JPH0214675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の燃料集合体に関し、特に、燃
料棒間の間隔を維持する弾性装置によつて該燃料
棒が横方向から支持される燃料集合体に関するも
のである。

米国再発行特許第28079号明細書はこの種の燃
料集合体の典型的な構造を開示している。この特
許に開示された燃料集合体が含むグリツドにはば
ね指状部もしくはばね帯状部があつて、これ等が
横方向から燃料棒に係合しその位置決めをしてい
る。また、燃料棒は下部端板上に乗つている。現
在製造中の原子炉においては、各燃料集合体は上
部ノズルと下部ノズルとの間に配設されている。
原子炉の運転中に、燃料棒は温度の上昇と中性子
束の照射とを受けその両方により成長、即ち膨張
する。燃料棒が過大な圧力を受けるのを防止する
には、燃料棒を下部ノズルより上方に懸架してお
くのが望ましい。先行技術によれば、燃料棒を下
部ノズルより上方に懸架維持しておくのに、前述
したばね指状部と燃料棒との間の摩擦に頼つてい
た。しかしこれは、中性子束の照射によりばね指
状部の弛緩とその力の低下が生じるために、満足
し得ないことが明らかになつた。この現象は、ジ
ルカロイ（商品名）合金即ちジルコニウムからな
るばね指状部に特に表れるが、この合金はその中
性子吸収断面積が小さいので該合金を使用するの
が好ましい。弛緩を克服するために、いわゆる支
持装置が提案されてきた。かかる支持装置におい
ては、インコネル（商品名）合金等のばねをジル
カロイ合金のストリツプに植設しているが、２種
の金属でできた支持装置を含む燃料集合体はコス
トが高くつき、しかも製作が難しい。ばねの弛緩
に対抗する別の提案は、燃料棒に対して十分な接
触面積を持つ大きなばね指状部を設けることであ
るが、その結果できるグリツドは非常に大きい。

上述した先行技術の燃料集合体の製造も費用の
嵩むプロセスである。燃料棒間の間隔、即ち各燃
料集合体におけるチヤンネルスペースは所定の限
界内に維持する必要があるが、先行技術の慣行で
は、燃料集合体の完成後に間隔を測定していたの
で、もし間隔の測定値が規定の限界から外れてい
れば、燃料集合体を再建造しなければならない。

本発明の主な目的は、前述した先行技術の欠点
を克服することであり、そして燃料棒の横方向の
位置を維持するだけでなく、燃料棒が下方に動い
て下部ノズルに係合する傾向を抑制する燃料棒用
の支持を行う、比較的に複雑でなく且つ低コスト
の構造と適度な寸法の燃料集合体を提供すること
である。

この目的から、本発明は、軸方向に隔置された
複数のグリツド構造内に平行に支持される燃料棒
群を有する原子炉の核燃料集合体において、複数
の筒ユニツトからそれぞれなり縦方向に延びるブ
ロツクを複数個備え、前記複数個のブロツクの対
応する１組の筒ユニツトは同軸であつて、各筒ユ
ニツトは内部に弾性装置を有する１本の筒を含ん
でおり、該弾性装置は、前記筒の内周の周りに等
間隔で隔置された少なくとも３本の湾曲したばね
条片からなり、該少なくとも３本のばね条片の
各々の両端は互いに円周方向に変位した関係で前
記筒ユニツトの端部近傍に設けられると共に、該
少なくとも３本のばね条片は、半径方向に対称に
配列されていて、同ばね条片の中央部で、各１組
の同軸の筒ユニツト内の中央を通つて延びる１本
の燃料棒に係合し、該筒ユニツト内の前記少なく
とも３本のばね条片によつて前記１本の燃料棒を
相当な長さの複数の接触領域に沿つて弾性的に支
持し、前記燃料棒を中心に位置決めすると共に、
中性子束の照射による前記ばね条片の弛緩時に、
前記筒ユニツトに沿う燃料棒の長手方向の変位を
規制することを特徴とするものである。

