JPS60120282A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS60120282A
JPS60120282A JP58227984A JP22798483A JPS60120282A JP S60120282 A JPS60120282 A JP S60120282A JP 58227984 A JP58227984 A JP 58227984A JP 22798483 A JP22798483 A JP 22798483A JP S60120282 A JPS60120282 A JP S60120282A
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
heat transfer
spacer
transfer coefficient
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Pending
Application number
JP58227984A
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English (en)
Inventor
三木 一克
敏行 高木
貞夫 内川
別所 泰典
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体に係
シ、特に熱的余裕の太きい改良された燃料集合体に関す
るものである。
〔発明の背景〕
従来、燃料集合体は、主に上部タイプレート、ス4−サ
、複数本の燃料棒、下部タイプレート、およびこれらを
収納するチャンネルがツクスから構成される。前記スペ
ーサはチャンネルボックス内で軸方向に間隔を置いて複
数個設けられ、複数本の燃料棒を整列支持する。前記上
部および下部タイプレートは前記複数本の燃料棒の両端
を固定し、またそれぞれのタイグレートには冷却水通路
用の孔が複数個設けられている。
上記の構成の燃料集合体においては、わずかに未飽和状
態の冷却水が下部タイグレートの孔から燃料棒間に流入
し、燃料棒間を下部から上方に流れるにつれ加熱され、
沸騰し二相流となりて上部タイグレートの孔から流出し
て行く。燃料集合体出口におけるディト率(冷却水中に
蒸気が占める体積率)は70%前後であシ、また軸方向
平均のディト率は40%前後となっている。
上記燃料棒は、通常運転時はもちろんのこと、予想し得
る運転上の過渡状態、すなわち運転員の単一誤操作また
は機器の単一故障によって生ずる過渡状態においても、
燃料ペレットおよび核分裂生成物を被覆管の内部に完全
に保持すべく、熱的損失限界から一定の余裕を保りて運
転するように考慮されて作られている。
燃料集合体の熱的損失限界は第1図に示す沸騰曲線にお
いてパーンアウト点Cと呼はれるものであシ、沸騰曲線
において核沸騰領域B−Cから遷移沸騰領域C−Dに移
行する時の熱流束孕限界熱流束と一般に定義している。
通常運転時の沸騰モードは核沸騰領域B−Cにある。こ
の領域は安定した状態であり、この領域では被覆管界面
温度は冷却材の飽和温度付近で一定に保たれている。一
方、パーンアウト点Cを越えると領域E−Fに移り、被
榎管衣面温度と冷却材飽和温度との差が増大し不安定な
沸騰状態となる。このパーンアウト点は被覆管の破損に
直接結びつく限界点ではないが、高い温度で長時間運転
すると被覆材の劣化により燃料棒の健全性が低下するた
め、燃料棒としては通常運転時および過渡変化時におい
ても許容されない沸騰領域である。
このバーンアウト点をめるため、国内外で数多くの実験
が実施され、その結果、限界熱流束は冷却材流量、圧力
、冷却制入口温度、燃料集合体の形状、軸方向および径
方向の出力分布晦に依存することが判明している。さら
に、実験から、パーンアウトが発生する位置は、燃料集
合体の最上部に設置されたスペーサの上流近傍(スペー
サ軸方向高さと同程度の範囲)であることが判明してい
る。この原因は、燃料棒を支持するスペーサが流動抵抗
となり、スペーサの上流側に流れの乱れ、停滞が発生し
、被覆管からの除熱効果が悪化することによると考えら
れている。
上述したパーンアウトの発生を防止するため、従来の燃
料集合体では、定常運転時の熱出力e 一定値以下にし
、一定以上の熱的余裕を確保している。しかし従来の燃
料集合体の場合、スペーサ上流側近傍の局所的に熱的条
件の悪い部分によって運転上の制約會受けるため、燃料
集合体全体としての出力が低下することになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、通常運転時および過渡変化時における
パーンアウト発生の1」能性を低減することにより、熱
的余裕を増大した燃料集合体を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために、本発明の燃料集合体は、
冷却劇の流れの方向で見て下流寄りにあるスペーサの上
流側でスペーサの軸方向長さと同程度の長さにわたって
