JPH03181887A - 原子炉燃料集合体用スペーサー及び燃料集合体 - Google Patents

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］ この発明は、燃料棒などの棒状要素を相互に間隔を開け
て正方格子配列に束ねた状態に保持する原子炉燃料集合
体用スペーサーに関するものであり、特に沸騰水型原子
炉における燃料棒の耐バーンアウト性の改善に関するも
のである。

［従来の技術］ 沸騰水型の原子炉（ＢＷＲ）に装荷される燃料集合体で
は、例えば第５図に示すように、所要数の燃料棒Ａと水
管Ｗとを含む棒状要素を正方配列し、それらの上下端は
端栓を介して上下のタイブレート２，３に装着し、中間
高さ位置の複数個所には薄い帯板を格子組みしてなるス
ペーサー５を所定間隔で配置して各棒状要素の間隔を所
定間隔に保持したものが一般的である。このような燃料
集合体１は、炉心Ｒ内においては各燃料棒Ａを除熱、す
る冷却水の確保のためにジルカロイ製の角筒状のチャン
ネルボックス４内に収められて炉心構造体の受座に所要
数立設状態で装荷され、原子炉運転中には受座の下部オ
リフィス（図示せず）からチャンネルボックス４内に冷
却水を送り込んで各燃料集合体１内の燃料棒の間を上向
きに流れるようにし、燃料棒Ａの反応熱で冷却水を沸騰
させて熱を外部に取り出すと共に燃料集合体１の除熱を
行なうようにしている。尚、第５図においてＣは炉心Ｒ
内の各燃料集合体間のｌ１ｌＪａ棒を示す。

従来、このような燃料集合体において各燃料棒などの棒
状要素の配列間隔を所定値に保持するためのスペーサー
５としては、例えば第６ａ図に示すような帯板５１の格
子組みによって桝目状の複数の棒状要素挿通セル５２を
構成し、各セルの四辺の側壁に、前記棒状要素をほぼそ
の径方向について支持するためにセルの中心方向へ向け
て各々突出する弾性・剛性支持突起部５３を対向配置し
たものが知られており、このようなスペーサー５を燃料
集合体１の軸方向に間隔を開けて例えば７個所に配置し
ている。

ＢＷＲは炉内で水蒸気を発生させる直接サイクル方式で
あるため、炉心内で沸騰を許している。

従って燃料の冷却は、液相・蒸気（ボイド）の二相流の
条件下で行なわれ、ボイド率の高い燃料集合体上部の冷
却水流動様式は、第７図に示すように膜状の液相（液膜
）ａ＋がチャンネルボックス４の内壁面と燃料棒Ａの外
周面で連続した環状流れを形成し、チャンネルボックス
と燃料棒との間及び燃料棒同士の間には液滴ａ２を伴う
蒸気相すが流れるという所謂環状流であり、燃料棒の外
周面の前記液膜ａ１が燃料棒の冷却に重要な役割を果た
す。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、例えば過出力状態等の何らかの原因で燃
料集合体が熱的に厳しい状態におかれ、所謂核沸騰状態
から膜沸騰状態への遷移が生じると、第８図に示すよう
に燃料棒Ａの外周面の液膜ｎ、ｈ＜ｆＷｉ廖ｌ、て論軌
鮪里が争−増に票イトする怨め、燃、料棒Ａの液膜消失
領域における温度が急激Ｃ上昇し、遂にはその部分で熱
焼損（バーンアウト）を生じることになる。ＢＷＲ燃料
に特徴的な液膜の消失によるバーンアウトを特にドライ
アウトと呼び、バーンアウトの生じる燃料集合体全体の
負荷を限界出力と呼んでいる。