筒の横断面は燃料棒に対して要求される配列に
応じて変わり、円形、楕円形、長円形、多角形等
でよい。ばね条片は断面が円形、楕円形、長円形
又は多角形のワイヤで形成されている。通常、複
数の又は１組の筒ユニツトが１本の燃料棒に沿つ
て一様に隔置して配設され、該燃料棒に筒内のば
ね条片が上述のように相当な長さの接触領域に沿
つて係合する。このような構造を本明細書では燃
料棒モジユールと呼んでいる。燃料棒が長い少な
くとも３本のばね条片を内部に有する長い唯１本
の筒ユニツトを貫通する燃料棒モジユールも本発
明の範囲内に入る。この場合も、前述と同様に構
成された長い少なくとも３本のばね条片が相当な
長さの接触領域に沿つて燃料棒に係合し、該燃料
棒を中心に維持する。各燃料棒モジユールにおけ
る接触領域は相当な長さであるから、運転中の弛
緩にもかかわらず、ばね条片は燃料棒の横方向及
び縦方向位置を維持するのに有効である。

燃料集合体は複数の帯状ストラツプを含むのが
好ましく、該帯状ストラツプの内側に複数の燃料
棒モジユールを装着する。複数の燃料棒モジユー
ルは、各燃料棒モジユールの各長手方向位置にあ
る複数の筒ユニツト（本願明細書ではこれを１組
の筒ユニツト又は１ブロツクの筒ユニツトと呼ぶ
ことがしばしばある）を帯状ストラツプ内で層に
して、矩形の形になつて装着されている。各ブロ
ツクの筒ユニツト及びそのブロツクが装着される
帯状ストラツプは剛な構造に形成されている。各
帯状ストラツプの壁部と該帯状ストラツプ内のブ
ロツクの周辺にある筒の少なくとも幾つか（通常
全部）との間の接合部は溶接されており、また、
ブロツク内の接触層の筒間の接合部の幾つか（通
常全部）も溶接されている。注目すべき利点を有
する本発明による燃料集合体は複数の帯状ストラ
ツプを含むのが普通であるが、筒のブロツクを複
数個含む長い単一の帯状ストラツプを有する燃料
集合体も本発明の範囲内に入る。

燃料集合体は燃料棒列間の所定位置に配置され
る複数の制御棒シンブルを含む。該シンブルは筒
よりも幾分直径の小さい連続な管であつて、半径
方向の膨出部を備えており、該シンブルを囲む複
数の筒が膨出部でシンブルを支持している。

本発明を通常実施する際、筒、ばね条片及び燃
料棒の被覆管はジルカロイ合金で構成する。ばね
条片は中性子照射の下で弛緩する。しかし、上述
のようにばね条片は相当な長さの接触領域にわた
つて燃料棒と係合するので、弛緩にもかかわらず
燃料棒の横方向位置及び長手方向位置は維持され
る。

本発明は、添付図面に例示したその好適な実施
例に関する下記の説明から一層容易に明らかとな
ろう。

図示の燃料集合体２１はグリツド構造即ち帯状
ストラツプ２５に囲まれた複数の燃料棒モジユー
ル２３を有する。各モジユール２３（第９図）は
燃料棒２９上に等間隔で装着された複数の筒ユニ
ツト２７を備える。１本の燃料棒の直径は9.5mm
（0.374in）が一般的である。等間隔ではないのが
望ましい場合、それも本発明の範囲内に入る。各
筒ユニツト２７（第４図、第６図、第８図）は複
数（実施例では３本）の湾曲したばね条片３３の
入つた管又は筒３１を有する。これ等のばね条片
は各筒３１の内周面の周りに一様に隔置されてお
り、また、各筒３１にはその周囲に一様に隔置さ
れた複数の開口部３５が備えられている。開口部
３５は、寄生的中性子吸収物質をなくし、ばね条
片３３の装着を可能にし、そして原子炉冷却材が
よく混合するように冷却材の通過を容易にする働
きがある。各ばね条片３３の両端は互いに円周方
向に変位した関係で筒３１の端部近傍、更に詳し
く言えば複数の開口部の対向する端３９に溶接さ
れる。即ち、各ばね条片は一つの開口部の下端３
９と、この開口部から円周方向に離間した別の開
口部の上端とに溶接されている。離間量は、円周
方向へのばね条片の湾曲量に依存しており、もし
ばね条片が筒３１の内周面に沿つて完全に巻いて
いれば、離間量はない。

