JP3471192B2 - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｄ格子炉心に装荷
され、複数本の燃料棒の上下端をそれぞれ上部タイプレ
ートと下部タイプレートとで支持するとともに、これら
両タイプレート間で燃料棒相互の間隔を複数の燃料スペ
ーサで保持し、かつその外周をチャンネルボックスで囲
み、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスを
チャンネルファスナで結合した燃料集合体に係り、特
に、地震などの振動により発生する燃料集合体の傾きを
抑制し、Ｄ格子炉心で発生する中性子束上昇によるスク
ラム対策を講じた燃料集合体に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の燃料集合体におけるチャ
ンネルファスナは、図５（Ａ），（Ｂ）に示すようなも
のがある。図５（Ａ），（Ｂ）において、チャンネルフ
ァスナ１は、一般にガード２、板スプリング３、ロック
ワッシャ４、およびキャップスクリュー５から構成され
ている。ガード２は、ほぼ三角形状に形成された平上板
６と、この平上板６とで断面Ｌ字形をなして下方に延び
る脚体７とが鋳物または鋼板により一体に形成されてい
る。板スプリング３は、その上板部８からガード２の脚
体７の隅角部を間に挟んで２分される２枚のスプリング
脚９を有し、これらのスプリング脚９は、脚体７の外側
面下方に沿って外側に折れ曲がりかつ下方部では脚体７
とのギャップを確保しつつ、先端では内側に折れ曲がっ
て脚体７に接している。 【０００３】チャンネルファスナ１は、図６に示すよう
に燃料集合体１０に取り付けられ、この燃料集合体１０
は原子炉の炉心内に装荷され、炉心下方に設置された受
台としての燃料支持金具（図示せず）上で自立する一
方、その上部は上部格子板により側方の倒れが拘束され
ることにより、鉛直方向に平行状態で整列する。 【０００４】すなわち、燃料集合体１０は、複数本の燃
料棒の上下端をそれぞれ上部タイプレート１１と下部タ
イプレート１２とで支持するとともに、これら両タイプ
レート１１，１２間で燃料棒相互の間隔を複数の燃料ス
ペーサで保持し、かつその外周をチャンネルボックス１
３で囲み、上部タイプレート１１とチャンネルボックス
１３をチャンネルファスナ１で結合している。 【０００５】また、図７に示すように、上部格子板１４
の１つの格子内には４体の燃料集合体１０が挿入され、
隣り合う燃料集合体１０は、チャンネルファスナ１の板
スプリング３のスプリング脚９が互いに押し合うよう
に、脚体７からの高さが設定されているため、残りの側
面は上部格子板１４の格子壁面に圧接されている。 【０００６】このように構成されたチャンネルファスナ
１において、スプリング脚９に水平方向の外力が加わる
と、スプリング脚９は図５（Ｂ）に示すように初期曲げ
高さＨ１からその先端が脚体７の外面上を接触したまま
下方に移動し、脚体７の下方および側方に設けられてい
るガード高さＨ２と同じになるまで撓むことができる。 【０００７】ところで、４体の燃料集合体１０を１組と
して多数の燃料集合体が装荷されている炉心は、各燃料
集合体１０の設置間隔が均一なＣ格子炉心と、設置間隔
が不均一なＤ格子炉心とに大別される。このＤ格子炉心
は、図７に示すように４体１組の燃料集合体１０間の間
隔が広い部分（ワイドギャップ）と、上部格子板１４側
の間隔が狭い部分（ナローギャップ）とで構成されてい
る。なお、図７において、制御棒１５は十字形に形成さ
れ、４体の燃料集合体１０間に挿入したりまたは引き抜
かれる。 【０００８】また、Ｃ格子炉心に用いられるチャンネル
ファスナの形状は、図５（Ａ），（Ｂ）および図６に示
され、さらにＤ格子炉心に用いられるチャンネルファス
ナの形状は、図８（Ａ），（Ｂ）および図９に示されて
いる。なお、図８（Ａ），（Ｂ）および図９では、Ｃ格
子炉心に用いられるチャンネルファスナと同一または対
応する部分に同一の符号を用いてその説明を省略する。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料集
合体１０においては、地震などの振動により水平方向に
加速度が加わると、炉心格子内で４体の燃料集合体１０
が揺動され、一方向への加振により片側列の燃料集合体
１０が対向する燃料集合体１０に向かって押圧され、そ
の結果チャンネルファスナ１のスプリング脚９が圧潰さ
れて脚体７とのギャップがなくなり、燃料集合体１０が
傾き、燃料集合体の１０の間隔が変化することになる。 【００１０】また、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）にＤ格子
炉心を採用した場合には、地震などの振動により炉心全
体に亙り燃料集合体１０の設置間隔が均一化する方向、
すなわち上部格子板１４側の間隔が拡大し、制御棒１５
