JPH0113075B2 - - Google Patents

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JPH0113075B2
JPH0113075B2 JP56059807A JP5980781A JPH0113075B2 JP H0113075 B2 JPH0113075 B2 JP H0113075B2 JP 56059807 A JP56059807 A JP 56059807A JP 5980781 A JP5980781 A JP 5980781A JP H0113075 B2 JPH0113075 B2 JP H0113075B2
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JP
Japan
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thick
channel box
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wall portion
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JP56059807A
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Kazuyoshi Miki
Kazuo Hiramoto
Masaharu Sakagami
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チヤンネルボツクスおよび燃料集合
体に係り、特に、燃料バンドルを囲むチヤンネル
ボツクスの変形を防止するのに好適なチヤンネル
ボツクスおよび燃料集合体に関する。
第1図は、従来の燃料集合体の縦断面を示した
ものである。燃料集合体は、燃料棒1を正方格子
状に並べた燃料バンドルとそれを取囲むチヤンネ
ルボツクス2とを有している。燃料バンドルは、
上部タイプレート3および下部タイプレート4に
よつて多数の燃料棒1を支持するとともに、スペ
ーサ5によつて燃料棒1相互の間隔を一定に保持
するように構成されている。
燃料バンドルを取囲むチヤンネルボツクス2
は、ジルカロイー4製の長尺角管でで、下記の機
能を有している。
(1) 燃料集合体ごとに隔離された冷却材流路6を
形成することにより、燃料集合体内を流れる冷
却材流量を確保し、冷却材を均一に流す。
(2) 燃料集合体間に挿入されて上下動する制御棒
の案内面を形成する。
(3) 燃料集合体の剛性を確保してその取り扱いを
容易にする。
原子炉運転時においては、燃料集合体内を流れ
る冷却材の流動圧によつて、チヤンネルボツクス
2の内外面に圧力差(内側の圧力大)が生じ、中
性子照射量の増大に伴つて、チヤンネルボツクス
2はクリープ変形を起こす。このため、チヤンネ
ルボツクス2は、第2図に示すごとく外側へ膨ら
む。このようなチヤンネルボツクス2の変形は、
上述したチヤンネルボツクス2の機能を低下させ
る可能性を生ずることになる。もし万一、チヤン
ネルボツクス2の外側への変形によつて制御棒と
チヤンネルボツクス2との間に形成される間〓が
大幅に減少するかあるいはなくなると、制御棒の
挿入および引き抜きに支障をきたすことになる。
このため、従来の沸騰水型原子炉においては、
チヤンネルボツクスの肉厚を十分厚くとることに
よつて変形を抑えるとともに、使用済燃料集合体
から取外されたチヤンネルボツクスの再使用を避
けている。しかしながら、チヤンネルボツクスの
肉厚をそのように厚くした場合には、チヤンネル
ボツクスに吸収される中性子量が増大し、中性子
経済が低下する。
本発明の目的は、最大変位量を抑制でき、しか
も寿命を著しく増大できるチヤンネルボツクスを
提供することにある。
本発明の他の目的は、チヤンネルボツクスの最
大変位量を抑制できしかもチヤンネルボツクスの
寿命を著しく増大でき、効果的な中性子経済が得
られると共に制御棒操作に支障を来すことがない
燃料集合体を提供することにある。
本発明の特徴は、チヤンネルボツクスの横断面
形状が複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、厚
肉部がチヤンネルボツクスのコーナを含んでいる
と共にコーナから二方向に延びる各々の辺に沿つ
て形成され、薄肉部が厚肉部よりも薄い肉厚を有
