JPS61226687A - Fuel rod spacer - Google Patents

Fuel rod spacer

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JPS61226687A
JPS61226687A JP60067673A JP6767385A JPS61226687A JP S61226687 A JPS61226687 A JP S61226687A JP 60067673 A JP60067673 A JP 60067673A JP 6767385 A JP6767385 A JP 6767385A JP S61226687 A JPS61226687 A JP S61226687A
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JP
Japan
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fuel rod
shell
coolant flow
fuel
side wall
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浜田 潤
吉村 邦広
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Toshiba Corp
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    • 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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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料集合体を構成する多数の燃料棒をat間支
持する燃料棒スペーサに係り、特に冷却材流の圧力損失
低減を図った燃料棒スペーサに関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a fuel rod spacer that supports a large number of fuel rods constituting a fuel assembly, and particularly relates to a fuel rod spacer that supports a large number of fuel rods constituting a fuel assembly. Regarding spacers.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

一般に、原子炉用の燃料集合体においては、その長手方
向複数箇所に燃料棒の離間保持用としてスペーサを設け
、燃料棒の湾曲等を強制するとともに、冷却材の流動に
よる燃料棒の振動を低く抑えるようにしである。
In general, in fuel assemblies for nuclear reactors, spacers are provided at multiple locations in the longitudinal direction to keep the fuel rods apart, to force the curvature of the fuel rods, and to reduce vibrations of the fuel rods due to the flow of coolant. I try to keep it in check.

第9因〜第13図は従来の燃料棒スペーサ構造を示して
いる。第9図は燃料集合体を示し、燃料チャンネル1内
には、両端部をそれぞれ上部タイブレート2および下部
タイプレート3に1持された複数本の燃料棒4およびウ
ォータロッド5が配列挿着されている。各燃料棒4を整
列支持するスペーサ6は、燃料棒4の軸方向に複数個設
けられ、冷却材の流路を確保している。
Factors 9 to 13 show conventional fuel rod spacer structures. FIG. 9 shows a fuel assembly, in which a plurality of fuel rods 4 and water rods 5 are arranged and inserted into a fuel channel 1, with both ends held in an upper tie plate 2 and a lower tie plate 3, respectively. There is. A plurality of spacers 6 that align and support each fuel rod 4 are provided in the axial direction of the fuel rod 4 to ensure a coolant flow path.

第10図および第11図は燃料棒スペーサ6の構成を詳
細に示している。この燃料棒スペーサ6は、側枠7内に
略円形状のシェル8を多数連接して配置したもので、8
X8−64本の燃料棒を正方格子状に配置するように形
成されている。即ち、全く同一形状に形成した64個の
略苧角形筒状のシェル8を8×8の正方格子状に配置し
、各シェル8の側壁部の一部を連接し、隣接する4個の
シェル8の側壁部によって略四角筒状の冷却材流通路1
1をそれぞれ形成している。各シェル8には、スプリン
グ9と固定ストッパ10とをそれぞれ設け、内部に挿通
される燃料棒4を各側壁部から若干離開させて弾力的に
支持するようにしている。
10 and 11 show the structure of the fuel rod spacer 6 in detail. This fuel rod spacer 6 has a plurality of approximately circular shells 8 arranged in a side frame 7 in a connected manner.
It is formed so that X8-64 fuel rods are arranged in a square lattice. That is, 64 substantially cylindrical shells 8 formed in exactly the same shape are arranged in an 8 x 8 square grid, and a part of the side wall of each shell 8 is connected, and four adjacent shells are connected. A substantially rectangular cylindrical coolant flow passage 1 is formed by the side wall portion 8.
1 respectively. Each shell 8 is provided with a spring 9 and a fixed stopper 10, so that the fuel rod 4 inserted therein is slightly separated from each side wall portion and elastically supported.