一般に、８Ｘ８型および９×９型燃料ともに１体の燃料
集合体に７個のスペーサーを具備しているが、燃料集合
体内の燃料棒が熱的に最も厳しくなるのは集合体の上か
ら２番目の第６スベーサー直下部分より上方（冷却水流
れの下流側）の部分であることが既に実験により確認さ
れている。また、第１０図に示したように燃料集合体の
断面で燃料ｐＪＡなどで区分された流路部分（サブチャ
ンネル）ｆに注目してみると、第１０図に示すように、
−殻内にチャンネルボックス４に隣接したコーナロッド
ＡＣの外側のサブチャンネルｆ１やサイドロッドＡ、の
外側のサブチャンネルｆ、では冷却水流れの摩擦圧損が
大きいので質量流速が小さく、これに対してそれより内
側のサブチャンネルｆ２〜ｆ４およびｆ６〜ｆ、では質
量流速が相対的に大きくなる傾向がある。そして実際に
冷却水流量が最も小さくなるコーナ一部での外側サブチ
ャンネルｆ１に接するコーナーロッドＡｅにおいて、次
いでサイド部の外側サブチャンネルｆ。

に接するサイドロッドＡ、において冷却水液膜の離脱に
よるドライアウトが生じ易いことが確かめられている。

このように、コーナーロッドＡｃやサイドロッドＡヨの
ドライアウト出力を高めることは、８×８型燃料及び９
×９型燃料の如何を問わず限界出力を高め、これら燃料
集合体の耐バーンアウト性能を改善する意義を持つこと
になる。

ところで燃料集合体の外寸は、チャンネルボックス内で
最も外側に張り出すスペーサーの外寸によって決まるが
、従来、一般にスペーサーの外寸は燃料集合体をチャン
ネルボックス内にスムースに収めるためにチャンネルボ
ックスの内寸の製造公差を考慮した下限値（内寸公差寸
法の最小値）Ｃ更に余裕を見て小さめに決定されてし）
た。従つてチャンネルボックス内に燃料集合体を収めた
状態では、第６ａ図に示したように燃料集合体１はチャ
ンネルボックス４の中心から成る方向に偏心した状態と
なり、必ずしも３４６ｂ図に示すようにチャンネルボッ
クス４の中心に位置して四辺の水ギャップが対称的にな
るとはかぎらなかった。この燃料集合体のチャンネルボ
ックス内での断面位置の偏りは、チャンネルボックス内
壁面と燃料集合体との水ギャップが成る辺では大きく、
成る辺では小さくなる結果を招いており、この水ギャッ
プの偏りが成るコーナーロッドまたはサイドロッドの耐
バーンアウト特性を特に低下させ、延いては燃料集合体
全体の耐バーンアウト特性の低下を招いていたのである
。

従来、燃料棒の耐バーンアウト特性の向上については、
スペーサー外周の側板に冷却材流れをかき混ぜるための
複数個の固定羽根を設け、スペーサーの下流側で冷却材
流れの主キシングによって流れの中の液滴を燃料棒表面
の液膜に補給し、この補給効果により燃料棒のドライア
ウト出力の向上を図ることが行なわれているが、￥ｓａ
ａ図に示したように燃料集合体がチャンネルボックス内
で偏心配置されていたので、偏心の方向に応じた特定の
コーナーロッドまたはサイドロッドの耐バーンアウト特
性が他に比べて特に低下するという問題が未解決であり
、しかも前記偏心の方向は炉心内で定まっていないこと
もあって、その対策に苦慮していたのが実情であった。

この発明は上述のような問題点に鑑みてなされたもので
あり、スペーサーに工夫をして冷却材流れに対する流路
抵抗を殆ど増すことなく燃料集合体をなるべくチャンネ
ルボックス中央に収めるようにすることで、四辺の水ギ
ャップの偏りを極力少なくし、結果として成る偏った位
置のコーナーロッドまたはサイドロッドの耐バーンアウ
ト特性が特に低下しないようにして、燃料集合体全体の
耐バーンアウト特性の低下を防止することができるよう
にした原子炉燃料集合体用スペーサーを提供しようとす
るものである。

［１課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明に係る原子炉燃料集合体用スペー
サーでは、角筒状のチャンネルボックス内で燃料棒など
の棒状要素を相互に間隔を開けて正方格子配列に束ねた
状態上保持する原子炉燃料集合体用スペーサーにおいて
、桝目状の複数の棒状要素挿通セルを構成する帯板の格
子組みの外周側板の四周各辺に、前記チャンネルボック
ス内に配置されたとき（前記チャンネルボックスの内壁
面と前記外周側板の外面との間隔が四周の対向辺同士で
ほぼ対称となるように前記チャンネルボックス内壁面と
それぞれ当接する突出部を設けることにより前述の課題
を解決したものである。

