(57)【要約】【課題】下部タイプレートの入口ノズルの流動抵抗を減らすことにより、圧損損失を低減した燃料集合体用下部タイプレートを提供する。【解決手段】燃料集合体用下部タイプレート６の下端部に設置された複数のバーからなるノーズピース６４の中心点から十字状の制御棒８の中心を結ぶ直線に対して、＋１０°〜＋１２０°の間及び−１０°〜−１２０°の間の領域に前記複数のバーを配設しないこととする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料集合体用下部タイプレートの下端部に設置された複数のバーからなるノーズピースの中心点から十字状の制御棒中心を結ぶ直線に対して、＋１０°〜＋１２０°の間及び−１０°〜−１２０°の間の領域に前記複数のバーを配設しないことを特徴とする燃料集合体用下部タイプレート。
【請求項２】
前記ノーズピースの頂点の位置を前記制御棒の中心位置に対して入口ノズル中央部から反対方向に偏移させたことを特徴とする請求項１記載の燃料集合体用下部タイプレート。
【請求項３】
前記複数のバーのうち、少なくとも制御棒中心方向に近いバーの断面形状を流線形又はくさび形としたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料集合体用下部タイプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に沸騰水型原子炉で使用される燃料集合体用下部タイプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）においては、液体の冷却材が炉心底部から流入し、炉心に装荷された複数の燃料集合体を経て、燃料集合体の頂部から水／蒸気混合物として流出する。複数の燃料集合体は、制御棒案内管上に垂直方向に支持された燃料支持金具の上に載置されている。
【０００３】
燃料集合体及び下部タイプレートの構成例を図６乃至図８により説明する。図６（ａ）、（ｂ）は９×９型燃料集合体の断面図であり、燃料集合体１は、上部タイプレート５及び下部タイプレート６、これらのタイプレートに両端が保持される複数の燃料棒３及びウォータロッド４、燃料棒間の間隙を維持する複数の燃料スペーサ７からなる燃料バンドル、及び角筒状のチャンネルボックス２から構成される。下部タイプレート６は、一般に冷却材が流入する入口ノズル６１と、燃料棒下端部が挿入支持される上部グリッド６２からなり、これらを一体鋳造したものが用いられている。
【０００４】
この燃料集合体１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す燃料支持金具９に４体一組で支持される。燃料集合体１を支持する燃料支持金具９の上縁部にはシート面が設けられており、このシート面に下部タイプレート６の外周面が密接する。制御棒案内管の外側を上昇してきた冷却材は、燃料支持金具９下部の入口オリフィス９１から図７（ａ）の矢印９２に示すように燃料支持金具９内に流入し、燃料支持金具９内部の流路９９を経て、上縁部に密接している下部タイプレート６の入口ノズル６１から下部タイプレート６内に流入し、下部タイプレート６内部で鉛直上方に向かって流路面積が拡大するディフューザ部６３を通り、上部グリッド６２の流路孔を通過して各々の燃料棒の周りを流れる。
【０００５】
また、入口ノズル６１の周囲には通常３本のバー（トリプルブリッジ）からなるノーズピース６４が設けられ、従来のノーズピースは図８に示すように、入口ノズル６１の中心点から制御棒中心に向かう直線に対して、１本は＋１５°（または−１５°）の方向、１本は−１０５°（または＋１０５°）の方向、残りの１本は＋１３５°（または−１３５°）方向に向かって入口ノズル６１の円周上に架橋されている（特許文献１）。
【０００６】
ところで、原子炉内には、剥離した金属酸化物や定期検査作業中に混入した金属片などの異物（デブリ）が混入される可能性があり、冷却材の流れとともに燃料集合体内に侵入したデブリが燃料スペーサにトラップされ、燃料棒被覆管のフレッティング損傷を引き起こすことが知られており、炉心燃料へのデブリ流入を防止するため、様々な形式のデブリフィルタが用いられている。
【０００７】
このようなデブリフィルタとして、例えば、針金状デブリまで捕捉できるよう、フィルタ内部の流路を湾曲させることによって、フィルタ入口から出口までの流路が一直線にならないようにすることにより、細長い線状のデブリを流路の湾曲部で捕捉する手段（特許文献２）や、流路が冷却材流れ方向に対して異なる方向に傾斜する上流側平板集合体と下流側平板集合体からなるフィルタによって、線状デブリを捕捉する手段（特許文献３）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８３４８４号公報
【特許文献２】特許第３０６５１１９号公報
【特許文献３】特開２００１−１４１８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、既存炉心の取替燃料を設計する場合、炉心全体の流量及び混在する燃料との流量配分を維持するため、圧力損失特性を既存燃料と同等にする必要がある。このためこれまで設計された燃料は、デブリフィルタが付いている燃料でも、デブリフィルタが付いていない燃料と圧力損失が同等または許容される範囲内に収まるように設計する必要がある。
