(57)【要約】【課題】流水孔から流入して燃料棒に衝突する冷却水の流れを均一化することができる下部ノズルを提供すると共に、さらに、フレッティング摩耗の発生を抑制することができる加圧水型原子炉用燃料集合体を提供する。【解決手段】加圧水型原子炉の下部炉心板に設けられた流水孔を経由して燃料棒へ向けて冷却水を流入させるために、加圧水型原子炉用原子燃料集合体に設けられた下部ノズルであって、プレート部に多数の流水孔が設けられており、下部炉心板の流水孔からの冷却水が直下流となる箇所に位置する下部ノズルの流水孔の大きさが、その箇所に位置しない下部ノズルの流水孔の大きさに比べて小さい下部ノズル。前記下部ノズルが用いられている加圧水型原子炉用燃料集合体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧水型原子炉の下部炉心板に設けられた流水孔を経由して燃料棒へ向けて冷却水を流入させるために、加圧水型原子炉用原子燃料集合体に設けられた下部ノズルであって、
プレート部に多数の流水孔が設けられており、
前記下部炉心板の流水孔からの冷却水が直下流となる箇所に位置する前記下部ノズルの流水孔の大きさが、前記箇所に位置しない前記下部ノズルの流水孔の大きさに比べて小さいことを特徴とする下部ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の下部ノズルが用いられていることを特徴とする加圧水型原子炉用原子燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉用原子燃料集合体およびそれに用いられる下部ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）に用いられる原子燃料集合体（以下、単に「燃料集合体」ともいう）は、図６に示すように、多数の燃料棒２１を並列し、かつシンブル管２２等を混入して複数の支持格子２３で支持させた燃料棒束部と、これらを上下から固定する上部ノズルＮ’と下部ノズルＮとで構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
下部ノズルＮは、図７に示すように、燃料集合体の骨格となるシンブル管２２（図６参照）を固定する複数のシンブルスクリュー穴Ｓと、多数の流水孔１１とが設けられた四角形のプレート部１と、プレート部１のコーナー部より垂下し、下部炉心板Ｂとの間に所定の間隔を設けてプレート部１を支持する４本の脚部２とから構成されている。
【０００４】
そして、下部炉心板Ｂには、図８の透視図に示すように、１つの燃料集合体に対して４つの流水孔Ｈが設けられている。
【０００５】
このような燃料集合体を備えたＰＷＲにおいて、冷却材（冷却水）は下部炉心板Ｂの流水孔Ｈからプレート部１の流水孔１１を経由して燃料集合体内に流入し、燃料棒２１および支持格子２３の間を通って、上部ノズルＮ’に至る。上部ノズルＮ’に至った冷却水は、その後、再び下部炉心板Ｂに送られて、冷却水が循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３６６８１号公報
【特許文献２】特開２００１−４７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＰＷＲに用いられる燃料集合体においては、一般的に、プレート部１にほぼ均一に分布するように多数の流水孔１１が設けられていたため、流水孔１１から流入する冷却水に均一な流れを形成させることができなかった。
【０００８】
具体的には、図９に示すように、流水孔１１の上流側にある下部炉心板Ｂの流水孔Ｈから直下流となる箇所では流速が高く、それ以外の箇所では流速が低くなるため、冷却水の不均一な流れを形成していた。
【０００９】
このように不均一な流れで流入した冷却水は、そのまま、殆ど均一化されることなく燃料棒２１に衝突して、燃料棒２１に異常な水力振動を発生させる。
【００１０】
この結果、支持格子２３と燃料棒２１との間に摩擦が生じて、いわゆるフレッティング摩耗を引き起こしていた。このフレッティング摩耗が進行して燃料棒２１を貫通すると、本来、燃料棒内に閉じこめられているべき核分裂生成物等の漏洩を招き、所謂「燃料もれ」が発生する恐れがある。
【００１１】
このため、流水孔から流入して燃料棒に衝突する冷却水の流れを均一化して、フレッティング摩耗の発生を抑制することができる燃料集合体が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各請求項について説明する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、
加圧水型原子炉の下部炉心板に設けられた流水孔を経由して燃料棒へ向けて冷却水を流入させるために、加圧水型原子炉用原子燃料集合体に設けられた下部ノズルであって、
プレート部に多数の流水孔が設けられており、
前記下部炉心板の流水孔からの冷却水が直下流となる箇所に位置する前記下部ノズルの流水孔の大きさが、前記箇所に位置しない前記下部ノズルの流水孔の大きさに比べて小さいことを特徴とする下部ノズルである。
【００１４】
請求項１に記載の発明においては、下部ノズルのプレート部に設けられる流水孔について、下部炉心板の流水孔からの冷却水が直下流となる箇所に位置する流水孔の大きさを、下部炉心板の流水孔からの冷却水が直下流となる箇所に位置しない流水孔の大きさに比べて小さくしている。このため、下部炉心板から流入した冷却水が下部ノズルの流水孔を通過する際、下部炉心板の流水孔の直下流では下部ノズルの流水孔の圧力損失係数を高くして、局所的に圧損を高めることができ、下部炉心板の流水孔の直下流の流速を減速させることができる。
【００１５】