側の間隔が縮小する方向に変位する。このとき、燃料集
合体１０間の間隔がわずかに変化しても、Ｄ格子炉心で
は炉心の中性子束密度が上昇し、正の反応度が印加され
る特性を有するため、反応度スクラムが発生する場合が
ある。 【００１１】一方、全炉心に亙り燃料集合体１０の間隔
が均一なＣ格子炉心では、配置が最も反応度が高い安定
状態のため、地震などの振動により燃料集合体１０の間
隔がわずかに変化しても、反応度が低下するのみでスク
ラムすることはない。 【００１２】したがって、中性子束上昇による反応度印
加スクラムは、燃料集合体１０の間隔をＣ格子炉心のよ
うに等間隔に配置する以外に抜本的な対策はないが、上
述したような炉心の改造は、運転プラントを長期に亙り
停止させなければ達成することができず、経済的損失が
大きい。 【００１３】そこで、本発明は上述した事情を考慮して
なされたもので、炉心での倒れを確実に抑えることがで
きるとともに、炉心への装荷を容易にした燃料集合体を
提供することを目的とする。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明に係る燃料集合体１は、上部格子板の格
子を通してＤ格子炉心に装荷され、複数本の燃料棒の上
下端をそれぞれ上部タイプレートと下部タイプレートと
で支持するとともに、その外周をチャンネルボックスで
囲み、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックス
を板スプリングおよびガードを有するチャンネルファス
ナで結合した燃料集合体において、前記チャンネルファ
スナの板スプリングは２枚のスプリング脚を有し、上記
スプリング脚の下方の中央部の幅を上方より幅広に形成
するとともに、上記板スプリングによる前記上部格子板
への押付け力を５ｋｇを超え２５ｋｇ以下に設定し、上
記板スプリングの撓みを制限する前記ガードの高さを
５．９ｍｍを超え７．５ｍｍ以下としたものである。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。 【００１６】図１は本発明に係る燃料集合体の第１実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。
なお、従来の構成と同一または対応する部分には、図５
（Ａ），（Ｂ）および図６と同一の符号を用い、互いに
重複する部分の説明を省略する。 【００１７】本実施形態の集合体本体としての燃料集合
体１０は、図６と同様に複数本の燃料棒の上下端をそれ
ぞれ上部タイプレート１１と下部タイプレート１２とで
支持するとともに、これら両タイプレート１１，１２間
で燃料棒相互の間隔を複数の燃料スペーサで保持し、か
つその外周をチャンネルボックス１３で囲み、上部タイ
プレート１１とチャンネルボックス１３をチャンネルフ
ァスナ１で結合している。 【００１８】このチャンネルファスナ１は、燃料集合体
１０の上端部に設けられ、図１に示すように、ガード
２、板スプリング３、ロックワッシャ４、およびロック
ワッシャ４を介してガード２に板スプリング３を固定す
るキャップスクリュー５から構成され、ガード２は、板
スプリング３を保持し、ほぼ三角形状に形成された平上
板６と、この平上板６とで断面Ｌ字形をなして下方に延
びる脚体７とが鋳物または鋼板により一体に形成されて
いる。 【００１９】板スプリング３は、その上板部８からガー
ド２の脚体７の隅角部を間に挟んで２分される２枚のス
プリング脚９を有し、これらのスプリング脚９は、脚体
７の外側面下方に沿って外側に折れ曲がりかつ下方部で
は脚体７とのギャップを確保しつつ、先端では内側に折
れ曲がって脚体７に接している。 【００２０】このチャンネルファスナ１が取り付けられ
た燃料集合体１０は、上部格子板１４の格子を通して原
子炉のＤ格子炉心内に装荷される。上部格子板１４の１
つの格子内には、４体の燃料集合体が挿入され、隣り合
う燃料集合体は、チャンネルファスナ１の板スプリング
３のスプリング脚９が互いに押し合う一方、チャンネル
ファスナ１が取り付けられていない燃料集合体の対角側
のコーナー部を含む２側面では前記上部格子板の格子壁
面に圧接されている。 【００２１】チャンネルファスナ１の板スプリング３
は、地震時などの横揺れによる燃料集合体１０の炉内に
おける傾きの変化量を抑制するため、押付け力が５ｋｇ
を超え２５ｋｇ以下に設定されている。また、板スプリ
ング３の厚さは１．４〜１．７ｍｍの範囲に設定され、
さらに炉心への装荷前の板スプリング３の曲げ高さが従
来の４．８〜５．８ｍｍから５．９〜７．５ｍｍの範囲
に設定されている。 【００２２】次に、本実施形態の作用を説明する。 【００２３】このように構成された本実施形態による燃
料集合体１０のチャンネルファスナ１では、表１に示す
ように、板スプリング３の板厚と板スプリング３の初期
曲げ高さＨ１を大きくしてばね定数および押付け力を増
