JPH0713664B2 - 燃料集合体および燃料スペーサ - Google Patents
燃料集合体および燃料スペーサInfo
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- JPH0713664B2 JPH0713664B2 JP10658989A JP10658989A JPH0713664B2 JP H0713664 B2 JPH0713664 B2 JP H0713664B2 JP 10658989 A JP10658989 A JP 10658989A JP 10658989 A JP10658989 A JP 10658989A JP H0713664 B2 JPH0713664 B2 JP H0713664B2
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/34—Spacer grids
- G21C3/344—Spacer grids formed of assembled tubular elements
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体および燃料スペーサに係り、特
に、熱源としての燃料棒から冷却材への熱伝達を促進
し、燃料集合体の熱的余裕を向上させるとともに、ガイ
ド率を低下させて反応度を増加させる燃料集合体および
燃料スペーサの構造に関するものである。
に、熱源としての燃料棒から冷却材への熱伝達を促進
し、燃料集合体の熱的余裕を向上させるとともに、ガイ
ド率を低下させて反応度を増加させる燃料集合体および
燃料スペーサの構造に関するものである。
加圧水型原子炉用燃料集合体の熱伝達効率の向上を目的
としたスペーサの構造を示す例としては、例えば特願昭
42-32372号がある。この例は、燃料棒を取り囲む四辺の
中央に格子型スペーサと羽になる障害物とをそれぞれ１
個ずつ設けた構造になっている。
としたスペーサの構造を示す例としては、例えば特願昭
42-32372号がある。この例は、燃料棒を取り囲む四辺の
中央に格子型スペーサと羽になる障害物とをそれぞれ１
個ずつ設けた構造になっている。
冷却材は、この羽の形状と取り付け位置とにより、燃料
棒を覆うようにその周りに沿って流れる。このように冷
却材を混合させると、熱伝達が促進され、炉心の熱的余
裕が増大する。
棒を覆うようにその周りに沿って流れる。このように冷
却材を混合させると、熱伝達が促進され、炉心の熱的余
裕が増大する。
ところが、上記技術は、加圧水型原子炉PWRに関するも
のであり、これを沸騰水型原子炉BWRで用いた場合は、
上記目的の達成が困難である。BWRの炉心は、ボイドが
発生し、発生位置よりも下流では、二相流となる。
のであり、これを沸騰水型原子炉BWRで用いた場合は、
上記目的の達成が困難である。BWRの炉心は、ボイドが
発生し、発生位置よりも下流では、二相流となる。
従来の燃料棒間の二相流領域における冷却材の流動状態
を第11図および第12図に示す。二相流領域において、液
相は、燃料棒１の表面に液膜として付着し、または、蒸
気中に液滴として存在する流れとなる。一方、蒸気は、
液滴を含み、燃料棒１に挟まれた燃料棒間空間を流れ
る。この二相流領域で、上記従来の燃料スペーサを用い
ると、冷却材は、燃料棒１の周囲に沿うような流れとな
る。これでは、遠心力により、燃料棒１に付着している
液膜を剥ぎ取るような流れとなり、燃料棒１に付着する
液膜量が少なくなる。その結果、燃料棒１が裸になって
しまい、ドライアウトを起こしやすい。このため、沸騰
遷移する出力、すなわち、限界出力が下がる欠点があっ
た。
を第11図および第12図に示す。二相流領域において、液
相は、燃料棒１の表面に液膜として付着し、または、蒸
気中に液滴として存在する流れとなる。一方、蒸気は、
液滴を含み、燃料棒１に挟まれた燃料棒間空間を流れ
る。この二相流領域で、上記従来の燃料スペーサを用い
ると、冷却材は、燃料棒１の周囲に沿うような流れとな
る。これでは、遠心力により、燃料棒１に付着している
液膜を剥ぎ取るような流れとなり、燃料棒１に付着する
液膜量が少なくなる。その結果、燃料棒１が裸になって
しまい、ドライアウトを起こしやすい。このため、沸騰
遷移する出力、すなわち、限界出力が下がる欠点があっ
た。
また、障害物を設けたことにより、単相流および二相流
のいずれにおいても、圧力損失が増大する。したがっ
て、炉心の熱的余裕も減少することになる。
のいずれにおいても、圧力損失が増大する。したがっ
て、炉心の熱的余裕も減少することになる。
このようなBWR炉心におけるボイドの発生により冷却材
が二相流となる領域において、燃料棒に付着して流れる
液膜流量を増加させることができれば、熱伝達が促進さ
れ、炉心の熱的余裕が増大すると考えられる。
が二相流となる領域において、燃料棒に付着して流れる
液膜流量を増加させることができれば、熱伝達が促進さ