代表的には、各筒３１は12.7mmの外径と、0.76
mmの肉厚と、約５cmの長さとを有する。ばね条片
３３を形成するワイヤの直径は0.76mmである。図
示のように、筒３１の内周の周りに３本のばね条
片３３がある。開口部３５は３つあり、それ等の
長手方向中心は筒３１の周囲を120゜づつ離れて囲
んでいる。また、ばね条片３３の上端及び下端も
筒３１の周囲を円周方向に120゜づつ離れて囲んで
いる。各ばね条片３３は１巻きの約1/3湾曲して
おり、各燃料棒２９には８個の筒ユニツト２７が
ある。また、３本のばね条片３３は半径方向に対
称に配列されていて、その中央部で、筒３１の中
央を通つて延びる１本の燃料棒２９に係合するよ
うになつている。

燃料棒モジユール２３を囲む帯状ストラツプ２
５は大体において矩形の形状をしている。各燃料
集合体において、複数のストラツプ２５は整列し
ており、燃料棒モジユールはストラツプ内側に、
筒ユニツトを第１図に示すように層にして配設さ
れる。複数の筒ユニツトは各帯状ストラツプ内側
でほぼ矩形のブロツクを形成する。各ブロツクの
周囲に沿つた筒３１と帯状ストラツプ２５の壁４
１との間の接合部４０は仮付け溶接されている。
溶接部はレーザによる融接であるのが一般的であ
る。各ブロツク内の筒３１と筒３１との間の接合
部４２も融接されている。融接は燃料集合体の頂
部から行うのが好ましい。所定の位置で、制御棒
（図示せず）用のシンブル４３がブロツクを貫通
している。代表的には、シンブルは外径12.2mm、
肉厚0.76mmである。シンブル４３は膨出部４５を
備えた管であつて、隣接する筒３１に係合する該
膨出部で筒より上方に支持される。隣接する筒よ
り下方の膨出部４５はシンブルの上下方向の変位
を防止する。膨出部４５は組む前に又は後に形成
することができる。帯状ストラツプ２５はその壁
４１に沿つて耐震部４７を備えている。該耐震部
は壁から外方へ延びる突起である。隣接する燃料
集合体は耐震部４７を間に入れて原子炉の炉心に
装荷される。

筒３１と筒３１との間の距離は燃料棒に関連し
て設定されている。燃料棒の中心間距離は45〜50
cm離れている。

燃料棒モジユール２３、シンブル４３及び帯状
ストラツプ２５は複数の取付ジグ５１（第１３
図）を使つて組み立てられ、燃料集合体２１にな
る。各取付ジグ５１は横部材５３と、脚部５５及
び５７とを有するヨークであつて、横部材５３は
各側に２つの指状部５９を備えている。指状部５
９と指状部５９との間にはそれ等に関して可動の
可動部材６１が中央にある。指状部５９は脚部５
５と一体であり、可動部材６１は脚部５７と一
体、即ち脚部５７に固定されている。脚部５５と
指状部５９の接合部にあるコーナーを枢支ピン６
３が貫通しており、可動部材６１及び脚部５７は
このピン６３を中心として一緒に枢回する。ピン
６３と反対側の端において、指状部５９と可動部
材６１とには同心の穴６５が設けられており、ロ
ツクピン６７が穴６５を貫通している。ロツクピ
ン６７を抜けば、可動部材６１及び脚部５７が下
方に枢回して脚部５７を取り除くので、取付ジグ
５１内の完成燃料集合体を除去しうる。