大させているため、従来のチャンネルファスナのスプリ
ングよりも潰れにくくなる。また、ガード高さＨ２を従
来より高く設定することにより、ガード密着時において
板スプリング３の撓み量を抑え、板スプリング３に発生
する応力を低減させている。 【００２４】 【表１】 【００２５】ところで、図４に示すように従来のＤ格子
用チャンネルファスナは、上記装荷時の押付け力が５ｋ
ｇであるが、本実施形態によるチャンネルファスナ１で
は上記押付け力を５ｋｇを超えて装荷性の限界である２
５ｋｇ以下に強めたことにより、燃料集合体の炉内にお
ける傾きの変化を抑制することができる。 【００２６】前記Ｄ格子炉心における中性子束上昇によ
るスクラムを回避するためのチャンネルファスナ１の形
状は、現行の図８（Ａ），（Ｂ）に示すようなＤ格子用
の形状ではなく、図５（Ａ），（Ｂ）に示すようなＣ格
子用の形状をベースとする。これはＤ格子用のチャンネ
ルファスナは、運転時の熱膨張差や炉内機器の寸法公差
によるばらつきの影響を受け易く、押付け力の強化が困
難であるためである。この押付け力Ｗは、板スプリング
３のばね定数をｋ、板スプリング３の撓み量をδとすれ
ば、 【数１】Ｗ＝ｋ・δ の関係が成立するため、前記のように押付け力Ｗを強め
るためには、板スプリング３の板厚を厚くしてばね定数
ｋを大きくするか、または板スプリング３の撓み量δを
大きくする。つまり、表１に示すように板スプリング３
の初期曲げ高さＨ１を大きくするか、あるいはその両方
を採用する方法があり、ばね定数ｋおよび撓み量δは、
押付け力Ｗが５ｋｇを超え２５ｋｇ以下の範囲で数１を
満足するように変化することができる。ここで、押付け
力Ｗが２５ｋｇを超えると、炉心への燃料集合体の装荷
性の限界を超えることになる。 【００２７】板スプリング３のばね定数ｋを板スプリン
グ３の板厚増加により増大させるとき、従来のＣ格子用
チャンネルファスナの板厚は、公称値で１．３ｍｍであ
るが、本実施形態によるチャンネルファスナ１では板厚
を１．４ｍｍからばね定数ｋが約２倍となる１．７ｍｍ
の範囲としている。そして、板厚が１．７ｍｍを超える
と、炉心への燃料集合体の装荷性の限界を超えることに
なる。 【００２８】また、ばね定数ｋを２倍としたのみでは、
Ｗ＝１０ｋｇとなるので、押付け力Ｗが最大で２５ｋｇ
となるように、撓み量δも増大させる必要がある。した
がって、数１よりδ＝５／ｋ＝δｍｉｎとおけば、 【数２】δｍｉｎ＜δ＜２．５δｍｉｎ となるように、装荷前の板スプリング３の曲げ高さを高
くする必要がある。 【００２９】一方、押付け力Ｗが増大するに伴い、板ス
プリング３に発生する応力は大きくなり、健全性の観点
から問題となる。チャンネルファスナ１の板スプリング
３は、対向するガード２に密着するまで撓み、それ以上
は変形することができない。 【００３０】そこで、本実施形態によるチャンネルファ
スナ１は、チャンネルファスナ１のガード高さＨ２を従
来の４．８〜５．８ｍｍから５．９〜７．５ｍｍの範囲
に高く設定することにより、ガード２への密着時におい
て板スプリング３の撓み量を抑え、板スプリング３に発
生する応力を低減させている。ここで、ガード高さＨ２
が７．５ｍｍを超えると、炉心への燃料集合体の装荷性
の限界を超えることになる。 【００３１】このように本実施形態によれば、地震時な
どで水平方向に外力が加わった場合でも、上記した構成
の燃料集合体１０のチャンネルファスナ１においては、
スプリング脚９の撓みが抑制されるため、燃料集合体１
０の傾きが緩和され、燃料集合体１０間隔もほぼ均一に
維持されることになり、Ｄ格子炉心の中性子束上昇によ
る核反応度スクラムが発生するのを回避することが可能
となる。 【００３２】図２は本発明に係る燃料集合体の第２実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。
なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を
付して説明する。以下の各実施形態も同様である。 【００３３】第２実施形態のチャンネルファスナ１で
は、板スプリング３の潰れを抑制するためにスプリング
脚９とガード２との間にガード２自体に変形拘束部材と
してのガード突起１８を設けたものである。 【００３４】上記のように構成されたチャンネルファス
ナ１において、地震時に振動が加わると、上部格子板１
４の格子内で対向するチャンネルファスナ１のスプリン
グ脚９には水平方向に反力が発生し、このスプリング脚
９の先端は、ガード２の脚体７上を接触したまま下方に
移動するものの、本実施形態によるチャンネルファスナ
１では、ガード突起１８を設けたことにより、従来のチ
ャンネルファスナのスプリングよりも潰れにくくなる。 【００３５】このように第２実施形態によれば、ガード
突起１８を設けたことにより、板スプリング３の潰れを
拘束し、板スプリング３の潰れを抑制することができ
