JPH01250787A

JPH01250787A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH01250787A
Application number: JP63078378A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fujita; 茂藤田
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-05

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】（産業上の利用分野）本発明は炉心下部から上部に向って冷却材が。

チャンネルボックス内の燃料棒やウォータロッドを冷却
するため流通するようにした沸騰水型原子炉の燃料集合
体に関し、特に上記チャンネルボックスにつき新規な構
成を具有させて構成したものである。

（従来の技術）既知のこの種燃料集合体Ａは、第６図に示す如く箱型と
したチャンネルボックスａ内に、上部タイプレートｂと
、下部タイプレートＣ１そして両タイプレート間にあっ
て複数個離間併設されたスペーサｄとにより、多数の燃
料棒ｅそしてウォーターロッドｆが、引揃え状態にて離
間縦装されたものである。

ところで冷却材が上記チャンネルボックスａに囲まれた
流路、すなわち発熱する燃料棒０間を流れ、軸方向上部
（下流側）でボイドが発生する沸騰型原子炉（ＢＷＲ）
または沸騰型窩転換炉（ＨＣＢＷＲ）にあっては、既知
の如く冷却材喪失事故（ＬＯＧＡ）が発生した際、同上
図に示す非常用炉心冷却系（ＥＣＣＳ）Ｂが作動し、こ
れにより破線で示すスプレィ水が上記燃料集合体Ａにあ
って、そのチャンネルボックスａの上部開口から供給さ
れることとなる。

しかし、このスプレィ水はＬＯＧＡ時に必要な冷却効果
を発揮するために燃料棒ｅ群による発熱領域ｇまで侵入
しようとしても、燃料集合体Ａの下部から吹き上げられ
てくる蒸気が、当該上部タイプレートｂを通して噴出す
ることにより阻害されてしまうという所謂ＣＣＦＬ現象
を起し、このためスプレィ水による十分な冷却を期待す
ることができないこととなる。

この結果、特に燃料集合体内の燃料棒ピッチが稠密化さ
れる高稠密、高出力密度の１（ＣＢ％ｌｌＲプラントで
は、前記スプレィ水のチャンネル内流入の阻害による冷
却能力の低下が、燃料棒ｅの被覆管を過熱し、ひいては
燃料棒を破損することにもなる。

そこで、このような上部タイプレート位置でのＣ１１ｌ
：ＦＬ効果を低減しようとすれば、当該上部タイプレー
トの流路における断面を大きくすればよいこととなるが
、この手段によるときはＢＷＨの場合上部タイプレート
の機械強度を低下させてしまうこととなるので、大きな
効果を期待できず、またＨＣＢＷＲでは燃料棒ピッチを
稠密化した構造上、当該手段の採択に限界があり、多く
を望むことができない。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記従来の燃料集合体が回避できない難点に
つき検討の結果、従来のように上部タイプレートの構造
改良に依存することなく、チャンネルボックスの上部側
における適所に、上部タイプレートよりもその圧損係数
の大きな開口窓を所望数だけ開成させてやることで、Ｌ
ＯＧＡの発生時にあってはチャンネルボックス内を上昇
してくる蒸気が、上記の開口窓からも外へ分流され得る
ようにすることにより上部タイプレート部でのＣＣＦＬ
効果を低減すると共に、燃料チャンネル内の再冠水以前
に燃料集合体間に形成される既知のバイパス部に貯留さ
れることとなるスプレィ水を、当該開口窓からチャンネ
ルボックス内に流入させ得るようにし、これによりスプ
レィ水による燃料棒の冷却効果を飛躍的に向上し、ＣＣ
ＦＬの現象を軽減しようとするのが、その目的である。

（課題を解決するための手段）本発明は上記の目的を達成するため、燃料棒、ウォータ
ロッドが、軸方向に所要複数個だけ離間して併設されて
いるスペーサと、チャンネルボックスに内嵌の上部タイ
プレートと、下部タイプレートとによって、引揃え状態
にて縦装保持されると共に、沸騰水型原子炉または沸騰
水型窩転換炉にあって上記した箱型のチャンネルボック
ス内を、炉心下部から上部に向かって冷却材が、上記の
発熱する燃料棒群中を流通するように構成された燃料集
合体において、当該チャンネルボックスには、その上部
側にあって上記の上部タイプレートと前記燃料棒群によ
る発熱領域との間に存する非発熱領域にあって、当該上
部タイプレートよりもその圧損係数が大きい開口窓を開
成するようにしたことを特徴とする燃料集合体を提供し
ようとするものである。