れ、炉心の熱的余裕が増大すると考えられる。
この考え方に沿った解決策の一例が、例えば特開昭61-9
0085号として提案されている。本例は、燃料棒を挿し通
すセルを多数集めて形成した燃料スペーサにおいて、隣
接したセルに囲まれて冷却材を流動させる空間を形成す
るセル測面に、冷却材の流れを燃料棒の方向に案内する
案内部を設けた燃料スペーサを示している。
0085号として提案されている。本例は、燃料棒を挿し通
すセルを多数集めて形成した燃料スペーサにおいて、隣
接したセルに囲まれて冷却材を流動させる空間を形成す
るセル測面に、冷却材の流れを燃料棒の方向に案内する
案内部を設けた燃料スペーサを示している。
しかし、この従来例においては、セル側壁の上端から下
端まで延在するガイド溝又はガイド突起は、セル外側が
溝の場合は燃料棒の挿入されるセル内側は突起となり、
セル外側が突起の場合はセル内側は溝となる。そのた
め、燃料棒とセルとで囲まれた流路に、燃料棒を中心と
して上昇する旋回流が発生し、その旋回流が燃料棒表面
の液膜を剥ぎ取り、逆に液膜を薄くするので限界出力を
増大するどころか逆に低下させるという致命的な問題が
あった。
端まで延在するガイド溝又はガイド突起は、セル外側が
溝の場合は燃料棒の挿入されるセル内側は突起となり、
セル外側が突起の場合はセル内側は溝となる。そのた
め、燃料棒とセルとで囲まれた流路に、燃料棒を中心と
して上昇する旋回流が発生し、その旋回流が燃料棒表面
の液膜を剥ぎ取り、逆に液膜を薄くするので限界出力を
増大するどころか逆に低下させるという致命的な問題が
あった。
また、各セルの下端から上端まで案内部としてのガイド
溝を形成してあり、圧損がまだ多かった。また、この斜
めのガイド溝を形成することが困難であり、燃料棒を所
定位置に保持するための上下のスプリング部分と一工程
で形成することは不可能であった。その結果、コストア
ップは避けられなかった。さらに問題となる点は、筒を
局部的に急角度に屈曲させガイド溝を形成した部分の強
度が十分でないことである。
溝を形成してあり、圧損がまだ多かった。また、この斜
めのガイド溝を形成することが困難であり、燃料棒を所
定位置に保持するための上下のスプリング部分と一工程
で形成することは不可能であった。その結果、コストア
ップは避けられなかった。さらに問題となる点は、筒を
局部的に急角度に屈曲させガイド溝を形成した部分の強
度が十分でないことである。
本発明の目的は、燃料棒を正しい位置に保持するという
燃料スペーサ本来の機械を果たすのに十分な強度を確保
しながら、熱源としての燃料棒から冷却材への熱伝達を
促進し、燃料集合体の熱的余裕を向上させるとともに、
ボイド率を低下させて反応度を増加させる燃料スペーサ
とこの燃料スペーサを備えた燃料集合体とを提供するこ
とである。
燃料スペーサ本来の機械を果たすのに十分な強度を確保
しながら、熱源としての燃料棒から冷却材への熱伝達を
促進し、燃料集合体の熱的余裕を向上させるとともに、
ボイド率を低下させて反応度を増加させる燃料スペーサ
とこの燃料スペーサを備えた燃料集合体とを提供するこ
とである。
本発明の燃料集合体は、上記目的を達成するために、規
則的に配列された複数のセルからなり、各セル内に挿入
される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料スペーサを備えた
燃料集合体において、前記燃料スペーサの少なくとも最
上段のセルが、側壁の一部に形成した切り込みから曲げ
られて前記燃料棒間空間に斜めに突出するベーンを有
し、前記ベーンにより前記燃料棒間空間を二相流状態で
流れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流を生じさせる
ことを特徴とするものである。前記切り込みによるベー
ンを前記燃料スペーサのセル側壁の上下の中間に形成し
てもよいし、セル側壁の上端から形成することもでき
る。
則的に配列された複数のセルからなり、各セル内に挿入
される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料スペーサを備えた
燃料集合体において、前記燃料スペーサの少なくとも最
上段のセルが、側壁の一部に形成した切り込みから曲げ
られて前記燃料棒間空間に斜めに突出するベーンを有
し、前記ベーンにより前記燃料棒間空間を二相流状態で
流れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流を生じさせる
ことを特徴とするものである。前記切り込みによるベー
ンを前記燃料スペーサのセル側壁の上下の中間に形成し
てもよいし、セル側壁の上端から形成することもでき
る。
また、前記燃料棒の長手方向に沿って前記燃料棒間空間
の少なくとも最上段の前記セルに固定され、内部に斜め
に突出させたベーンを有し、前記空間を二相流状態で流
れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流を生じさせる筒
を備えたことを特徴とするものである。また、前記燃料
棒空間の少なくとも最上段の前記セル間に固定され、前
記燃料スペーサとは異なる独立したスクリュ形の部材で
あるらせん状のベーンを備えることもできる。
の少なくとも最上段の前記セルに固定され、内部に斜め
に突出させたベーンを有し、前記空間を二相流状態で流
れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流を生じさせる筒
を備えたことを特徴とするものである。また、前記燃料
棒空間の少なくとも最上段の前記セル間に固定され、前
記燃料スペーサとは異なる独立したスクリュ形の部材で
あるらせん状のベーンを備えることもできる。
そして、前記ベーンを各燃料スペーサ断面内で少なくと
も最外周の前記燃料棒間空間にのみ備え、また、前記ベ
ーンを含まない燃料スペーサを前記燃料棒の下段に配置
し、前記ベーンを備えた燃料スペーサを前記燃料棒の上
段に配置したり、また、前記燃料棒の中段に前記切り起
こしベーンを備えた燃料スペーサを配置し、前記燃料棒
の上段に前記筒型ベーンを備えた燃料スペーサを配置す
ることもできる。或いは、前記燃料棒の下段にベーンを
含まない燃料スペーサを配置し、前記燃料棒の中段に前
記切り起こしベーンを備えた燃料スペーサを配置し、前
記燃料棒の上段に筒型或いは別部材からなるスクリュウ
型螺旋状ベーンを備えた燃料スペーサを配置してもよ
い。
も最外周の前記燃料棒間空間にのみ備え、また、前記ベ
ーンを含まない燃料スペーサを前記燃料棒の下段に配置
し、前記ベーンを備えた燃料スペーサを前記燃料棒の上
段に配置したり、また、前記燃料棒の中段に前記切り起
こしベーンを備えた燃料スペーサを配置し、前記燃料棒
の上段に前記筒型ベーンを備えた燃料スペーサを配置す
ることもできる。或いは、前記燃料棒の下段にベーンを
含まない燃料スペーサを配置し、前記燃料棒の中段に前
記切り起こしベーンを備えた燃料スペーサを配置し、前
記燃料棒の上段に筒型或いは別部材からなるスクリュウ
型螺旋状ベーンを備えた燃料スペーサを配置してもよ
い。
また、本発明の燃料スペーサは、規則的に配列された複
数のセルからなり、各セル内に挿入される燃料棒を所定
の間隔に保つ燃料スペーサにおいて、前記燃料棒の長手
方向に沿って前記燃料棒間空間の前記セル間に固定さ
れ、内部に斜めに突出させたベーンを有し、前記空間を
二相流状態で流れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流
を生じさせる筒を備えたことを特徴とするものである。
数のセルからなり、各セル内に挿入される燃料棒を所定
の間隔に保つ燃料スペーサにおいて、前記燃料棒の長手
方向に沿って前記燃料棒間空間の前記セル間に固定さ
れ、内部に斜めに突出させたベーンを有し、前記空間を
二相流状態で流れる冷却材に前記燃料棒へ向かう旋回流
を生じさせる筒を備えたことを特徴とするものである。
〔作用〕 BWR用燃料集合体での二相流領域においては、従来のよ
うに冷却材の流れを単に燃料棒の方向に案内するより
も、燃料棒間に旋回流を生じさせ、乱流の状態にした方
が、燃料棒から冷却材への熱伝達率が上がると考えられ
る。
うに冷却材の流れを単に燃料棒の方向に案内するより
も、燃料棒間に旋回流を生じさせ、乱流の状態にした方
が、燃料棒から冷却材への熱伝達率が上がると考えられ
る。
第13図に示すように、複数の燃料棒１に挟まれた空間に
旋回流を生じさせると、蒸気中に含まれている液滴が、
その旋回流による遠心力のために、燃料棒１に沿って流
れる液膜に付着する。したがって、従来の燃料棒上の液
膜よりも流量が増加し、燃料棒の熱的余裕度が増え、限
界出力が上がる。
旋回流を生じさせると、蒸気中に含まれている液滴が、
その旋回流による遠心力のために、燃料棒１に沿って流
れる液膜に付着する。したがって、従来の燃料棒上の液
膜よりも流量が増加し、燃料棒の熱的余裕度が増え、限
界出力が上がる。
また、旋回流の遠心力で蒸気中の液滴が燃料棒の表面に
運ばれるので、蒸気中の液滴量が減り、流動状態として
みると、液相が燃料棒に沿って流れ蒸気が流路中心を流
れる分離流に近付く。
運ばれるので、蒸気中の液滴量が減り、流動状態として
みると、液相が燃料棒に沿って流れ蒸気が流路中心を流
れる分離流に近付く。
このように、分離流になると、蒸気は液滴を伴って流れ
る必要がなくなるから、液滴を下流に移動させるのに必
要な運動量が不要となり、蒸気はその分だけ速度が増加
し、結果的に蒸気と液相との速度差が大きくなる。
る必要がなくなるから、液滴を下流に移動させるのに必
要な運動量が不要となり、蒸気はその分だけ速度が増加
し、結果的に蒸気と液相との速度差が大きくなる。
蒸気の液相との速度差が大きくなったときの流路断面を
占める気相の面積割合（ボイド率）がどのように変化す
