JPH08136681A - Pwr燃料集合体の下部ノズル - Google Patents

Pwr燃料集合体の下部ノズル

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JPH08136681A
JPH08136681A JP6301340A JP30134094A JPH08136681A JP H08136681 A JPH08136681 A JP H08136681A JP 6301340 A JP6301340 A JP 6301340A JP 30134094 A JP30134094 A JP 30134094A JP H08136681 A JPH08136681 A JP H08136681A
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JP
Japan
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lower nozzle
nozzle plate
gap
fuel assembly
plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6301340A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Motomura
俊彦 本村
Daisuke Maruga
大輔 丸賀
Masaaki Kiyama
正昭 来山
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 PWR燃料集合体において、下部ノズル間の
集合体ギャップを通じての異物の侵入を防止する。 【構成】 下部ノズルプレート3下面の各側辺部3a付
近に、このプレート3の内側に向け傾斜する傾斜面8
を、少なくとも下部ノズルNの各脚部5間に亘って上記
側辺部3aと略平行に夫々形成せしめたことを特徴とし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PWRの一次冷却材中
に混入した異物による燃料集合体の損傷を防止する方策
に係り、詳しくは、隣接する燃料集合体の間のギャップ
を通じて燃料有効部に侵入する異物を下部ノズルで阻止
するための下部ノズルの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】加圧水型原子炉(PWR)にて使用され
る燃料集合体は、多数の燃料棒を並列し、かつシンブル
管等を混入して複数の支持格子で支持せしめた燃料棒束
部と、それを固定する上部ノズルと下部ノズルとで構成
されている。そして、上記下部ノズルNは、図13に示
す如く、燃料集合体の骨格となる上記シンブル管を固定
する複数のシンブルスクリュー穴1と多数の流水孔2と
を有する四角形の下部ノズルプレート3と、該下部ノズ
ルプレート3のコーナー部から垂下し、下部炉心板4と
の間に所定の間隔を設けて上記下部ノズルプレート3を
支持せしめる4本の脚部5とによって構成されている。
【0003】一方、上記加圧水型原子炉においては、冷
却水は図12に示す如き下部炉心板4に設けられた流水
孔Hより燃料集合体の下部ノズルNに至り、この下部ノ
ズルNに至った冷却水は、図13に示すような下部ノズ
ルNにあけられた前記大小多数の流水孔2より燃料集合
体内へ流入し、支持格子・燃料棒の間を通って上部ノズ
ルに至る。そして、上部ノズルの流水孔を通過した冷却
水は蒸気発生器等を経て下部炉心板4へ至り循環する。
【0004】ところで、この冷却水の系統にまぎれ込ん
だ金属片等の異物は、下部ノズルを通過したのちは、支
持格子でとらえられることが多い。このとらえられた異
物は、冷却水流によって振動し燃料棒を傷つけることが
ある。
【0005】そこで、従来においては、この異物の燃料
体内への流入を防ぐために、下部ノズルプレートの流水
孔径の縮小や異物捕捉用フィルターを下部ノズルプレー
ト上に重ねる等の改善が講じられ、上記冷却水中の異物
を上記下部ノズル下部ノズルプレートで捕捉することに
より、該異物による燃料集合体損傷の防止を図ってい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の異物対策では、いずれも、下部ノズル流水孔を通じ
て侵入しようとする異物に対して有効であるが、図7に
示すような隣接する燃料集合体の間のギャップから侵入
する異物Yに対しては無力である。
【0007】燃料集合体のギャップは1〜2mm程度有
り、断面がこれ以下の異物であれば、ギャップは異物の
侵入経路となり得る。
【0008】そこで、上記ギャップからの異物の侵入状
態を詳しく調べるために、図8に示す如く、集合体ギャ
ップを模擬した供試体Tを透明な試験槽に装荷して、異
物を混入させた流水試験を実施した。この試験におい
て、高速度ビデオを用いて燃料集合体下部ノズル部を観
