JPS6055292A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は沸騰水型原子炉の冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ　
）時に炉心を冷却する非常時炉心冷却系（ＥＣＣ８）に
係り、特に燃料集合体下部に流入した水を効果的に炉心
冷却に利用するに好適な燃料集合体に係る。

〔発明の背景〕

第１図は、現在の沸騰型原子炉のＥＣＣ８注入装置及び
燃料支持構造を示したものである。

原子炉圧力容器１内に７ユラウド２があり、この内側に
燃料棒３を囲む燃料集合体ボックス４が設けである。燃
料果合体ボッ４ス４の下部は下部タイ・プレート５がさ
し込まれており、この下部タイ・プレート５は下部燃料
支持板７にはめ込まれた燃料支持金具６によって支持さ
れている。下部タイ・プレート５の側面には燃料果合体
ボックス４の外側領域であるバイパス部８と下部タイ・
プレート５内とを結ぶ冷却孔９が設けである。さらに、
燃料支持金具６の下方横には圧力容器下部プレナム９と
連通ずる開、口部１０があり、ここに横方向に開口した
オリフィス１１が設けである。

また、前記下部炉心支持板７には、垂直方向に冷却孔９
が設けである。

通常運転中はジェットポンプ１３によって下部プレナム
１６に挿し込まれた冷却水が開口部１０のオリフィス１
１’ｉ７通って下部タイ・プレート５内を上昇し、下部
炉心支持板の冷却孔９より燃料棒３間を通って燃料棒３
からの発生熱を吸収してゆく。一方下部タイ・グレート
５内に流入しだ冷動水の一部は、冷却孔９からバイパス
部８に流出スル。このバイパス部８の水流はこの領域で
ボイドが発生しない程度（炉心部の約１０％程度）必要
であシ、この部分の水は、中性子の減速材となる。（第
２図（Ａ）参照） ＬＯＣＡ時に原子炉圧力容器１内の冷却水が流出し、燃
料棒３が露出し、崩壊熱のため燃料棒３が高温になり破
損する事態に至る事を防止するためＥＣＣ８が設けてお
る。１３がＥＣＣ８の一つである注水系の注水ノズルで
、１）、１４が炉心スプレィ系のスプレィ・ヘッダであ
る。注水系ノズル１３からの注入水は燃料染合体ボック
ス４間の領域であるバイパス部８に流入し、このバイパ
ス部８の底部から冠水してゆく。このバイパス部にたま
った水は冷却孔９がら下部タイ・プレート５内に逆流し
、開口部１ｏのオリフィス１１を通ってＴ部プレナム１
６に落下する。また、炉心スプレィ・ヘッダ１５から各
燃料集合体ボックス４上部に均一にスプレィされた水の
一部は燃料集合体ボックス４内を通り燃料棒を冷却しな
がら落下しこの一部は蒸気となって上方にぬけてゆく。

１だ、他のスプレィ水溶燃料集合体ボックス４外側のバ
イパス部８に落下するって、ギ５記庄水系の水と同一の
動きをする。（第２図（Ｂ）参照）下部プレナム１５に
落下し、た水により下部プンナム１５の水位が上昇し、
これが下部燃料支持板７を越えて燃料領域に達する事に
より最終的外炉心冷却（炉心再冠水）が、達成される。

しかしながら、上記の炉心冷却に関し以下の問題がある
。

（１１注水系による冷却では下部プレナム１５の満水後
でないと炉心冷却効果が期待できないので、炉心冷却ま
でに時間を要し、燃料棒３のヒートアッグが低く抑えら
れない。

（２）炉心スゲレイ系による冷却において、原子炉圧力
容器１の圧力変動による炉心スプレィ系統量の変動に対
しても常に全炉心に均一に散水するだめのスプレィノズ
ル形状と配置の技術は複雑で難かしい。このためスプレ
ィ流量を多くする必要がめり、系統容素が大型となる。

第３図に本出願公開に示されている従来例を示す。

現在の沸騰水型原子炉の燃料支持金具の下部開口部に設
置しているオリフィスは第１図に示すように開口の方向
（流れの方向）が横方向であるために、ＬＯＣＡ時のＥ
ＣＣ８注入水がこのオリフィスの下部を流れ、下部プレ
ナムからの吹き上げ蒸気がオリフィスの上部を流れると
いう気液相分離現象が起こりやすい構造となっている。

一方、第３図の（Ａ）に示すように、オリフィスが縦方
向に開口していれば上記の様な気液相分離現象は起りず
らくなシ、上からオリフィスに落下して来る冷却水がＦ
部プレナムからの吹き上げ蒸気によってオリフィスの下
方に流れずらくなる冷却水落下抑制現象（ＣＣＦＬ現象
）が起りやすくなる。