る。これにより、中性子束が上昇し核反応度スクラムの
原因である燃料集合体の炉内における傾きの変化量を抑
制することが可能となる。その他の構成および作用は前
記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。 【００３６】図３は本発明に係る燃料集合体の第３実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。 【００３７】図３に示す実施形態は、板スプリング３の
下方の幅を広げたものである。 【００３８】これにより、板スプリング３に発生する局
部的な最大応力を低減することができ、上記第１実施形
態および第２実施形態のように板スプリング３の潰れを
抑制するものと組み合わせることにより、燃料集合体の
傾きを抑制することができる。 【００３９】以上のように、第１〜第３実施形態によれ
ば、チャンネルファスナ１の板スプリング３の撓みを従
来のものより減少させることにより、振動による炉内で
の燃料集合体の傾きを抑制することができる。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、チャンネルファスナの板スプリングによる上部
格子板への押付け力を５ｋｇを超え２５ｋｇ以下に設定
するとともに、この板スプリングの撓みを制限するガー
ドの高さを５．９ｍｍを超え７．５ｍｍ以下としたこと
により、地震時にチャンネルファスナの板スプリングに
水平方向に反力が働いた場合でも、炉内における傾きの
変化量を抑制することができる結果、核反応度スクラム
の可能性を低減させることができる。また、燃料集合体
の炉心への装荷を容易に行うことができる。
され、複数本の燃料棒の上下端をそれぞれ上部タイプレ
ートと下部タイプレートとで支持するとともに、これら
両タイプレート間で燃料棒相互の間隔を複数の燃料スペ
ーサで保持し、かつその外周をチャンネルボックスで囲
み、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスを
チャンネルファスナで結合した燃料集合体に係り、特
に、地震などの振動により発生する燃料集合体の傾きを
抑制し、Ｄ格子炉心で発生する中性子束上昇によるスク
ラム対策を講じた燃料集合体に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の燃料集合体におけるチャ
ンネルファスナは、図５（Ａ），（Ｂ）に示すようなも
のがある。図５（Ａ），（Ｂ）において、チャンネルフ
ァスナ１は、一般にガード２、板スプリング３、ロック
ワッシャ４、およびキャップスクリュー５から構成され
ている。ガード２は、ほぼ三角形状に形成された平上板
６と、この平上板６とで断面Ｌ字形をなして下方に延び
る脚体７とが鋳物または鋼板により一体に形成されてい
る。板スプリング３は、その上板部８からガード２の脚
体７の隅角部を間に挟んで２分される２枚のスプリング
脚９を有し、これらのスプリング脚９は、脚体７の外側
面下方に沿って外側に折れ曲がりかつ下方部では脚体７
とのギャップを確保しつつ、先端では内側に折れ曲がっ
て脚体７に接している。 【０００３】チャンネルファスナ１は、図６に示すよう
に燃料集合体１０に取り付けられ、この燃料集合体１０
は原子炉の炉心内に装荷され、炉心下方に設置された受
台としての燃料支持金具（図示せず）上で自立する一
方、その上部は上部格子板により側方の倒れが拘束され
ることにより、鉛直方向に平行状態で整列する。 【０００４】すなわち、燃料集合体１０は、複数本の燃
料棒の上下端をそれぞれ上部タイプレート１１と下部タ
イプレート１２とで支持するとともに、これら両タイプ
レート１１，１２間で燃料棒相互の間隔を複数の燃料ス
ペーサで保持し、かつその外周をチャンネルボックス１
３で囲み、上部タイプレート１１とチャンネルボックス
１３をチャンネルファスナ１で結合している。 【０００５】また、図７に示すように、上部格子板１４
の１つの格子内には４体の燃料集合体１０が挿入され、
隣り合う燃料集合体１０は、チャンネルファスナ１の板
スプリング３のスプリング脚９が互いに押し合うよう
に、脚体７からの高さが設定されているため、残りの側
面は上部格子板１４の格子壁面に圧接されている。 【０００６】このように構成されたチャンネルファスナ
１において、スプリング脚９に水平方向の外力が加わる
と、スプリング脚９は図５（Ｂ）に示すように初期曲げ
高さＨ１からその先端が脚体７の外面上を接触したまま
下方に移動し、脚体７の下方および側方に設けられてい
るガード高さＨ２と同じになるまで撓むことができる。 【０００７】ところで、４体の燃料集合体１０を１組と
して多数の燃料集合体が装荷されている炉心は、各燃料
集合体１０の設置間隔が均一なＣ格子炉心と、設置間隔
が不均一なＤ格子炉心とに大別される。このＤ格子炉心
は、図７に示すように４体１組の燃料集合体１０間の間