また請求項２に記載の発明では、前述請求項１に記載の
構成に加えて、前記各突出部を実質的に剛性の突起部と
し、各々対向する前記剛性突起部間の外寸を前記チャン
ネルボックスの対応する内寸公差寸法の最小値以下でほ
ぼこの最小値に等しくした原子炉燃料集合体用スペーサ
ーを提供するものである。

また請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の構成
に加えて、少なくとも隣接する二辺の前記突出部を前記
剛性突起部と実質的に弾性の突起部とを備えたものとし
、前記弾性突起部を前記剛性突起部より大なる突出寸法
とした原子炉燃料集合体用スペーサーを提供するもので
ある。

また請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の構成
に加えて、前記各突出部を実質的に弾性の突起部とし、
各々対向する前記弾性突起部間の外寸を前記チャンネル
ボックスの対応する内寸公差寸法の最小値以上にした原
子炉燃料集合体用スペーサーを提供するものである。

また請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の構成
に加えて、隣接する二辺の前記突出部を実質的に剛性の
突起部とすると共に、他の隣接する二辺の前記各突出部
を実質的に弾性の突起部とし、各々対向する前記剛性突
起部と弾性突起部間の外寸を前記チャンネルボックスの
対応する内寸公差寸法の最小値以上にした原子炉燃料集
合体用スペーサーを提供するものである。

更に請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれ
か１項に記載のスペーサを少なくとも一つ備えた沸騰水
型原子炉用燃料集合体を提供するものである。

［作　用］ 請求項１に記載の発明に係る原子炉燃料集合体用スペー
サーにおいては、角筒状のチャンネルボックス内で燃料
棒などの棒状要素を相互に間隔を開けて正方格子配列に
束ねた状態に保持する原子炉燃料集合体用スペーサーに
おいて、桝目状の複数の棒状要素挿通セルを構成する帯
板の格子組みの外周側板の四周各辺に、前記チャンネル
ボックス内に配置されたときに前記チャンネルボックス
の内壁面と前記外周側板の外面との間隔が四周の対向辺
同士でほぼ対称となるように前記チャンネルボックス内
壁面とそれぞれ当接する突出部を設けたので、チャンネ
ルボックス内において燃料集合体はチャンネルボックス
内壁面と四辺の全てでそのスペーサーの前記突出部によ
り当接支持されることＣなり、前記間隔、即ちチャンネ
ルボックス内での燃料集合体周囲の水ギャップの大きさ
は四辺にいずれににおいても前記突出部の当接時の突出
寸法によって定められ、これにより燃料集合体にチャン
ネルボックス内での断面位置の対称性が保証される。

前述したように、従来のスペーサー外寸はチャンネルボ
ックス内寸の製造公差を考慮した下限値に余裕をみて更
に小さめに決定されていたため、燃料集合体は第６ａ図
に示したようにチャンネルボックス内で偏心して納まっ
ており、スペーサー側板の隣接する二辺の打ち出しデイ
ンプルＤがチャンネルボックス４の内壁面に当接する結
果となっていたが、この場合、デインプル当接辺でのコ
ーナーロッドもしくはサイドロッドとチャンネルボック
スとの間の水ギャップは、燃料集合体が第６ｂ図に示す
ようにチャンネルボックス中央に位置している場合に比
べて狭くなっている。

このように、従来のスペーサーを装備した燃料集合体が
チャンネルボックス内で偏心して納まつて？）る場合に
は、チャンネルボックス内壁面から比較的大きく離れた
側のコーナーロッドやサイドロッドのドライアウト出力
は上昇するものの、逆にチャンネルボックス内壁面に近
付いた側のコーナーロッドやサイドロッドのドライアウ
ト出力はかなり低下するため、燃料集合体全体としての
耐バーンアウト特性は燃料集合体がチャンネルボックス
の中央に収まっている場合よりも低下する。

即ち、一般に燃料棒の除熱によって発生したボイドは質
量流速の大きな流路へ移動（ドリフト）する傾向がある
ので、チャンネルボックスと燃料棒とで挟まれたサブチ
ャンネル（第９図：ｆ。