【００１０】
圧力損失特性の良いデブリフィルタであっても圧力損失はゼロではないため、取替燃料としてデブリフィルタ付きの燃料を採用する場合、デブリフィルタによる圧損増加分を何らかの方法で削減して、集合体全体の圧力損失をほぼ一定に維持しなければならない。
【００１１】
一方、下部タイプレート６の圧力損失の測定によると、下部タイプレートの型式にもよるが、入口ノズル６１と上部グリッド６２での圧損が大半となり、両者は同程度であることが知られている。そのため、入口ノズル６１での圧損を大幅に低減できると、下部タイプレート６の圧損は半減できることがわかる。
【００１２】
ところが、下部タイプレート６の入口ノズル６１には３本のバーからなるノーズピース６４が設けられており、これが冷却材流の進路に位置するため、冷却材流の流れを乱し圧力損失の一要因となっていた。これらのバーによる圧力損失を抑制するために、バーをノズル中心点から制御棒中心に向かう直線に対して、±４５°の範囲内に配設しないようにすることが提案されている（特許文献１）。
しかしながら、ノーズピースを上記のように配設しても、下部タイプレート内で発生する螺旋渦状の冷却材流によって圧力損失が軽減できないという問題があった。
【００１３】
本発明者等は、下部タイプレート内の冷却材流の分布を解析することにより、上記課題を解決したもので、本発明は下部タイプレートの入口ノズルの流動抵抗を減らすことにより、圧損損失を低減した燃料集合体用下部タイプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明に係る燃料集合体用下部タイプレートは、燃料集合体用下部タイプレートの下端部に設置された複数のバーからなるノーズピースの中心点から十字状の制御棒中心を結ぶ直線に対して、＋１０°〜＋１２０°の間及び−１０°〜−１２０°の間の領域に前記複数のバーを配設しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料集合体下部タイプレートの入口ノズルに流入する冷却材渦の進路に、ノーズピースの複数のバーが位置しないため、ノーズピースにより生じる圧力損失を小さく抑えることができる。これにより、デブリフィルタが装着された燃料集合体を採用しても圧力損失を低減することが可能となり、燃料集合体の熱的特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る燃料支持金具内の冷却材流分布の模式図。
【図２】第１の実施形態に係るノーズピースの構成図。
【図３】第１の実施形態に双子螺旋渦状の冷却材流領域を示す図。
【図４】第２の実施形態に係るノーズピースの構成図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態に係るノーズピースの断面図。
【図６】（ａ）は従来の燃料集合体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線横断面図。
【図７】（ａ）は燃料支持金具の断面図、（ｂ）はその外観図。
【図８】従来のノーズピースの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、下部タイプレートに流入する冷却材流分布について図１により説明する。  
図１は、図７のＢ−Ｂ線における冷却材流分布を示している。燃料支持金具９のオリフィス９１から流入した冷却材は、十字型の制御棒８の中心位置の方向に偏流して燃料支持金具９内の流路９９を下部タイプレートに向かって螺旋状に渦巻きながら上昇する。すなわち、図７のＢ−Ｂ線断面の冷却材は、流路９９全体を上昇する流れの成分とともに、渦状の流れの成分をもつ。この冷却材流は図１に示すような略面対称な双子螺旋渦状の冷却材流となって下部タイプレート６のノ入口ズル部６１に流入する。この流れ方向が相互に逆向きの略面対称の双子螺旋渦状の冷却材流９５ａ、９５ｂは、図１に示すように、入口ノズル６１の中心と十字型制御棒８の中心位置をとおる直線９７の両側にそれぞれに形成される。そして直線９７を含む所定の幅の領域９６は比較的流量が少ない。このような冷却材流分布を持つ冷却材は、３本のバーからなるノーズピース６４を経て入口ノズル６１に流入し、ディフューザ６３内を上昇する。
【００１８】
なお、この冷却材流分布は、本発明者等による流れ解析により新たに知見されたものであり、本発明はこの知見を下になされたものである。
【００１９】
以下、本発明に係る燃料集合体用下部タイプレートの実施形態を、図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る燃料集合体用下部タイプレートを図２及び図３を参照して説明する。
【００２０】
図１に示す双子螺旋渦状の冷却材流９５ａ、９５ｂは、燃料支持金具９内の流路９９を上昇するが、その分布は、図３に示すように、入口ノズル６１の中心から制御棒８の中心位置を結ぶ方向に対して、−１０°〜−１２０°の領域９８ａと＋１０°〜＋１２０°の領域９８ｂに集中する。