しかしながら、第３図の（Ａ）に示すようなオリフィス
構造においては、オリフィス部が吹き一部げ蒸気流が大
きく乱れてしまい、この吹き上げ蒸気流の乱れからＣＣ
ＦＬ現象のバランスが壊れやすいことと、オリフィス構
造では流畦制ｇ１には適していても、オリフィス部での
蒸気流速を早めるのには適していない。

第３図の（Ｂ）においては上からの落下流に対しては抵
抗が小さく流れやすいが、ドからのホ昇水流（通常時）
に対しては抵抗が大きく、さらに上昇蒸気流速が早まる
事もないので、この場合、ここでＣＣＦＬ現象は発生し
ない。

以上のように、第３図の（Ａ）、　ＣＢ）ともに着脱自
在の構造ではあるが、ＣＣＦＬ現象が起こりずらい構造
であり、通常運転時の水流抵抗が大きくなってしまい、
結局、最も直装な通常運転時の原子炉全体の効率低下に
つながる。

第４図に本出願公開に示されている従来例を示す。

第４図の（Ａ）は燃料集合体Ｆ部タイ・プＶ−トに痩故
個の孔をあけたオリフィスを設置したもので横断面を示
している。　（Ｂ）は（Ａ）を下から見た図であり、オ
リフィスに孔が３個あるのが良く解かる。

第４図で特徴的な事はオリフィスを下部タイ・プレート
に装置した事で、第３図に比べてよ多燃料に近づいては
いるが、やはり通常時の水流抵抗が大きくなってしまう
（第３図より大きくなる）ので、通常運転時の原子炉全
体の効率低下につながる。

また、多孔式オリフィスを採用しているために一つの孔
から水が落下し、他の孔から蒸気が吹き上げるという分
離流が発生しやすくなっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ＬＯＣＡ時燃料バイパス部を経由して
燃料集合体下部に流入したＥＣＣ８注入水が、下部ブレ
ナムからの蒸気流によって燃料集合本下部で効果的にＣ
ＣＦＬ現象（冷却水落下抑制現４りを発生させ、下方か
らの炉心冷却を大幅に改鋳する事を目的とした燃料集合
体を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、現在の下部タイ・プレートの側壁部に設置し
ている冷却孔が、燃料集合体下部の下部燃料支持板下方
に位置する為、ＬｏｃＡ時ＥＣＣ８注入水が、下部炉心
支持板を通過せず、そのまま下部プレナムに落下してし
まうという点を改めに前記、冷却孔を、下部燃料支持板
の直上部に設置する事により燃料下部の下部燃料支持板
でＣＣＦＬ現象を促進し、燃料下部からの冷却に寄与さ
せるようにしたものである。

〔発明の夾施し０〕 以下、本発明の一実施例を第３図から第６図により説明
する。

第３図に示すように、燃料集合体ボックス４の下部には
、下部燃料支持板７が設けられておシ、この上部付近の
燃料集合体ボックス４に冷却孔９を設置した。なお、こ
の下部燃料支持板７には、下部タイ・プレート５からの
冷却水を通過させる小孔が設けであるがこれは従来と同
一である。また、従来、下部タイ・プレート６に設けら
れている冷却口９は削除した。

第４図（ａ）に示すように、通常運転中はジェットポン
プ１２によって下部プレナム１５に押し込まれた冷却水
が、開口部ｌｏを始って燃料支持金具６中を上昇し、下
部タイ・プレート５及び、下部燃料支持板７の小孔を通
って燃料棒３間を上昇してゆく。また、この下部タイ・
プレート５及び、下部炉心支持板７の小孔に流入した冷
却水の一部は冷却孔９からバイパス部８に流出する。こ
のバイパス部８への水流は、この領域でのボイド発生を
抑える返味からも虻来のものと同程度のものが必要であ
る。

この様に、通常運転中に於いて炉心部及びバイパス領域
への冷却水供給は、従来同様十分性なうことが出来る。

第４図（ｂ）にかすように、万一、再循環配管大破断が
９６生し、炉心内冷却水が著しく低下した場合、ＥＣＣ
８注入水は燃料集合体ボックス４間のバイパス部８に流
入し、このバイパス部８の底部から冠水してゆく。この
バイパス部８にたまった水は冷却口９から下部燃料支持
板７上の燃料集合体下部に逆流する。この燃料集合体下
部に流入してきた水は、下部ブレナム１５がら吹き上が
って来る減圧沸騰などによる発生蒸気によって、下部燃
料支持板７下部（下部タイ・プレート５内）に落下する
のが阻害されるので、この下部燃料支持板７の上部に溜
る。さらにこの下部燃料支持板７上に溜った水は、燃料
棒３下方からの冷却に大きく寄与する。