ｆ２）では、第７図に示したように、発生したボイドの
一部が他の内部のサブチャンネル（ｆ３やｆ６等）に移
動し、また液相の大部分は、発熱が無視できるほど小さ
いチャンネルボックスの冷壁面効果によってチャンネル
ボックス内壁面を覆う厚い液膜となって流れ、コーナー
ロッドやサイドロッドの表面には液相の一部が蒸発によ
って薄くなった液膜として流れることになる。

このチャンネルボックス内壁面を覆って流れる液膜の流
量は、コーナーロッドやサイドロッドとチャンネルボッ
クス内壁面とのギャップが大きくなるほど増大し、これ
は燃料集合体周縁部での実質的なサブチャンネルの流路
断面積の減少によって摩擦圧損が減少してこれら周縁部
のサブチャンネル内の冷却材流量が増加すると共に液相
の大部分が冷壁面効果によってチャンネルボックス内壁
面に沿って流れる傾向があるからである。

このチャンネルボックス内壁面を覆って流れるｔｌ　ｌ
ｌｉはコーナーロッドやサイドロッドの各表面への液滴
の供給源であり、従ってチャンネルボックス内壁面を覆
って流れる液膜の流量に応じてコーナーロッドやサイド
ロッドの各表面の液膜も変化する。

従来のスペーサーを装備した燃料集合体では、チャンネ
ルボックス内での偏心によって燃料集合体がチャンネル
ボックス内壁面に近付いた側のサブチャンネルが他に比
べて無視できないほど狭くなっており、この狭いサブチ
ャンネルにおけるチャンネルボックス内壁面の液膜流量
の低下によってそれに対面するコーナーロッドやサイド
ロッドのドライアウト出力はかなり低下する。

本発明のスペーサーでは、燃料集合体を全体としてみた
ときのチャンネルボックス内でのコーナーロッドやサイ
ドロッドとチャンネルボックス内壁面とのギャップの最
小値をほぼ平均値にまで増加させるものであり、従って
、チャンネルボックス内壁面の液膜流量の最小値もその
ほぼ平均値にまで増大し、燃料棒の除熱に最も寄与する
燃料棒表面の液膜をいずれの位置のコーナーロッドやサ
イドロッドにおいても極端に減少させることがなく、結
果としてコーナーロッドやサイドロッドの耐ドライアウ
ト性能を底上げすることが可能である。

このように、本発明のスペーサーを装備した燃料集合体
ではチャンネルボックス内での偏心が防止されるので、
どの位置のコーナーロッドやサイドロッドもチャンネル
ボックス内壁面に近付き過ぎることがなく、コーナーロ
ッドやサイドロッドのドライアウト出力の偏った低下が
抑制されるため、燃料集合体全体としての耐バーンアウ
ト特性は燃料集合体がチャンネルボックス内で偏って収
められている場合よりも明らかに改善される。

本発明において、スペーサーの外周側板の四周各辺に夫
々設けられた前記突出部は、このスペーサーを装着した
燃料集合体をチャンネルボックス内に配置したときに前
記チャンネルボックスの内壁面と前記外周側板の外面と
の間隔を四周の対向辺同士でほぼ対称となるような寸法
で突出する。

この突出部は、基本的にはチャンネルボックスの公称内
寸値以上のスペーサー外寸を与える各辺均等な突出寸法
をもつことにより燃料集合体のチャンネルボックス内で
の断面位置の対称性を保証する。

このための具体的な方式の一つとして、請求項２に記載
のスペーサーでは前記突出部の各々が実質的に剛性の突
起部からなり、しかも各々対向する前記剛性突起部間の
外寸を前記チャンネルボックスの対応する内寸公差寸法
の最小値以下でほぼこの最小値に等しくしである。具体
的には、スペーサー側板にチャンネルボックスへの挿入
時の案内と振動防止のために通常１個ないし２個程度設
けられる打ち出しによる突出デインプルの突き出し寸法
を従来のものよりも高くすることによってスペーサー外
寸をチャンネルボックス内寸と同一にするのがよい。こ
れにより、前記間隔、即ちチャンネルボックス内での燃
料集合体周縁の水ギャップの大きさは、四辺において前
記剛性突起部の突出寸法以上となることが保証される。

