JPH0349399B2 - - Google Patents

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JPH0349399B2
JPH0349399B2 JP60038159A JP3815985A JPH0349399B2 JP H0349399 B2 JPH0349399 B2 JP H0349399B2 JP 60038159 A JP60038159 A JP 60038159A JP 3815985 A JP3815985 A JP 3815985A JP H0349399 B2 JPH0349399 B2 JP H0349399B2
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JP
Japan
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fuel
tie plate
fuel assembly
rod
water rod
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JP60038159A
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JPS61196192A (ja
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Hideaki Utsuno
Juichiro Yoshimoto
Takaaki Mochida
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Hitachi Ltd
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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)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原
子炉(BWR)に適用するのに好適な圧力損失の
低減を図つた燃料集合体に関する。
〔発明の背景〕
原子炉プラントの自動制御化や、日間負荷追従
運転の導入など、将来BWRの運転融通性を拡大
する必要性が高まる傾向にある。
これらの動向に対応して、BWR炉心の熱水力
特性をより改善していくための研究が重要となつ
ており、炉心の安定性の改善、熱的余裕の拡大、
炉心圧力損失の低減などが研究されてきている。
沸騰水型原子炉に用いられる従来の燃料集合体
を第4図及び第5図に示す。従来の燃料集合体
は、図のように62本の燃料棒4と2本のウオータ
ロツド5とを8×8の配列に組立ててある。スペ
ーサ3で束ねられた燃料棒束の周囲は、ジルカロ
イ製のチヤンネル・ボツクス8で囲まれている。
62本の燃料棒4のうちタイロツド8本を構成する
燃料棒7が上下のタイプレート1及び2を連結し
ている。
2本のウオータロツド5のうち1本は、スペー
サ3の軸方向位置を決める機能を有し、軸方向に
配置された7個のスペーサ3を保持している。ウ
オータロツド5の材質は燃料棒4の被覆管と同じ
ジルカロイ製である。ウオータロツド5の上部及
び下部の側面に孔14,15が設けられ、これら
の孔14,15を通じてウオータロツド5の内部
を冷却材を通過するようになつている。
スペーサ3は、ジルカロイ製の枠とインコネル
製のスプリングからなつており、燃料棒間の間隙
を保つ役割を果たす。
燃料棒4及びウオータロツド5の上部端栓16
は、上部タイプレート1の孔の中を自由に動き得
るように遊嵌されている。上部タイプレート1
は、これらの上部端栓に嵌めてあるインコネル製
のエクスパンシヨン・スプリング18によつて支
えられる。このような構造とすること及びスペー
サ3のスプリング強さを適切に設計することによ
り、燃料棒4及びウオータロツド5は、独立して
軸方向に自由に膨張ができるようになつている。
以上の構造を有する燃料集合体においては、燃
料の熱的余裕を改善するために、スペーサを改良
することは従来から行なわれている。例えばスペ
ーサでの圧力損失を低減すれば熱的余裕が改善さ
れることは広く知られており、低圧損型のスペー
サが数多く開発されている。
スペーサの低圧損化を目的とした装置としては
例えば、特開昭59−10880号公報が挙げられる。
スペーサの低圧損化においては、燃料集合体全
体の圧損を低減することを目的としている。
一方、燃料チヤンネルの水力学的安定性を向上
するためには、炉心二相流部の圧損を低減するこ
とが重要である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上部タイプレートの総面積を
小さくすることにより、圧損を更に低減できると
共に、特に熱的に激しい上部のサブチヤンネル・
クオリテイを上昇させずに熱的余裕を増大させる
燃料集合体を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、燃料集合体内の局所圧損は単相流の
場合よりも二相流の場合が大きいので、ボイドの
発生している燃料集合体上部において拡大された
冷却材流路を形成し、その拡大された冷却材流路