この結果、下部ノズルのプレートの下流側において、冷却水の均一な流速分布が実現されて、燃料棒に異常な水力振動を発生させることが充分に抑制され、フレッティング摩耗によるトラブルの発生を抑制することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の下部ノズルが用いられていることを特徴とする加圧水型原子炉用原子燃料集合体である。
【００１７】
請求項２に記載の発明においては、異常な水力振動の発生が充分に抑制されるため、燃料漏れ等、支持格子燃料棒間のフレッティング摩耗によるトラブルの発生が低減されたＰＷＲ用原子燃料集合体を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流水孔から流入して燃料棒に衝突する冷却水の流れを均一化できる下部ノズルを提供することができると共に、フレッティング摩耗の発生を抑制できる加圧水型原子炉用燃料集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の下部ノズルの流水孔の配置の一例を示す平面図である。
【図２】従来の一般的な下部ノズルの流水孔の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の下部ノズルを通過する前後の冷却水の流速を説明する断面図である。
【図４】本発明の下部ノズルの流水孔の配置の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の下部ノズルの流水孔の配置のさらに他の例を示す平面図である。
【図６】燃料集合体の構成を模式的に示す正面図である。
【図７】従来の一般的な下部ノズルの斜視図である。
【図８】下部ノズルと下部炉心板の流水孔との位置関係を示す透視図である。
【図９】従来の下部ノズルを通過する前後の冷却水の流速を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施の形態により説明する。
【００２１】
本実施の形態の下部ノズルは、基本的には従来の下部ノズルと同じ構造を有している。即ち、図７に示すように、四角形のプレート部１とプレ−ト部１のコーナー部から垂下する複数の脚部２を備えている。
【００２２】
しかし、本実施の形態の下部ノズルの場合、プレート部１に設けられた多数の流水孔の大きさが均一でない点が従来の下部ノズルの場合と相違する。図１に本実施の形態の下部ノズルの流水孔の配置の一例を示す。また、比較のため、図２に従来の一般的な下部ノズルの流水孔の配置を示す。図１、図２は共に平面図であり、図１、図２において、Ｎは下部ノズル、１はプレート部であり、１１は下部ノズルの流水孔である。また、下部炉心板との平面視における位置関係を表すため、下部炉心板の流水孔Ｈを破線で併記した。なお、図が煩雑になるのを避けるため、脚部およびシンブルスクリュー穴の記載を省略してある。
【００２３】
図２に示すように、従来の下部ノズルＮではいずれの流水孔１１の大きさも均一である。このため、前記のように冷却水の流速は流水孔Ｈの直下流で高く、それ以外では流速が低くなる。そして、この冷却水の流速の不均一さは、下部ノズルＮの流水孔１１を通過した後も殆ど均一化されない。このため不均一な流速を有する冷却水が燃料棒に衝突して、燃料棒に異常な水力振動が発生していた。
【００２４】
一方、図１に示すように、本実施の形態の下部ノズルＮでは流水孔Ｈの直下流に位置する流水孔１１の大きさが、流水孔Ｈの直下流に位置しない流水孔１１の大きさに比べて小さくなるように形成されている。このように流水孔Ｈの直下流に位置する流水孔１１の大きさを流水孔Ｈの直下流に位置しない流水孔１１の大きさに比べて小さく構成することにより、図３に示すように冷却水が流水孔１１を通過した後には、前記のように流水孔Ｈの直下流の流速が減速され、プレート部１の下流側では流速が均一化される。なお、図３は本実施の形態の下部ノズルＮにおいてプレート部１を通過する前後の冷却水の流速を説明する断面図であり、矢印は冷却水の速度ベクトルを示している。
【００２５】
即ち、下部炉心板Ｂの流水孔Ｈの直下流に位置する下部ノズルＮの流水孔１１の圧力損失係数を高くして、局所的に冷却水を流れにくくすることにより、下部ノズルＮのプレート１の下流で均一な冷却水の流速分布を実現させることができる。そして、このような均一な流速を有する冷却水が燃料棒に衝突するため、燃料棒の異常な水力振動の発生が抑制される。
【００２６】
従って、本実施の形態の下部ノズルＮを用いることにより、燃料棒の異常な水力振動の発生を抑制することができ、燃料漏れ等、支持格子燃料棒間フレッティング摩耗によるトラブルの発生が低減される。
【００２７】
なお、本実施の形態においては、図１に示すように、流水孔１１の形状として円形の場合を示したが、本発明においては、流水孔１１の形状は円形に限定されず、他の形状であってもよい。例えば図４に示すように流水孔１１の形状が四角形あるいは図５に示すように流水孔１１の形状が扇形である等、如何なる形状であっても流水孔が円形の場合と同等の効果を奏する。
【００２８】
そして、上記のような下部ノズルＮを用いることにより、燃料漏れ等の支持格子燃料棒間フレッティング摩耗によるトラブルの発生が低減された燃料集合体を提供することができる。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１      プレート部
２      脚部
１１    下部ノズルの流水孔
２１    燃料棒
２２    シンブル管
２３    支持格子
Ｂ      下部炉心板
Ｈ      下部炉心板の流水孔
Ｎ      下部ノズル
Ｎ’    上部ノズル
Ｓ      シンブルスクリュー穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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