JPH0351796A

JPH0351796A - 原子炉燃料集合体

Info

Publication number: JPH0351796A
Application number: JP1185955A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Goto; 大輔後藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉燃料集合体に関する
。

（従来の技術）沸騰水型原子炉の炉心では炉心下方から上方に向かう冷
却材の流れに沿って冷却材中にボイドが発生する。した
がって、炉心上部はどボイド率が高くなる。このため、
炉心上部での圧力損失が大きくなり易い傾向がある。

また、炉心上部では原子炉停止時にボイド率が０になる
と運転時からの減速材密度の変化が非常に大きくなり、
減速が良くなり過ぎて制御棒により炉心を未臨界に保つ
ための余裕（炉停止余裕と呼ばれる。）が小さくなる。

このような問題を解決するために、第７図、および第８
図に示す原子炉燃料集合体１が従来より設計されている
。なお、第７図は原子炉燃料集合体１の軸方向断面図で
あり、第８図は第７図のＡ−Ａ矢視方向断面図である。

原子炉燃料集合体１は、角筒状のチャンネルボックス２
で覆われており、このチャンネルボックス２内には９行
９列に燃料棒３が配置されている。

原子炉燃料集合体１の上端および下端は、上部タイプレ
ート４および下部タイプレート５で支持され、原子炉燃
料集合体１の軸方向の数ケ所には燃料捧３の間隔を保持
するスペーサ６が配置されている。原子炉燃料集合体１
の断面中央部には、内部を冷却材が流通する水棒７が配
置されている。

他の燃料棒３より短く形成された部分長燃料棒８が８本
配置されている。

このように、一部の燃料棒８を部分長とすることにより
、炉心上部の冷却材流路面積を広げて圧力損失を低減し
、かつ同時に炉心上部に存在するウラン量を減らして炉
停止余裕を確保してい、る。

（発明が解決しようとする課題）ところが、このような設計は、燃料棒の除熱という観点
からは以下のような問題点をはらんでいる。

燃料棒の除熱は、冷却材中の液相（水）の沸騰によって
まかなわれている。したがって、理想的には冷却材のう
ち液相は燃料棒表面付近を流れ、気相は燃料棒間の空間
を流れれば最も除熱効率が良いことになる。一方、実際
の燃料集合体的の冷却材流動様式をみると、ボイド率が
高く除熱上余裕の少ない炉心上半部領域では環状流と呼
ばれる流動状態となっている。この流動状態では、第９
図に示すように、燃料棒３間の空間でボイド率が高くな
り、燃料棒３の表面ば液膜１０と呼ばれる液相が覆って
いる。この液膜１０の沸騰により燃料棒３の除熱が行な
われている。

第１０図は前述した部分長燃料棒８の上端部付近の流動
状態を模式的に示したものである。この第１０図よりわ
かるように、部分長燃料棒８の上端部では、それまで部
分長燃料棒８の表面を流れていた液膜１０が燃料棒間の
空間へ放出され、液滴１１となってまわりの燃料棒３の
冷却に寄与していないという問題点がある。

本発明の目的は、より除熱効率の高い沸騰水型原子炉用
の原子炉燃料集合体を得ることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために１本発明においては、長さの
異なる燃料棒を混在させて多数本束ね、チャンネルボッ
クス内に収納した原子炉燃料集合体において、前記燃料
棒のうち最も長いものを除く、一部又は全部の燃料棒上
端部に冷却材流制御器を設けたことを特徴とする原子炉
燃料集合体を提供する。

（作用）上端が燃料有効長さの中途に位置する部分長燃料棒の上
端部に冷却材流制御器を設けたので、部分長燃料棒表面
を流れてくる液膜を他の燃料棒表面へと飛散でき、冷却
材中の液相を効率的に利用できる。したがって、燃料棒
の除熱効果を向上でき、燃料の健全性向上に寄与するこ
とができる。

（実施例）以下５本発明の実施例を第１図から第６図を参照して説
明する。第１図は本発明に係る原子炉燃料集合体２１の
軸方向断面図であり、第２図は第１図のＢ−Ｂ矢視方向
断面図である。

原子炉燃料集合体２１は、角筒状のチャンネルボックス
２２で覆われており、このチャンネルボックス２２内に
は９行９列に燃料棒２３が配置されている。

原子炉燃料集合体２１の上端および下端は、上部タイプ
レート２４および下部タイプレート２５で支持され、軸
方向の数カ所には燃料棒２３の間隔を保持するスペーサ
２６が配置されている。原子炉燃料集合体２１の断面中
央部には、内部を冷却材が流通する水棒２７が配置され
ている。また、原子炉燃料集合体２１内には燃料棒２３
より短く形成された部分長燃料棒２８が８本配置されて
いる。この部分長燃料棒２８の上端部には冷却材流制御
器１００が設けられている。