るかを第14図に示す。
占める気相の面積割合（ボイド率）がどのように変化す
るかを第14図に示す。
ここで横軸のスリップ比は、蒸気と気相との速度比（蒸
気速度／液相速度）で定義され、スリップ比が大きいと
いうことは、蒸気と気相との速度差が大きいことを意味
する。
気速度／液相速度）で定義され、スリップ比が大きいと
いうことは、蒸気と気相との速度差が大きいことを意味
する。
第14図から、スリップ比が大きくなるに従い、ボイド率
が小さくなることがわかる。すなわち、流路断面で蒸気
の割合が小さくなり、断面内での減速材密度が大きくな
る。
が小さくなることがわかる。すなわち、流路断面で蒸気
の割合が小さくなり、断面内での減速材密度が大きくな
る。
したがって、本発明においては、セル外の隣接する燃料
スペーサで囲まれた空間にのみ旋回流を生じさせ、同時
に、セル内の燃料棒周囲の液膜が乱されることなく上昇
する主流方向を燃料棒の長手方向へ維持することができ
るため、減速材の密度が大きくなり、高い反応度が得ら
れ、燃料の経済性が向上する。併せて、限界出力も上が
る。
スペーサで囲まれた空間にのみ旋回流を生じさせ、同時
に、セル内の燃料棒周囲の液膜が乱されることなく上昇
する主流方向を燃料棒の長手方向へ維持することができ
るため、減速材の密度が大きくなり、高い反応度が得ら
れ、燃料の経済性が向上する。併せて、限界出力も上が
る。
次に第１図〜第10図を参照して、本発明の実施例を説明
する。
する。
BWR用燃料集合体は、第９図および第10図に示すよう
に、燃料被覆管11内に燃料ペレット12を充填し上下端に
エンドプラグ13を溶接して形成された燃料棒１を、チャ
ンネルボックス７内に例えば８行８列に配列し、上下端
をタイプレート８、９で固定し、上部にハンドル10を取
り付けたものである。細くて長い燃料棒１を正しい間隔
に保つために、上下数個所に燃料スペーサ14を配置して
ある。本発明はこの燃料スペーサに関するものである。
に、燃料被覆管11内に燃料ペレット12を充填し上下端に
エンドプラグ13を溶接して形成された燃料棒１を、チャ
ンネルボックス７内に例えば８行８列に配列し、上下端
をタイプレート８、９で固定し、上部にハンドル10を取
り付けたものである。細くて長い燃料棒１を正しい間隔
に保つために、上下数個所に燃料スペーサ14を配置して
ある。本発明はこの燃料スペーサに関するものである。
本発明による燃料スペーサの一実施例を第１図および第
２図に示す。本実施例においては、燃料棒１を支持する
燃料スペーサの丸型のセル２にベーン３を設ける。旋回
流を生じさせるためのベーン３は、セル２の側壁に切り
込みを入れ、この部分から側壁の一部を外側に斜めに折
り曲げて形成する。これらベーン３は、第７図に示すよ
うに、セル２に囲まれた菱形の燃料棒間空間５に向けて
配置する。ベーン３は、内側の列のセル１個に対して最
大の４個を設け、コーナー部のセル１個に対して最小の
１個を設ける。
２図に示す。本実施例においては、燃料棒１を支持する
燃料スペーサの丸型のセル２にベーン３を設ける。旋回
流を生じさせるためのベーン３は、セル２の側壁に切り
込みを入れ、この部分から側壁の一部を外側に斜めに折
り曲げて形成する。これらベーン３は、第７図に示すよ
うに、セル２に囲まれた菱形の燃料棒間空間５に向けて
配置する。ベーン３は、内側の列のセル１個に対して最
大の４個を設け、コーナー部のセル１個に対して最小の
１個を設ける。
このような構造の本実施例においては、ベーン３が燃料
棒間空間に旋回流を生じさせるので、燃料棒１への液滴
の付着量が増加し、燃料棒１表面上の液膜が厚くなる。
その結果、燃料棒１から冷却材液膜への熱伝達が促進さ
れ、限界出力が上がり、熱的余裕が増大する。
棒間空間に旋回流を生じさせるので、燃料棒１への液滴
の付着量が増加し、燃料棒１表面上の液膜が厚くなる。
その結果、燃料棒１から冷却材液膜への熱伝達が促進さ
れ、限界出力が上がり、熱的余裕が増大する。
ベーン３を形成するための切り込みは、燃料棒を保持す
るエンボス加工のスプリング部分と同時に簡単に形成で
きる。したがって、セルの下から上まで通った従来例の
斜めのガイド溝のように、形成が困難で工程数が増加す
るという欠点はない。また、セルの筒を下から上まで局
部的に急角度に屈曲させてガイド溝を形成する代りに、
セル側壁のごく一部に切り込みを入れてベーン３を形成
してあるので、側壁の強度は十分である。さらに、燃料
棒間空間５における圧損が少なく、しかも、セルと燃料
棒との間の液膜すなわちセル内側の液膜の流れに乱れを
生じさせない利点もある。
るエンボス加工のスプリング部分と同時に簡単に形成で
きる。したがって、セルの下から上まで通った従来例の
斜めのガイド溝のように、形成が困難で工程数が増加す
るという欠点はない。また、セルの筒を下から上まで局
部的に急角度に屈曲させてガイド溝を形成する代りに、
セル側壁のごく一部に切り込みを入れてベーン３を形成
