JPH0221759B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、平行な燃料棒の束によつて構成さ
れ、燃料棒の間隔が燃料棒および数本の燃料棒に
とつて代る支持管と交差するスペーサグリツドに
よつて維持される原子炉の燃料アセンブリに関す
る。

支持管あるいはガイド管は燃料棒より長く、２
つの交差端プレートと協働してグリツドの保持、
アセンブリの剛性、制御棒の案内および軸線方向
の力の吸収を保証する。

上端プレートと上端グリツドとの間のガイド管
および下端プレートと下端グリツドとの間のガイ
ド管の部分において、軸線方向の力はガイド管の
みによつて伝達され、一方端グリツドの間に位置
したアセンブリの全体的な領域の全部において、
軸線方向の力は燃料棒によつて伝達される。

例えば加圧水形原子炉の炉心は断面が正方形の
非常に長いアセンブリによつて構成される。

かかるアセンブリの端プレートは通常ステンレ
ス鋼からつくられ、一方アセンブリの長さに沿つ
て規則的な間隔で配置されたスペーサグリツドは
通常ニツケル合金又はジルコニウム合金からつく
られる。

実際、これらの材料は、アセンブリのこれらの
部品を構成するのに適当な機械的および物理的特
性を有している。

既知の態様においては、各々のガイド管が軸線
方向の力の吸収に関与するように各々のスペーサ
グリツドにガイド管をすべて固定することがおこ
なわれている。

ガイド管およびスペーサグリツドがステンレス
鋼であるとき、燃料棒が内側に配置されるアセン
ブリの骨組を構成する種々の部品即ち端プレー
ト、スペーサグリツドおよびガイド管は電気溶接
によつて容易に連結される。

しかしながらステンレス鋼又はニツケル合金の
ような材料は、これらの材料を大量に含む燃料ア
センブリの運転が比例して減少するように高い中
性子捕獲断面積を備えた材料である。

それ故ジルコニウム合金のような低い中性子捕
獲断面積を備えた材料からつくられるガイド管を
使用することが、例えばフランス特許第2049108
号において提案された。しかしながら使用される
ジルコニウム合金は、それぞれ端プレートおよび
アセンブリグリツドを構成するステンレス鋼およ
びニツケル合金に溶接することができない。

そこでフランス特許第2049108号は、端プレー
トおよびグリツドの上に溶接された中間連結装置
を使用し、ジルコニウム合金（ジルカロイ）から
つくられたガイド管とこれらの中間連結部品との
機械的な取付けを行なうことを提案している。こ
れらの連結部品はステンレス鋼からつくられたス
リーブであり、例えばこのスリーブの中へジルコ
ニウム合金製の管が導入され、しつかりと固着さ
れる。

かかるアセンブリは従来のアセンブリに関して
高い中性子捕獲断面積を備えた材料を小量含むも
のではあるが、製造にあたり多くの複雑な作業を
含む。なぜならば、ステンレス鋼製スリーブをガ
イド管が内側を通るスペーサグリツドのセルの
各々に溶接し、ガイド管をこれらのスリーブの中
へ導入し、そしてそれからガイド管の内側に工具
を導くことによつてガイド管をスリーブ内に固定
しなければならないからである。

その上照射状態ではジルコニウム合金管は、通
常端部に使用される鋼部品より少なく拡大し膨張
する。その結果運転中アセンブリの伸びに差が生
じるというこの可能性のためにアセンブリを設計
する際対策を講じなければならない。

それ故本発明の目的は、燃料棒に対し交差する
スペーサグリツドによつて間隔を維持される平行
な燃料棒の束と、２つの横方向端プレートと、或
る数の燃料棒にとつて代り長さが燃料棒より長
く、前記端プレートおよびスペーサグリツドにし
つかりと固定され、原子炉の制御棒の案内と同様
グリツドの保持、アセンブリの堅固、軸線方向の
力の吸収を確実にする支持ガイド管とから構成さ
れ、端プレートはステンレス鋼のような高い中性
子捕獲断面積を有する材料からつくられる、原子
炉の燃料アセンブリであつて、製造が容易かつ安
価であつて軸線方向の力に対する十分な抵抗を確
実にする構造の燃料アセンブリを提供することに
ある。