請求項２によるスペーサーでは、チャンネルボックス内
寸の公差が負の場合にはデインプルが変形しにくいので
、前記剛性突起部間の外寸を前記チャンネルボックスの
対応する内寸公差寸法の最小値以上にすると燃料集合体
をチャンネルボックス内に挿入する際にチャンネルボッ
クス内壁面を傷つけたり、スペーサーに過度の力が加わ
ってその位置ずれや変形を起こすことが考えられる。こ
のため、チャンネルボックスの内寸公差との寸法管理を
厳格にする必要があると共に内寸公差が正の場合に冷却
材流れによってチャンネルボックス内で燃料集合体が振
動を起こす可能性があるが、請求項３によるスペーサー
では、少なくとも隣接する二辺の前記突出部を前記剛性
突起部および実質的に弾性の突起部を備えたものとし、
前記弾性突起部を前記剛性突起部より大なる突出寸法と
することでこれを解決している。この場合、剛性突起部
と弾性突起部は同じ位置に組み合わせて構成したもの、
あるいは個々に別の位置で独立して設けたもののいずれ
でもよく、スペーサー四辺の全てに剛性突起部と弾性突
起部の両者を設けてもよい。請求項３によるスペーサー
では、前記剛性突起部間の外寸が前記チャンネルボック
スの対応する内寸公差寸法の最小値以下でありさえすれ
ばよく、チャンネルボックスの内寸公差が正であっても
前記弾性突起部の弾性変形によってスペーサー外寸の余
剰長さが吸収されてスペーサー四辺で各突起部によるチ
ャンネルボックス内壁面への当接支持が果たされ、しか
も少なくとも二辺ではこれが弾性を以って行なわれるの
で、冷却材流れによるチャンネルボックス内での燃料集
合体の振動も防止されることになる。

また請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の構成
に加えて、前記各突出部を実質的に弾性の突起部とし、
各々対向する前記弾性突起部間の外寸を前記チャンネル
ボックスの対応する内寸公差の最小値以上にしてあり、
この場合もチャンネルボックスの内寸公差が正であって
もスペーサー四辺で好ましくは均等に前記各弾性突起部
の弾性変形によってスペーサー外寸の余剰長さが吸収さ
れ、各弾性突起部によるチャンネルボックス内壁面への
当接支持による燃料集合体の断面配置位置の対称性が保
証されると共に、燃料集合体をチャンネルボックスに挿
入する際にチャンネルボックス内壁面を傷つけたりスペ
ーサーの位置ずれを起こしたりする恐れもなくなる。

請求項４によるスペーサーではスペーサー四辺の突出部
がいずれも弾性突起部であるのでチャンネルボックス内
での燃料集合体の位置決めが多少不備かとなり、またチ
ャンネルボックス内で燃料集合体が弾性突起部の弾性に
応じた自由振動を起こす可能性があるが、請求項５によ
るスペーサーでは、請求項１に記載の構成に加えて、隣
接する二辺の前記突出部を実質的に剛性の突起部とする
と共に、他の隣接する二辺の前記各突出部を実質的に弾
性の突起部とし、各々対向する前記剛性突起部と弾性突
起部間の外寸を前記チャンネルボックスの対応する内寸
公差の最小値以上にすることでこれを解決している。こ
れは請求項２によるスペーサーと請求項４によるスペー
サーの各機能を補い合い、両者の長所の相乗効果を得る
ようにしたものである。

更に請求項６に記載の発明は本発明によるスペーサーを
備えた燃料集合体であり、この場合番よ請求項１〜５の
いずれか１項に記載のスペーサを少なくとも一つ備える
ことで燃料集合体として前述のようにコーナロッドおよ
びサイドロッドの耐ノ〈−ンアウト性能を向上したもの
を提供するものである。勿論、１体の燃料集合体に請求
項１〜５によるスペーサーを組み合わせて複数装備した
ものもヒの発明の範喝に含まれる。

本発明の好適な実施例として、燃料棒を９行９列の正方
配列とし、その中央に９セル分の断面積を持つ一本の角
型大口径ウォーターチャンネルを配置した燃料集合体用
のスペーサーについて図面と共に以下に説明する。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例に係る９×９型燃料集合体用ス
ペーサーを示しており、チャンネルボックス４と燃料棒
ＡおよびウォーターチャンネルＷは第５図のものと同様
である。