にボイドを集め、その拡大された冷却材流路の真
上で上部タイプレートに設けた中空部に二相流を
流すことにより、燃料集合体の圧損を低減するも
のである。
更に、部分長燃料棒の上方の上部タイプレート
の部分に中空領域を設けた構造では、熱的に厳し
い上部のサブチヤンネル・クオリテイを上昇させ
ず、熱的余裕を増大させる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例である燃料集合体を第
1図から第3図を用いて説明する。本実施例の燃
料集合体は、横断面の中央部に、燃料棒4の軸方
向長さよりもその長さが短くてしかも燃料棒4が
4本配置可能な領域を含有する大きさの横断面を
有するウオータロツド5′を有している。ウオー
タロツド5′の下端部は、下部タイプレート2に
取付けられている。ウオータロツド5′の上端部
は、上部タイプレート101に保持されていな
い。
第1図は、本実施例の燃料集合体に用いられる
上部タイプレート101の平面を示している。上
部タイプレート101は、燃料棒4の上端部を保
持するボス25を格子状に配置し、各ボス25を
リブ26で連結したものである。しかしながら、
上部タイプレート101は、ウオータロツド5′
を上方に延長した部分には、ボス25及びリブ2
6を設けず冷却水流路断面積の大きな中空領域2
7を設け、その総面積を小さくしている。この場
合、上部タイプレート101の総面積は、上部タ
イプレート101の投影面積と定義される。
第2図は、本実施例の燃料集合体の組立図で、
垂直方向の断面を示したものである。従来の燃料
集合体(第4図参照)に比較すると、前述したよ
うに、上部タイプレート101の中央部の燃料棒
支持部材(ボス25)が取り除かれ、しかも燃料
集合体の中央部に燃料棒より直径の太いウオータ
ロツド5′(太径ウオータロツドと呼ぶ)がある
点が異なつている。この太径ウオータロツド5′
は、上部端栓16及び、エネスパンジヨン・スプ
リング18がなく、上端は閉塞されており、上部
孔14がもうけられていることが特徴である。
本実施例では、太径ウオータロツド5′の外径
を34.8mm、肉厚を1.1mmとしている。また太径ウ
オータロツド5′の長さは、他の燃料棒4の軸方
向長よりも短い、いわゆる部分長ロツドとしてお
り、その上端部の長さは、燃料棒4の発熱部上端
とほぼ一致させている。
燃料集合体の中央部に太径ウオータロツド又は
水などの減速材を収納する容器を配置すること
は、特開昭50−40986号公報、特開昭59−13981号
公報、特開昭50−65792号公報等に記載されてお
り燃料集合体内の熱中性束分布が均質化されて、
濃縮度分布の簡易化、反応度増加による燃料経済
性向上の効果があることが知られている。
しかしながら、燃料集合体の中央部に太径のウ
オータロツド5′を配置することは、冷却材の流
路面積を小さくするので、燃料棒の冷却特性を悪
くし、燃料棒の熱的余裕を減少させる可能性があ
る。
このような、燃料冷却特性は燃料集合体内を流
れる冷却材の圧力損失によつて特徴づけられ、圧
力損失の増大は、燃料冷却特性を悪化し、逆に圧
力損失の低減は燃料冷却特性を改善することが知
られている。
沸騰水型原子炉のような気液二相流による摩擦
圧損ΔPfは ΔPf=W2/2gρ・f・L/DHA2 CHφTPF ここで、ΔPfは摩擦圧損、Wはチヤンネル流
量、gは重力加速度、ρは水の密度、DHはチヤ
ンネル水力直径、ACHはチヤンネル流路面積、L
は長さ、fは摩擦圧損、及びφTPF2相流摩擦圧損
倍率である。
燃料集合体中央部の燃料棒4本を取り除き、太
径ウオータロツドにした場合には、チヤンネル流
路面積ACHが減少するため、摩擦圧損ΔPLは増大
する。この増大をふせぐためには、圧損部の長さ
Lを短くすることが考えられ、本実施例はLを短
くするために太径ウオータロツド5′の長さを短
くし、部分長としている。その長さについては、
太径ウオータロツドの本来の目的が、燃料充填部
すなわち発熱部での燃料集合体熱中性束分布の平
坦化にあることから、発熱部上端まで太径であれ
ば充分である。このような事情に基づき、本実施
例では太径のウオータロツドを部分長とし、その
長さを燃料発熱部の上端と一致させている。
しかしながら、太径ウオータロツドの長さを短
くするだけでは、太径化による圧力損失を減少さ
せるのに充分ではなく、さらに上部タイプレート
で圧力損失の低減が必要となる。
前記のように部分長の太径ウオータロツド5′
は、その上端部を上部タイプレート101に保持
していないので、部分長の太径ウオータロツド
5′の上方の上部タイプレートの燃料支持部材を
取り除くことが可能となる。このような構造を持
つ本実施例の燃料集合体では、冷却材はボイドを
発生しながら下部から上部へと流れるが、太径ウ
オータロツド5′の上端から下流側では、燃料集
合体中央部の流路面積が拡大されるため、この拡
大された冷却材流路(中央部)に向かう流れが生
ずる。このとき液体と比べ流速の速いボイドの流
れが、太径ウオータロツド5′より下流で太径ウ
オータロツド5′の周囲にある12本の燃料棒4に
取囲まれている拡大された冷却材流路(中央領
域)に集中する。また、太径ウオータロツド5′
上部の側面には上部孔14が設けられているた
め、太径ウオータロツド5′内を通つて上昇する