して辺の中央を含んでおりしかも各々の辺におい
て両側にある厚肉部の間に形成されると共にこれ
らの厚肉部につながつており、薄肉部の外面の位
置がこの薄肉部の両側に形成される厚肉部の外面
の位置よりも内側にあることにある。
以下に、本発明の好適な一実施例である燃料集
合体を説明する。第3図は、本実施例の燃料集合
体7を配置した炉心の一部分の横断面を示してい
る。燃料集合体7は、厚肉が一様である従来の燃
料集体の構造のうちチヤンネルボツクス2をチヤ
ンネルボツクス11に取替えたものである。隣接
して配置された4体の燃料集合体7の間に、制御
棒8が挿入される。原子炉の炉心部は、これら4
体の燃料集合体7および制御棒8からなる炉心格
子を一つの単位として構成されている。本実施例
では、チヤンネルボツクス11の内面の形状およ
び寸法はチヤンネルボツクス2と同じである。し
かしながら、本実施例に用いられるチヤンネルボ
ツクス11は、横断面が4つの辺を有する正方形
状をしており、その横断面に厚肉部9および厚肉
部9よりも肉厚の薄い薄肉部10を有している。
厚肉部9は、チヤンネルボツクス11のコーナ1
2を含んでおり、コーナ12から二方向に延びる
2つの辺H1及びH2に沿つて形成される。すなわ
ち、厚肉部9は、第3図に示すようにコーナ12
を含むS1部である。厚肉部9の肉厚は、一様であ
り、チヤンネルボツクス11の横断面の肉厚のう
ちで最も厚くなつている。薄肉部10は、第3図
に示すS2部であり、チヤンネルボツクス11の横
断面における各辺において両側の厚肉部9の間に
形成され、辺中央を含んでいる。第3図に示すS3
部は、厚肉部9と薄肉部10とをつないでいるつ
なぎ部である。このつなぎ部S3の肉厚は、厚肉部
9の肉厚から薄肉部10の肉厚へと徐々に薄くな
つている。つなぎ部S3は、厚肉部9よりも内厚が
薄いので広い意味では薄肉部である。厚肉部9の
肉厚はチヤンネルボツクス2の肉厚(一様)の
1.48倍であり、薄肉部10の肉厚はチヤンネルボ
ツクス2のそれの0.64倍である。薄肉部10の外
面はその両側にある厚肉部9の外面よりも内側、
すなわちこれらの厚肉部9の外面を結ぶ線よりも
内側に位置しており、チヤンネルボツクス11の
4つの外面に凹部が形成された状態になつてい
る。
チヤンネルボツクス11の内面は、コーナ部を
除いて平面になつている。このため、コーナ部を
除いて、厚肉部9から薄肉部10にかけての内面
は、直線である。チヤンネルボツクス11の内面
を起点にした厚肉部9の幅r2は、チヤンネルボツ
クス11の対辺間の距離lの0.2倍である。
チヤンネルボツクス11の内外面での圧力差に
よる変形は、第4図をもとに次式によつて定量的
に評価することができる。
u(x)=v(x)(1+K〓・E・T) ……(a) ここで、K〓は単位応力下での単位時間内のクリ
ープ歪増加量、Eはヤング率、Tは炉内滞在期
間、u(x)は直交するチヤンネルボツクスの一
方の内面を基点とした距離xの位置における弾性
変形およびクリープ変形による変位置、およびv
(x)は同じ位置における弾性変形による変位量
である。v(x)は次の微分方程式を解くことに
よつて求めることができる。
E・I(x)d2v(x)/dx2=−M(x) ……(b) ここで、I(x)は上記基点から距離xの位置
でのチヤンネルボツクスの断面2次モーメント、
M(x)はチヤンネルボツクスの内外圧力差に起
因した曲げモーメントである。
上式をもとに、本実施例におけるチヤンネルボ
ツクス11の変形量を図示すると、第5図のよう
になる。第5図は、チヤンネルボツクス11の変
形が最も大きい軸方向位置、すなわち、チヤンネ
ルボツクス11の下端から全長の約1/3の位置に
おけるチヤンネルボツクス11内面の変位量u
(x)を、同一条件下での従来のチヤンネルボツ
クス2の最大変位量u0に対する比として表示した
ものである。第5図より、本実施例によれば、チ
ヤンネルボツクス11の最大変位量u(x=0.5l)
を20%減少することができる。さらに、本実施例
では、チヤンネルボツクス11の側壁中央部(x
=0.5l)での肉厚が従来のチヤンネルボツクス2
のそれの0.64倍と薄くなつている。このため、炉
心内に装荷されている燃料集合体7のチヤンネル
ボツクス11の外面と制御棒8との間に形成され
る間〓が、最大変位量uを示す薄肉部10で肉厚
の一様なチヤンネルボツクスを有する従来の燃料
集合体の場合に比べて約1.0mm大きくなる。この