第１図に示すように、スペーサー１０は複数の帯板を格
子組みしてなる格子板１１の四周を同様のやや厚い帯板
からなる側板１２で囲んで溶接により正方格子状に゛組
み立てたものであり、内部には前記格子組みによって複
数のセル１３が形成され、各セル１３内に燃料棒Ａが挿
通されるようになされていると共に、中央には９セル分
の大きなスペースが設けられて大口径ウォーターチャン
ネルＷが挿通可能になされている。各セル１３の四辺に
は、セル側壁の格子板１１に設けられた貫通孔（図示せ
ず）に係合するようにクリップ型スプリング部材１４が
装着され、このクリップ型スプリング部材１４はクリッ
プの一辺が弾性支持突起部、他の一辺が剛性支持突起部
としてクリップ状に成形されたインコネル製のばね帯板
材からなる公知の構成のもので、両辺でセル側壁の格子
板１１を挟むように前記貫通孔に係合されている。スペ
ーサー側板１２にも同様なりリップ型スプリング部材１
５が装着されているが、このクリップ型スプリング部材
１５は大部分がセル側に弾性支持突起部のみをもつもの
である。

スペーサー側板１２の四辺Ｘ　Ｉ＋Ｘ　２＋Ｙ　１．Ｙ
　ｔ　（７）各コーナ一部近傍には外側へ突出して打ち
出しにより縦割りスリット付きデインプル１６が設けら
れており、このうち一方の隣接する二辺Ｘ　、、Ｙ　。

のデインプル１６にはそのスリットに別のクリップ型ス
プリング部材１７が装着されており、このクリップ型ス
プリング部材１７はセル側とスベーサニ外側の両方に弾
性支持突起部１８．１９を有している。即ち、この縦割
りスリット付きデインプル１６は本発明の要部を構成す
る剛性突起部として従来のデインプルＤ（第６ａ、６ｂ
図）より大なる突出寸法を有し、またそのスリットに装
着されたクリップ型スプリング部材１７の外側の弾性支
持突起部１９は同じく本発明の要部を構成する弾性突起
部として前記デインプル１６より大なる突出寸法を有し
ている。この場合、対向辺のデインプル１６間の外寸は
チャンネルボックス４の製造公差を考慮した内寸の最小
値以下でほぼこの最小値に等しくされ、スプリング部材
１７の外側の弾性支持突起部１９を含めたスペーサーの
外寸は、チャンネルボックス４へ挿入していない状態で
チャンネルボックス４の製造公差を考慮した内寸の最大
値より大きくされている。

第２ａ図は前記スリット付きデインプル１６とそのスリ
ットに装着されたクリップ型スプリング部材１７の部分
の拡大平面図であり、第２ｂ図は同じく縦断面図である
。

第２ａ図及び第２ｂ図において、クリップ型スプリング
部材１７はデインプル１６のスリット１６ａとほぼ等し
い幅寸法をもち、またその材質と板厚との相関で弾性支
持突起部１８．１９が所要の弾性係数となるように成型
されている。外側の弾性支持突起部１９の弾性は図示の
ように山形状などの突出形状によって所要の弾性にする
ことができ、第２ｂ図では山形状の両裾がデインプル１
６のスリット１６ａ内に収まっているが、デインプル１
６にスリット１６ａが存在しない場合は第３ａ図に示す
ように両側の弾性支持突起部１８゜１９をほぼ対称形状
にして突き出し量のみ変えるようにしたり、あるいは第
３ｂ図に示すように外側の弾性支持突起部１９をデイン
プル１６に裾部分で接する山形状にしたりして、チャン
ネルボックス４の内壁面に対する押し付は力が適当にな
るように弾性を調整すればよい。

クリップ型スプリング部材１７のセル側の弾性支持突起
部１８は、格子板１１のクリップ型スプリング部材１４
および側板１２の他のクリップ型ス、ブリング部材１５
と共（燃料棒Ａの支持の役目を果たし、この場合、一つ
のセル２についてセル側壁四辺の対向する二辺で弾性支
持突起部と剛性支持突起部とが向い合うように各クリッ
プ型スプリング部材の装着の向きが定められ、これら対
向突起部の間に燃料棒Ａを適度な押圧力でセル中心に挟
持するようになっている。

