JPH11174183A - 燃料スペーサおよび燃料集合体 - Google Patents

燃料スペーサおよび燃料集合体

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JPH11174183A
JPH11174183A JP9341041A JP34104197A JPH11174183A JP H11174183 A JPH11174183 A JP H11174183A JP 9341041 A JP9341041 A JP 9341041A JP 34104197 A JP34104197 A JP 34104197A JP H11174183 A JPH11174183 A JP H11174183A
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JP
Japan
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fuel
spacer
bathtub
liquid film
longitudinal direction
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JP9341041A
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English (en)
Inventor
Akihito Orii
明仁 折井
Koji Nishida
浩二 西田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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 Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単で、チャンネルボックスの内壁に存
在する液膜の一部を燃料棒に振り向け、限界出力を向上
させ、かつ、圧力損失の増加が小さい燃料スペーサおよ
び燃料集合体を提供する。 【解決手段】燃料スペーサを構成しているサイドバンド
13のコーナ部側面に、冷却材の主流となる流れに対し
て、直交方向を長手方向としたバスタブ14を形成し、
バスタブ14の長手方向長さは、複数の燃料棒3にまた
がって伸張したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉用
の燃料集合体に係り、特に、複数の燃料棒を所定の位置
に保持する燃料スペーサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の沸騰水型原子炉用の燃料集合体内
には複数の燃料棒が配置され、上下タイプレートによっ
てその両端を保持される。さらに、上下タイプレート間
には、複数の燃料スペーサが配置され、燃料棒のわん
曲,冷却材の流動による燃料棒の振動を抑制し、燃料棒
を適切な位置に保持している。
【0003】ところで、燃料スペーサは、従来多数のタ
イプのものが提案されているが、燃料集合体の限界出力
を向上させるものとして、図11,図12に示す丸セル
型のスペーサ1がある。このスペーサ1は、基盤状に配
列した円筒状のセル11により構成され、燃料棒3をこ
のセル11内に配置させ、セル11内で押圧支持し、燃
料棒の間隔を一定に保つようにしてある。サイドバンド
13側面には、チャンネルボックス2とスペーサ1の間
隔を保持するバスタブ14が、また、上端部にはチャン
ネルボックス2挿入時のガイドとなるフロータブ12が
形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉の通常
運転では冷却材は燃料棒の間隙を流れ、燃料棒から熱を
奪い、沸騰開始点より下流では蒸気−水の気液二相流状
態で燃料集合体内を流れる。特に、燃料集合体上部で
は、図13に示すように、液相の一部は、燃料棒3表面
を流れる液膜5,チャンネルボックス2内壁表面を流れ
る液膜4として、また、残りは、蒸気中に液滴6として
存在する流動様式となる。燃料集合体の出力を増大して
いくと、燃料棒3の液膜5が表面を覆わなくなり、燃料
棒3が蒸気にさらされる。この現象を沸騰遷移といい、
この現象が発生した時の集合体出力が限界出力となる。
【0005】近年、原子力発電の経済性向上のニーズに
対応して、燃料サイクル費の低減を目的とした高燃焼度
燃料の開発が進んでいる。燃料の高燃焼度化には熱水力
特性の向上、特に限界出力特性を向上させ、炉心の熱的
余裕を増大させることが重要となっている。
【0006】ところで、燃料集合体の限界出力を増大さ
せるには、冷却材が蒸気−水の二相流となる領域での燃
料棒3の表面に沿って流れる液膜5を厚くする。すなわ
ち、燃料棒3へ積極的に液相(水,水滴)を供給し、よ
り多くの液膜流を燃料棒3表面で形成することである。
特にチャンネルボックス2のコーナ近辺の燃料棒3は、
熱的に厳しいため、上記沸騰遷移現象が発生しやすく、
このコーナ近辺での沸騰遷移現象の抑制が望まれてい
る。
【0007】そこで、燃料棒の冷却に寄与していない、
チャンネルボックスの表面を流れる比較的厚い液膜をス
ペーサによりはぎ取り、燃料棒に振り向ける特許として
