JP3345452B2 - 沸騰水型原子炉用の二室型水管 - Google Patents
沸騰水型原子炉用の二室型水管Info
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- G21C—NUCLEAR REACTORS
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- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉に関する
ものであって、更に詳しく言えば、かかる原子炉におい
て使用される燃料バンドルに関する。要約すれば、水を
収容するために役立つ２つの独立した区画室（すなわ
ち、上部区画室および下部区画室）を有する改良された
水管(water rod) を含む燃料バンドルが開示される。
ものであって、更に詳しく言えば、かかる原子炉におい
て使用される燃料バンドルに関する。要約すれば、水を
収容するために役立つ２つの独立した区画室（すなわ
ち、上部区画室および下部区画室）を有する改良された
水管(water rod) を含む燃料バンドルが開示される。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉の中心部には多数の互い
に独立した燃料バンドルが収容され、それによって蒸気
発生用の炉心が形成されている。かかる燃料バンドル
は、１群の直立した燃料棒を支持しかつ原子炉の下部区
域から減速材（水）を流入させるために役立つ下部タイ
プレートを含んでいる。燃料バンドルはまた、燃料棒を
直立状態に保持し且つ水および発生した蒸気を燃料バン
ドルから原子炉の上部区域に流出させるために役立つ上
部タイプレートをも含んでいる。両タイプレートおよび
それらの間に位置する燃料棒がチャネルによって包囲さ
れている結果、両タイプレート間においては減速材の流
れが蒸気発生用の燃料棒を取巻く流路内に閉込められる
ことになる。更にまた、燃料バンドルはそれの下端から
上端にまでわたって所定の間隔で配置された燃料棒スペ
ーサをも含んでいる。これらのスペーサはマトリクス状
に配列された燃料棒を正確な並列状態に維持するという
機械的機能を有している。その結果、たわみ易い燃料棒
が上向きの水流の作用下で接触して摩擦し合うことが防
止され、また燃料棒が所定の並列状態に維持されること
によって核的性能の向上が達成されるのである。
に独立した燃料バンドルが収容され、それによって蒸気
発生用の炉心が形成されている。かかる燃料バンドル
は、１群の直立した燃料棒を支持しかつ原子炉の下部区
域から減速材（水）を流入させるために役立つ下部タイ
プレートを含んでいる。燃料バンドルはまた、燃料棒を
直立状態に保持し且つ水および発生した蒸気を燃料バン
ドルから原子炉の上部区域に流出させるために役立つ上
部タイプレートをも含んでいる。両タイプレートおよび
それらの間に位置する燃料棒がチャネルによって包囲さ
れている結果、両タイプレート間においては減速材の流
れが蒸気発生用の燃料棒を取巻く流路内に閉込められる
ことになる。更にまた、燃料バンドルはそれの下端から
上端にまでわたって所定の間隔で配置された燃料棒スペ
ーサをも含んでいる。これらのスペーサはマトリクス状
に配列された燃料棒を正確な並列状態に維持するという
機械的機能を有している。その結果、たわみ易い燃料棒
が上向きの水流の作用下で接触して摩擦し合うことが防
止され、また燃料棒が所定の並列状態に維持されること
によって核的性能の向上が達成されるのである。
【０００３】原子炉内における燃料バンドルの動作は、
熱水力学的性能および核的性能を用いて説明することが
できる。熱水力学的性能について述べれば、液体状態の
減速材が下部タイプレートを通して燃料バンドルの下端
に流入し、そしてチャネルの内部において燃料棒の間を
上方に向かって流れる。このように減速材が上方に向か
って流れる間に、発生する蒸気の量が次第に増加する。
最初、燃料バンドルの下部においては主として液体の流
れが存在しているが、上方へ行くに従って蒸気の気泡が
次第に増加する。上方に向かって流れる減速材中におけ