してあるので、側壁の強度は十分である。さらに、燃料
棒間空間５における圧損が少なく、しかも、セルと燃料
棒との間の液膜すなわちセル内側の液膜の流れに乱れを
生じさせない利点もある。
なお、ベーン３は、先端が燃料棒間空間５に斜めに突出
していればよいから、本実施例の逆Ｌ字形の切り込みに
限らず、例えばコ字形の切り込みにより形成することも
可能である。
していればよいから、本実施例の逆Ｌ字形の切り込みに
限らず、例えばコ字形の切り込みにより形成することも
可能である。
本発明による燃料スペーサの他の実施例を第３図および
第４図に示す。本実施例においては、燃料棒１を支持す
るセル２の上端から縦に切り込みを入れ、セル２の側壁
の一部を外側に折り曲げベーン３を形成する。
第４図に示す。本実施例においては、燃料棒１を支持す
るセル２の上端から縦に切り込みを入れ、セル２の側壁
の一部を外側に折り曲げベーン３を形成する。
このような構造を採用すると、第１図および第２図に示
した実施例と同様に、燃料棒１から液膜への熱伝達が促
進され、燃料棒の熱的余裕が増大する。また、ベーン３
を形成する工程が、第１図および第２図の実施例と比較
して、より単純である。
した実施例と同様に、燃料棒１から液膜への熱伝達が促
進され、燃料棒の熱的余裕が増大する。また、ベーン３
を形成する工程が、第１図および第２図の実施例と比較
して、より単純である。
さて、上記のベーン３を備えたスペーサセルを設置する
と、燃料棒間空間５においては、燃料棒１の上端に近付
くほど、空間５を蒸気に乗って流れる液滴が実質的に少
なくなり、ベーン３を設けたことによる圧損の増加量が
急激に減少する。このように、燃料棒１の上端付近で
は、圧損の増加は殆ど問題にならなくなるので、更に強
力な旋回流を生じさせて液膜を十分に確保することが、
より重要になる。
と、燃料棒間空間５においては、燃料棒１の上端に近付
くほど、空間５を蒸気に乗って流れる液滴が実質的に少
なくなり、ベーン３を設けたことによる圧損の増加量が
急激に減少する。このように、燃料棒１の上端付近で
は、圧損の増加は殆ど問題にならなくなるので、更に強
力な旋回流を生じさせて液膜を十分に確保することが、
より重要になる。
この要求に答える他の実施例を第５図および第６図に示
す。本実施例においては、燃料スペーサの個々のセル２
には直接加工を施さず、内部にベーン３を設けた薄肉の
円管４をスペーサセルに固定し、燃料棒間空間５に配置
してある。
す。本実施例においては、燃料スペーサの個々のセル２
には直接加工を施さず、内部にベーン３を設けた薄肉の
円管４をスペーサセルに固定し、燃料棒間空間５に配置
してある。
本実施例によれば、前記実施例と同様に、円管４内で旋
回流が生じるために、燃料棒１から液膜への熱伝達が促
進され、燃料棒１の熱的余裕が増大する。さらに、円管
４内にベーン３を設けたので、上記実施例の丸セルの側
壁の一部をベーン３とした場合と比較して、ベーン３の
長さや形状を自由に設計でき、より強力な旋回流を確実
に発生させることができる。なお、管４の断面は円であ
る必要はなく、できるだけ圧損が少なくセル２の側壁に
十分固定できれば、角張った断面でもよい。
回流が生じるために、燃料棒１から液膜への熱伝達が促
進され、燃料棒１の熱的余裕が増大する。さらに、円管
４内にベーン３を設けたので、上記実施例の丸セルの側
壁の一部をベーン３とした場合と比較して、ベーン３の
長さや形状を自由に設計でき、より強力な旋回流を確実
に発生させることができる。なお、管４の断面は円であ
る必要はなく、できるだけ圧損が少なくセル２の側壁に
十分固定できれば、角張った断面でもよい。
燃料棒１の上端付近において、さらに強力な旋回流を生
じさせるには、第８図に示すようならせん状ベーン６を
採用することも考えられる。
じさせるには、第８図に示すようならせん状ベーン６を
採用することも考えられる。
ベーン６により発生する旋回流のメリットとベーン６を
設けることによる圧損の増加とを考慮すると、本発明の
ベーン６は、燃料棒１の長手方向の全領域に亙って、一
つの型のものを設ける必要はない。
設けることによる圧損の増加とを考慮すると、本発明の
ベーン６は、燃料棒１の長手方向の全領域に亙って、一
つの型のものを設ける必要はない。
すなわち、圧損が考慮すべきより重要なファクタとなる
燃料棒の下段には、ベーンを含まない通常の燃料スペー
サを配置し、旋回流の発生がより重要なファクタとなる
燃料棒の上段には、ベーンを備えた燃料スペーサを配置
することが望ましい。
燃料棒の下段には、ベーンを含まない通常の燃料スペー
サを配置し、旋回流の発生がより重要なファクタとなる
燃料棒の上段には、ベーンを備えた燃料スペーサを配置
することが望ましい。
また、ベーンを含まない通常の燃料スペーサを燃料棒の
下段に配置し、第１図、第２図または第３図、第４図に
示した燃料スペーサを燃料棒の中段に配置し、第５図、