この冷却材流制御器１００は、第３図の斜視図に示すよ
うに、上端が外側へ開いた形状をなしている。

このように、冷却材流制御器１００は部分長燃料棒２８
表面を流れてきた冷却材流を周囲の燃料棒２３方向へ飛
散させ得るような形状であり、部分長燃料棒２８表面付
近の冷却材流の方向を強制的に周囲へ偏向させることに
より周囲の燃料棒２３の除熱を促進できる。

次に第２実施例を第４図の斜視図を参照して説明する。

尚、以下第２実施例から第４実施例においては、要部の
変更点のみを示し、第１実施例と同−の部品には同一の
符号を付す。第４図に示す冷却材流制御器１０１は第３
図の冷却材流制御器ｉｏ。

に切り欠き部１０２を設け、流路面積を増したものであ
る。これにより圧力損失を低くできる。しかしながら偏
向させ得る冷却材の量がやや少なくなる。したがって、
燃料の特性に応じて切り欠き部１０２の大きさ・形状を
変えることにより、最適な特性を得ることができる。

本発明の第３実施例を第５図の斜視図を参照して説明す
る。冷却材流制御器１０３は、螺旋状に形成されている
。この冷却材流制御器１０３は、部分長燃料棒２８付近
を流れる冷却材を旋回させ、液相と気相にかかる遠心力
の差を利用して液相だけを効率よく周囲の燃料棒２３へ
飛散させるもので、圧力損失が小さく、また周囲の燃料
棒２３表面の液膜の乱れを最小限に抑えることができる
。

第４実施例を第６図の斜視図を参照して説明する。この
第４実施例の冷却材流制御器１０４も第３実施例の冷却
材流制御器１０３と同様に螺旋状に形成されている。冷
却材流制御器１０４は棒状の芯部１０５と螺旋状に芯部
１０５に設けられた４枚の螺旋部１０６とから成る。第
３実施例の冷却材流制御器１０３と比べて振動等の応力
に対する強度を向上できる。

尚、第３実施例の冷却材流制御器１０３および第４実施
例の冷却材流制御器１０４の螺旋部のねじれの回数は、
燃料の特性に応じて適宜変更してやればよい。第３実施
例および第４実施例では約−回転ねじられているが、燃
料の特性によっては、約１７４回転ねじるだけでも効果
がある。

また、上記実施例では、燃料棒が９Ｘ９に配置され、太
径の水棒が中央に配置され、８本の部分長燃料棒が配置
された原子炉燃料集合体を参照して説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、複数の種類の長さの
燃料棒を有するいかなる原子炉燃料集合体に対しても適
用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料棒の冷却性を向上でき、燃料健全
性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明に係る原子炉燃料集合体の第
１実施例を示し、第１図は原子炉燃料集合体の軸方向断
面図、第２図は第１図のＢ−Ｂ矢視方向断面図、第３図
は要部を拡大して示す斜視図、第４図は第２実施例の要
部を拡大して示す斜視図、第５図は第３実施例の要部を
拡大して示す斜視図、第６図は第４実施例の要部を拡大
して示す斜視図、第７図から第１０図は従来の原子炉燃
料集合体を示し、第７図は原子炉燃料集合体の軸方向断
面図、第８図は第７図のＡ−Ａ矢視方向断面図、第９図
は燃料棒間の流動状態を示す模式図、第１０図は部分長
燃料棒の上端部付近の流動状態を示す模式図である。２１・・・原子炉燃料集合体、２２・・・チャンネルボックス、　２３・・・燃料棒、
２４・・・上部タイプレート、２５・・・下部タイプレート、　　２６・・・スペーサ
。２８・・・部分長燃料棒、１００．１０１，１０３，１０４・・・冷却材流制御器
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）長さの異なる燃料棒を混在させて多数本束ね、チ
ャンネルボックス内に収納した原子炉燃料集合体におい
て、前記燃料棒のうち最も長いものを除く、一部又は全
部の燃料棒上端部に冷却材流制御器を設けたことを特徴
とする原子炉燃料集合体。
（２）前記冷却材流制御器は、螺旋状をなしていること
を特徴とする請求項１記載の原子炉燃料集合体。