る液体の比率が次第に減少する結果として、燃料バンド
ルの上端においては主として蒸気の流れが存在すること
になる。
熱水力学的性能および核的性能を用いて説明することが
できる。熱水力学的性能について述べれば、液体状態の
減速材が下部タイプレートを通して燃料バンドルの下端
に流入し、そしてチャネルの内部において燃料棒の間を
上方に向かって流れる。このように減速材が上方に向か
って流れる間に、発生する蒸気の量が次第に増加する。
最初、燃料バンドルの下部においては主として液体の流
れが存在しているが、上方へ行くに従って蒸気の気泡が
次第に増加する。上方に向かって流れる減速材中におけ
る液体の比率が次第に減少する結果として、燃料バンド
ルの上端においては主として蒸気の流れが存在すること
になる。
【０００４】燃料バンドル内において安定な沸騰を維持
するためには、原子炉の運転に際して各々の燃料棒が液
体減速材の薄膜（すなわち水膜）で被覆されることが必
要である。かかる水膜は、沸騰水型原子炉の上部二相領
域（すなわち、蒸気および水が存在する領域）において
特に重要である。更にまた、上方に向かって流れる減速
材中における蒸気の比率は燃料バンドルの中心部に向か
って増加する傾向がある。それ故、燃料棒の表面上に存
在する水膜を維持するのが特に重要となるのは、燃料バ
ンドルの上部中心領域に存在する燃料棒である。
するためには、原子炉の運転に際して各々の燃料棒が液
体減速材の薄膜（すなわち水膜）で被覆されることが必
要である。かかる水膜は、沸騰水型原子炉の上部二相領
域（すなわち、蒸気および水が存在する領域）において
特に重要である。更にまた、上方に向かって流れる減速
材中における蒸気の比率は燃料バンドルの中心部に向か
って増加する傾向がある。それ故、燃料棒の表面上に存
在する水膜を維持するのが特に重要となるのは、燃料バ
ンドルの上部中心領域に存在する燃料棒である。
【０００５】燃料棒の表面上にかかる水膜が存在しない
と、遷移沸騰として知られる現象が起こり得ることが判
明している。簡単に述べれば、遷移沸騰領域において
は、燃料棒の管壁温度が急速に上昇する。遷移沸騰によ
れば、燃料棒被覆材の長期の金属学的寿命および短期の
機械的閉込め能力の両方が危険にさらされる。このよう
な理由から、沸騰水型原子炉の運転に際しては燃料バン
ドルのいかなる部分についても燃料棒を被覆する水膜が
欠如しないようにする必要のあることが原子力業界にお
いて広く認められている。
と、遷移沸騰として知られる現象が起こり得ることが判
明している。簡単に述べれば、遷移沸騰領域において
は、燃料棒の管壁温度が急速に上昇する。遷移沸騰によ
れば、燃料棒被覆材の長期の金属学的寿命および短期の
機械的閉込め能力の両方が危険にさらされる。このよう
な理由から、沸騰水型原子炉の運転に際しては燃料バン
ドルのいかなる部分についても燃料棒を被覆する水膜が
欠如しないようにする必要のあることが原子力業界にお
いて広く認められている。
【０００６】燃料バンドルの内部に所定の間隔で配置さ
れた燃料棒スペーサは熱水力学的機能を有している。燃
料バンドル内における減速材の流れの方向について見た
場合、かかるスペーサはそれらの直ぐ下流側において燃
料棒上の水膜を増強する効果のあることが判明してい
る。このような現象を理解するため、沸騰水型原子炉内
における複雑な沸騰現象に関して若干の用語定義および
説明を行う必要がある。
れた燃料棒スペーサは熱水力学的機能を有している。燃
料バンドル内における減速材の流れの方向について見た
場合、かかるスペーサはそれらの直ぐ下流側において燃
料棒上の水膜を増強する効果のあることが判明してい
る。このような現象を理解するため、沸騰水型原子炉内
における複雑な沸騰現象に関して若干の用語定義および
説明を行う必要がある。
【０００７】第一に、「スペーサの下流側」という用語
について述べれば、減速材が燃料バンドルの下端から上
端に向かって流れることは自明であろう。それ故、スペ
ーサの下流側に位置する区域とは、スペーサの直ぐ上方
に位置する燃料バンドル内の空間を意味する。更にま
た、燃料バンドルの上端付近においては、スペーサの直
ぐ上流側の区域（すなわち、スペーサの直ぐ下方の区
