JPS6190085A

JPS6190085A - 核燃料集合体のスペ−サ

Info

Publication number: JPS6190085A
Application number: JP59211251A
Authority: JP
Inventors: 鵜原　義彦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-05-08

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】〔発明の技術分野〕この発明は核燃料集合体のスペーサに関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水型原子炉の炉心は、第８図に示づ−よう
な核燃料集合体１が多数装荷されて構成される。冷却材
たる水はこれらの核燃料集合体１中を上界する間に加熱
され、蒸気と水の気液二相流となる。

これらの各核燃料集合体１は、６２本の燃料棒３と２本
のウォータロッドを集合させてチャンネルボックス５で
被冠して構成される。各燃料棒３は、つＡ−タロラドに
固定されたスペーサ７により相互の間隔が一定に保持さ
れ、かつ流力振動が抑制される。

冷！ＪＪ材が燃料棒３に加熱されて気液二相流になる過
程を第９図を参照して説明する。

核燃料集合体１における下部タイブレート８の開口から
流入した冷７Ｊ１月９が飽和温度近くよぐ加熱されると
、燃料棒３の壁面から蒸気泡１１が発生する。この蒸気
泡１１はさらに加熱されて成長し、壁面から離脱して合
体し、蒸気流１３となって燃料棒３，３間の中央部を上
昇Ｊる。一方、蒸気流１３と燃料棒３間には液膜１５が
燃料棒３を覆う状態で介在する。さらに、この液膜１５
の一部は蒸気流１３中に飛散され、液滴となって（以下
この液滴をエントレインされだ液滴１７と称する。）輸
送される。

ところで、上記液膜１５は、燃料棒３の熱出力が急増す
る等の原因で部分的または広域的に消失することがあり
、この場合には蒸気流１３が燃料棒３の被覆管に直接接
触することになる。この蒸気流１３に接触した被覆管は
、熱気の熱輸送能力が水のそれに比し極めて小さいこと
から、その温度が急激に上昇し、甚しい場合には、被覆
管自体が破損する恐れがある。ここで、被覆管温度が急
ヤ激に上昇する現象を沸騰遷移といい、この沸１遷移が燃
料棒３の熱出力に強く依存することから、沸＠遷移の発
生する燃料棒の熱出力を限界熱出力と称する。そこで、
通常の沸騰水型原子炉では、沸［１１７遷移の発生を回
避するために、原子炉運転時の燃料棒３の熱出力を小さ
な値とし限界熱出力に対し十分な余裕をもつように設定
される。

〔待望技術の問題点〕

ところが、最近の原子力発電プラントでは凸効率化を図
るために、燃料棒３の熱出力を増大させることが要望さ
れている。しかし、現状の状態で熱出力を増大させると
、限界熱出力に対する余裕がなくなり、熱出力のわずか
な変動で沸騰遷移が発生する恐れがある。

従来の加圧水型原子炉では、この沸Ｆｆ　ｉ！！移の発
生を回避するために、核燃料集合体のスペーサに聾を設
けたものが捉案されている。この興により、燃料棒と冷
却材との伝熱が良好となり、沸Ｗ１ｉ！！移の発生を防
止することができる。しかしながら、この翼の存在が、
流動する冷却材の圧力損失を増大させ、ひいては原子炉
の安定的運転を損わしめる原因ともなり（７る。

〔発明の目的〕

この発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、冷却
材の圧力損失を生じさせることなく燃料棒の限界熱出力
を上昇させ、その結果、燃料棒の熱出力を増大させて原
子力発電プラントの高効率化を図ることができる核燃料
集合体のスペーサを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、この発明に係る核燃料集合
体のスペーサは、核燃料棒を嵌装可能とするセルが多数
集合して形成された核燃料集合体のスペーサにおいて、
隣接したセルに囲まれて冷却材を流動可能とする空間を
形成するセル側面に、冷却材の流れを、嵌装された燃料
棒の方向に案内する案内部が設けられたものであり、燃
料棒の被覆管に冷却材を積極的に供給するものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図は、この発明に係る核燃料集合体の
スペーサの第１実施例を示す説明図である。