単相流は、太径ウオータロツド5′の上部孔14
から吐出されて、燃料集合体の周辺部へ向かう流
れとなる。
従つて、太径ウオータロツド5′から上の流れ
は、ボイドは燃料集合体の中央部に集中してお
り、周辺部は、ほぼ単相に近い流れとなつてい
る。
一般に、局所圧損は流れが二相の場合より単相
の場合の方が小さい。燃料集合体の上方において
中央領域の流路面積を拡大した公知例として、実
開昭58−101197号がある。実開昭58−101197号に
おいてもボイドが中央領域に集中した流れとなる
が、上部タイプレートにおいて高ボイド流による
圧損が大きいため、従来の燃料集合体と比べ圧損
を低減することができない。
本実施例では、第1図に示すように上部タイプ
レート101の中央部にボイドの通過する中空領
域27を設けることにより、圧損の大きな二相流
は中空部を流れ、圧損の小さな単相流は周辺部を
流れるので、上部タイプレートの圧損が低減でき
る。燃料集合体の圧力損失が著しく低下する。
本実施例では、太径ウオータロツド採用時の圧
力損失増加に対する解決策として、上部タイプレ
ートを改良し低圧損化することを説明したが、本
発明は太径ウオータロツドの使用にのみその効果
が限定されるものではなく、従来からの燃料集合
体において本発明を実施しても十分に効果を示す
ものである。
第6図は、太径ウオータロツドを用いない、従
来型の燃料集合体に、本発明を適用した一実施例
で、第6図では、第4図において5で示されてい
たウオータロツドを部分長として52で示してあ
る。この燃料集合体の上部タイプレート102
は、第7図に示したような構造となつており、2
本のウオータロツド52の上方でしかもその延長
線上において燃料棒支持部材(ボス25)が取除
かれている。本例の上部タイプレートでも、前記
実施例の上部タイプレート101と同様に圧力損
失の低減が実現でき燃料の冷却特性の改善、すな
わち熱的余裕が改善され、安全性が向上する。
前述の2つの実施例では、ウオータロツドを部
分長にし、これに対応する上部タイプレート部材
の部分を取り除いて中空領域を形成した例につい
て説明したが、部分長にするものはウオータロツ
ドに限られない。すなわち、燃料を含む燃料棒の
例えば一部を部分長とし、部分長とした燃料棒に
対応する上部タイプレート部材の部分を取り除い
て中空領域を形成することも可能である。この場
合にも前記実施例の場合と同様に熱的余裕が改善
され、安全性が向上する。加えて、この実施例の
場合には、部分長燃料棒の上方に中空領域ができ
るため、熱的厳しい条件にある上部サブチヤンネ
ル・クオリテイを上昇させず、熱的余裕をより増
大する効果も発揮される。なお燃料棒を部分長と
する場合には、ウオータロツドの場合と比較し
て、その重量が大きく且つ棒の固有振動数が低い
ため、先端をスペーサ等で支持することと組み合
わせることにより先端部の振動を防止する構造が
採用される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、燃料集合体の1つの上部タイ
プレートに拡大された冷却材流路を形成し、上部
タイプレートの総面積を小さくすることにより、
燃料の二相部の圧損が低減できるので、原子炉の
安全性が向上すると共に、熱的余裕をいつそう増
大して、これを改善することができ、原子炉の運
転性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に係る上部タイプレ
ートの平面図、第2図は本発明の実施例に係る燃
料集合体の垂直断面図、第3図は該燃料集合体の
水平断面図、第4図は沸騰水型原子炉の燃料集合
体の垂直断面図、第5図は該燃料集合体の水平断
面図、第6図は、本発明の他の実施例の縦断面
図、第7図は第6図記載の燃料集合体の上部タイ
プレートの平面図である。 1……上部タイプレート、2……下部タイプレ
ート、3……燃料スペーサ、4……燃料棒、5…
…ウオータロツド、5′……太ウオータロツド、
6……タブ、7……タイロツド、8……チヤンネ
ルボツクス、13……下部端栓、14……上部
孔、15……下部孔、16……上部端栓、18…
…スプリング、19……ハンドル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 1つの上部タイプレートで複数の燃料棒の上
    端部が保持される燃料集合体において、複数の第
    1燃料棒と、前記第1燃料棒よりも軸方向の長さ
    が短い第2燃料棒と、前記第1燃料棒の上端部を
    保持するボスを複数個結合してなる前記上部タイ
    プレートとを備え、前記上部タイプレートは、前
    記第2燃料棒の延長線上に前記ボスを配置せず、
    中空領域を有し、これにより、その総面積を小さ
    くしたことを特徴とする燃料集合体。
JP60038159A 1985-02-27 1985-02-27 燃料集合体 Granted JPS61196192A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61173190A (ja) * 1985-01-28 1986-08-04 株式会社東芝 核燃料集合体

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