本発明を実施して燃料集合体を製造するに際し
て、開口部３５を有する筒３１と、膨出部４５を
有するシンブル４３と、ばね条片３３と、燃料棒
２９と、帯状ストラツプ２５の頂辺及び側辺にな
る板７１及び７３とを製作する。板７１及び７３
には耐震部４７が設けられており、燃料棒２９の
被覆管も含め全部品がジルカロイ合金で製作され
ている。しかし、被覆管がステンレス鋼のような
他の材料で構成されている燃料集合体も本発明の
範囲内に入る。

ばね条片３３は、筒ユニツト２７を形成する筒
３１内に装着される。ばね条片の両端を離間した
開口部３５の下端及び上端３９に溶接する。図面
に示すように、３つのばね条片と３つの開口部と
があり、そしてばね条片が1/3巻きする長さであ
る場合には、各ばね条片はその下端で一つの開口
部３５の下端３９に溶接され、その上端で、筒ユ
ニツト２７の頂面から見て上述した一つの開口部
の反時計方向にある次の開口部の上端３９に溶接
される。複数の筒ユニツト２７を１本の燃料棒２
９に装着することによつて燃料棒モジユール２３
が形成される。筒ユニツトは燃料棒２９に沿つて
一様に隔置される。ばね条片３３は各筒３１に周
囲に沿つて一様に隔置され、そして燃料棒２９が
そこに装着されている全部の筒の中央にくるよう
に位置決めされている。ロツクピン６７を穴６５
に入れた複数の取付ジグ５１（第１３図）をそれ
等の横部材５３が同平面になるように整列させ、
各取付ジグの横部材５３，脚部５５及び５７の内
面に板７１及び７３を設ける（第１２図）。第１
２図に示すように、板７１及び７３はそれ等の側
辺に沿つて結合しＵ形溝造にしておくのが望まし
い。しかし、取付ジグに別々の板７１及び７３を
配設することも本発明の範囲内である。最初の列
の燃料棒モジユール２３を、筒ユニツト２７が横
板７１上で第１の層になるように、横板７１に沿
つて置く。筒３１と板７１との間の接合部４０を
溶接する。また、第１の層の端にある筒３１と板
７３との間の接合部も溶接する。第２列目の燃料
棒モジユール２３を、この列の筒ユニツト２７が
第１の層の筒ユニツト上で第２の層になるよう
に、第１の層の上に置く。第１、第２層の筒の接
合部４２を溶接する。また、第１、第２層の各々
の端にある筒と板７３との間の接合部４０も溶接
する。同じ方法で燃料棒モジユールのその他の列
を、筒ユニツト２７がＵ形構造内で層になるよう
に、第３、第４、第５等の列にして置く。この他
の各層の筒ユニツト２７はその直ぐ下の層の筒ユ
ニツト上にある。その他の各層の筒とその下の層
の筒との間の接合部４２を溶接する。また、板７
３とその他の各層の端にある筒との間の接合部も
溶接する。このようにして実質的に剛な構造を作
る。代表的には、こうして組み立てた列は各方向
に17の筒ユニツト位置のある、即ち全体で289の
筒ユニツト位置からなる正方形である。“筒ユニ
ツト位置”という表現は、全ての位置に筒ユニツ
ト２７があるわけではないことを考慮して使用さ
れている。燃料集合体を製作するに際して、上述
した剛な構造を組み立てているときにシンブル４
３を挿入するためのスペースを残しておく。板７
１及び７３、燃料棒モジユール２３並びにシンブ
ルの組み立てが完了した後、上の板７１を横の板
７３に取着して帯状ストラツプ２５を完成する。
燃料棒モジユール２３の列をＵ形になつた板７１
及び７３の中に配置することによる燃料集合体の
形成には利点があるが、筒の矩形列を板７１及び
７３に組み付けた後から燃料棒２９を同軸の筒ユ
ニツト２７に挿入することも本発明の範囲内にあ
る。燃料集合体２１を完全に構成した後、ロツク
ピン６７を抜き、横部材６１及び脚部５７を下方
へ枢回させ、燃料集合体を取り出す。燃料集合体
の形成中に、制御棒間の間隔即ちチヤンネル間隔
を順繰りに測定して、燃料集合体が完成する前に
該間隔が限界内にあることを確保する。