この実施例の核燃料集合体のスペーサは、第１図および
第２図に示すように廿ル型スペーナ２１であり、第３図
に示寸しル２３が多数組み合されることにより構成され
る。つまり、各セル２３は多角形、例えばへ角形の角筒
状体であり、各セル２３の側面のうち一つＪ３きにセル
当接側面２５が形成され、これらのセル当接側面２５が
互いに固着されることにより略ハニカム状のセル型スペ
ーサ２１が構成される。これらの各セル２３は、その内
部に燃料棒３が嵌装可能とされ、またセル当接側面２５
に隣接してセル流路側面２９が形成される。セル型スペ
ーサ２１では１．第２図に示ずように、隣り合ったセル
２３のセル流路側面２９が互いに隣接して流路３１が形
成され、この流路３１に冷却材および蒸気が流動可能と
される。

また、各セル２３の各セル流路側面２９には、第３図に
示すような案内部としてのガイド溝３３が形成される。

これらのガイド溝３３はセル２３の軸に対し傾斜し、セ
ル流路側面２５の上端から下端に延在して形成される。

したがって、このセル流路側面２５により流路３１が形
成されると、セル流路側面２９のガイド溝３３は、第１
図および第２図に示づように同−向きに傾斜することに
なる。その結果、このガイド溝が、流路３１を流動する
冷ｌＪ′］材等の流体に、第２図の矢印へに示すような
旋回運動を付与する。

次に作用を説明する。

核燃料集合体の下方から冷却材が流入すると、この冷部
材は燃料棒３間を流動する間に加熱され、蒸気と水との
気液二相流となる。この気液二相流の蒸気は、第９図に
示すように二相流が上方へ流れるにしたがって成長し、
蒸気流１３となる。

セル型スペーサ２１は燃料棒３の延在方向の７カ所に設
けられるが、下方に配設されたスペーサ２１の流路３１
には大部分冷却材たる水が流動することになる。この水
は、流路３１を流れる問にガイド溝３３によって旋回流
となり、流路３１の上端から流出する際にはガイド溝３
３の上端縁から第２図の矢印Ｂのように燃料棒３の方向
に案内される。その結果、燃料棒３に積極的に水が供給
されることになる。

また、燃料棒３の上方側に配設されたスペーサ２１の流
路３１では、その中央部に蒸気流１３が、またセル流路
側面２９に沿って水がそれぞれ流動する。この水は、セ
ル流路側面２９のガイドＦｉ３３に沿って流れ、その上
端部から隣接配置された燃料棒３に向って飛ばされる。

このようにして燃料棒３には、その周囲の流路３１から
積極的に水が供給される。ざらに、蒸気流１３もガイド
溝３３により旋回運動が与えられる。その結果、蒸気に
較べ密度の大きなエントレインされた液ｗＡ１７は、流
路３１を通過後遠心力により、蒸気流１３の中央から燃
料棒３の方向へ飛散される。したがって、燃料棒３の上
流側においても、燃料棒３に積極的に水が供給され、燃
料棒周囲に厚い液膜１５が形成される。

以上のように、燃料棒３の上方側においても下方側にお
いても、セル型スペーサ２１により多量の水が燃料棒に
供給されるため、沸騰遷移を発生する限界熱出力を上背
さぜることができる。それゆえ、燃料棒３の熱出力を増
大さぼることができ、ひいて１よ原子力発電プラントの
高効率化を達成することができる。

また、この実施例ではセル型スペーサ２１のセル２３に
ガイド溝３３を設けたが、これによってもスペーサ表面
積の増加はわずかであり、冷却材の流れの障害とならな
い。したがって、ガイド溝３３によって冷却材の圧力損
失が増加することがなく、原子炉の安定的運転を確保す
ることができる。

さらに、ガイド溝３３はセル型スペーｔす２１製作時に
塑性加工により容易に形成することができる。したがっ
て、ガイドＲ３３を設（）たとしても、セル型スペーサ
２１を廉価に製作することができる。

また、ガイド？７＋３３の深さを適当に定めることによ
り、セル型スペーサ２１の各セル２３の内方にこの溝３
３の突部を突出さけることができ、したがってこの場合
にはガイド溝３３がディンプル１の別能をも果すことが
できる。そのため、各セル２３にディンプル形成する必
要がなくその分製造コストの低減を図ることができる。