なお、側枠7の外面には燃料棒スペーサ6を燃料チャン
ネル1内に支持する台形状のロブ12が固着されている
。また、燃料棒スペーサ6の材料としては、スプリング
9に発条性のあるインコネル材を用いるだけで、他の構
成部分には熱中性吸収の少ないジルカロイ材を用いてい
る。
Note that a trapezoidal lobe 12 that supports the fuel rod spacer 6 within the fuel channel 1 is fixed to the outer surface of the side frame 7. Further, as the material for the fuel rod spacer 6, only Inconel material with springiness is used for the spring 9, and Zircaloy material with low thermal neutral absorption is used for the other components.

ところで、今日、原子カプラントの自動制御化や、日間
負荷追従運転の導入等、運転融通性を拡大することが望
まれている。この要望に沿い、例えば、沸騰水型原子炉
では炉心の熱水力特性をより改善するため、炉心の安定
性の改善、熱的余裕の拡大、炉心圧り損失の低減等の開
発が進められている。
Nowadays, there is a desire to expand operational flexibility, such as automatic control of nuclear couplers and introduction of daily load following operation. In line with this demand, for example, in boiling water reactors, in order to further improve the thermal-hydraulic characteristics of the reactor core, development efforts are underway to improve core stability, expand thermal margin, and reduce core pressure loss. ing.

ここで、炉心圧力損失に着目すると、その内訳は炉心下
方から上方に向けて、オリフィス圧損、下部タイブレー
ト圧損、スペーサ圧損、位置圧損、上部タイブレート圧
損となり、ざらに、摩擦圧損および加速圧損が加わる。
Here, if we focus on the core pressure loss, its breakdown is from the bottom to the top of the core: orifice pressure loss, lower tiebrate pressure loss, spacer pressure loss, position pressure loss, and upper tiebrate pressure loss, with the addition of friction pressure loss and acceleration pressure loss.

これらの圧損のうち、燃料棒スペーサ部分で生じる圧損
すなわちスペーサ圧損は全体の約2割に相当する。
Of these pressure losses, the pressure loss occurring at the fuel rod spacer portion, that is, the spacer pressure loss, accounts for about 20% of the total.

したがって、スペーサ圧損を低減することは炉心圧力損
失を大幅に低減することとなる。
Therefore, reducing spacer pressure loss will significantly reduce core pressure loss.

ところが、従来の燃料棒スペーサ6では、第12図に示
すように、略円形形状のシェル8の側壁部がl!fI塞
状態である。即ち、燃料棒4個固定用の第13図に示す
スプリング9を挿1着する満13が設けられているだけ
である。したがって、隣接するシェル8同士および4個
のシェルの連接部で形成されている冷却材流通路11と
シェル8内部との間では、冷却材の流れが生じない。シ
ェル8内には燃料棒4が挿通されるため、冷却材はシェ
ル8の内壁と燃料棒4の表面とで形成されている狭空f
i5113を第11図の矢印16方向く燃料棒4の軸方
向)に流れるだけである。
However, in the conventional fuel rod spacer 6, as shown in FIG. 12, the side wall portion of the approximately circular shell 8 is l! fI is in a state of blockage. That is, only a spring 13 for inserting one spring 9 shown in FIG. 13 for fixing four fuel rods is provided. Therefore, no coolant flow occurs between the interior of the shell 8 and the coolant flow path 11 formed by the connecting portions of adjacent shells 8 and the four shells. Since the fuel rod 4 is inserted into the shell 8, the coolant flows through the narrow space f formed by the inner wall of the shell 8 and the surface of the fuel rod 4.
i5113 in the direction of arrow 16 in FIG. 11 (in the axial direction of the fuel rods 4).