察した結果、下部ノズル部に到着した異物の数%は、隣
接する燃料集合体とのギャップを通じて燃料有効部に侵
入することが分かった。特に直径1mm程度の線状の異
物が数多く侵入した。
【0009】また、高速度ビデオを用いた観察によれ
ば、下部ノズルに衝突した後、特に下部ノズルプレート
下面で集合体ギャップと平行な姿勢をとった線状異物が
ギャップへ流入し易いことが判明した。
【0010】さらに、ピンポイントにおける流速を測定
しうるレーザードップラー流速計(以下、LDVと略
す)を用いて、集合体ギャップ内の流速分布を調査し
た。測定点は75×75mmの範囲で5×5mmの格子
点とした。使用した試験装置を図9に、測定位置を図1
0に、また、燃料棒束部の流速が約5m/sのときの集
合体ギャップの軸方向流速測定結果の一例を図11に夫
々示す。
【0011】上記図11から分かるように、上記ギャッ
プの下部ノズル脚部で挟まれた部分以外の領域(X≧4
0mm)においては、上向きの軸方向流速は、下部ノズ
ルの高さまでの範囲(Z≦60mm)において下部炉心
板から離れるに従って増加し、下部ノズルプレートの高
さでは2m/s程度に達する。これは、下部炉心板より
噴出した冷却材が下部ノズルプレートに衝突した後に集
合体ギャップへと流入していることを示唆している。
【0012】また、この2m/sの上向きの流速は異物
を容易に運搬し得るものであり、このように流速分布測
定結果からも、集合体ギャップは異物流入経路として機
能することが確認された。
【0013】本発明は叙上の如き実状に対処し、下部ノ
ズルプレートに簡便な構成を付与することにより、隣接
する燃料集合体間のギャップを通じて燃料棒束部に侵入
する異物を下部ノズルで阻止することを目的とするもの
である。
【0014】
【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的に適
合する本発明の下部ノズルの特徴は、多数の流水孔を有
する方形の下部ノズルプレートと、この下部ノズルプレ
ートのコーナー部から垂下する複数の脚部とを備えた燃
料集合体の下部ノズルにおいて、上記下部ノズルプレー
ト下面の各側辺部付近に、このプレートの内側に向け傾
斜する傾斜面を、少なくとも上記各脚部間に亘って上記
側辺部と略平行に夫々形成せしめたところにある。
【0015】また、上記本発明の下部ノズルにおいて、
上記下部ノズルプレート下面の各側辺部付近に該側辺部
に沿い凹溝を夫々形成し、これら凹溝の壁部の内、上記
側辺部寄りの壁部により前記傾斜面を形成することも可
能である。
【0016】
【作用】上記本発明の下部ノズルにおいては、下部ノズ
ルプレートに当たり集合体ギャップに流入しようとする
冷却水を、下部ノズルプレート下面の各側辺部付近に形
成した傾斜面によって斜め下方に案内し、これにより上
記ギャップ付近でうず流を発生させて、上記冷却水中の
異物の集合体ギャップからの侵入を阻止することが可能
である。
【0017】そして請求項2に記載の如く、下部ノズル
プレート下面の各側辺部付近に凹溝を形成し、この凹溝
を構成する側辺部側の壁部によって上記傾斜面を形成し
た場合は、冷却水は凹溝の軸直交断面形状に沿った弧を
描いて下方に案内されることから、より強いうず流を発
生させることが可能である。
【0018】
【実施例】以下、さらに添付図面を参照して、本発明の
実施例を説明する。
【0019】図1は本発明実施例の下部ノズルを下から
示す斜視図、図2は同実施例の下部ノズルプレートの断
面図であり、この実施例の下部ノズルNは、同図に示す
ように、シンブル管を固定する複数のシンブルスクリュ
ー穴1ならびに多数の流水孔2を有する正方形のステン
レス鋼からなる下部ノズルプレート3と、該下部ノズル
プレート3のコーナー部から垂下し、下部炉心板との間
に所定の間隔を設けて上記下部ノズルプレート3を支持
せしめる4本の脚部5とを備えた基本構成を有してい
る。
【0020】そして、上記本発明実施例の下部ノズルで
は、図示の如く上記下部ノズルプレート3下面の各側辺
部3a付近に、流水孔2を有する、幅は数cmで深さは
数mm程度の4本の凹溝6を、前記各脚部間に亘り、か
つ上記近傍の各側辺部3aと平行に夫々独立的に形成せ
しめている。
【0021】上記凹溝6は、図2に示すように軸直交断
面がへの字状の壁部7によって構成されており、この壁
部7の内、隣接する側辺部3a寄りの壁部7aによっ
て、上記下部ノズルプレート3の内側に向け傾斜する傾
斜面8を形成せしめている。この傾斜面8は本発明の肝
要をなすものであるが、例えば図3に示すように、丸溝
9の側辺部3a寄りの壁部9aによって円弧状に形成す
ることも可能である。また、上記傾斜面8は、図4に示
すように凹溝を形成することなく、下部ノズルプレート
3下面の側辺部3a付近に形成した凸条10によっても
形成することができる。
【0022】なお、上記溝6,9または凸条10の位
置、幅、断面形状は、前述の流水試験により最適化する