この第４図（ｂ）に示すように、本発明では、燃料棒３
下部からの冷却効果を早くするのに、下部炉心支持板７
上で落下水限外現象を起こさせる為、下部燃料支持板７
より上部に冷却孔９を設置することが重要である。

第５図に本発明による効果を示す。第５図上図がＬＯＣ
ＡＩの原子炉内水位の変化で、下図がこの水位変化に対
する燃料棒表面温度である。燃料棒表面温度は炉心中心
部が最も高いので、この中心部温１痰で代表させている
。

再循環配管などの大破断を想定すると、事故後原子炉内
冷却材のブローダウンによって原子炉内水位は低下し、
従来の例（＄５図中の破線）だとそのまま炉心露出し、
原子）戸水位は下部グレナムｌ５にまで達する。さしに
ＥＣＣ８による原子炉同への注水により水位は余々に回
復し、炉心底部に達すると、Ｐ心ヒート・アップ部から
の急ｉｔカ水への入熱によるフラッシング、及び下品プ
レナムより炉心部の方が構造材以外の水の入るスペース
が小さい事により水位上昇が早まり、炉心再冠水される
。燃料棒表面温度は炉心が露出すると上昇し始め、再冠
水によって冷却される。

本発明（第５図中の実線）によれば、■原子炉内減圧沸
騰による炉心部及びＦ都プレナムからの吹き上げ蒸気の
増大によって、下部燃料支持板７部で炉水位落下が大き
く抑制され、炉心部水位低下が遅れるので、燃料棒ヒー
ト・アップ開始も遅れる。■その後、減圧沸騰及び構造
材からの熱によって下部プレナムからの吹き上げ蒸気は
続くが、それに伴なって下部プレナム水位は低下する。

しかし、この吹き上げ蒸気によって燃料集合体下部の下
部燃料支持板部では引き続き氷落下が抑制されるので、
バイパス部８から下部タイ・プレート５内に流入するＥ
ＣＣ８による炉内注入水の下部域と燃料領域）にたまる
ので炉心部水位は早く上昇する。この時、この燃料集合
体下部に流入した水は下部燃料支持板からの吹き上げ蒸
気によって氷粒となって誘搬され、燃料棒３下方からの
冷却によって燃料棒ヒート・アップが抑制される。■さ
らに、上記の様に炉心部水位上昇が早まるので、炉心部
再冠水時間が大きく短縮され、燃料棒ヒート・アップは
大きく抑制される。

以上の様に、本笑施例によれば通常運転中においては原
子炉の自然循環能力を向上するものの、他の性能を阻害
する要因はなく、Ｌ（ＪＣＡ時においては燃料棒のヒー
ト・アップを大きく抑制できる。

〔発明の効果〕

本発明の実施によって下記の効果がある。

（ａ）　Ｌ　ＯＣＡ時において燃料棒のヒート・アップ
を犬きく抑制できる。（安全性の向上）（ｂ）　炉心全
体を下方から均一に効果的に冷却できるので、炉心スプ
レィによる均一な分布は重要でなくなり、炉心スゲレイ
系のｇ暇を低減できる。

（Ｃ）　’に来プラントへの適用も、炉内購造物の改造
工事なしで、燃料交換時に交換燃料集合体に適用してお
けば容易に可能となる。

（ｄ）　燃料の有効、発熱部のすぐ下でｅｃＦＬ現寮が
発生するため、燃料支持板上に溜った水がよシ効果的に
燃料冷却に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断面図、第２図は従来例の説明図、
第３図は本発明の実施例の縦断面図、第４図は本発明の
詳細な説明図、第５図は本発明の実施例の現象説明図で
わる。 ■・・・原子炉圧力容器、２・・・シュラウド、３・・
・燃料棒、４・・・燃料車合体ボックス、５・・・下部
タイ・プレート、６・・・燃料支持金具、７・・・下部
燃料支持板、８・・・バイパス部、９・・・冷却孔、１
ｏ・・・開口部、１１・・・オリフィス、１２・・・ジ
ェットボング、１３・・・注水系ノズル、１４・・・炉
心スプレィ・ヘッダ、１５・・・下部プレナム。 第　１　口 第　２　図 （Ａ＞　（８） 第３　口 第４　口 （Ａ） （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １６チヤンネルボツクスとバイパス部に冷却孔を有する
   沸騰水型原子炉の燃料果合体において、前記冷却孔を下
   部燃料支持板の上部に設置した事を特徴とする燃料集合
   体。 ２、特許請求の範囲第１項において、冷却孔が、下部燃
   料支持板より上部で、燃料発熱部より下方に位置するこ
   とを特徴とする燃料集合体。