第６図または第８図に示したベーンを備えた燃料スペー
サを燃料棒の上段に配置することも考えられる。
下段に配置し、第１図、第２図または第３図、第４図に
示した燃料スペーサを燃料棒の中段に配置し、第５図、
第６図または第８図に示したベーンを備えた燃料スペー
サを燃料棒の上段に配置することも考えられる。
なお、第７図の断面上、熱的には、外周の２列の燃料棒
がより厳しい状況に置かれるので、これら２列の燃料棒
間の空間にのみベーンを配置してもよい。
がより厳しい状況に置かれるので、これら２列の燃料棒
間の空間にのみベーンを配置してもよい。
本発明によれば、簡単な構造により、セル内の燃料棒周
囲の液膜が乱されることなく上昇する主流方向が燃料棒
の長手方向に維持され、しかも同時に、セル外の隣接空
間にのみ旋回流が生じるので、熱源としての燃料棒から
冷却材へ熱伝達が促進され、燃料集合体の熱的余裕が上
るとともに、ボイド率が低下し、反応度が増加する。
囲の液膜が乱されることなく上昇する主流方向が燃料棒
の長手方向に維持され、しかも同時に、セル外の隣接空
間にのみ旋回流が生じるので、熱源としての燃料棒から
冷却材へ熱伝達が促進され、燃料集合体の熱的余裕が上
るとともに、ボイド率が低下し、反応度が増加する。
その際に、ベーンは、スペーサセルの下から上まで斜め
に形成した従来例のガイド溝とは異なり、スペーサセル
の側壁の一部を曲げただけであるから、燃料棒を正しい
位置に保持するという燃料スペーサ本来の機能を果たす
のに十分な強度を確保できる。
に形成した従来例のガイド溝とは異なり、スペーサセル
の側壁の一部を曲げただけであるから、燃料棒を正しい
位置に保持するという燃料スペーサ本来の機能を果たす
のに十分な強度を確保できる。
また、スペーサセルのエンボス加工と同時に側壁の一部
に切り込みを入れ、そこから側壁を曲げてベーンを形成
するので、製造が簡単である。
に切り込みを入れ、そこから側壁を曲げてベーンを形成
するので、製造が簡単である。
第１図および第２図は本発明によるセル側壁の中間にベ
ーンを形成した燃料スペーサの実施例を示す図、第３図
および第４図は本発明によるセル側壁の上端からベーン
を形成した燃料スペーサの実施例を示す図、第５図およ
び第６図は本発明による内部にベーンを形成した円管を
燃料棒間空間に配置した実施例を示す図、第７図は燃料
棒および燃料スペーサの配置の一例を示す図、第８図は
本発明によるらせん状ベーンを示す図、第９図は燃料集
合体の全体構造を示す図、第10図は燃料棒を示す図、第
11図および第12図は従来の二相流領域における燃料棒間
の冷却材の流動状態を示す図、第13図は燃料棒間に旋回
流を生じさせたときの冷却材の流動状態を示す図、第14
図はスリップ比とボイド率との関係を示す図である。 １……燃料棒、２……セル、３……ベーン、４……円
管、５……燃料棒間空間、６……らせん状ベーン、７…
…チャンネルボックス、８……上部タイプレート、９…
…下部タイプレート、10……ハンドル、11……燃料被覆
管、12……燃料ペレット、13……エンドプラグ、14……
燃料スペーサ。
ーンを形成した燃料スペーサの実施例を示す図、第３図
および第４図は本発明によるセル側壁の上端からベーン
を形成した燃料スペーサの実施例を示す図、第５図およ
び第６図は本発明による内部にベーンを形成した円管を
燃料棒間空間に配置した実施例を示す図、第７図は燃料
棒および燃料スペーサの配置の一例を示す図、第８図は
本発明によるらせん状ベーンを示す図、第９図は燃料集
合体の全体構造を示す図、第10図は燃料棒を示す図、第
11図および第12図は従来の二相流領域における燃料棒間
の冷却材の流動状態を示す図、第13図は燃料棒間に旋回
流を生じさせたときの冷却材の流動状態を示す図、第14
図はスリップ比とボイド率との関係を示す図である。 １……燃料棒、２……セル、３……ベーン、４……円
管、５……燃料棒間空間、６……らせん状ベーン、７…
…チャンネルボックス、８……上部タイプレート、９…
…下部タイプレート、10……ハンドル、11……燃料被覆
管、12……燃料ペレット、13……エンドプラグ、14……
燃料スペーサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 浩二 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 村田 重人 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 柏井 進一 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 井上 孝太郎 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 吉本 佑一郎 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−90085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−121390（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】規則的に配列された複数のセルからなり、