域）は燃料棒を被覆する水膜の欠如が最も起こり易い箇
所であることも理解されよう。すなわち、燃料バンドル
内におけるそれらの区域は遷移沸騰を最も受け易い箇所
なのである。
について述べれば、減速材が燃料バンドルの下端から上
端に向かって流れることは自明であろう。それ故、スペ
ーサの下流側に位置する区域とは、スペーサの直ぐ上方
に位置する燃料バンドル内の空間を意味する。更にま
た、燃料バンドルの上端付近においては、スペーサの直
ぐ上流側の区域（すなわち、スペーサの直ぐ下方の区
域）は燃料棒を被覆する水膜の欠如が最も起こり易い箇
所であることも理解されよう。すなわち、燃料バンドル
内におけるそれらの区域は遷移沸騰を最も受け易い箇所
なのである。
【０００８】第二に、沸騰の問題は少なくとも４つの極
めて複雑な変量の相互作用に関係している。それらの変
量とは、燃料棒の表面上における水膜の流れ、燃料棒上
の水膜からの気化、上方に向かって流れる蒸気による燃
料棒上の水膜の巻込み(entrainment) 、および（水膜を
維持するために役立つ）上方に向かって流れる水滴の燃
料棒に対する付着である。簡単に述べれば、これらの変
量の相互作用を正確に予測することは不可能であった。
それ故、沸騰水型原子炉用の燃料バンドルおよびスペー
サの設計に際しては、実寸大の試験装置を用いて実際に
モデル試験を行うことが必要なのである。
めて複雑な変量の相互作用に関係している。それらの変
量とは、燃料棒の表面上における水膜の流れ、燃料棒上
の水膜からの気化、上方に向かって流れる蒸気による燃
料棒上の水膜の巻込み(entrainment) 、および（水膜を
維持するために役立つ）上方に向かって流れる水滴の燃
料棒に対する付着である。簡単に述べれば、これらの変
量の相互作用を正確に予測することは不可能であった。
それ故、沸騰水型原子炉用の燃料バンドルおよびスペー
サの設計に際しては、実寸大の試験装置を用いて実際に
モデル試験を行うことが必要なのである。
【０００９】最後に、予測不可能な相互作用が沸騰水型
原子炉の燃料バンドル内における沸騰現象を引起こすた
め、燃料バンドルの上部二相領域内に配置されるスペー
サの設計が変化すれば所要の水膜の回復の程度も様々に
変化することが判明している。それ故、以後の説明にお
いては、個々の燃料バンドル内におけるスペーサの種類
および総数は変化し得るものと理解すべきである。
原子炉の燃料バンドル内における沸騰現象を引起こすた
め、燃料バンドルの上部二相領域内に配置されるスペー
サの設計が変化すれば所要の水膜の回復の程度も様々に
変化することが判明している。それ故、以後の説明にお
いては、個々の燃料バンドル内におけるスペーサの種類
および総数は変化し得るものと理解すべきである。
【００１０】沸騰水型原子炉の核的性能について述べれ
ば、水の密度は重要である。簡単に述べれば、核反応は
速い中性子を発生する。しかるに、核反応を持続させる
ためには遅い中性子または熱中性子が必要である。減速
材の機能は、速い中性子を熱平衡状態にまで減速して核
反応を持続させることにある。このような減速が十分に
達成されるためには、原子炉内の全ての位置における減
速材の密度が十分に高くなければならない。しかるに、
燃料バンドルの上部中心領域における減速材の密度が低
いことは既に述べた通りである。
ば、水の密度は重要である。簡単に述べれば、核反応は
速い中性子を発生する。しかるに、核反応を持続させる
ためには遅い中性子または熱中性子が必要である。減速
材の機能は、速い中性子を熱平衡状態にまで減速して核
反応を持続させることにある。このような減速が十分に
達成されるためには、原子炉内の全ての位置における減
速材の密度が十分に高くなければならない。しかるに、
燃料バンドルの上部中心領域における減速材の密度が低
いことは既に述べた通りである。
【００１１】このような状態を矯正するためには、沸騰
水型原子炉用燃料バンドルの内部にいわゆる水管を挿入
すればよいことが知られている。かかる水管は液体減速
材で満たされていて、効率の良い核反応を達成するため
に必要な減速材密度を燃料バンドルの上部中心領域に付
与するために役立つ。
水型原子炉用燃料バンドルの内部にいわゆる水管を挿入