一方、原子炉の通常運転時は、燃料棒4の表面から蒸気
気泡が発生し、燃料チャンネル1の内部では冷却材と蒸
気の気液二相流の状態となっている。そして、狭空間1
3においては、燃料棒4の表面で発生した蒸気気泡のた
めに冷却材流の流動抵抗が大きくなる。このため、気液
二相流流動条件下での圧力損失特性がそれだけ低くなっ
ている。
On the other hand, during normal operation of the nuclear reactor, steam bubbles are generated from the surfaces of the fuel rods 4, and the inside of the fuel channel 1 is in a gas-liquid two-phase flow state of coolant and steam. And narrow space 1
3, the flow resistance of the coolant flow increases due to steam bubbles generated on the surface of the fuel rods 4. Therefore, the pressure loss characteristics under gas-liquid two-phase flow conditions are correspondingly lower.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、冷却
材流の圧力損失を減少し、二相流下における冷却材流通
性の向上が図れる燃料棒スペーサを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel rod spacer that can reduce the pressure loss of the coolant flow and improve the flowability of the coolant under two-phase flow.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するため、本発明は、側枠の内部に燃
料棒挿通支持用の多数の略円形状のシェルをそれぞれ側
壁一部を相互に連接して設け、この各シェルの非連接側
壁部分によって筒状の冷却材流通路を形成してなる燃料
棒のスペーサにおいて、前記シェルの非連接側壁部分に
、冷却材流通路とシェル内部の燃料棒挿通部分とを連通
ずる冷却材流通孔を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a large number of approximately circular shells for supporting fuel rod insertion inside a side frame, each of which has a portion of its side wall connected to each other, and the non-connected side wall of each shell. In a fuel rod spacer having a cylindrical coolant flow passage formed by a portion thereof, a coolant flow hole is provided in a non-contiguous side wall portion of the shell to communicate the coolant flow passage with a fuel rod insertion portion inside the shell. It is characterized by having been established.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を第1図〜第8図を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8.

本実施例の燃料棒スペーサ20は、従来と同様に内部に
燃料棒を挿通して支持する略円形筒状の64個のシェル
21を8X8の正方格子状に配置し、各シェル21の側
壁部の一部を連接し、隣接する4個のシェル21の連接
していない側壁部をもって略四角筒状の冷却材流通路2
2をそれぞれ形成している。
In the fuel rod spacer 20 of this embodiment, 64 approximately circular cylindrical shells 21 into which fuel rods are inserted and supported are arranged in an 8×8 square lattice as in the conventional case, and the side wall of each shell 21 is A substantially square cylindrical coolant flow path 2 is formed by connecting a part of the shells 21 and by connecting a portion of the side walls of the adjacent four shells 21 that are not connected.
2 respectively.

シェル21は4辺部にそれぞれ配置した4枚の側枠23
の内側に設けられている。燃料棒4は各シェル21の内
壁面に固着したスプリング24と、各シェル21の上下
端部を内側に突出させたくびれ状の固定ストッパ25と
により弾性的に圧接支持している。
The shell 21 has four side frames 23 arranged on each of the four sides.
is located inside. The fuel rods 4 are elastically supported under pressure by springs 24 fixed to the inner wall surface of each shell 21 and constricted fixed stoppers 25 that project the upper and lower ends of each shell 21 inward.

シェル21は4角隅部に配置される4個の隅部シェル2
1aと、4辺部に配置される24個の辺部シェル21b
と、内部に配置される36個の内部シェル21cとによ
り形成している。この各シェルは略円形の断面を有し、
符号26で示す4ケ所で隣接のシェル側部材23と連接
し、隣接していない側壁部分27で冷却材流通路22を
形成している。
The shell 21 includes four corner shells 2 arranged at four corners.
1a and 24 side shells 21b arranged on the four sides
and 36 internal shells 21c arranged inside. Each shell has a substantially circular cross section;
It is connected to adjacent shell-side members 23 at four locations indicated by reference numerals 26, and coolant flow passages 22 are formed by non-adjacent side wall portions 27.