（作　　　用）チャンネルボックスの開口窓は、上部タイプレートの圧
損係数よりも大きく設定しであるから、原子炉の通常運
転時にあ′ってチャンネルボックス内を流れる気液二相
の上昇流は、当該開口窓の開成により阻害されることな
く上部タイプレートを通って流れる。

ＬＯＧＡによりＥＣＣ９系からスプレィ水が供給された
際には、当初チャンネルボックス内の蒸気上昇流が上部
タイプレートだけを通過することなく、開口窓からも外
へ分流させることができ、上部タイプレート部を通って
吻き上げる蒸気が減少するために、上記タイプレート部
でのＣＣＦＬ効果が抑制され、スプレィ水はチャンネル
内に流入し易くなる。

次にバイパス部にスプレィ水が貯留されるに至れば、こ
のスプレィ水が開口窓からチャンネルボックス内へ流下
することとなり、これにより燃料棒を冷却することとな
る。

（実　施　例）本発明を第１図乃至第４図によって詳記すれば、前記第
６図に示された構成を具有し、これと異なるところは、
そのチャンネルボックスの構造にある。

すなわち、第１図に示されている通りチャンネルボック
ス１の上部ｌａ側にあって、上部タイプレート２の下端
ラインＬと、第１図では図示していない燃料棒群による
発熱領域の上端ライン）との間における非発熱領域にあ
って、所要数の開口窓３を穿設するものであり、第１図
の実施例ではチャンネルボックス１の４面夫々に２個宛
、合計８個の開口窓３が開口されている。

ここで上記開口窓３は、その圧損係数が上部タイプレー
ト２のそれよりも大きくなるように流路断面を選定しな
ければならない。

従って第２図に示す通り当該炉の通常運転時にあっては
、チャンネルボックス内における気液二相の上昇流中、
その大部分が実線で示す矢印ＶＲｓのように上部タイプ
レート２を流れ、僅かだけ開口窓３から実線で示す矢印
ＶＲｚのように気液二相の上昇流が分流することとなり
、この結果気液二相が上部タイプレート２を通る流れに
支障を与えることはない。

ここで、上記開口部３につきその具体例を示せば、今典
形的なりＷＲ８Ｘ８燃料で、上部タイプレートの流路断
面が約８０ｃｒｎ’、チャンネルボックスに前記第１図
の如く計８個の開口窓を開設する場合であれば、以下の
ようにその寸法が決定される。

すなわち、一般に局所圧損係数は、見／Ｄｈ（文二流路
長さ、Ｄｂ二等価水力直径）の関数で与えられるから、
単純化計算によれば、上記１個の開口窓につき、その流
路断面を８０／８＝１０ｃｒｎ”以下とすれば、全開口
窓による局所圧損係数が上部タイプレートのそれよりも
太きなると見なすことができる。

ここで、さらに開口窓３の流路断面を決定するために配
慮することが望ましい事項について以下記述する。

すなわち、開口窓３を開口させても、チャンネルボック
スｌ内にあって、第５図に示す如く一点鎖線による内枠
内の中央領域Ｚ１における冷却材の流れが、これまでの
燃料集合体と大幅に変化しないようにすることが望まし
い。

ここで、上記開口窓の流路断面が大に失すれば、上記中
央領域Ｚ１から、その外周側における外周領域Ｚ２に向
けて大きな冷却材の横流れが生ずることとなり、この結
果燃料棒ｅに流力振動上の問題が生ずる可能性も考えら
れることとなるから、開口窓の大きさを外周領域ｚ２と
中央領域Ｚ！との流路断面積比Ｓと見合って制限するの
が妥当といえる。

このため８Ｘ？ＢＩＩＩＲ燃料集合体の場合Ｓ−０，５
であるから、このような例では外周儂域Ｚ２につながる
開口窓の流路断面積を、中央領域Ｚ１につながり上部タ
イプレートの流路断面積の略半分としておけば、中央領
域Ｚ１の流れが大きな影響を受けることはなく、従って
、このような観点からは開口窓１個当り５ｃｍ″程度の
流路断面積とすることが望ましいことになる。