特開平7−43486号公報がある。本公知例によれば、チャ
ンネルボックス内壁に最接近するスペーサのサイドバン
ドに形成したバスタブに開口部を設けて、チャンネルボ
ックス表面を流れる液膜を開口部から取り込み、液膜の
一部を燃料棒に振り向けるものである。
【0008】しかしながら、冷却材流れに対して障害物
となるバスタブをサイドバンド一面に形成すると、圧力
損失の増大をまねくばかりでなく、チャンネルボックス
とバスタブとの接触面積が大きいとチャンネルボックス
内でスペーサがスムーズに移動できないおそれがあり、
チャンネルボックス内壁に最接近できるバスタブの個数
には限りがある。
【0009】本発明の目的は、構造が簡単で、チャンネ
ルボックス2の内壁を流れる液膜4の一部を燃料棒3に
振り向け、限界出力を向上させ、かつ、圧力損失の増加
が小さい燃料スペーサおよび燃料集合体を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は燃料スペーサを構成しているサイドバンド
13のコーナ部側面に、冷却材の主流となる流れに対し
て、直交方向を長手方向としたバスタブ14を形成し、
バスタブ14の長手方向長さは、複数の燃料棒3にまた
がって伸張したことを特徴とする。
【0011】即ち、本発明によれば、サイドバンド13
のコーナ部側面に、形成したバスタブ14により、バス
タブ14より直下流部において、冷却材流路が急に広が
るため、下流部では、渦状の流れが発生し、チャンネル
ボックス2から燃料棒3に向かう速度成分により、燃料
棒の冷却に寄与していないチャンネルボックス2内壁に
沿って流れる液膜4を剥離し、液膜の一部をコーナ部周
辺の燃料棒3に振り向かせることができる。
【0012】また、バスタブ14の大きさは、バスタブ
14とチャンネルボックス2との干渉,製造性,強度等
を考慮し、冷却材流路を大きく塞ぐ構造となっていない
ため、本発明の燃料スペーサの投影面積は従来のものと
比較しても若干増大する程度にとどめることができ、圧
力損失の増大を最小限に抑え、燃料集合体の限界出力を
向上することができる。したがって、原子炉の熱的余裕
が増大し、従来より高出力での運転が可能となり、燃料
の高燃焼度化が可能となり、燃料サイクル費の低減が図
れ経済性が向上する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を実施例を用
いて説明する。図1,図2に本発明の一実施例を示す。
図1,図2に示すように燃料スペーサを構成しているサ
イドバンド13のコーナ部側面に、冷却材流れと直交方
向を長手方向とするバスタブ14を形成する。
【0014】図14に本実施例による燃料スペーサ内で
の冷却材流れを示す。本実施例によれば、バスタブ14
より直下流部において、冷却材流路が急に広がるため、
下流部では、渦状の流れ7が発生し、チャンネルボック
ス2から燃料棒3に向かう速度成分により、チャンネル
ボックス2内に沿って流れる液膜4を剥離し、液膜の一
部を燃料棒3に振り向かせることができる。
【0015】これら構造にすると、燃料棒3の冷却に寄
与していないチャンネルボックス2内壁を流れる液膜4
の一部をはぎ取り、沸騰遷移しやすいコーナ部周辺の燃
料棒3に積極的に水を供給できるため、燃料棒3に沿っ
て流れる液膜5の厚さが増大し、燃料集合体の限界出力
が向上する。
【0016】本実施例では、特に熱的に厳しいコーナ部
近辺の燃料棒に作用するようバスタブ14を配置し、さ
らに、バスタブ14の大きさもバスタブ14とチャンネ
ルボックス2との干渉,製造性,強度等を考慮し、冷却
材流路を大きく塞ぐ構造となっていないため、本発明の
燃料スペーサの投影面積は従来のものと比較しても若干
増大する程度にとどめることができ、圧力損失の増大を
最小限に抑え、燃料集合体の限界出力を向上することが
できる。
【0017】さらに、本発明の燃料スペーサは燃料集合
体の軸方向に全て用いても、冷却材流れが二相流領域と
なる燃料集合体上部に複数個用いても同じ効果が得られ
る。また、バスタブ14の形成により増加した圧力損失
を低減するために、水単相流領域である燃料集合体下部
に位置するスペーサを、図8,図9に示すように、チャ
ンネルボックス2の挿入時のガイドに必要なフロータブ
12のみを残した構造とすることにより燃料集合体での
圧力損失をさらに低減できる。
【0018】図3,図4に本発明の他の実施例を示す。
本実施例では、バスタブ14を逆L字状に形成する。こ
の構造にすると、前記実施例と同様に、コーナ部周辺の
燃料棒3に積極的に水を供給できるため、燃料棒3に沿
って流れる液膜5の厚さが増大し、燃料集合体の限界出
力が向上する。さらに、図11に示す従来のスペーサで
のバスタブ14のように集合体の長手方向にも伸張した
バスタブ14が形成されるため、チャンネルボックス2
内でのスペーサ1の移動がよりスムーズになるというメ
リットがある。
【0019】また、バスタブを逆L字状とすることで、
特にコーナーの燃料棒3へサイドバンド13表面を流れ
る液膜をより多く振り向かせられるというメリットもあ
る。また、前記実施例と同様に燃料集合体の軸方向に全
て用いても、冷却材流れが二相流領域となる燃料集合体
上部に複数個用いても同じ効果が得られる。