各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料ス
ペーサを備えた燃料集合体において、 前記燃料スペーサの少なくとも最上段のセルが、側壁の
一部に形成した切り込みから曲げられて前記燃料棒間空
間に斜めに突出するベーンを有し、前記ベーンにより前
記燃料棒間空間を二相流状態で流れる冷却材に前記燃料
棒へ向かう旋回流を生じさせることを特徴とする燃料集
合体。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料集合体において、 前記切り込みによるベーンを前記燃料スペーサのセル側
壁の上下の中間に形成したことを特徴とする燃料集合
体。 - 【請求項３】請求項１に記載の燃料集合体において、 前記切り込みによるベーンを前記燃料スペーサのセル側
壁の上端から形成したことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項４】規則的に配列された複数のセルからなり、
各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料ス
ペーサを備えた燃料集合体において、 前記燃料棒の長手方向に沿って前記燃料棒間空間の少な
くとも最上段の前記セルに固定され、内部に斜めに突出
させたベーンを有し、前記空間を二相流状態で流れる冷
却材に前記燃料棒へ向かう旋回流を生じさせる筒を備え
たことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項５】規則的に配列された複数のセルからなり、
各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料ス
ペーサを備えた燃料集合体において、 前記燃料棒間空間の少なくとも最上段の前記セル間に固
定され、前記燃料スペーサとは異なる独立したスクリュ
形の部材であるらせん状のベーンを備えたことを特徴と
する燃料集合体。 - 【請求項６】請求項１ないし５のうちいずれかに記載の
燃料集合体において、 前記ベーンを各燃料スペーサ断面内で少なくとも最外周
の前記燃料棒間空間にのみ備えたことを特徴とする燃料
集合体。 - 【請求項７】請求項１ないし６のうちいずれかに記載の
燃料集合体において、 前記ベーンを含まない燃料スペーサを前記燃料棒の下段
に配置し、前記ベーンを備えた燃料スペーサを前記燃料
棒の上段に配置したことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項８】規則的に配列された複数のセルからなり、
各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料ス
ペーサを備えた燃料集合体において、 前記燃料棒の中段に請求項１に記載のベーンを備えた燃
料スペーサを配置し、前記燃料棒の上段に請求項４に記
載のベーンを備えた燃料スペーサを配置したことを特徴
とする燃料集合体。 - 【請求項９】規則的に配列された複数のセルからなり、
各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃料ス
ペーサを備えた燃料集合体において、 前記燃料棒の下段にベーンを含まない燃料スペーサを配
置し、前記燃料棒の中段に請求項１ないし３のうちいず
れかに記載のベーンを備えた燃料スペーサを配置し、前
記燃料棒の上段に請求項４または５に記載のベーンを備
えた燃料スペーサを配置したことを特徴とする燃料集合
体。 - 【請求項１０】規則的に配列された複数のセルからな
り、各セル内に挿入される燃料棒を所定の間隔に保つ燃
料スペーサにおいて、 前記燃料棒の長手方向に沿って前記燃料棒間空間の前記
セル間に固定され、内部に斜めに突出させたベーンを有
し、前記空間を二相流状態で流れる冷却材に、前記燃料
棒へ向かう旋回流を生じさせる筒を備えたことを特徴と
する燃料スペーサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10658989A JPH0713664B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 燃料集合体および燃料スペーサ |
| US07/510,192 US5112571A (en) | 1989-04-26 | 1990-04-17 | Fuel assembly and fuel spacer |