隔が広い部分（ワイドギャップ）と、上部格子板１４側
の間隔が狭い部分（ナローギャップ）とで構成されてい
る。なお、図７において、制御棒１５は十字形に形成さ
れ、４体の燃料集合体１０間に挿入したりまたは引き抜
かれる。 【０００８】また、Ｃ格子炉心に用いられるチャンネル
ファスナの形状は、図５（Ａ），（Ｂ）および図６に示
され、さらにＤ格子炉心に用いられるチャンネルファス
ナの形状は、図８（Ａ），（Ｂ）および図９に示されて
いる。なお、図８（Ａ），（Ｂ）および図９では、Ｃ格
子炉心に用いられるチャンネルファスナと同一または対
応する部分に同一の符号を用いてその説明を省略する。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料集
合体１０においては、地震などの振動により水平方向に
加速度が加わると、炉心格子内で４体の燃料集合体１０
が揺動され、一方向への加振により片側列の燃料集合体
１０が対向する燃料集合体１０に向かって押圧され、そ
の結果チャンネルファスナ１のスプリング脚９が圧潰さ
れて脚体７とのギャップがなくなり、燃料集合体１０が
傾き、燃料集合体の１０の間隔が変化することになる。 【００１０】また、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）にＤ格子
炉心を採用した場合には、地震などの振動により炉心全
体に亙り燃料集合体１０の設置間隔が均一化する方向、
すなわち上部格子板１４側の間隔が拡大し、制御棒１５
側の間隔が縮小する方向に変位する。このとき、燃料集
合体１０間の間隔がわずかに変化しても、Ｄ格子炉心で
は炉心の中性子束密度が上昇し、正の反応度が印加され
る特性を有するため、反応度スクラムが発生する場合が
ある。 【００１１】一方、全炉心に亙り燃料集合体１０の間隔
が均一なＣ格子炉心では、配置が最も反応度が高い安定
状態のため、地震などの振動により燃料集合体１０の間
隔がわずかに変化しても、反応度が低下するのみでスク
ラムすることはない。 【００１２】したがって、中性子束上昇による反応度印
加スクラムは、燃料集合体１０の間隔をＣ格子炉心のよ
うに等間隔に配置する以外に抜本的な対策はないが、上
述したような炉心の改造は、運転プラントを長期に亙り
停止させなければ達成することができず、経済的損失が
大きい。 【００１３】そこで、本発明は上述した事情を考慮して
なされたもので、炉心での倒れを確実に抑えることがで
きるとともに、炉心への装荷を容易にした燃料集合体を
提供することを目的とする。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明に係る燃料集合体１は、上部格子板の格
子を通してＤ格子炉心に装荷され、複数本の燃料棒の上
下端をそれぞれ上部タイプレートと下部タイプレートと
で支持するとともに、その外周をチャンネルボックスで
囲み、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックス
を板スプリングおよびガードを有するチャンネルファス
ナで結合した燃料集合体において、前記チャンネルファ
スナの板スプリングは２枚のスプリング脚を有し、上記
スプリング脚の下方の中央部の幅を上方より幅広に形成
するとともに、上記板スプリングによる前記上部格子板
への押付け力を５ｋｇを超え２５ｋｇ以下に設定し、上
記板スプリングの撓みを制限する前記ガードの高さを
５．９ｍｍを超え７．５ｍｍ以下としたものである。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。 【００１６】図１は本発明に係る燃料集合体の第１実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。
なお、従来の構成と同一または対応する部分には、図５
（Ａ），（Ｂ）および図６と同一の符号を用い、互いに
重複する部分の説明を省略する。 【００１７】本実施形態の集合体本体としての燃料集合
体１０は、図６と同様に複数本の燃料棒の上下端をそれ
ぞれ上部タイプレート１１と下部タイプレート１２とで
支持するとともに、これら両タイプレート１１，１２間
で燃料棒相互の間隔を複数の燃料スペーサで保持し、か
つその外周をチャンネルボックス１３で囲み、上部タイ
プレート１１とチャンネルボックス１３をチャンネルフ
ァスナ１で結合している。 【００１８】このチャンネルファスナ１は、燃料集合体
１０の上端部に設けられ、図１に示すように、ガード
２、板スプリング３、ロックワッシャ４、およびロック
ワッシャ４を介してガード２に板スプリング３を固定す
るキャップスクリュー５から構成され、ガード２は、板
スプリング３を保持し、ほぼ三角形状に形成された平上
板６と、この平上板６とで断面Ｌ字形をなして下方に延
びる脚体７とが鋳物または鋼板により一体に形成されて
いる。 【００１９】板スプリング３は、その上板部８からガー
