JPH052957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原
子炉に用いるのに好適な燃料集合体に関するもの
である。

第１図は、沸騰水型原子炉において従来使用さ
れている燃料集合体の概略構造を示している。１
は燃料棒、２は複数の燃料棒１の水平方向の相互
の間隔を所定幅に保持する燃料スペーサ、３は軸
方向に複数配置された燃料スペーサ２の上下方向
の間隔を所定幅に保持するスペーサ支持ロツド、
４及び５は各燃料棒１及びスペーサ支持ロツド３
の両端部を支持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートである。燃料スペーサ２は、スペーサ
支持ロツド３に設けられている突起６により支持
されている。

燃料スペーサ２の概略構造を、第２図に示す。
燃料スペーサ２は、格子状に組み立てられたデバ
イダ７及び８及びバー１９及び２０、バー１９と
バー２０との交点に設けられたランタンボツクス
９、ランタンボツクス９に設けられたランタンス
プリング１０、デバイダ７及び８に設けられたＳ
ベンド１１、及び外周部を構成するバンド１２か
らなつている。

燃料スペーサ２は、ランタンボツクス９及びＳ
ベンド１１の存在によつて燃料棒軸方向の投影面
積がかなり大きくなり、圧力損失が大きい。更に
燃料スペーサ２は、デバイダ７とデバイダ８及び
バー２０との交点及びデバイダ８とバー１９との
交点によつて燃料集合体内を流れる冷却材の撹拌
が生じるため、制御棒操作による出力変動の影響
を受けやすい燃料集合体周辺部の燃料棒の表面に
おいて膜沸騰が生じる。従つて、原子炉運転時に
おける燃料集合体の出力に対する限界出力の日の
最小値（最小限界出力比、すなわちMCPRと称
する）を改善することができなかつた。

改良型の沸騰水型原子炉において、炉心安全性
及び熱水力特性の観点からその改善が望まれてい
る。

本発明の目的は、燃料スペーサの圧力損失を低
減できて熱的余裕の増大が可能で、沸騰遷移が生
じない燃料集合体を提供することにある。

本発明の特徴は、 燃料スペーサは、格子状に配置され内部に燃料
棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部材を備え、 前記円筒部材の格子状配置の対角線方向で隣合
う前記円筒部材間に空孔が形成されており、 前記円筒部材が、内側に突出されて半径方向で
前記燃料棒を支持する複数の突起部を有し、 半径方向で前記燃料棒を支持する弾性支持部材
が隣接する前記円筒部材を貫通して設けられると
共に隣接した前記円筒部材内に突出され、前記円
筒部材の軸方向における前記弾性支持部材の長さ
が前記円筒部材のそれよりも短く、 前記円筒部材の軸方向において冷却材が前記弾
性支持部材を貫通して流れることが可能な冷却材
通路が、前記弾性支持部材の内側に形成され、 前記弾性支持部材は、前記円筒部材内でかつ軸
方向において前記燃料棒の一個所を支持している
ことにある。

この特徴によれば、円筒部材の軸方向において
冷却材が弾性支持部材を貫通して流れることが可
能な冷却材通路が、弾性支持部材の内側に形成さ
れているので、軸方向における燃料スペーサの投
影面積を減少させることができる。また、円筒部
材の軸方向における弾性支持部材の長さが円筒部
材のそれよりも短いので、弾性支持部材の軸方向
における濡淵長さが短くなり摩擦圧損を減少でき
る。このような投影面積の減少及び濡淵長さの短
縮は、燃料スペーサの圧力損失の著しい低減に寄
与する。

円筒部材の格子状配置の対角線方向に隣合う円
筒部材間に空孔が形成されているので、熱的余
裕、すなわちMCPRを改善することができる。

また、円筒部材の軸方向において冷却材が貫通
して流れることが可能な上記冷却材通路を内側に
形成してなる弾性支持部材は、前述のように燃料
スペーサの投影面積の減少に貢献でき、更に円筒
部材内でかつ軸方向において燃料棒の一個所を支
持していることにより燃料棒表面での沸騰遷移の
発生を防止できる。

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実
施例である燃料集合体を第３図〜第６図により説
明する。これらの図面は、本実施例に用いられる
燃料スペーサを示している。本実施例の他の構造
は、第１図の構造と同じである。従つて、燃料ス
ペーサの構成について説明する。