【００２１】
本第１の実施形態では、入口ノズル６１に設けられているノーズピース６４の３本のバーを上記領域９８ａ、９８ｂに位置しないように配設したことを特徴としている。
すなわち、本第１の実施形態に係る下部タイプレート６は、入口ノズル６１に設けられている３本のバーが、入口ノズル６１の中心から制御棒８の中心位置を結ぶ方向に対して、＋１０°〜＋１２０°の間及び−１０°〜−１２０°の間の領域９８ａ、９８ｂに位置しないように配置されている。
【００２２】
図２示す具体例では、ノーズピース６４の３本のバーが、０°及び±１３５°付近に配置しているが、これに限定されず、上記領域９８ａ、９８ｂに位置しないように設置されていればよい。
【００２３】
上記構成により、下部タイプレート６の入口ノズル６１に設けた３本のバーからなるノーズピース６４は、双子螺旋渦状で入口ノズル６１に流入する冷却材流の進路に位置しないため、流入する冷却材渦流の通過を円滑にして冷却材渦流を乱さないことにより、ノーズピース６４下流側における下部タイプレート６の内壁面からの冷却材流れの大規模な剥離を軽減し、その結果、下部タイプレート６の内部に生じる圧力損失を小さく抑えることができる。
【００２４】
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、燃料集合体用下部タイプレートの圧力損失を大幅に低減することができるため、燃料発熱部の熱的特性の向上を図ることができる。
【００２５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る燃料集合体用下部タイプレートを図４を参照して説明する。
本第２の実施形態では、入口ノズル６１に設けられているノーズピース６４の３本のバーは双子螺旋渦状の冷却材流領域９８ａ、９８ｂに位置しないように配設するが、さらに３本のバーの長さを異ならせた構成としている。図４に示す例では、３本のバーの中心位置、すなわちノーズピース６４の頂点の位置を制御棒の中心位置に対して反対方向に偏移させていおり、これにより、入口ノズル６１の中心から制御棒８の中心位置に延びるバー６４ａの長さが他のバー６４ｂよりも長く設定されている。
【００２６】
この構成により、下部タイプレート６の入口ノズル６１に設けたノーズピース６４はその中心位置も含め、双子螺旋渦状で入口ノズル６１に流入する冷却材流の進路に位置しないため、入口ノズル６１で発生する圧力損失をさらに小さく抑えることができる。
【００２７】
また、下部タイプレート６の燃料支持金具９への着座性能を損なわないように、ノーズピース６４の先端位置の偏移量をノズル内径のおよそ１／４以内としている。
本第２の実施形態によれば、燃料集合体用下部タイプレートの圧力損失をさらに低減することができるため、燃料発熱部の熱的特性の向上を図ることができる。
【００２８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る燃料集合体用下部タイプレートを図５を参照して説明する。
本第３の実施形態では、入口ノズル６１に設けたノーズピース６４の３本のバーのうち、少なくとも最も制御棒の中心位置に近いバーの断面形状を、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却水流方向に対して流線形又はくさび形の形状としている。なお、図５（ａ）、（ｂ）は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
上記構成において、特に、制御棒の中心位置に最も近いバーは双子螺旋渦状で入口ノズル６１に流入する冷却材渦の対称線上に位置するため、その断面形状を流線形またはくさび形にすることにより、冷却材渦の通過を円滑にし、冷却材渦流を乱さないことにより、下流側の剥離を軽減し、その結果、下部タイプレート内部により生じる圧力損失をさらに小さく抑えることができる。  
本第３の実施形態によれば、燃料集合体用下部タイプレートの圧力損失をさらに低減することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、デブリフィルタを備えた下部タイプレートに適用した例を説明したが、圧力損失を低減するためにデブリフィルタを有さない下部タイプレートにも適用できることはもちろんである。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１…燃料集合体、２…チャンネルボックス、３…燃料棒、４…ウォータロッド、５…上部タイプレート、６…下部タイプレート、６１…入口ノズル、６２…上部グリッド、６３…ディフューザ、６４…ノーズピース、６４ａ，６４ｂ…バー、７…燃料スペーサ、８…制御棒、９…燃料支持金具、９１…入口オリフィス、９５ａ，９５ｂ…双子螺旋渦状の冷却材流、９８ａ，９８ｂ…双子螺旋渦状の冷却材流領域、９９…燃料支持金具内流路。
【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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