ド２の脚体７の隅角部を間に挟んで２分される２枚のス
プリング脚９を有し、これらのスプリング脚９は、脚体
７の外側面下方に沿って外側に折れ曲がりかつ下方部で
は脚体７とのギャップを確保しつつ、先端では内側に折
れ曲がって脚体７に接している。 【００２０】このチャンネルファスナ１が取り付けられ
た燃料集合体１０は、上部格子板１４の格子を通して原
子炉のＤ格子炉心内に装荷される。上部格子板１４の１
つの格子内には、４体の燃料集合体が挿入され、隣り合
う燃料集合体は、チャンネルファスナ１の板スプリング
３のスプリング脚９が互いに押し合う一方、チャンネル
ファスナ１が取り付けられていない燃料集合体の対角側
のコーナー部を含む２側面では前記上部格子板の格子壁
面に圧接されている。 【００２１】チャンネルファスナ１の板スプリング３
は、地震時などの横揺れによる燃料集合体１０の炉内に
おける傾きの変化量を抑制するため、押付け力が５ｋｇ
を超え２５ｋｇ以下に設定されている。また、板スプリ
ング３の厚さは１．４〜１．７ｍｍの範囲に設定され、
さらに炉心への装荷前の板スプリング３の曲げ高さが従
来の４．８〜５．８ｍｍから５．９〜７．５ｍｍの範囲
に設定されている。 【００２２】次に、本実施形態の作用を説明する。 【００２３】このように構成された本実施形態による燃
料集合体１０のチャンネルファスナ１では、表１に示す
ように、板スプリング３の板厚と板スプリング３の初期
曲げ高さＨ１を大きくしてばね定数および押付け力を増
大させているため、従来のチャンネルファスナのスプリ
ングよりも潰れにくくなる。また、ガード高さＨ２を従
来より高く設定することにより、ガード密着時において
板スプリング３の撓み量を抑え、板スプリング３に発生
する応力を低減させている。 【００２４】 【表１】 【００２５】ところで、図４に示すように従来のＤ格子
用チャンネルファスナは、上記装荷時の押付け力が５ｋ
ｇであるが、本実施形態によるチャンネルファスナ１で
は上記押付け力を５ｋｇを超えて装荷性の限界である２
５ｋｇ以下に強めたことにより、燃料集合体の炉内にお
ける傾きの変化を抑制することができる。 【００２６】前記Ｄ格子炉心における中性子束上昇によ
るスクラムを回避するためのチャンネルファスナ１の形
状は、現行の図８（Ａ），（Ｂ）に示すようなＤ格子用
の形状ではなく、図５（Ａ），（Ｂ）に示すようなＣ格
子用の形状をベースとする。これはＤ格子用のチャンネ
ルファスナは、運転時の熱膨張差や炉内機器の寸法公差
によるばらつきの影響を受け易く、押付け力の強化が困
難であるためである。この押付け力Ｗは、板スプリング
３のばね定数をｋ、板スプリング３の撓み量をδとすれ
ば、 【数１】Ｗ＝ｋ・δ の関係が成立するため、前記のように押付け力Ｗを強め
るためには、板スプリング３の板厚を厚くしてばね定数
ｋを大きくするか、または板スプリング３の撓み量δを
大きくする。つまり、表１に示すように板スプリング３
の初期曲げ高さＨ１を大きくするか、あるいはその両方
を採用する方法があり、ばね定数ｋおよび撓み量δは、
押付け力Ｗが５ｋｇを超え２５ｋｇ以下の範囲で数１を
満足するように変化することができる。ここで、押付け
力Ｗが２５ｋｇを超えると、炉心への燃料集合体の装荷
性の限界を超えることになる。 【００２７】板スプリング３のばね定数ｋを板スプリン
グ３の板厚増加により増大させるとき、従来のＣ格子用
チャンネルファスナの板厚は、公称値で１．３ｍｍであ
るが、本実施形態によるチャンネルファスナ１では板厚
を１．４ｍｍからばね定数ｋが約２倍となる１．７ｍｍ
の範囲としている。そして、板厚が１．７ｍｍを超える
と、炉心への燃料集合体の装荷性の限界を超えることに
なる。 【００２８】また、ばね定数ｋを２倍としたのみでは、
Ｗ＝１０ｋｇとなるので、押付け力Ｗが最大で２５ｋｇ
となるように、撓み量δも増大させる必要がある。した
がって、数１よりδ＝５／ｋ＝δｍｉｎとおけば、 【数２】δｍｉｎ＜δ＜２．５δｍｉｎ となるように、装荷前の板スプリング３の曲げ高さを高
くする必要がある。 【００２９】一方、押付け力Ｗが増大するに伴い、板ス
プリング３に発生する応力は大きくなり、健全性の観点
から問題となる。チャンネルファスナ１の板スプリング
３は、対向するガード２に密着するまで撓み、それ以上
は変形することができない。 【００３０】そこで、本実施形態によるチャンネルファ
スナ１は、チャンネルファスナ１のガード高さＨ２を従
来の４．８〜５．８ｍｍから５．９〜７．５ｍｍの範囲
に高く設定することにより、ガード２への密着時におい
て板スプリング３の撓み量を抑え、板スプリング３に発
生する応力を低減させている。ここで、ガード高さＨ２
が７．５ｍｍを超えると、炉心への燃料集合体の装荷性
の限界を超えることになる。 【００３１】このように本実施形態によれば、地震時な
どで水平方向に外力が加わった場合でも、上記した構成