ような間〓増大に伴つて薄肉部10の許容変形量
が増大する関係上、チヤンネルボツクス11の使
用期間、すなわち寿命は、従来のチヤンネルボツ
クス2のそれの約2倍に延長できる。
チヤンネルボツクス11の最大変位量uの低減
および薄肉部10の許容変形量の増大によつて、
燃料集合体7間に挿入される制御棒8の操作に何
等悪影響を与えることがない。
また、本実施例では、チヤンネルボツクス11
の横断面積が従来のチヤンネルボツクスと同一で
あるため、炉心内に占める構造材の体積割合を増
大させることはない。このことは、本実施例の燃
料集合体7は、有効な中性子経済を得ることがで
き、無限増倍率が少なくとも減少することはな
い。
一方、チヤンネルボツクス2の肉厚を一様に増
加してチヤンネルボツクスの使用期間をチヤンネ
ルボツクス2の2倍以上に延長するためには、肉
厚をチヤンネルボツクス2の肉厚の1.3倍以上に
する必要がある。この場合、構造材の増加により
中性子経済が悪化し、無限増倍率をチヤンネルボ
ツクス2を用いた場合に比べて1%Δk以上低下
させるとともに、使用済のチヤンネルボツクスの
廃棄物処理量を本実施例に比べて30%以上増加さ
せることになる。
第6図は、厚肉部9の幅r2を前述の実施例と同
じとし、厚肉部9の内厚cおよび薄肉部10の肉
厚bを変えたときの、辺中央部(x=l/2)に
おけるチヤンネルボツクス11内面の変位量と肉
厚の和、およびチヤンネルボツクス断面積を肉厚
が一様な従来のチヤンネルボツクスの各値(従来
例という)との比として示したものである。
第6図より、チヤンネルボツクスの断面積を従
来値以下とし、かつ、最大変位量を従来値の90%
以下(チヤンネルボツクスの使用期間約35%延長
に相当)とした場合、厚肉部9の肉厚cおよび薄
肉部10の肉厚bは、第7図に示す斜線部にある
必要がある。ここで、厚肉部9の肉厚cの大幅な
増加は制御棒8との間〓を減少させるので肉厚c
を従来のチヤンネルボツクスの肉厚の1.5倍以下
に、また、薄肉部10の肉厚bの大幅な減少はチ
ヤンネルボツクス11の剛性を低下させるので、
肉厚bを従来のチヤンネルボツクスの0.6倍以上
とした。
第6図と同様の図を、肉厚部9の幅r2がチヤン
ネルボツクス11の内側対辺間距離lの0.075倍
および0.35倍の場合について示すと、第8図およ
び第9図のようになる。
これらの図から、チヤンネルボツクス11の断
面積および最大変位量を前述と同じ条件におさめ
るためには、厚肉部9および薄肉部10の肉厚の
許容範囲は第10図および第11図の斜線部とな
る。
したがつて、厚肉部9の幅r2が対辺距離lの
0.075倍あるいは0.35倍の場合では、斜線部で示
した許容範囲は厚肉部9の幅r2が0.2lの第7図に
比べて小さくなり、また、第8図および第9図か
ら明らかなように、前述したチヤンネルボツクス
11と制御棒8との間の間〓減少を抑える効果も
小さくなる。厚肉部9の幅r2が0.075lよりも小さ
くなりあるいは0.35lよりも大きくなると、チヤ
ンネルボツクス断面積および最大変位量に関する
前述した制限条件を満さなくなる。
したがつて、チヤンネルボツクス11の厚肉部
9の幅r2が 0.075lr20.35l ……(c) を満たし、かつ、第7図、第10図および第11
図から明り厚肉部9の肉厚cおよび薄肉部の肉厚
bの比(c/b)が 1.0<c/b2.5 ……(d) を満たすようチヤンネルボツクス11を構成すれ
ば、従来のチヤンネルボツクスに比べて断面積を
増加させることなく、チヤンネルボツクス11の
外側への膨れを効果的に抑えることができる。ま
た、チヤンネルボツクスの使用期間を大幅に延長
することができ、使用済のチヤンネルボツクスの
再使用を可能にする。
本発明によれば、コーナ部に厚肉部を形成して
いるのでチヤンネルボツクスの最大変位量を抑制
でき、厚肉部間に形成される薄肉部の外面がコー
ナ部の厚肉部の外面よりも内側に位置しているこ
とによりチヤンネルボツクスの寿命を更に増大さ
せることができる。
また、このチヤンネルボツクスを用いた本発明
の燃料集合体は、上記の効果に加えて効果的な中
性子経済を得ることもでき、しかも制御棒の操作
に支障を来すことがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃料集合体の縦断面図、第2図
は第1図の燃料集合体において冷却材流動圧によ
つてチヤンネルボツクスが変形した状態を示す説
明図、第3図は本発明の一実施例である燃料集合