尚、クリップ型スプリング部材１７では弾性支持突起部
１９の突出寸法が比較的大きくなることからζチャンネ
ルボックス４への燃料集合体の挿入時にチャンネルボッ
クスとの機械的干渉でその姿勢安定性が不安定になるこ
とが考えられるが、これに対する対策としてクリップ型
スプリング部材１７がスペーサー側板１２に対して傾動
しないように、その側板１２との接触部に姿勢安定化の
ための広幅支持片などをスプリング部材１７に一体形成
したり、あるいは側板１２と係合する構造を採用して位
置ずれを起こさないようにしたりすることは好ましいこ
とである。

第６ａ図に示した従来のスペーサーまたは第１図に示し
た本発明の実施例に係るスペーサーを装着した９×９型
燃料集合体について、チャンネルボックス４と燃料集合
体とのギャップ、正確にはチャンネルボックス４の内壁
面とスペーサー１０の側板１２外表面との間隔δと、コ
ーナーロッドまたはサイドロッドの限界出力との関係を
第４図に示す。この燃料集合体はＮｏ、　１〜Ｎｏ、７
２の燃料棒を含み、限界出力を求めたのはＮ０１１のコ
ーナーロッド、Ｎｏ、２のサイドロッド、　Ｎｏ、１１
の第２列目の内部ロンド、Ｎｏ、２２のウォーターチャ
ンネルＷに隣接したセンターロンドの四本である。

第４図において、横軸は前記間隔６を示し、縦軸は、第
６ａ図に示したように従来のスペーサー５を装備した燃
料集合体１がそのスペーサー側板のデインプルＤをチャ
ンネルボックス４の内壁面に接触させて偏心配置されて
いる場合（間隔δ＝δｃｏＮ）の燃料棒のドライアウト
出力を基準にした任意の間隔δにおけるドライアウト出
力比を示している。横軸上のδ！ＴＹＭは、本発明に係
るスペーサーによって燃料集合体を第６ｂ図に示すよう
にチャンネルボックス４内に偏心なく対称配置した場合
の公称ギャップであり、これは次式で表わされる。

δｓｙｍ　　＝　　（ＬＣＨＬＩＩＰ）／　２但し、上
式でＬＣＨはチャンネルボックス内寸の公称値、Ｌｓｐ
は現用スペーサー外寸の公称値であり、本発明のスペー
サーにおいてはチャンネルボックス内に挿入したときに
前述突出部の突出量によって四辺でδＳ□を確保するも
のである。

δ、□は一般的には１ｍｍ以下の小さい値であるが、第
４図かられかるように耐ドライアウト性能に及ぼす影響
は大である。コーナーロッドＮｏ、　１はチャンネルボ
ックス内壁面の液膜の流量の影響を最も大きく受け、δ
。。８の場合に比べて対称配置のδｓＹＭの場合にはそ
のドライアウト出力は約６％増大し、またサイドロッド
Ｎｏ、２でも約３％のドライアウト出力の増大が認めら
れる。内部ロッドはチャンネルボックス内壁面から離れ
ているため対称配置による改善効果は少ないが、それで
も内部ロッドＮｏ、１１では約１％のドライアウト出力
の改善が認められる。

この場合、完全な対称配置を行なわなくても、各辺のδ
を６゜。８からδＩＩＹＭへ近付けるように燃料集合体
のチャンネルボックス内での偏心の度合いを軽減するこ
とで、第４図辷示すように周辺ロッドのドライアウト出
力を増大でき、延いては燃料集合体全体としての耐バー
ンアウト性能を改善することが可能である。