すればよいことが知られている。かかる水管は液体減速
材で満たされていて、効率の良い核反応を達成するため
に必要な減速材密度を燃料バンドルの上部中心領域に付
与するために役立つ。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の水管は、燃料バ
ンドルの上部中心領域に液体減速材を供給するという核
的効果を有するとは言え、熱水力学的に見れば欠点を有
していることを理解すべきである。すなわち、水管が常
に液体減速材で満たされているようにするため、燃料バ
ンドルの下端から水が採取され、そして水管を通して燃
料バンドルの上端にまで直接に移送される。かかる水は
燃料バンドル内における蒸気発生用の水流から分離して
流れるから、燃料バンドルを通って上部中心領域に達す
るまでの水流は無駄になっているのである。
ンドルの上部中心領域に液体減速材を供給するという核
的効果を有するとは言え、熱水力学的に見れば欠点を有
していることを理解すべきである。すなわち、水管が常
に液体減速材で満たされているようにするため、燃料バ
ンドルの下端から水が採取され、そして水管を通して燃
料バンドルの上端にまで直接に移送される。かかる水は
燃料バンドル内における蒸気発生用の水流から分離して
流れるから、燃料バンドルを通って上部中心領域に達す
るまでの水流は無駄になっているのである。
【００１３】本発明の目的は、水管を含む燃料バンドル
の上部二相領域内における水の密度を維持しながら該燃
料バンドルの熱水力学的特性を向上させるような改良さ
れた水管を含む燃料バンドルを提供することにある。
の上部二相領域内における水の密度を維持しながら該燃
料バンドルの熱水力学的特性を向上させるような改良さ
れた水管を含む燃料バンドルを提供することにある。
【００１４】
【実施例】水を収容するために役立つ２つの独立した区
画室（すなわち、上部区画室および下部区画室）を有す
る改良された水管を含む燃料バンドルが開示される。下
部区画室は燃料バンドルの下端から流入した減速材を通
過させ、そして上方のスペーサ間の位置において水管の
管壁に設けられた開口からそれを排出する。上部区画室
は上方に開いていて、原子炉の運転に際しては上方に向
かって流れる減速材中の液体減速材が自然に降下するこ
とによって満たされる。その結果、水管の上部区画室内
には液体減速材が存在し、それによって燃料バンドルの
上部二相領域に所要の減速材密度が付与されることにな
る。それと同時に、燃料バンドルの下端から水管の下部
区画室を通って燃料バンドルの上部二相領域に流れる水
流が熱水力学的性能の向上をもたらす。詳しく述べれ
ば、上方に向かって流れる減速材中における蒸気の密度
が最大となるような燃料バンドルの上部二相領域の中心
部において水が排出される。なお、かかる排出は第１お
よび第２のスペーサ間あるいは第２および第３のスペー
サ間において行われることが好ましい。このような位置
において液体減速材が注入される結果、それは減速材密
度に関して最大の有利な効果をもたらすと共に、それら
のスペーサの直ぐ上流側において水膜を形成するという
有利な効果をももたらすことになる。このようにして、
燃料バンドルの水管に近接した燃料棒の熱水力学的性能
の向上が達成されるのである。
画室（すなわち、上部区画室および下部区画室）を有す
る改良された水管を含む燃料バンドルが開示される。下
部区画室は燃料バンドルの下端から流入した減速材を通
過させ、そして上方のスペーサ間の位置において水管の
管壁に設けられた開口からそれを排出する。上部区画室
は上方に開いていて、原子炉の運転に際しては上方に向
かって流れる減速材中の液体減速材が自然に降下するこ
とによって満たされる。その結果、水管の上部区画室内
には液体減速材が存在し、それによって燃料バンドルの
上部二相領域に所要の減速材密度が付与されることにな
る。それと同時に、燃料バンドルの下端から水管の下部
区画室を通って燃料バンドルの上部二相領域に流れる水
流が熱水力学的性能の向上をもたらす。詳しく述べれ
ば、上方に向かって流れる減速材中における蒸気の密度
が最大となるような燃料バンドルの上部二相領域の中心