燃料棒の外表面の熱伝達率を大きくしたことを特徴とす
るものであ゛す、これによシ、熱的条件の最も悪い上記
の局所的領域の熱除去効果を向上させ、燃料集合体全体
としてのパーンアウト発生のoJ能性を低減させるもの
である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
第2図はその一実施例の縦断面図であって、燃料集合体
は四角簡のチャンネルM、)クス1と、このチャンネル
ボックス1の内部に収納された全体的に符号2で示す燃
料バンドルからなる。燃料ノクンドル2は、前記チャン
ネルボックス1の上部および下部に嵌着された上部タイ
グレート3および下部タイプレート4と、前記チャンネ
ルボックス1内部で軸方向に間隔を置いて設置された複
数個のスペーサ5と、このスペーサ5會貫通し前記上部
および下部タイプレート3,4に両端を固定した禎数本
の燃料棒6と、前記上部および下部タイグレート3,4
で固定された2本のウォータロッド7から構成される。
冷却材は燃料集合体を下から上へ流れる。
上記燃料棒6は、第3図に示すごとく、軸方向に等間隔
を置いて設置されたスペーサ5のうち、パーンアウトが
最も発生しやすい最上部のスペーサとその下のスペーサ
との夫々上流側で、スd−サの軸方向高さとほぼ同じ長
さにわたって、燃料棒外表面に高さ約50μmの多数の
微細突起を設けた領域8が設けである。
第4図は、この微細突起による熱伝達率の増大に関する
実験結果を示したものである。すなわち、微細突起(高
さ約50μm)k設けた銅板試料と設けない銅板試料を
液体ヘリウム中に浸し、試料表面温度T8と液体ヘリウ
ムとの温度Twとの差と、試料表面の熱流束との関係を
示したものである。
図から明らかなように、微細突起を設けた場合、バーン
アウト点における限界熱流束は、設けない場合の約3倍
に増加する。これは、微細突起によシ伝熱表面槓が増大
することが主な原因と考えられる。
水への熱伝達に関する微細突起の効果は、粗管を対象に
した次のGeomelauriの実験式および平滑管を
対象にした次式 Nuo−0,023Re Pr (2)を用いて評価す
ることができる。
ここで、Nu:ヌセルト数 Re:レイノルズ数 Pr:fラントル数 Prw:壁温における物性値を用いたプラントル数 Vε:微細突起のピッチ対高さ 沸騰水型原子炉燃料集合体における典型的な値として、
Re= 2X10 、Pr= 0.85とし、また最大
熱伝達率を与えるp/gを13とすると、微細突起を設
けた場合と設けない場合のヌセルト数の比Nu/Nuo
、すなわち熱伝達率の比、は約2.5倍となるO 以上のことから、上記の本発明実施例の燃料集合体では
、熱的余裕の増大により、過渡変化時に燃料棒が遷移沸
@を起す確率は、従来の燃料集合体に比べて10%以下
となシ、また、原子炉運転時における熱的制限値を容易
に満足しうる。
また、本実施例では、燃料棒の上部のみに微細突起を設
けているため、冷却水中に含まれるクラッド(酸化第二
鉄等から成る水あか)は主として燃料棒下部1/3の領
域に堆積し、微細突起領域の熱伝達率を低下させること
はない。
上記の微細突起は、被覆管表面に金属または金属化合物
、例えはジルコニウム、銅、炭化チタン、窒化チタン、
酸化アルミニウム等を蒸着させ、この蒸着膜をサンドブ
ラスト法により粗面化することにより形成することがで
きる。
第5図に、本発明に係る燃料集合体の、別の実施例を示
す。同図は、燃料集合体の横断面図を示したものである
。図中、斜線で示した周辺部およびコーナ部の燃料棒は
、第一の実施例と同様、上部の2個のスペーサの上流側
で、スペーサの軸方向高さと同じ長さにわたって、燃料
棒外表面に多数の微細突起が設けられている。一方、内
側の燃料棒は、従来と同じ燃料棒である。なお9は制御
棒である。
一般に燃料集合体においては、周辺部およびコーナ部の
燃料棒の方が内側の燃料棒よりバーンアウト発生の可能
性が大きい。これは、燃料棒1本当りの発熱量と燃料棒
周囲の冷却水の質量流量との比をとったとき、周辺部お
よびコーナ部の燃料棒の方が内側の燃料棒よシもこの比
の値が大きく、熱的に厳しい状態にあることによる。そ
こで、本実施例では、熱的に厳しい状態にあるこれらの
燃料棒に対して、特にバーンアウトが発生しやすい局部
的領域の熱伝達率を大幅に増大させることにより、燃料
集合体全体の熱的余裕の増加を図っている。
第6図に、本発明に係る燃料集合体の別の実施例金示す
。本実施例では、最上部のスぜ−サの上流側で、スペー
サの軸方向高ざと同じ長さにわたって、薄板状の多数の
フィン10を被覆管に設置した燃料棒を、第5図に示し
た第2の実施例と同じく、周辺部およびコーナ部に配置
し、内側の燃料棒は従来の燃料棒を配置したものである
。本実施例では燃料バンドル組立の際、フィンに妨げら
れないよう、最上部のス〈−サは上端から燃料バンドル
に挿入し、また他のスペーサは下端から燃料バンドルに
挿入する。本実施例においても、伝熱面積の増加により
、バーンアウトが発生しやすい局所的領域の熱伝達率?