の燃料集合体１０のチャンネルファスナ１においては、
スプリング脚９の撓みが抑制されるため、燃料集合体１
０の傾きが緩和され、燃料集合体１０間隔もほぼ均一に
維持されることになり、Ｄ格子炉心の中性子束上昇によ
る核反応度スクラムが発生するのを回避することが可能
となる。 【００３２】図２は本発明に係る燃料集合体の第２実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。
なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を
付して説明する。以下の各実施形態も同様である。 【００３３】第２実施形態のチャンネルファスナ１で
は、板スプリング３の潰れを抑制するためにスプリング
脚９とガード２との間にガード２自体に変形拘束部材と
してのガード突起１８を設けたものである。 【００３４】上記のように構成されたチャンネルファス
ナ１において、地震時に振動が加わると、上部格子板１
４の格子内で対向するチャンネルファスナ１のスプリン
グ脚９には水平方向に反力が発生し、このスプリング脚
９の先端は、ガード２の脚体７上を接触したまま下方に
移動するものの、本実施形態によるチャンネルファスナ
１では、ガード突起１８を設けたことにより、従来のチ
ャンネルファスナのスプリングよりも潰れにくくなる。 【００３５】このように第２実施形態によれば、ガード
突起１８を設けたことにより、板スプリング３の潰れを
拘束し、板スプリング３の潰れを抑制することができ
る。これにより、中性子束が上昇し核反応度スクラムの
原因である燃料集合体の炉内における傾きの変化量を抑
制することが可能となる。その他の構成および作用は前
記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。 【００３６】図３は本発明に係る燃料集合体の第３実施
形態におけるチャンネルファスナを示す側面図である。 【００３７】図３に示す実施形態は、板スプリング３の
下方の幅を広げたものである。 【００３８】これにより、板スプリング３に発生する局
部的な最大応力を低減することができ、上記第１実施形
態および第２実施形態のように板スプリング３の潰れを
抑制するものと組み合わせることにより、燃料集合体の
傾きを抑制することができる。 【００３９】以上のように、第１〜第３実施形態によれ
ば、チャンネルファスナ１の板スプリング３の撓みを従
来のものより減少させることにより、振動による炉内で
の燃料集合体の傾きを抑制することができる。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、チャンネルファスナの板スプリングによる上部
格子板への押付け力を５ｋｇを超え２５ｋｇ以下に設定
するとともに、この板スプリングの撓みを制限するガー
ドの高さを５．９ｍｍを超え７．５ｍｍ以下としたこと
により、地震時にチャンネルファスナの板スプリングに
水平方向に反力が働いた場合でも、炉内における傾きの
変化量を抑制することができる結果、核反応度スクラム
の可能性を低減させることができる。また、燃料集合体
の炉心への装荷を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料集合体の第１実施形態におけ
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図２】本発明に係る燃料集合体の第２実施形態におけ
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図３】本発明に係る燃料集合体の第３実施形態におけ
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図４】ばね力と地震時の燃料集合体の倒れとの関係を
示す図。 【図５】（Ａ），（Ｂ）はＣ格子用の従来のチャンネル
ファスナ構造の平面図，側面図。 【図６】Ｃ格子用のチャンネルファスナが取り付けられ
た燃料集合体を示す側面図。 【図７】図６の燃料集合体を炉心内に装荷した状態を部
分的に拡大して示す平面図。 【図８】（Ａ），（Ｂ）はＤ格子用の従来のチャンネル
ファスナ構造の平面図，側面図。 【図９】Ｄ格子用のチャンネルファスナが取り付けられ
た燃料集合体を示す側面図。 【符号の説明】 １ チャンネルファスナ ２ ガード ３ 板スプリング ４ ロックワッシャ ５ キャップスクリュー ６ 平上板 ７ 脚体 ８ 上板部 ９ スプリング脚 １０ 燃料集合体（集合体本体） １１ 上部タイプレート １２ 下部タイプレート １３ チャンネルボックス １４ 上部格子板 １５ 制御棒 １８ ガード突起（変形拘束部材）
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図２】本発明に係る燃料集合体の第２実施形態におけ