部において水が排出される。なお、かかる排出は第１お
よび第２のスペーサ間あるいは第２および第３のスペー
サ間において行われることが好ましい。このような位置
において液体減速材が注入される結果、それは減速材密
度に関して最大の有利な効果をもたらすと共に、それら
のスペーサの直ぐ上流側において水膜を形成するという
有利な効果をももたらすことになる。このようにして、
燃料バンドルの水管に近接した燃料棒の熱水力学的性能
の向上が達成されるのである。
【００１５】先ず図１を見ると、代表的な部分の構が理
解できるようにチャネルＣの一部を切欠きかつ長さを切
り詰めた状態にある燃料バンドルＢが示されている。か
かる燃料バンドルＢは下部タイプレートＬを含んでいる
が、これは炉心支持板（図示せず）を通して原子炉（図
示せず）の下部から水を導入するために役立つノーズ部
材Ｎの上方部分を構成している。燃料バンドルＢの全長
にわたって伸びる１群の直立した燃料棒Ｒの上端は、上
部タイプレートＵによって捕捉されている。なお、一部
の燃料棒は部分長燃料棒であって、それの上端は上部タ
イプレートＵよりも下方に位置していることを理解すべ
きである。
解できるようにチャネルＣの一部を切欠きかつ長さを切
り詰めた状態にある燃料バンドルＢが示されている。か
かる燃料バンドルＢは下部タイプレートＬを含んでいる
が、これは炉心支持板（図示せず）を通して原子炉（図
示せず）の下部から水を導入するために役立つノーズ部
材Ｎの上方部分を構成している。燃料バンドルＢの全長
にわたって伸びる１群の直立した燃料棒Ｒの上端は、上
部タイプレートＵによって捕捉されている。なお、一部
の燃料棒は部分長燃料棒であって、それの上端は上部タ
イプレートＵよりも下方に位置していることを理解すべ
きである。
【００１６】燃料バンドルＢの中心部には水管Ｗが配置
されている。（一部の設計例においては、２本以上の水
管が使用されることもある。）水管Ｗは、上方に開いた
開放端１５を有する上部区画室１４を含んでいる。燃料
バンドルＢの定常動作に際しては、液体減速材（水）が
この開放端１５内に降下して上部区画室１４を満たすの
である。
されている。（一部の設計例においては、２本以上の水
管が使用されることもある。）水管Ｗは、上方に開いた
開放端１５を有する上部区画室１４を含んでいる。燃料
バンドルＢの定常動作に際しては、液体減速材（水）が
この開放端１５内に降下して上部区画室１４を満たすの
である。
【００１７】下部区画室１７には、下方の流入口１８お
よび上方の流出口２０が設けられている。燃料バンドル
Ｂの下端から流入した水の一部は水管Ｗの下部区画室１
７を通って流れ、そして流出口２０から流出する。図１
においては、かかる流出口２０は第１のスペーサＳ1 と
第２のスペーサＳ2 との間に示されている。次の図２を
見ると、縦方向に圧縮された状態で本発明の燃料バンド
ルＢが略示されている。かかる燃料バンドルＢは、下部
タイプレートＬ、上部タイプレートＵおよびそれらの間
に位置する水管Ｗを含んでいる。水管Ｗは、上方に開い
た開放端１５を有する上部区画室１４を含んでいる。水
管Ｗはまた、流入口１８および流出口２０を有する下部
区画室１７をも含んでいる。両区画室１４及び１７は、
区画壁１６により相互に仕切られている。全部で７個の
スペーサＳ1 〜Ｓ7 が配置されていて、本発明の好適な
実施の態様に従えば流出口２０はスペーサＳ2とスペー
サＳ3 との間に位置している。
よび上方の流出口２０が設けられている。燃料バンドル
Ｂの下端から流入した水の一部は水管Ｗの下部区画室１
７を通って流れ、そして流出口２０から流出する。図１
においては、かかる流出口２０は第１のスペーサＳ1 と
第２のスペーサＳ2 との間に示されている。次の図２を
見ると、縦方向に圧縮された状態で本発明の燃料バンド
ルＢが略示されている。かかる燃料バンドルＢは、下部
タイプレートＬ、上部タイプレートＵおよびそれらの間
に位置する水管Ｗを含んでいる。水管Ｗは、上方に開い
た開放端１５を有する上部区画室１４を含んでいる。水
管Ｗはまた、流入口１８および流出口２０を有する下部
区画室１７をも含んでいる。両区画室１４及び１７は、
区画壁１６により相互に仕切られている。全部で７個の