本発明によれば、ステンレス鋼およびニツケル
合金のなかから選ばれた材料でできていて燃料棒
と交差しているスペーサグリツドによつて間隔を
維持される平行な燃料棒の束と、ステンレス鋼で
できた２つの横方向端プレートと、燃料棒にとつ
て代わり長さが燃料棒より長い複数のガイド管と
を含む原子炉の燃料アセンブリにおいて、前記ガ
イド管は、前記スペーサグリツドの材料と冶金学
的に適合するステンレス鋼でできた少なくとも２
本の支持ガイド管を含み、該支持ガイド管は、ス
ペーサグリツドの保持、燃料アセンブリの剛性お
よび軸線方向の力の吸収を保証するため前記スペ
ーサグリツドに溶接され、かつ前記端プレートに
固定されており、前記ガイド管のうち燃料アセン
ブリのガイド管の大部分を構成するその他のガイ
ド管は、ジルコニウム合金でできており、下端プ
レートに固定され、かつ膨脹したときスペーサグ
リツドに対して移動できるようにスペーサグリツ
ドに摺動自在に受け入れられており、炉の制御棒
の案内のみを保証することを特徴とする燃料アセ
ンブリが提供される。

又、本発明によれば、ジルコニウム合金ででき
ていて燃料棒と交差しているスペーサグリツドに
よつて間隔を維持される平行な燃料棒の束と、ス
テンレス鋼でできた２つの横方向端プレートと、
燃料棒にとつて代わり長さが燃料棒より長い複数
のガイド管とを含む原子炉の燃料アセンブリにお
いて、前記ガイド管は、スペーサグリツドの保
持、燃料アセンブリの剛性および軸線方向の力の
吸収を保証するため前記スペーサグリツドに溶接
され、かつ前記端プレートに機械的に固定されて
いるジルコニウム合金でできた少なくとも２本の
支持ガイド管を含み、前記ガイド管のうち燃料ア
センブリのガイド管の大部分を構成するその他の
ガイド管は、ジルコニウム合金でできており、下
端プレートに固定され、かつ膨脹したときスペー
サグリツドに対して移動できるようにスペーサグ
リツドに摺動自在に受け入れられており、炉の制
御棒の案内のみを保証することを特徴とする燃料
アセンブリが提供される。

かくてガイド管はすべて制御棒を案内するのに
役立つけれども、このうちの数本のみがアセンブ
リの剛性および軸線方向の力の吸収を保証する。

今本発明に依る加圧水形原子炉の燃料アセンブ
リのいくつかの実施例を例として添付図面を参照
して説明する。

第１図には、平行な燃料棒１の束によつて構成
された燃料アセンブリが図示されており、それら
燃料棒の間隔はスペーサグリツド２によつて維持
され、スペーサグリツド２は燃料アセンブリに沿
つて規則的に隔置され且つ正方形のメツシユ格子
（第２図）を構成し、メツシユ格子内で或る数の
燃料棒１の位置はガイド管５によつて占有されて
いる。

ガイド管５は棒１より長く、端プレート３に固
定することができ、これによりアセンブリの剛直
性が保証される。ガイド管５はアセンブリの剛直
性を維持することおよびアセンブリと関連した制
御棒を構成する吸収棒を案内することの両方に役
立つ。