ことができ、また、溝の設置については、下部ノズル強
度が設計要件を満たさないという問題が生じる可能性が
あれば、この場合には下部ノズルの材質をインコネル等
の高強度鋼に変更すれば良い。
【0023】しかして、上記本発明実施例の下部ノズル
においては、図6に示すように従来では下部ノズルプレ
ート3に当たった冷却水が集合体ギャップGに流入しよ
うとしていたのに対し、図5に示すように上記冷却水
を、前記下部ノズルプレート3下面の各側辺部3a付近
に形成した傾斜面8によって斜め下方に案内し、これに
より上記ギャップG付近でうず流を発生させることがで
きる。
【0024】すなわち本発明では、上記うず流の発生に
より、集合体ギャップGにおける上向きの流れを抑制
し、むしろ上記ギャップGでの下向きの流れを生じさ
せ、これにより冷却水中異物の上記ギャップGを通じた
燃料束部への侵入を阻止することが可能である。
【0025】そして、前述の如く、下部ノズルプレート
3下面の各側辺部3a付近に凹溝6,9を形成し、この
凹溝6,9を構成する壁部7a,9aによって上記傾斜
面8を形成した場合は、冷却水は凹溝6,9の軸直交断
面形状に沿った弧を描いて下方に案内されることから、
より強いうず流を発生させることが可能である。また、
このように凹溝6,9を利用して傾斜面8を形成する場
合は、既成の下部ノズルの下面を刻設するだけでよいた
め、製造面からも有利である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の下部ノズ
ルは、下部ノズルプレート下面の各側辺部付近に、この
プレートの内側に向け傾斜する傾斜面を、少なくとも上
記各脚部間に亘って上記側辺部と略平行に夫々形成せし
めたものであり、従来は集合体ギャップに流入していた
冷却水を、下部ノズルプレート下面の各側辺部付近に形
成した傾斜面によって斜め下方に案内し、これにより上
記ギャップ付近でうず流を発生せしめて、上記冷却水中
の異物の集合体ギャップからの侵入を阻止し、燃料の損
傷を防止するとの顕著な効果を奏するものである。
【0027】そして、下部ノズルプレート下面の各側辺
部付近に凹溝を形成し、この凹溝を構成する側辺部側の
壁部によって上記傾斜面を形成することにより、この傾
斜面の作成を容易ならしめると共に、冷却水を凹溝の断
面形状に沿った弧を描いて下方に案内せしめて、より強
いうず流を発生させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の下部ノズルを下から見た斜視図
である。
【図2】同実施例の下部ノズルプレートの要部断面図で
ある。
【図3】本発明の傾斜面の他の例を示す要部断面図であ
る。
【図4】本発明の傾斜面のさらにまた他の例を示す要部
断面図である。
【図5】本発明実施例の下部ノズルによる冷却水の流れ
を示す断面図である。
【図6】従来の下部ノズルによる冷却水の流れを示す断
面図である。
【図7】燃料集合体ギャップへの異物の侵入経路を示す
正面図である。
【図8】燃料集合体ギャップを模擬した供試体を示す正
面図である。
【図9】流速測定試験装置の概要図である。
【図10】流速測定試験における流速測定位置を示す説
明図である。
【図11】集合体ギャップの軸方向流速測定の結果を示
すグラフである。
【図12】下部炉心板流水孔と下部ノズルの位置関係を
示す説明図である。
【図13】従来の下部ノズルを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 シンブルスクリュー穴 2 流水孔 3 下部ノズルプレート 3a 側辺部 4 下部炉心板 5 脚部 6 凹溝 7 ,7a,9a 溝の壁部 8 傾斜面 9 丸溝 10 凸条

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の流水孔を有する方形の下部ノズル
    プレートと、この下部ノズルプレートのコーナー部から
    垂下する複数の脚部とを備えた燃料集合体の下部ノズル
    において、上記下部ノズルプレート下面の各側辺部付近
    に、このプレートの内側に向け傾斜する傾斜面を、少な
    くとも上記各脚部間に亘って上記側辺部と略平行に夫々
    形成せしめたことを特徴とするPWR燃料集合体の下部
    ノズル。
  2. 【請求項2】 上記下部ノズルプレート下面の各側辺部
    付近に該側辺部に沿い凹溝を夫々形成し、これら凹溝の
    壁部の内、上記側辺部寄りの壁部により前記傾斜面を形
    成せしめた請求項1記載のPWR燃料集合体の下部ノズ
    ル。
JP6301340A 1994-11-09 1994-11-09 Pwr燃料集合体の下部ノズル Withdrawn JPH08136681A (ja)

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Effective date: 20020115