スペーサＳ1 〜Ｓ7 が配置されていて、本発明の好適な
実施の態様に従えば流出口２０はスペーサＳ2とスペー
サＳ3 との間に位置している。
【００１８】実際上、上部区画室１４の長さには制限が
ある。上部区画室１４が長過ぎると、それは不安定な流
れ（すなわち「チャギング(chugging)」）の発生部位と
なることがある。このような場合には、上方に向かって
流れる蒸気の流量が開放端１５の位置において大きくな
り過ぎる結果、上部区画室１４内に水が流入できなくな
る。上部区画室１４の内部が完全に空虚な状態に近づく
に従い、蒸気の流量は減少し、そして再び液体が流入し
始める。上部区画室１４が長過ぎると、このような全量
排出および再充填のサイクルが無限に続くのである。か
かる流れ振動は望ましいものではなく、水管Ｗの核的特
性を損なうことになる。それ故、上部区画室１４の長さ
は個々の水管の向流特性に応じて燃料バンドルＢの全長
の約1/4〜1/3 に制限することが好ましい。
ある。上部区画室１４が長過ぎると、それは不安定な流
れ（すなわち「チャギング(chugging)」）の発生部位と
なることがある。このような場合には、上方に向かって
流れる蒸気の流量が開放端１５の位置において大きくな
り過ぎる結果、上部区画室１４内に水が流入できなくな
る。上部区画室１４の内部が完全に空虚な状態に近づく
に従い、蒸気の流量は減少し、そして再び液体が流入し
始める。上部区画室１４が長過ぎると、このような全量
排出および再充填のサイクルが無限に続くのである。か
かる流れ振動は望ましいものではなく、水管Ｗの核的特
性を損なうことになる。それ故、上部区画室１４の長さ
は個々の水管の向流特性に応じて燃料バンドルＢの全長
の約1/4〜1/3 に制限することが好ましい。
【００１９】次の図３に示されるごとく、燃料バンドル
Ｂの上部二相領域においては、減速材がスペーサＳ3 、
Ｓ2 およびＳ1 の間で燃料棒Ｒに沿って上方に流れるの
に伴い、燃料バンドルＢの中心部に配置された燃料棒Ｒ
を被覆する水膜の厚さが減少することは既に述べた通り
である。液体および気体減速材は矢印４０の方向に沿っ
て上方に流れる。中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の厚
さは、線分Ｔ1 、Ｔ2およびＴ3 によって図式的に示さ
れている。この図に関しては若干の説明を行う必要があ
る。
Ｂの上部二相領域においては、減速材がスペーサＳ3 、
Ｓ2 およびＳ1 の間で燃料棒Ｒに沿って上方に流れるの
に伴い、燃料バンドルＢの中心部に配置された燃料棒Ｒ
を被覆する水膜の厚さが減少することは既に述べた通り
である。液体および気体減速材は矢印４０の方向に沿っ
て上方に流れる。中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の厚
さは、線分Ｔ1 、Ｔ2およびＴ3 によって図式的に示さ
れている。この図に関しては若干の説明を行う必要があ
る。
【００２０】第一に、線分Ｔ1 について述べれば、濃縮
核燃料の上端は第１のスペーサＳ1の近くに位置するの
が通例である。それ故、線分Ｔ1 が示唆している通り、
この部位においては中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の
厚さが問題になることはほとんどない。第二に、線分Ｔ
2 およびＴ3 について述べれば、スペーサＳ1 およびＳ
2 の間あるいはスペーサＳ2 およびＳ3 の間においては
中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の厚さが問題となるこ
とがある。約７５％までの流量においては、水膜の厚さ
の最大減少はスペーサＳ1 の直ぐ上流側において起こる
のが通例である。しかるに、流量が７５％を越えて増加
すると、水膜の厚さの最大減少はスペーサＳ2 の直ぐ上
流側において起こるのが通例である。スペーサの位置は
鉛直方向に沿って変化し得るから、流出口２０の最適配
置は個々の設計例に応じて決定すべきである。
核燃料の上端は第１のスペーサＳ1の近くに位置するの