体および制御棒からなる炉心格子の横断面図、第
4図Aは第3図のチヤンネルボツクスの斜視図、
第4図Bは第3図のチヤンネルボツクスの変形を
表わす解析モデル図、第5図は第3図に示す燃料
集合体のチヤンネルボツクスの変形を示す説明
図、第6図、第8図および第9図は第3図に示す
燃料集合体のチヤンネルボツクスの形状を変えた
ときのチヤンネルボツクス内面の変位量と肉厚の
和および断面積の変化を表わす特性図、第7図、
第10図および第11図は第3図に示すチヤンネ
ルボツクスの厚肉部および薄肉部の範囲を示す図
である。 1……燃料棒、3……上部タイプレート、4…
…下部タイプレート、7……燃料集合体、9……
厚肉部、10……薄肉部、11……チヤンネルボ
ツクス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の辺を有する角筒状のチヤンネルボツク
    スにおいて、前記チヤンネルボツクスの横断面形
    状が複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、前記
    厚肉部が前記チヤンネルボツクスのコーナを含ん
    でいると共に前記コーナから二方向に延びる各々
    の前記辺に沿つて形成され、前記薄肉部が前記厚
    肉部よりも薄い肉厚を有して前記辺の中央を含ん
    でおりしかも各々の前記辺において両側にある前
    記厚肉部の間に形成されると共にこれらの厚肉部
    につながつており、前記薄肉部の外面の位置がこ
    の薄肉部の両側に形成される前記厚肉部の外面の
    位置よりも内側にあり、前記チヤンネルボツクス
    の内面を起点とする前記厚肉部の幅r2が、前記チ
    ヤンネルボツクスの対向する内面間の距離をlと
    したときに、下記の(1)式の条件を満足すると共
    に、 0.075lr20.35l ……(1) 前記薄肉部の肉厚bに対する前記厚肉部の肉厚
    cの比率(c/b)が下記の(2)式を満足している 1.0<c/b2.5 ……(2) ことを特徴とするチヤンネルボツクス。 2 上記タイプレートと、下部タイプレートと、
    前記上部及び下部タイプレートに両端部が保持さ
    れる複数の燃料棒と、前記燃料棒の束を内部に収
    納すると共に複数の辺を有する角筒状のチヤンネ
    ルボツクスとを備え、前記チヤンネルボツクスの
    横断面形状が複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有
    し、前記厚肉部が前記チヤンネルボツクスのコー
    ナを含んでいると共に前記コーナから二方向に延
    びる各々の前記辺に沿つて形成され、前記薄肉部
    が前記厚肉部よりも薄い肉厚を有して前記辺の中
    央を含んでおりしかも各々の前記辺において両側
    にある前記厚肉部の間に形成されると共にこれら
    の厚肉部につながつており、前記薄肉部の外面の
    位置がこの薄肉部の両側に形成される前記厚肉部
    の外面の位置よりも内側にあり、前記チヤンネル
    ボツクスの内面を起点とする前記厚肉部の幅r2
    が、前記チヤンネルボツクスの対向する内面間の
    距離をlとしたときに、下記の(1)式の条件を満足
    すると共に、 0.075lr20.35l ……(1) 前記薄肉部の肉厚bに対する前記厚肉部の肉厚
    cの比率(c/b)が下記の(2)式を満足している 1.0<c/b2.5 ……(2) ることを特徴とする燃料集合体。
JP56059807A 1981-04-22 1981-04-22 Nuclear fuel assembly Granted JPS57175286A (en)

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JPS57175286A JPS57175286A (en) 1982-10-28
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US10342793B2 (en) 2014-08-18 2019-07-09 Ampio Pharmaceuticals, Inc. Treatment of joint conditions
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