第３図は、上端プレートがステンレス鋼からつ
くられ、スペーサグリツド９および１０が弾力性
の高いニツケル合金からつくられている燃料アセ
ンブリの２つのガイド管６および７の端を示す。
ガイド管６はステンレス鋼管であつて、スペーサ
グリツド９，１０および上方チツプ８に直接溶接
し連結されている。管７は、低い中性子捕獲断面
積を有するジルカロイ（Zircaloy）と呼ばれるジ
ルコニウム合金からつくられる。各管７はスペー
サグリツド９および１０および上端プレート８に
摺動自在に受け入られらる。そのため、各管７は
上端プレート８の開口およびスペーサグリツドの
セルに滑り嵌めされている。その結果、管７は照
射および原子炉の温度の作用で自由に伸びること
ができ、開口の内側でスペーサグリツドおよび上
方チツプに関して長さ方向へ移動できる。

アセンブリ全体は、管６のような４本のステン
レス鋼製ガイド管と管７のような20本のジルコニ
ウム合金製管を有している。下部のところで管７
は、機械的な連結によつてアセンブリの下方チツ
プに固定されている。それ故第３図を参照して説
明されたようなアセンブリにおいては、24本のう
ち20本のガイド管が低中性子捕獲断面積を有する
ジルコニウム合金でつくられるので、高中性子補
獲断面積を有する材料の量が減少することは明瞭
である。

その上４本のステンレス鋼管を中間部品を必要
とせずに直接端プレートおよびスペーサプレート
に溶接できるので、アセンブリは非常に容易に組
み立てられる。更に上端プレートおよびスペーサ
グリツドに設けられた開口内でジルコニウム管は
自由に摺動できるので、アセンブリを伸ばすこと
なく、照射状態でのジルコニウム管の膨張に適応
できる。

第４図は、アセンブリの上端プレート１５およ
び上方スペーサグリツド１６に溶接され固定され
たスリーブ１３および１４内に上部のところで係
合した２つのガイド管１１および１２を示す。こ
れらのステンレス鋼スリーブは上方スペーサグリ
ツドと上端プレートの連結を可能にし、かくて軸
線方向の力に対するアセンブリの剛性および強度
を増大させる。

ステンレス鋼管１１はその上部が、アセンブリ
の高さに亘つて規則的な間隔で位置したスペーサ
グリツド１８の各々およびスリーブ１３に溶接さ
れている。低中性子捕獲断面積を有するジルコニ
ウム合金製のガイド管１２はスペーサグリツド１
６，１８および上方チツプ１５の開口に簡単に係
合する。管１１は下端にステンレス鋼製のプラグ
１９を支承し、このプラグ１９は下端プレート２
０に螺合させて固定できる。

下端グリツド６０はスリーブ６１に溶接され、
スリーブ６１によつて下端プレート２０に連結さ
れる。。ガイド管１１はこのスリーブ６１内へ挿
入される。スリーブは管を固定したとき端プレー
トに取り付けられる。ジルコニウム合金管１２の
下部はジルコニウム合金プラグ２３によつて下方
プレート２０に固定され、、プラグ２３は管１２
の下端を閉じ、下端プレート２０と螺合すること
により管１２を固定できる。完全なアセンブリに
おいては、管１１と同様な４本のステンレス鋼管
が使用され、端プレートおよびスペーサグリツド
に同一の方法で固定される。使用されている他の
20本の管は管１２のようなジルコニウム合金管で
あり、下端プレート２０に固定される。

第５図は、断面が正方形であり、グリツド１６
内に完全に係合することができ、燃料棒を妨害す
ることなくグリツド１６に非常に強く取付けでき
るステンレス鋼チツプ１３を示す。同じくチツプ
１４は断面が正方形で、グリツド１６のセル内に
完全に係合することができる。

第６図は、スリーブ１３を使用することなく上
端プレート１５および上方スペーサグリツド１６
にステンレス鋼ガイド管を直接溶接する。ガイド
管と該プレートとの連結の実施例を示す。他方ジ
ルカロイ（Zircaloy）管１２は第４図と同一のス
リーブ１４内に係合し、プレートと上端と上方ス
ペーサグリツドとの連結を確実にする。この態様
のアセンブリはこの構造によつてステンレス鋼の
量および中性子の吸収を減少させる。

