ま
しい。

【００１７】むしろ、圧力損失と限界出力特性は、設計
する燃料の性能に応じて、螺旋流を発生させる羽根（１
２）や突起部等の角度、大きさ、位置等を最適にして、
両立させるべき性質のものであり、設計の任意性のなか
に含まれる。

【００１８】しかして、上記構成を有する本発明実施例
の燃料集合体においては、スペーサ（４）に設けた各攪
拌手段（９）が、前記したように、隣合う攪拌手段とは
逆方向に冷却材を攪拌することから、図３に示すように
冷却材の螺旋流（８）は、図５に示す従来のもののよう
に、同じ向きの螺旋流（８′）同士が互いに干渉し合っ
て相殺されることがなく、逆に互いに互いの流れを加速
し合うことになって、かかる強い螺旋流（８）の回転に
より発生する大きな遠心力によって冷却材を燃料棒
（１）の方に効率的に向かわせることができ、これによ
り燃料集合体のドライアウト特性を大幅に向上させるこ
とが可能である。

【００１９】次に、図１に示す本発明実施例のスペーサ
（４）と、図５に示す如き螺旋流（８′）の向きを全て
同一にした従来のスペーサ（従来技術１とする）、なら
びに螺旋流を発生させる手段を持たない通常のスペーサ
（従来技術２とする）を夫々用い、これらを燃料集合体
に夫々使用した状態で、各燃料集合体についてドライア
ウト試験を実施し、限界出力特性を評価した。

【００２０】なお、本発明の燃料集合体は、図１に示す
如き全てのスペーサ板交点に攪拌手段を設けたものを全
てのスペーサに作用し、また、従来技術１の燃料集合体
は、図５に示す如き全てのスペーサ板交点に攪拌手段を
設けたものをやはり全てのスペーサに採用している。そ
の評価結果を図４に示す。試験の結果、本発明によるス
ペーサを用いた燃料集合体は、上記従来の各スペーサを
用いた燃料集合体に比較して約１５％限界出力が向上し
た。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の沸騰水型
原子炉用燃料集合体は、スペーサのセルを構成するスペ
ーサ板の交点に夫々、冷却材を攪拌し螺旋流を発生させ
る攪拌手段を設け、かつ上記螺旋流の回転方向が、隣合
うスペーサ板交点の螺旋流と相互に逆になるよう上記各
攪拌手段を形成せしめたものであり、隣合う攪拌手段同
士が逆方向に冷却材を攪拌することから、冷却材の螺旋
流は、従来例のように互いに干渉し合って相殺されるこ
とがなく、逆に互いの流れを加速し合い、かかる強い螺
旋流の回転により発生する大きな遠心力によって冷却材
を燃料棒の方に効率的に向かわせることが可能で、これ
により燃料集合体のドライアウト特性、ならびに限界出
力特性を大幅に向上させて、高出力運転においても燃料
の焼き切れを防止し、燃料集合体の安全性をさらに高め
るとの顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の燃料集合体のスペーサを示す部
分拡大図である。

【図２】同実施例の燃料集合体を示す全体図である。

【図３】同実施例のスペーサの作用を示す説明図であ
る。

【図４】本発明実施例の燃料集合体と従来の燃料集合体
の限界出力特性を比較したグラフである。

【図５】従来例のスペーサの作用を示す説明図である。

【図６】攪拌手段の例を示す部分拡大図である。

【図７】攪拌手段の例を示す部分拡大図である。

【図８】攪拌手段の例を示す部分拡大図である。

【符号の説明】

（１）燃料棒（２）上部タイプレート（３）下部タイプレート（４）スペーサ（５）チャンネルボックス（６）セル（７）スペーサ板（８）螺旋流（９）攪拌手段（１０）スペーサ板交点（１１）スペーサ側板（１２）羽根

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並設した多数の燃料棒をスペーサによ
り、各燃料棒間の間隔を規制せしめて支持してなる沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、スペーサのセルを構
成するスペーサ板の交点に夫々、冷却材を攪拌し螺旋流
を発生させる攪拌手段を設け、かつ上記螺旋流の回転方
向が、隣合うスペーサ板交点の螺旋流と相互に逆になる
よう上記各攪拌手段を形成せしめたことを特徴とする燃
料集合体。
【請求項２】上記攪拌手段を有するスペーサを、燃料
集合体の上部にのみ配設せしめた請求項１記載の燃料集
合体。