上記実施例によるチャンネルボックスｌを用いるように
すれば、第２図により前記した通り通常運転時には正常
な気液三相上昇流が上部タイプレートな通して流れ、次
にＬＯＧＡが発生し非常用炉心冷却系（ＥＣＣ９系）４
が稼動してスプレィ水Ｖが供給されたときは、特に吹き
上げ蒸気流が大きいと考えられる高出力チャンネルでの
上部タイプレートにあって、前記ＣＣＦＬにより上部タ
イプレート２の上位に、第３図の如く水位ＷＬｓが形成
され、かつ隣装燃料集合体の両チャンネルボックス！、
１間に形成されているバイパス部５における水位ＷＬｚ
が、開口窓３よりも低い場合には、チャンネルボックス
ｌ内の蒸気上昇流Ｖが開口窓３からも外へも流失される
。

このため、上部タイプレート２を通る蒸気上昇流がそれ
だけ削減され、スプレィ水が破線で示す矢印−１のよう
に上部タイプレート２からチャンネルボックス１内へ十
分流下し、ＣＣＦＬ効来が軽減され発熱、燃料棒の冷却
が促進されることになる。

さらに時間が経過すると、比較的ＣＣＦＬ効果の小さい
バイパス部５が、チャンネルボックス１内に比し再冠水
が早いので、その水位１１１Ｌ２が第３図の状態から上
昇して開口窓３よりも高水位となり、このためバイパス
部５のスプレィ水が開口窓３を介してチャンネルボック
スｌ内へ流入し、燃料棒ｅの冷却に寄与することとなる
。

（発明の効果）本発明は上記のようなチャンネルボックスによって構成
した燃料集合体であるから、通常運転時に支障の発生の
を伴うことなしに、ＬＯＧＡ時のＥＣＣＣ系作動に際し
、発生蒸気の分流による排出により上部タイプレートか
らのスプレィ水流下を促進し得るだけでなく、適時バイ
パス部からもチャンネルボックス内へ、スプレィ水を供
給し得るようになり、これにより大幅にＣＣＦＬ効果を
軽減することができ、チャンネルボックス内の熱除去が
促進され、さらに再冠水時にバイパス部からチャンネル
ボックス内へ流入することになるバイパスオーバフロー
による従来のスプレィ水供給が、開口窓からの上記スプ
レィ水の共与によって時間的にも早められたことになる
から、この点からしてもＣＣＦＬ効果の軽減に利すると
ころ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体を構成するチャンネル
ボックスの上部斜視図、第２図は同上燃料集合体の装荷
時における上位部を示す通常運転時、第３図は当該上位
部のＬＯＧＡ発生初期、第４図は同上部のＬＯＧＡ発生
経過後の各縦断正面チャンネル流説明図、第５図は当該
燃料集合体の発熱領域を示す平面説明図、第６図は従来
の燃料集合体を略示した一部切欠状態の斜視図である。！・・・・・・チャンネルボックス２・・・・・・上部タイプレート３・・・・・・開口窓ｅ・・・°・・・燃料棒ｆ・・・・・・ウォータロッドＨ・・・・・・発熱領域の上端ラインＬ・・・・・・上部タイプレートの下端ライン代理人　
弁理士　斎　藤　義　雄第１図　　　　　第２図第３ＷＪ　　　　　１４図第す図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料棒、ウォータロッドが、軸方向に所要複数個
だけ離間して併設されているスペーサと、チャンネルボ
ックスに内嵌の上部タイプレートと下部タイプレートと
によって、引揃え状態にて縦装保持されると共に、沸騰
水型原子炉または沸騰水型高転換炉にあって上記した箱
型のチャンネルボックス内を、炉心下部から上部に向か
って冷却材が、上記の発熱する燃料棒群中を流通するよ
うに構成された燃料集合体において、当該チャンネルボ
ックスには、その上部側にあって上記の上部タイプレー
トと前記燃料棒群による発熱領域との間に存する非発熱
領域にあって、当該上部タイプレートよりもその圧損係
数が大きい開口窓を開成するようにしたことを特徴とす
る燃料集合体。
（２）チャンネルボックスに付した開口窓の全流路断面
積が、上部タイプレートの当該全流路断面積の１／２以
下であることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。