【0020】図5,図6,図7に本発明の他の実施例を
示す。本実施例では、コーナ部に配置したバスタブ14
の中間に突起部15を形成する。突起部15の突出高さ
はバスタブ14の突出高さ以下とする。
【0021】この構造にすると、前記実施例と同様に、
コーナ部の燃料棒3に積極的に水を供給できるため、燃
料棒3に沿って流れる液膜5の厚さが増大し、燃料集合
体の限界出力が向上する。さらに、突起部15がコーナ
部バスタブ14間のサイドバンド13表面に流れる液膜
に対して障害となり、コーナ部周辺の燃料棒3により液
膜を振り向かせられるというメリットがある。
【0022】また、前記実施例と同様に燃料集合体の軸
方向に全て用いても、冷却材流れが二相流領域となる燃
料集合体上部に複数個用いても同じ効果が得られる。
【0023】また、フロータブ14,突起部15の形成
により増加した圧力損失を低減するために、水単相流領
域である燃料集合体下部に位置するスペーサを、図10
に示すように、チャンネルボックス2の挿入時のガイド
に必要なフロータブ12のみを残した構造とすることに
より燃料集合体での圧力損失をさらに低減できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で、チャン
ネルボックス2内壁を流れる液膜4の一部を燃料棒3に
供給することができ、燃料棒表面を流れる液膜5が厚く
なり、集合体の限界出力が向上し、熱的余裕度が増大す
る。また、バスタブ14の大きさもバスタブ14とチャ
ンネルボックス2との干渉,製造性,強度等を考慮し、
冷却材流路を大きく塞ぐ構造となっていないため、圧力
損失の増大を最小限に抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すスペーサの斜視図。
【図2】図1の側面図。
【図3】本発明の一実施例を示すスペーサの斜視図。
【図4】図2の側面図。
【図5】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図6】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図7】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図8】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図9】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図10】本発明の一実施例を示すスペーサの側面図。
【図11】従来の燃料スペーサの斜視図。
【図12】図11の側面図。
【図13】燃料集合体内上部の冷却材流れの説明図。
【図14】本発明の一実施例を適用した集合体内の冷却
材流れの説明図。
【符号の説明】
1…スペーサ、2…チャンネルボックス、3…燃料棒、
4,5…液膜、6…液滴、11…セル、12…フロータ
ブ、13…サイドバンド、14…バスタブ、15…突起
部。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料棒を押圧支持する丸セル型燃料スペー
    サにおいて、前記燃料スペーサを構成しているサイドバ
    ンドのコーナ部側面に、冷却材の主流となる流れに対し
    て、直交方向を長手方向としたバスタブが形成され、前
    記バスタブの長手方向長さは、前記燃料棒の複数本にま
    たがって伸張したことを特徴とする燃料スペーサ。
  2. 【請求項2】燃料棒を押圧支持する丸セル型燃料スペー
    サにおいて、前記燃料スペーサを構成しているサイドバ
    ンドのコーナ部側面に、冷却材の主流となる流れ、およ
    び主流方向に対して直交方向を長手方向とした逆L字状
    のバスタブが形成されたことを特徴とする燃料スペー
    サ。
  3. 【請求項3】請求項1,2に記載の燃料スペーサにおい
    て、前記バスタブの中間位置に前記バスタブ以下の突出
    高さとした突起部が形成されたことを特徴とする燃料ス
    ペーサ。
  4. 【請求項4】請求項1,2,3記載の燃料スペーサを、
    燃料集合体上部に少なくとも複数個以上備えていること
    を特徴とする燃料集合体。
JP9341041A 1997-12-11 1997-12-11 燃料スペーサおよび燃料集合体 Pending JPH11174183A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105869682A (zh) * 2016-05-31 2016-08-17 中广核研究院有限公司 堆芯及其燃料组件、格架和格架的条带
CN106463185A (zh) * 2014-06-10 2017-02-22 西屋电气有限责任公司 抗压核燃料组件支承格架

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106463185A (zh) * 2014-06-10 2017-02-22 西屋电气有限责任公司 抗压核燃料组件支承格架
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