第７図は、フラマトームカンパニーの特許第
2368785号に説明されているような容易に取外し
できる燃料アセンブリの場合にアセンブリの剛性
を保証するステンレス鋼ガイド管２４の上部を示
す。

かかるアセンブリにおいてはガイド管の上端は
広がつたプリズム形状部分２５を有し、この部分
２５は上端プレート２７の下部に設けられた凹部
２６内へ導かれ、ガイド管の部分２５の内面に設
けられた対応する螺子部分と螺合する螺子部２９
を有する中空プツシング２８によつてガイド管を
上方チツプに固定できる。

ブツシング２８はプレート２７を通過する開口
内に係合し、肩部３１および上部３２を有する。
上部３２の直径は凹部３３が設けられる下部より
大きく、上部を構成するカラーの膨張によつてブ
ツシングを回転式に固定する。この方法により管
は完全に回転式に固着され、上端プレート２７に
しつかりと固定される。このような取り外し可能
なアセンブリの場合には、スペーサグリツド３５
に溶接される第７図のような４本のステンレス鋼
管２４を設けることが、ガイド管、スペーサグリ
ツドおよびプレートの剛直な組立てを達成し、一
方ブツシング２８を螺子を解放することによつて
上方チツプを取外すという可能性を保持するため
に必要であることのすべてである。24本のガイド
管を備えるアセンブリにおいては他の20本の管は
ジルコニウム合金からつくられ、第４図を参照し
て説明されたようなプラグおよびねじによつてア
センブリの下方チツプに固定される。ジルコニウ
ム合金管は同じくスペーサグリツドおよび上端プ
レートの開口内へ導入され、管が膨張した場合で
も移動することができる。上端プレート２７を取
り外すとき、燃料棒に接近し、これらをアセンブ
リから選択的に抜き出して、取り替え又は検査す
ることができる。すべての場合において、長さが
十分長くアセンブリの上方チツプの上面にできる
限り接近して開放するジルカロイ管を提供するこ
とが好ましい。かくてこれらの管の一層効果的に
保持および案内が提供された。

第８図は、容易に取外しできるアセンブリの場
合におけるステンレス鋼ガイド管の固定の変形例
を示す。円筒状チツプ３６はプリズム形状上端３
９を有し、この上端３９が上端プレート３８に形
成された対応する形状の開口内に係合し固定され
る。ブツシング３７は前と同様チツプ３６の内側
に固定され、このチツプ３６に対して上端プレー
ト３８を固定することができる。チツプ３６は同
じくスペーサグリツド４０に溶接することによつ
て固定され、ステンレス鋼ガイド管４１は第１の
スペーサグリツド４０のすぐ下方でチツプ３６の
端に溶接することにより固定される。かくてこの
態様においては上端プレートと第１のスペーサグ
リツド４０との連結は、第４図のように断面が正
方形であつても良いガイド管４１より直径が大き
なチツプ３６によつて達成されるので強化され
る。第７図を参照して説明された装置の場合のよ
うに、ブツシング３７の上部を構成するカラー
は、膨張によつて凹部４３へ侵入しブツシングを
回転式に固定できるように変形させることができ
る。

第９図はジルコニウム合金管４４の設置の変形
例を示し、この変形例においては、管４４の上部
を保持し案内するのに役立つブツシング４８通し
てアセンブリ上端プレート４７に固定されるスリ
ーブ４５によつて、管４４は上部のところで案内
され保持される。スリーブ４５は上部４６を有
し、その外面はプリズム形状であつてプレート４
７の対応する形状の開口内に係合する。スリーブ
４５は上方スペーサグリツド４９に溶接すること
により連結され、かくて上端プレート４７とこの
スペーサグリツド４９との間に連結部を形成す
る。管４４はアセンブリの下端プレートに下部が
連結され、ジルコニウム管がスペーサグリツドに
関して長さ方向へ移動できる可能性を保ちながら
管の案内を確実にするように、アセンブリの種々
のグリツドの開口内に係合する。