| DE4013397A DE4013397A1 (de) | 1989-04-26 | 1990-04-26 | Brennelementbuendel und distanzhalter dafuer |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10658989A JPH0713664B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 燃料集合体および燃料スペーサ |
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| JPH02285286A JPH02285286A (ja) | 1990-11-22 |
| JPH0713664B2 true JPH0713664B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=14437377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10658989A Expired - Fee Related JPH0713664B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 燃料集合体および燃料スペーサ |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0713664B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2945459B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1999-09-06 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| TW201840B (ja) * | 1991-05-17 | 1993-03-11 | Gen Electric | |
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| US5299245A (en) * | 1992-11-02 | 1994-03-29 | B&W Fuel Company | Spacer grid for a nuclear fuel assembly |
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| SE503776C2 (sv) * | 1994-12-21 | 1996-09-02 | Asea Atom Ab | Bränslepatron och spridare för en kärnreaktor |
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| US10170207B2 (en) | 2013-05-10 | 2019-01-01 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| WO2011143172A1 (en) | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly with metal fuel alloy kernel and method of manufacturing thereof |
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| JP5972644B2 (ja) * | 2012-04-04 | 2016-08-17 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | スペーサ |
| KR102177330B1 (ko) * | 2019-08-13 | 2020-11-11 | 한전원자력연료 주식회사 | 핵연료 집합체의 지지격자 |
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| JP7386100B2 (ja) * | 2020-02-28 | 2023-11-24 | 三菱重工業株式会社 | 原子炉 |
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- 1989-04-26 JP JP10658989A patent/JPH0713664B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1990
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- 1990-04-26 DE DE4013397A patent/DE4013397A1/de active Granted
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