このものにおいて、各シェルの側壁部分27には、第4
図に示すように、スリット状の冷却材流通孔29を多数
穿設している。
In this thing, the side wall portion 27 of each shell has a fourth
As shown in the figure, a large number of slit-shaped coolant flow holes 29 are provided.

なお、冷却材流通孔29の形状、個数はシェル21の内
部で発生した蒸気気泡が冷却材流通路22へ流出できる
ものであればよい。したがって、第5図または第6図に
示すように、冷却材流通孔29は矩形状または隋円状に
してもよく、また、その個数についても特に限定するも
のではない。
Note that the shape and number of the coolant flow holes 29 may be any as long as they allow steam bubbles generated inside the shell 21 to flow out to the coolant flow path 22. Therefore, as shown in FIG. 5 or 6, the coolant flow holes 29 may be rectangular or circular, and the number thereof is not particularly limited.

このような構成にょれ′ば、略円形筒状のシェル21の
側壁部27に冷却材流通孔29を設けることにより、第
7図に示すように、シェル21に挿通している燃料棒4
の表面で発生した蒸気気泡を4個のシェルで形成されて
いる隣接する冷却材流通路22へ矢印30で示すように
流出させることができる。したがって、燃料棒4表面と
シェル21の内壁とで形成されている狭窄間31での蒸
気気泡による流動抵抗を低減できる。即ち、気液二相流
流動条件下での圧損特性を向上することができる。
In such a configuration, by providing coolant flow holes 29 in the side wall portion 27 of the approximately circular cylindrical shell 21, the fuel rods 4 inserted into the shell 21 can be cooled as shown in FIG.
The vapor bubbles generated on the surface of the shell can flow out into adjacent coolant flow passages 22 formed by four shells, as shown by arrows 30. Therefore, flow resistance due to steam bubbles in the narrow gap 31 formed between the surface of the fuel rod 4 and the inner wall of the shell 21 can be reduced. That is, pressure drop characteristics under gas-liquid two-phase flow conditions can be improved.

二相流動条件下での圧損特性を表わす量として、二相流
動条件下での圧損勾配と液相だけの単相流動条件下での
圧損勾配の比(二相流増倍係数という)がある。第8図
は気相質m流量の全貿聞流母に対する二相流増倍係数を
示す。同図に示すように、破線Bで示す従来の二相流増
倍係数に比較して、本考案の場合は実線Aに示すように
、二相流増倍係数が低減できる。
The ratio of the pressure drop gradient under two-phase flow conditions to the pressure drop gradient under single-phase flow conditions containing only the liquid phase (referred to as the two-phase flow multiplication coefficient) is a quantity that represents the pressure drop characteristics under two-phase flow conditions. . FIG. 8 shows the two-phase flow multiplication coefficient for the total flow rate of the gas phase m flow rate. As shown in the figure, compared to the conventional two-phase flow multiplication coefficient shown by the broken line B, in the case of the present invention, the two-phase flow multiplication coefficient can be reduced as shown by the solid line A.