本実施例に用いられる燃料スペーサ１４は、多
数の独立した円形セル１３を相互に隣接させて格
子状に配置したものであり、最外周の円形セル１
３の外側をバンドが取り囲んでいる。隣接してい
る円形セル１３は、互いに接合されている。各円
形セル１３は、円周方向の２箇所に設けられた剛
性突起部１５を有している。剛性突起部１５は、
円形セル１３内に突出している。剛性突起部１５
は、円形セル１３の側壁に切り込みを入れその側
壁の一部を内側に押出し成型して構成されたもの
である。このため、第３図及び第４図に示すよう
に、円形セル１３の側壁と剛性突起部１５との間
に、燃料棒軸方向の開口２６、すなわち冷却水を
軸方向に通す通路が形成される。弾性支持部１６
は、円筒形をしている円形弾性体にて構成され、
隣接する２つの円形セル１３を貫通して取付けら
れている。すなわち、円形セル１３としては、第
５図及び第６図に示す２種類の円形セル１３ａ及
び１３ｂが用いられる。円形セル１３ａは側壁の
軸方向中央部にコの字型スリツト１６ａを有し、
円形セル１３ｂは側壁の軸方向中央部に長方形型
スリツト１６ｂを有している。弾性支持部１６
は、第４図に示したように隣接する円形セル１３
ａ及び１３ｂの対向するコの字型スリツト１６ａ
及び長方形型スリツト１６ｂ内に挿入されて取付
けられる。弾性支持部１６は、その一部が円形セ
ル１３ａ内に、他の一部が円形セル１３ｂ内にそ
れぞれ突出している。第４図のように弾性支持部
１６を円形セル１３ａ及び１３ｂのスリツト内に
組み込んだ状態で、円形セル１３ａ及び１３ｂの
上下端が溶接にて接合される。円形セルの軸方向
における弾性支持部１６の長さは、円形セル１３
ａ及び１３ｂの軸方向の長さよりも短い。

本実施例の燃料集合体は、従来のＳベンド１１
に比べて燃料棒軸方向の投影面積が小さな剛性突
起部１５（開口２６を有する構造）を有し、しか
も燃料スペーサ２のようにランタンボツクス９を
有していないので、燃料棒軸方向の投影面積が従
来よりも著しく減少している。円形セルの軸方向
における弾性支持部１６の長さが円形セルの軸方
向の長さよりも短いので、弾性支持部１６の軸方
向における濡れ淵長さが従来のランタンボツクス
９のそれよりも短くなり、弾性支持部１６による
摩擦圧損が著しく減少する。このような投影面積
の減少及び軸方向の濡れ淵長さの短縮により、る
燃料スペーサ１４の圧力損失が、従来の燃料スペ
ーサ２のそれよりも著しく低減する。更に、弾性
支持部１６が剛性突起部１５と同様に燃料棒軸方
向に開口を有しているので、燃料棒軸方向の投影
面積が減少し燃料スペーサ１４の圧力損失がより
低減できる。弾性支持部１６は、円形セル１３内
でしかも軸方向において燃料棒１の一個所を支持
しているので、燃料棒１の表面での冷却材付則が
生じなく、沸騰遷移、すなわちバーンアウトが生
じない。

本実施例の燃料集合体は、円形セル１３を用い
ているので、燃料スペーサ２のような格子交点２
２（第２図）の替わりに第３図に示すように空孔
２１が対角方向に隣接する燃料棒間に形成される
ので、対角方向に隣接する燃料棒間において冷却
材の撹拌が生じない。従つて、燃料集合体周辺の
制御棒挿入部付近の出力変動の大きい部分におけ
る燃料棒表面での膜沸騰の発生が抑制され、燃料
集合体のMCPRが改善される。このため、本実
施例では、炉心安定性が向上し熱水力特性が改善
される。

剛性突起部１５は、第７図の位置に設けてもよ
い。すなわち、円形セル１３ａ及び１３ｂの軸方
向中央部に剛性突起部１５を設ける。第４図の場
合と同様に、円形セル１３ａ（または１３ｂ）及
び剛性突起部１５により開口２６が形成される。

燃料スペーサ１４の他の実施例を以下に説明す
る。本実施例の燃料スペーサは、全ての円形セル
１３を、第５図に示したコの字型スリツト１６ａ
を有する円形セル１３ａとし、この円形セル１３
ａを２個それぞれ上下を反対にして組合せて各ス
リツト内に１つの円形弾性体１６を取付けてそれ
らの円形セル１３ａの上下端を溶接にて接合した
ものである（第８図）。本実施例の燃料スペーサ
は、円形セル１６が円形セル１３ａ一種類でよ
く、前述の燃料スペーサ１４に比べて製造が容易
になる。