第４図および第５図はこの発明に係る核燃料集合体のス
ペーサの第２実施例を示す説明図である。

この第２実施例が第１実施例と異なるのはセル型スペー
サ３０の各セル３２が円筒形をなしている点である。こ
の各セル３２においては、そのセル側面３５の周方自回
等配分位置に、セル軸に対して同−向きに傾斜し、かつ
上端から下端まで延在するガイド溝３７が形成される。

そして、各セル３２は、流路３９を形成する４つのセル
側面３５にガイド溝３７が位置するよう組み合されて、
スペーサ３０を構成する。したがって、このようなセル
型スペーサ３０によっても、ガイド溝３７により燃料棒
３に多〃の冷却材たる水を供給することができ、第１実
施例の全ての効果と同様の効果を奏することができる。

第６図および第７図は、この発明に係る核燃料集合体の
スペーサの第３、第４実施例におけるセルをそれぞれ示
す斜視図である。

第３実施例は、第１実施例にａ３けるセル２３のガイド
溝３３をガイド突起４３としたものであり、第４実施例
は、第２実施例にＪ３りるセル３２のガイド溝３７をガ
イド突起４５どしたものである。

そして、このガイド突起４３．４５が形成されたセル４
７．４９を組み合せることによりセル型スペーサが構成
され、その流路に同−向きに傾斜した４つのガイド突起
４３．４５が内方に突出して配設される。

したがって、流路を流れる冷却材たる水はこのガイド突
起４３．４５によって隣接する燃料棒に供給され、さら
に蒸気流にも旋回運動が与えられてエン１ヘレインされ
た液滴が燃料棒に飛散される。

それゆえ、この第３および第４実施例においても、原子
力発電プラントの高効率化を図り、原子炉の安定的運転
を確保することができ、さらに、ガイド突起４３．４５
をＷ！性加工に、て形成することからセル型スペーサを
廉価にて製作することができる。

〔発明の効果］以上のように、この発明に係る核燃１１１集合体のスペ
ーサによれば、冷ＩＪｌ材を流動可能とする空間を形成
するセル側面に、冷却材の流れを、嵌装された燃料棒の
方向に案内する案内部が設けられたことから、燃料棒の
被覆管に冷却材をｖ１極的に供給することができ、燃料
棒の限界熱出力を上昇させて燃料棒の熱出力を増大させ
、原子力発電プラントの高効率化を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明に係る核燃料集合体のスペーサの第１
実施例を示すセル型スペーＶの一部斜視図、第２図はそ
のセル型スペーサの一部平面図、第３図はそのセル型ス
ペーサのセルを示す斜視図、第４図は第２実施例のセル
型スペーサを構成するセルの斜視図、第５図はその第２
実施例のセル型スペーサの一部平面図、第６図、第７図
は第３、第４実施例のセル型スペーサにおけるセルをそ
れぞれ示す斜視図、１７８図は核燃料集合体を示す斜視
図、第９図は核燃料集合体の燃料棒間を流れる冷却材の
流動状態図である。１・・・核燃料集合体、３・・・燃料棒、２１．３０・
・・セル型スペーサ、２３．３２・・・セル、２９・・
・セル流路側面、３１．３９・・・流路、３３．３７・
・・ガイド溝、３５・・・セル側面、４３．４５・・・
ガイド突起。出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図第３図　　　　第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核燃料棒を嵌装可能とするセルが多数集合して形
成された核燃料集合体のスペーサにおいて、隣接したセ
ルに囲まれて冷却材を流動可能とする空間を形成するセ
ル側面に、冷却材の流れを、嵌装された燃料棒の方向に
案内する案内部が設けられたことを特徴とする核燃料集
合体のスペーサ。
（２）セル側面の案内部は、セル軸に対して傾斜し、か
つセル軸方向に延在して形成された溝である特許請求の
範囲第１項記載の核燃料集合体のスペーサ。
（３）セル側面の案内部は、セル軸に対して傾斜し、か
つセル軸方向に延在して形成された突起である特許請求
の範囲第１項記載の核燃料集合体のスペーサ。