以上に述べた実施例は本願発明の一つの例示に過ぎず、
８Ｘ８型燃料集合体に対しても、あるいはウォーターチ
ャンネルを複数本含むものでも同様な効果を得ることが
でき、従って本発明はこの他にも種々の変形が可能であ
ることは述べるまでもない。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明のスペーサーを装備した燃
料集合体ではチャンネルボックス内での偏心が防止され
るので、どの位置のコーナーロッドやサイドロッドもチ
ャンネルボックス内壁面に近ｆ寸き過ぎることがなく、
コーナーロッドやサイドロッドのドライアウト出力の偏
った低下が抑制されるｋめ、燃料集合体全体としての耐
バーンアウト特性は燃料集合体がチャンネルボックス内
で偏って収められている場合よりも改善されるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係るスペーサーを示す
模式平面図、第２ａ図は要部の拡大平面図、第２ｂ図は
同じく要部の拡大縦断面図、第３ａ図は変形例の要部を
示す拡大断面図、ｉ３ｂ図は別の変形例の要部を示す拡
大断面図、第４図は従来のスペーサーまたは本発明の実
施例に係るスペーサーを装着した９×９型燃料集合体に
ついてチャンネルボックスと燃料集合体との間隔δとコ
ーナーロッドまたはサイドロッドの限界出力との関係を
示す線図、第５図は一般的なりＷＲ炉心平面配置と燃料
集合体の部分切り欠き構造を示す説明図、第６ａ図は従
来のスペーサーを装備した燃料集合体のチャンネルボッ
クス内での偏心配置の様子を示す模式平面図、第６ｂ図
は燃料集合体を偏心なく対称配置した状態を示す模式平
面図、第７図はコーナ一部分近傍での冷却材の二相流の
様子を示す拡大断面図、第８図は燃料棒表面の冷却材流
れの様子と温度分布を示す説明図、第９図はチャンネル
ボックス内での燃料集合体内を流れる冷却材の流路の様
子を示す説明図、第１０図は燃料集合体内に流れる冷却
材の位置による質量流速の違いを示す線図である。 （主要部分の符号の説明） １０・・・スペーサー、１１・・・格子板、　１２・・
・スペーサー側板、１３・・・セル、Ｉ６・・・縦割り
スリット付きデインプル（剛性支持突起部）、１７・・
・クリップ型スプリング部材、１９・・・弾性支持突起
部、Ｗ・・・ウォーターチャンネル、４・・・チャンネ
ルボックス、Ａ・・・燃料棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、角筒状のチャンネルボックス内で燃料棒などの棒状
   要素を相互に間隔を開けて正方格子配列に束ねた状態に
   保持する原子炉燃料集合体用スペーサーにおいて、桝目
   状の複数の棒状要素挿通セルを構成する帯板の格子組み
   の外周側板の四周各辺に、前記チャンネルボックス内に
   配置されたときに前記チャンネルボックスの内壁面と前
   記外周側板の外面との間隔が四周の対向辺同士でほぼ対
   称となるように前記チャンネルボックス内壁面とそれぞ
   れ当接する突出部を設けたことを特徴とする原子炉燃料
   集合体用スペーサー。 ２、前記各突出部が実質的に剛性の突起部からなり、各
   々対向する前記剛性突起部間の外寸が前記チャンネルボ
   ックスの対応する内寸公差寸法の最小値以下でほぼこの
   最小値に等しくされていることを特徴とする請求項１に
   記載の原子炉燃料集合体用スペーサー。 ３、少なくとも隣接する二辺の前記突出部が前記剛性突
   起部と実質的に弾性の突起部とを備え、前記弾性突起部
   が前記剛性突起部より大なる突出寸法を有することを特
   徴とする請求項２に記載の原子炉燃料集合体用スペーサ
   ー。 ４、前記各突出部が実質的に弾性の突起部からなり、各
   々対向する前記弾性突起部間の外寸が前記チャンネルボ
   ックスの対応する内寸公差寸法の最小値以上にされてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の原子炉燃料集合体
   用スペーサー。 ５、隣接する二辺の前記突出部が実質的に剛性の突起部
   からなると共に他の隣接する二辺の前記各突出部が実質
   的に弾性の突起部からなり、各々対向する前記剛性突起
   部と弾性突起部間の外寸が前記チャンネルボックスの対
   応する内寸公差寸法の最小値以上にされていることを特
   徴とする請求項１に記載の原子炉燃料集合体用スペーサ
   ー。 ６、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスペーサを少
   なくとも一つ備えたことをに特徴とする沸騰水型原子炉
   用燃料集合体。