帯状ストラツプ２５の機能は燃料棒モジユール
２３の列及びシンブル４３を枠にはめることであ
る。帯状ストラツプ２５は燃料集合体を原子炉の
炉心（図示せず）に装荷する間に役立つ案内タブ
８１を備える。帯状ストラツプ２５にある耐震部
４７は地震性の擾乱中における燃料集合体２１間
の横運動を減衰させる。

本発明による燃料集合体の利点は次の通りであ
る。

１ 筒の内周の周りに等間隔で隔置された少なく
とも３本の湾曲したばね条片の両端が互いに円
周方向に変位した関係で筒ユニツトの端部近傍
に設けられると共に、該３本のばね条片は、半
径方向に対称に配列されていて、同ばね条片の
中央部で、各１組の同軸の筒ユニツト内の中央
を通つて延びる１本の燃料棒に係合するので、
各筒ユニツト内の３本のばね条片によつて１本
の燃料棒を相当な長さの複数の接触領域に沿つ
て弾性的に支持し、燃料棒を中心に位置決めす
ると共に、中性子束の照射によるばね条片の弛
緩時に、前記筒ユニツトに沿う燃料棒の長手方
向の変位を規制する。

２ ばね条片が冷却材に乱流を生じさせるので、
先行技術の燃料集合体で必要であつた混合羽根
が不必要になるか、或は混合羽根の数が減少す
る。

３ 燃料棒モジユール２３を最初に組み立ててか
らそれ等を組み合わせ燃料集合体２１にするこ
とができる。

４ 燃料棒被覆管の掻き傷がなくなるか、少なく
なる。

５ １列ずつ積み重ねる作業であるから、チヤン
ネル間隔即ち制御棒間の間隔も作業間検査が容
易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である燃料集合体の平
面図、第２図は第１図に示した燃料集合体の部分
側面図、第３図は帯状ストラツプから延びる燃料
集合体の一部の部分斜視図、第４図は本発明によ
る燃料集合体に含まれる燃料棒モジユールの筒ユ
ニツトの斜視図、第５図は該筒ユニツトの平面
図、第６図は該筒ユニツトの側面図、第７図は第
６図の筒のみの端面図、第８図は第６図の−
線における断面図、第９図は本発明による燃料棒
モジユールの側面図、第１０図は第９図の−
線における断面図、第１１図は本発明による燃料
集合体を製作する方法を説明するための部分側面
図、第１２図は第１１図に示されている装置の部
分平面図、第１３図は本発明による燃料集合体を
製作する際に使用される取付ジグの斜視図であ
る。 ２１……燃料集合体、２５……グリツド構造
（帯状ストラツプ）、２７……筒ユニツト、２９…
…燃料棒、３１……筒、３３……ばね条片。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸方向に隔置された複数のグリツド構造内に
   平行に支持される燃料棒群を有する原子炉の核燃
   料集合体であつて、複数の筒ユニツトからそれぞ
   れなり縦方向に延びるブロツクを複数個備え、前
   記複数個のブロツクの対応する１組の筒ユニツト
   は同軸であつて、各筒ユニツトは内部に弾性装置
   を有する１本の筒を含んでおり、該弾性装置は、
   前記筒の内周の周りに等間隔で隔置された少なく
   とも３本の湾曲したばね条片からなり、該少なく
   とも３本のばね条片の各々の両端は互いに円周方
   向に変位した関係で前記筒ユニツトの端部近傍に
   設けられると共に、該少なくとも３本のばね条片
   は、半径方向に対称に配列されていて、同ばね条
   片の中央部で、各１組の同軸の筒ユニツト内の中
   央を通つて延びる１本の燃料棒に係合し、該筒ユ
   ニツト内の前記少なくとも３本のばね条片によつ
   て前記１本の燃料棒を相当な長さの複数の接触領
   域に沿つて弾性的に支持し、前記燃料棒を中心に
   位置決めすると共に、中性子束の照射による前記
   ばね条片の弛緩時に、前記筒ユニツトに沿う燃料
   棒の長手方向の変位を規制することを特徴とする
   原子炉の燃料集合体。