i!2!言すれば、二相流動条件下での圧力損失が小さ
くなり、したがって、冷却材駆動ポンプの容量が小さく
でき、また燃料スペーサ自身の物量が少なく抑えられ、
中性子吸収も小さなものとなる。
i! 2! In other words, the pressure loss under two-phase flow conditions is reduced, so the capacity of the coolant-driven pump can be reduced, and the quantity of the fuel spacer itself can be kept small.
Neutron absorption will also be small.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明に係る燃料棒スペーサによれば、
冷却材流路を形成しているシェルの非連接部分に、その
冷却材流通路とシェル内部の燃料棒挿通部分とを連通ず
る冷却材流通孔を設けることにより、燃料棒表面で発生
した蒸気気泡が冷却材流通路に流出し易くしたので、二
相流動条件下において圧力損失を小さくすることができ
る。
As described above, according to the fuel rod spacer according to the present invention,
By providing a coolant flow hole in a non-contiguous part of the shell that forms a coolant flow path to communicate the coolant flow path with the fuel rod insertion part inside the shell, vapor bubbles generated on the surface of the fuel rod can be reduced. Since it is made easier to flow out into the coolant flow path, pressure loss can be reduced under two-phase flow conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1図〜第8図は本発明に係る燃料棒スペーサ
の一実施例を示し、第1図はスペーサ全体の平面図、第
2図はスペーサ正面図、第3図は側枠の正面図、第4図
はシェルの斜視図、第5図および第6図はそれぞれシェ
ル変形例を示す斜視図、第7図は冷却材の流れを示す模
式図、第8図は二相流層倍率とクラオリティの関係を示
す特性図、第9図〜第13図は従来例を示し、第9図は
燃料集合体の縦所面図、第10図は燃料棒スペーサの平
面図、第11図はスペーサ正面図、第12図はシェルの
斜視図、第13図はスプリングの斜?R図である。 4・・・燃料棒、20・・・燃料棒スペーサ、21・・
・シェル、22・・・冷却材流通路、23・・・側枠、
24・・・スプリング、26・・・側壁部の連接部分、
27・・・側壁部の非連接部分、29・・・冷却材流通
孔。 出願人代理人   波 多 野   久第 1 図 第2図 第 3 図 第 7 図 (−一バニー]ノ 第 9 図 某12回    第13図
FIG. 1 is a plan view of the entire spacer, FIG. 2 is a front view of the spacer, and FIG. 3 is a side frame. 4 is a perspective view of the shell, FIGS. 5 and 6 are perspective views showing shell modifications, FIG. 7 is a schematic diagram showing the flow of coolant, and FIG. 8 is a two-phase flow diagram. Characteristic diagrams showing the relationship between layer magnification and quality, Figures 9 to 13 show conventional examples, Figure 9 is a vertical view of the fuel assembly, Figure 10 is a plan view of the fuel rod spacer, Figure 11 The figure is a front view of the spacer, Figure 12 is a perspective view of the shell, and Figure 13 is a perspective view of the spring. This is an R diagram. 4...Fuel rod, 20...Fuel rod spacer, 21...
- Shell, 22... Coolant flow path, 23... Side frame,
24...Spring, 26...Connection part of side wall part,
27... Disconnected portion of side wall portion, 29... Coolant distribution hole. Applicant's agent Hisashi Hatano 1 Figure 2 Figure 3 Figure 7 (-1 Bunny) Figure 9 Certain 12th Figure 13

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、側枠の内部に燃料棒挿通支持用の多数の略円形状の
シェルをそれぞれ側壁一部を相互に連接して設け、この
各シェルの非連接側壁部分によつて筒状の冷却材流通路
を形成してなる燃料棒のスペーサにおいて、前記シェル
の非連接側壁部分に、冷却材流通路とシェル内部の燃料
棒挿通部分とを連通する冷却材流通孔を設けたことを特
徴とする燃料棒スペーサ。 2、冷却材流通孔はスリット状のものである特許請求の
範囲第1項記載の燃料棒スペーサ。 3、冷却材流通孔は角形孔または円形孔状のものである
特許請求の範囲第1項記載の燃料棒スペーサ。
[Claims] 1. A large number of approximately circular shells for supporting the insertion of fuel rods are provided inside the side frame, with part of the side wall connected to each other, and the non-connected side wall portion of each shell In a fuel rod spacer formed with a cylindrical coolant flow passage, a coolant flow hole is provided in a non-connecting side wall portion of the shell to communicate the coolant flow passage with a fuel rod insertion portion inside the shell. A fuel rod spacer characterized by: 2. The fuel rod spacer according to claim 1, wherein the coolant flow holes are slit-shaped. 3. The fuel rod spacer according to claim 1, wherein the coolant flow holes are square holes or circular holes.
JP60067673A 1985-03-31 1985-03-31 Fuel rod spacer Expired - Lifetime JPH0634051B2 (en)

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