が通例である。それ故、線分Ｔ1 が示唆している通り、
この部位においては中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の
厚さが問題になることはほとんどない。第二に、線分Ｔ
2 およびＴ3 について述べれば、スペーサＳ1 およびＳ
2 の間あるいはスペーサＳ2 およびＳ3 の間においては
中心部の燃料棒Ｒを被覆する水膜の厚さが問題となるこ
とがある。約７５％までの流量においては、水膜の厚さ
の最大減少はスペーサＳ1 の直ぐ上流側において起こる
のが通例である。しかるに、流量が７５％を越えて増加
すると、水膜の厚さの最大減少はスペーサＳ2 の直ぐ上
流側において起こるのが通例である。スペーサの位置は
鉛直方向に沿って変化し得るから、流出口２０の最適配
置は個々の設計例に応じて決定すべきである。
【図１】本発明に基づく改良された水管を含む燃料バン
ドルの部分切欠き斜視図であって、液体および気体減速
材の流路を示している。
ドルの部分切欠き斜視図であって、液体および気体減速
材の流路を示している。
【図２】図１の燃料バンドル内に配置された本発明の水
管の略図であって、水管の区画室に関する減速材の流路
を示している。
管の略図であって、水管の区画室に関する減速材の流路
を示している。
【図３】燃料バンドルの上部二相領域内における水膜の
厚さをスペーサに関連して図式的に示した線図であっ
て、燃料棒を被覆する水膜の相対厚さをスペーサに対す
る位置の関数として示している。
厚さをスペーサに関連して図式的に示した線図であっ
て、燃料棒を被覆する水膜の相対厚さをスペーサに対す
る位置の関数として示している。
Ｂ 燃料バンドル Ｃ チャネル Ｌ 下部タイプレート Ｒ 燃料棒 Ｓ 燃料棒スペーサ Ｕ 上部タイプレート Ｗ 水管 １４ 上部区画室 １５ 開放端 １７ 下部区画室 １８ 流入口 ２０ 流出口
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−150888（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197793（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−10191（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−138493（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/326 GDB
Claims (8)
- 【請求項１】 沸騰水型原子炉用の燃料バンドルであっ
て、当該燃料バンドルは、 核反応を起こして蒸気を発生するための直立した燃料棒
のマトリックスと、 前記燃料棒のマトリックスを支持すると共に、液体減速
材としての水を当該燃料バンドルの下端から流入させる
ための下部タイプレートと、 前記燃料棒の少なくとも一部を保持すると共に、当該燃
料バンドルの上端から水および蒸気を流出させるための
上部タイプレートと、 前記下部および上部タイプレートとそれらの間に位置す
る前記燃料棒とを包囲し、それにより両タイプレート間
において燃料棒を取巻く流路内に水流を閉込めるチャネ
ルと、 鉛直方向に沿って互いに離隔して配置された複数の燃料
棒スペーサであって、各スペーサは特定の鉛直方向位置
において前記燃料棒の各々を包囲してそれらを並列状態
に保持する燃料棒スペーサと、 当該燃料バンドルの上部二相領域に液体減速材としての
水を供給するため当該燃料バンドル内に配置された水管
と、 を備えて成り、前記水管の改良点として、 前記水管は上部区画室及び下部区画室を有し、該上部区
画室は下部区画室から隔離されており、 上記上部区画室は、当該燃料バンドルの動作に際して水
を受入れかつ保持するための上方に開いた開放端を有し
ていて、重力によって上方から流れ込んだ水で満たさ
れ、且つ、 当該燃料バンドルの下部から水を流入させるための、前
記下部区画室の下端部に連通した導入手段と、 前記下部区画室の上部に連通した排出手段であって、当
該燃料バンドルの最も上のスペーサの下方の上部二相領