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図３】本発明に係る燃料集合体の第３実施形態におけ
るチャンネルファスナを示す側面図。 【図４】ばね力と地震時の燃料集合体の倒れとの関係を
示す図。 【図５】（Ａ），（Ｂ）はＣ格子用の従来のチャンネル
ファスナ構造の平面図，側面図。 【図６】Ｃ格子用のチャンネルファスナが取り付けられ
た燃料集合体を示す側面図。 【図７】図６の燃料集合体を炉心内に装荷した状態を部
分的に拡大して示す平面図。 【図８】（Ａ），（Ｂ）はＤ格子用の従来のチャンネル
ファスナ構造の平面図，側面図。 【図９】Ｄ格子用のチャンネルファスナが取り付けられ
た燃料集合体を示す側面図。 【符号の説明】 １ チャンネルファスナ ２ ガード ３ 板スプリング ４ ロックワッシャ ５ キャップスクリュー ６ 平上板 ７ 脚体 ８ 上板部 ９ スプリング脚 １０ 燃料集合体（集合体本体） １１ 上部タイプレート １２ 下部タイプレート １３ チャンネルボックス １４ 上部格子板 １５ 制御棒 １８ ガード突起（変形拘束部材）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田辺 朗
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地
株式会社東芝 横浜事業所内
(56)参考文献 特開 平８−285979（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−5991（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−258190（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−212389（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−73597（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G21C 3/00 - 3/34
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 上部格子板の格子を通してＤ格子炉心に
装荷され、複数本の燃料棒の上下端をそれぞれ上部タイ
プレートと下部タイプレートとで支持するとともに、そ
の外周をチャンネルボックスで囲み、前記上部タイプレ
ートと前記チャンネルボックスを板スプリングおよびガ
ードを有するチャンネルファスナで結合した燃料集合体
において、前記チャンネルファスナの板スプリングは２
枚のスプリング脚を有し、上記スプリング脚の下方の中
央部の幅を上方より幅広に形成するとともに、上記板ス
プリングによる前記上部格子板への押付け力を５ｋｇを
超え２５ｋｇ以下に設定し、上記板スプリングの撓みを
制限する前記ガードの高さを５．９ｍｍを超え７．５ｍ
ｍ以下としたことを特徴とする燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12448997A JP3471192B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12448997A JP3471192B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10319161A JPH10319161A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3471192B2 true JP3471192B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=14886781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12448997A Expired - Fee Related JP3471192B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3471192B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111540481A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-14 | 吉林农业大学 | 一种基于增材制造工艺的搅混格架 |
-
1997
- 1997-05-14 JP JP12448997A patent/JP3471192B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10319161A (ja) | 1998-12-04 |
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