本発明の燃料集合体の他の実施例を第９図によ
り説明する。本実施例の燃料集合体は、スペーサ
支持ロツド１７及び燃料スペーサ２３を備えてい
る。この燃料スペーサ２３は、燃料スペーサ１４
のように多数の円形セル１３を格子状に配置した
ものであり、更に円形状弾性支持部材１８を有し
ている。円形状弾性支持部材１８は、弾性支持部
１６を構成する円形弾性体と同様に円筒形をして
いる。本実施例の燃料集合体は、２本のスペーサ
支持ロツド１７が複数の円形セル１３に取り囲ま
れて形成される空隙内に挿入されている。この空
隙は、燃料スペーサ２３内に形成されている。

円形セル１３を用いた燃料スペーサでは、円形
セル１３内にスペーサ支持ロツドを挿入した状態
で、第２図の燃料スペーサ２と同様な手法、すな
わち四角形をした格子の一つの升目の対角方向に
スペーサ支持ロツドの突起６を向けてその升目内
に突起６を挿入し、その後、スペーサ支持ロツド
を45゜回転させて燃料スペーサ２のデバイダに突
起６を係止させるという手法を用いて、その燃料
スペーサをスペーサ支持ロツドに係止させること
ができない。これは、スペーサ支持ロツドを円形
セル内に挿入させる関係上、燃料スペーサを支持
する突起の半径方向の長さを長くできないためで
ある。本実施例は、この問題を解決するために複
数の円形セル１３に取り囲まれて形成される空隙
内にスペーサ支持ロツド１７を挿入すると共にこ
のスペーサ支持ロツド１７に隣接している円形セ
ル１３間に円形状弾性支持部材１８を配置してこ
れを円形セル１３に取付けている。更に、一方の
スペーサ支持ロツド１７に設けた突起６で円形状
弾性支持部材１８を支持している。前述の１本の
スペーサ支持ロツド１７が挿入される空隙は、１
つの円形セル１３が取除かれて形成される。この
空隙は、円形セル１３が配置可能な広さを有して
いるとも言える。各スペーサ支持ロツド１７に隣
接している円形セル１３、例えば円形セル１３ｃ
は、外側に突出する剛性支持部材１５ａを有して
いる。スペーサ支持ロツド１７は、燃料集合体の
軸に垂直な方向において、２つの剛性支持部材１
５ａ及び円形状弾性支持部材１８の３点により支
持される。１本のスペーサ支持ロツド１７の側面
にはスペーサ支持ロツド３と同様に突起６が設け
られる。この突起６により燃料スペーサ２３が軸
方向の所定位置に適切に保持される。

スペーサ支持ロツド１７の燃料スペーサ２３の
空隙内への挿入に当つては、まず、円形状弾性支
持部材１８とこれに隣接する円形セル１３との間
に形成される凹部に突起６を位置させ（第９図の
６′の位置）てその凹部内に突起６を挿入し、突
起６が円形状弾性支持部材１８の反対側まで移動
した後、スペーサ支持ロツド１７を回転させて突
起６を円形状弾性支持部材１８に係止させる。こ
の操作により、スペーサ支持ロツド１７は燃料ス
ペーサ２３の空隙内に挿入され、突起６が円形状
弾性支持部材１８の下面を支持することになる。
突起６の円形状弾性支持部材１８への係止操作
は、以下のようにしても可能である。すなわち、
突起６をスペーサ支持ロツド１７に隣接し更に互
いに隣接している２つの円形セル１３間の凹部２
７に位置させ、その状態で、突起６を円形状弾性
支持部材１８の反対側まで移動させて、突起６が
円形状弾性支持部材１８の位置まで来るようにス
ペーサ支持ロツド１７を回転させる方法である。

本実施例の燃料集合体は、第３図の実施例と同
様に燃料スペーサの圧力損失が低減され燃料集合
体のMCPが改善される。このため、本実施例で
も、炉心安定性が向上し熱水力特性が改善され
る。しかも本実施例の燃料集合体は、突起６によ
る円形状弾性支持部材１８の支持、すなわち燃料
スペーサ２３の支持をスペーサ支持ロツド１７の
回転により簡単にできるので、燃料スペーサ２３
を簡単にスペーサ支持ロツド１７で支持すること
ができる。