増加し、燃料集合体の熱的余裕全増大させるこ七ができ
る。
〔発明の効果〕
以上欣明したごとく、本発明によれば、炉心上部に設置
されたスペーサの上流側近傍において、燃料棒外表面の
熱伝達率を増大させることにより、熱的条件の最も厳し
い上記の局所的領域の熱除去全促進させ、これにより、
通常運転時および過渡変化時におけるバーンアウト発生
の可能性を低減することができ、燃料集合体の熱的余裕
全増大することができる。
また、熱的余裕が大きい本発明の燃料集合体を用いれは
、熱的制限値を容易に満し得るため原子炉稼動率を向上
させることができ、また熱的余裕を従来並とした場合、
出方密度の高い原子炉を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は沸騰曲線を示す説明図、第2図は本発明に係る
燃料集合体の一実施例の縦断面図、第3図は同実施例の
燃料集合体に設置される燃料棒の正面図、第4図は同実
施例における微細突起にょる除熱効果を示す説明図、第
5図は本発明の燃料集合体の別の実施例を示す水平断面
図、第6図は本発明の更に他の実施例における燃料棒の
斜視図である。 符号の説明 1・・・チャンネルボックス 2・・・燃料バンドル3
・・・上部タイグレート 4・・・下部タイプレート5
・・・スペーサ 6・・・燃料棒 7・・・ウォータロッド 8・・・微細突起領域9・・
・制御棒 1o・・・薄板状フィン第1図 被覆蓋覆蚕巳度と冷却材温度の差(0C)第4図 温度差TwTs、’C 第5図 O黴細突起付き燃料棒 ○ 燃1 ■ ウォータロツド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 筒状のチャンネルgyクスと、このチャンネルボ
    ックスの上下に嵌着される上部タイプレートおよび下部
    タイプレートと、前記チャンネルボックス内に軸方向に
    間隔を置いて設置された複数個のス4−サと、このスペ
    ーサを貫通し前記上部および下部タイグレートに両端を
    固定した複数本の燃料棒とを有する燃料集合体において
    、燃料集合体を流れる冷却材の方向で見て下流寄シにあ
    るスペーサの上流側でスペーサの軸方向長さと同程度の
    長さに亘って燃料棒の外表面の熱伝達率を太きくしたこ
    とf:%徴とする燃料集合体。 2、燃料棒の外表面に多数の微細突起を形成することに
    よシ前記熱伝達率を増大させた特許請求の範囲第1項記
    載の燃料集合体。 3、燃料棒の外表面に薄板状フィンを設けることにより
    前記熱伝達率を増大させた特許請求の範囲第1項記載の
    燃料集合体。
JP58227984A 1983-12-02 1983-12-02 燃料集合体 Pending JPS60120282A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4100667A1 (de) * 1990-02-28 1991-09-05 Hitachi Ltd Brennstoffkassette
JP2014232099A (ja) * 2013-05-01 2014-12-11 竹田 眞司 安全性が高い原子力発電と安全性が高い高速増殖炉及び放射性廃棄物処理と放射能汚染物質の除去方法、

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5362093A (en) * 1976-11-15 1978-06-03 Hitachi Ltd Fuel assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5362093A (en) * 1976-11-15 1978-06-03 Hitachi Ltd Fuel assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4100667A1 (de) * 1990-02-28 1991-09-05 Hitachi Ltd Brennstoffkassette
JP2014232099A (ja) * 2013-05-01 2014-12-11 竹田 眞司 安全性が高い原子力発電と安全性が高い高速増殖炉及び放射性廃棄物処理と放射能汚染物質の除去方法、

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