域内に水を排出する排出手段と、 を有することを特徴とする燃料バンドル。 - 【請求項２】 前記下部区画室の上端部に連通した前記
排出手段が、燃料バンドルの上部から数えて第１および
第２のスペーサ間で水を排出する、請求項１の燃料バン
ドル。 - 【請求項３】 前記下部区画室の上端部に連通した前記
排出手段が、燃料バンドルの上部から数えて第２および
第３のスペーサ間で水を排出する、請求項１の燃料バン
ドル。 - 【請求項４】 当該燃料バンドルが中心部に１本の水管
を含む請求項１の燃料バンドル。 - 【請求項５】 沸騰水型原子炉用の燃料バンドルであっ
て、 核反応を起こして蒸気を発生するための直立した燃料棒
のマトリックスと、 前記燃料棒のマトリックスを支持すると共に、液体減速
材としての水を当該燃料バンドルの下端から流入させる
ための下部タイプレートと 前記燃料棒の少なくとも一部を保持すると共に、前記燃
料バンドルの上端から水および蒸気を流出させるための
上部タイプレートと、 前記下部および上部タイプレートとそれらの間に位置す
る前記燃料棒とを包囲し、それにより両タイプレート間
において燃料棒を取巻く流路内に水流を閉込めるための
チャネルと、 鉛直方向に沿って互いに離隔して配置された複数の燃料
棒スペーサであって、各スペーサは特定の鉛直方向位置
において前記燃料棒の各々を包囲してそれらを並列状態
に保持する燃料棒スペーサと、 当該燃料バンドルの上部二相領域に液体減速材としての
水を供給するため当該燃料バンドル内に配置された水管
と、 前記水管内の上部区画室であって、上方に開いた開放端
を有していて、前記燃料バンドルの動作に際して水を受
入れかつ保持するための上部区画室と、 前記水管内の下部区画室であって、前記上部区画室とは
隔離された下部区画室と、 当該燃料バンドルの下部から水を流入させるための、前
記下部区画室の下端部に連通した導入手段と、 前記下部区画室の上部に連通した排出手段であって、当
該燃料バンドルの最も上のスペーサの下方の上部二相領
域内に水を排出する排出手段と、 を備えて成る燃料バンドル。 - 【請求項６】核反応を起こして蒸気を発生するための直
立した燃料棒のマトリックスと、 前記燃料棒のマトリックスを支持すると共に、液体減速
材としての水を当該燃料バンドルの下端から流入させる
ための下部タイプレートと前記燃料棒の少なくとも一部
を保持すると共に、前記燃料バンドルの上端から水およ
び蒸気を流出させるための上部タイプレートと、 前記下部および上部タイプレートとそれらの間に位置す
る前記燃料棒とを包囲し、それにより両タイプレート間
において燃料棒を取巻く流路内に水流を閉込めるための
チャネルと、 鉛直方向に沿って互いに離隔して配置された複数の燃料
棒スペーサであって、各スペーサは特定の鉛直方向位置
において前記燃料棒の各々を包囲してそれらを並列状態
に保持する燃料棒スペーサと、 当該燃料バンドルの上部二相領域に液体減速材としての
水を供給するため当該燃料バンドル内に配置された水管
と、 を備えて成る沸騰水型原子炉用の燃料バンドルにおい
て、 前記水管に上部区画室を設け、 前記上部区画室の上端を開放することにより、前記燃料
バンドルの動作に際して前記上部区画室内に水を受入れ
て保持し、 前記水管に下部区画室であって、前記上部区画室とは隔
離された下部区画室を設け、 前記燃料バンドルの下部から前記下部区画室の下端部に
水を導入し、且つ、 前記下部区画室の上端部から、前記燃料バンドルの最も
上のスペーサの下方の燃料バンドル内部に水を排出する
ことによって前記燃料バンドルの前記上部二相領域に水
を供給する、 諸工程から成ることを特徴とする、液体減速材としての
水を前記水管に供給するための方法。 - 【請求項７】 前記燃料バンドルの内部への水の排出が
第１および第２のスペーサ間において行われる請求項６
の方法。 - 【請求項８】 前記燃料バンドルの内部への水の排出が
第２および第３のスペーサ間において行われる請求項６
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|
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