スペーサ支持ロツド１７としては、例えば特開
昭52−139892号公報、特開昭55−72388号公報、
特開昭55−83881号公報、特開昭55−94184号公
報、特開昭56−106183号公報及び特開昭56−
120976号公報に示された燃料スペーサの支持機能
を有する水ロツドを用いることが可能である。

第１０図は、燃料スペーサ２３の替わりに燃料
スペーサ２４を用いた本発明の他の実施例である
燃料集合体を示している。本実施例の燃料集合体
は、第９図の燃料集合体と燃料スペーサの構造が
違うだけである。本実施例に用いられる燃料スペ
ーサ２４は、燃料スペーサ２３の円形状弾性支持
部材１８を四角形状弾性支持部材２５に替えたも
のである。四角形状弾性支持部材２５は、円形状
弾性支持部材１８と同様に筒状形をしている。ス
ペーサ支持ロツド１７は、燃料集合体の軸に垂直
な方向において、２つの剛性支持部材１５ａと四
角形状弾性支持部材２５の３点で支持されてい
る。スペーサ支持ロツド１７の突起６を四角形状
弾性支持部材２５に係止させる操作は、以下のよ
うにして行う。すなわち、突起６をスペーサ支持
ロツド１７に隣接し更に互いに隣接している２つ
の円形セル１３間の空間部２７に位置させ、その
状態で、突起６を四角形状弾性支持部材２５の反
対側まで移動させて、突起６が四角形状弾性支持
部材１８の位置まで来るようにスペーサ支持ロツ
ド１７を回転させる。

このような本実施例は、第９図の実施例と同じ
効果を得ることができる。更に、本実施例は、突
起６と四角形状弾性支持部材２５との係止部分が
大きくなるので、燃料集合体の原子炉使用期間中
での突起６による燃料スペーサ２４の支持がより
確実になる。

本発明によれば、軸方向における燃料スペーサ
の投影面積の減少と燃料棒を支持する弾性部材の
円筒部材の軸方向における濡れ淵長さの短縮に基
づく摩擦圧損の減少とにより、燃料スペーサの圧
力損失を低減できる。更に円筒部材の格子状配置
の対角方向に隣合う複数の円筒部材間に空孔が形
成されていることにより熱的余裕、すなわち
MCPRを改善することができる。円筒部材の軸
方向において冷却材が貫通して流れることが可能
な上記冷却材通路を内側に形成してなる弾性支持
部材は、前述のように燃料スペーサの投影面積の
減少に貢献でき、更に円筒部材内でかつ軸方向に
おいて燃料棒の一個所を支持していることにより
燃料棒表面での沸騰遷移の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉に用いられる従来の燃
料集合体の一部縦断面で示した構造図、第２図は
第１図の燃料集合体に用いられた燃料スペーサの
平面図、第３図は本発明の好適な一実施例である
燃料集合体に用いられる燃料スペーサの平面図、
第４図は第３図の−断面図、第５図及び第６
図は第４図の円形セル１３ａ及び１３ｂの側面
図、第７図及び第８図は第４図に示す一対の円形
セルの組立て状態の他の実施例の縦断面図、第９
図及び第１０図は本発明の燃料集合体の他の実施
例の横断面図である。 １…燃料棒、４…上部タイプレート、５…下部
タイプレート、１３…円形セル、１４，２３，２
４…燃料スペーサ、１５…剛性突起部、１６…弾
性支持部、１７…スペーサ支持ロツド、１８…円
形状弾性支持部材、２１…空孔、２５…四角形状
弾性支持部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の燃料棒、及び前記燃料棒の相互の間隔
   を保持する燃料スペーサを備えた燃料集合体にお
   いて、 前記燃料スペーサは、格子状に配置され内部に
   前記燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部材
   を備え、 前記円筒部材の格子状配置の対角線方向で隣合
   う前記円筒部材間に空孔が形成されており、 前記円筒部材が、内側に突出されて半径方向で
   前記燃料棒を支持する複数の突起部を有し、 半径方向で前記燃料棒を支持する弾性支持部材
   が、隣接する前記円筒部材を貫通して設けられる
   と共に隣接した前記円筒部材内に突出され、前記
   円筒部材の軸方向における前記弾性支持部材の長
   さが前記円筒部材のそれよりも短く、 前記円筒部材の軸方向において冷却材が前記弾
   性支持部材を貫通して流れることが可能な冷却材
   通路が、前記弾性支持部材の内側に形成され、 前記弾性支持部材は、前記円筒部材内でかつ軸
   方向において前記燃料棒の一個所を支持している ことを特徴とする燃料集合体。