第１０図はジルコニウム合金ガイド管５０の設
置の変形例を示し、この変形例においてはガイド
管５０は上部に広がり部分５１を有し、第９図を
参照して説明されたようにブツシング４８によつ
て上端プレート４７に固定されたスリーブ４５の
下部が広がり部分５１内に係合する。ジルコニウ
ム合金管のこの型式の設置は、スリーブがもはや
ガイド管を通すことを要求されず内径を減少させ
ることができるので、所定の内径のガイド管およ
び所定の外径のスリーブ４５とともに厚さの一層
大きいスリーブを使用することを可能にする。

第１１図は本発明の第２の実施例に依る燃料ア
センブリを示す。スペーサグリツド６５，６６，
６７はジルコニウム合金（Zircaloy）でつくら
れ、ガイド管も同じく同一の合金でつくられる。
ガイド管６８は、第７図に示されているのと類似
の方法で即ちガイド管の内側に形成された対応す
る螺子部分と螺合する中空のブツシング７４を使
用することによつて、上端プレート１５に連結さ
れる。特に示されていないけれども、必要な溶接
連結を行なうことができる材料を使用することに
注意すれば、第７，８，９，１０図に示されてい
るすべての態様の場合のように、ガイド管６８と
端プレートの連結を達成することができる。自由
に取り付けられたガイド管６９も同じくジルカロ
イでつくられ、下端プレート２０の盲ボア７０お
よび上端プレートのボア７１内へ導入される。こ
のボア７１は上端のところに、ガイド管の上方向
の移動の範囲を制限するための環状突出部７３を
備えている。各ガイド管の下端部分は下端プレー
ト２０の盲ボアに固定されている。

第１２図はグリツド６５と端プレート１５との
連結の実施例を示し、この実施例においてガイド
管６８はこの部分で強化され、その上端と端グリ
ツド６５の下方レベルとの間の高さに亘つて通常
の部分より大きい外側部分を有している。この部
分は環状かあるいは第５図に示されているものと
同様正方形であつても良い。ガイド管は端グリツ
ドと下方チツプとの間で下部に同一の補強を有し
ている。

本発明に依る装置は、アセンブリの構造および
製造の簡略化、特にスペーサグリツドがステンレ
ス鋼からつくられる態様において照射状態でのア
センブリの長さ方向の変形を一層小さくすること
高い中性子補獲断面積を有する材料を少ししか使
用しないにもかかわらず非常に強い構造を得るこ
とを可能にすることは明瞭である。その上、ガイ
ド管とグリツドとの間の連結部を少数しか有さな
いことは、グリツド内の自由に取り付けられた棒
に隣接するセルが非常に良く潅漑されるので熱流
状態（the rmohydraulic conditions）の改良を
可能にする。

本発明はすべての変形例を含む説明した実施例
に限定されるものではない。

取外しできる又はできないガイド管と端プレー
トとの連結の他の手段およびこれらのガイド管の
下端と下端プレートとの連結の他の手段が考えら
れる。アセンブリの剛性を保証するガイド管を構
成するステンレス鋼以外の材料およびアセンブリ
の下方プレートにのみ固定される他のガイド管の
ためのジルコニウム合金以外の材料の使用も同様
に考えられる。最後に本発明に依る燃料アセンブ
リは、燃料がスペーサグリツドおよび端プレート
により互いに連結される平行な棒の束を構成する
非常に長い棒の形状であるすべての原子炉に使用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加圧水形原子炉用燃料アセンブリの全
体的立面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿つた
断面図、第３図は２つのガイド管の上部およびこ
れらのガイド管と上端プレートおよびスペーサグ
リツドとの連結部を通る垂直面における本発明の
第一の実施例に依るアセンブリの断面図、第４図
は第一の実施例の第一の変形例に依るアセンブリ
において２つの支持管およびこれらの支持管と端
プレートおよびスペーサグリツドとの連結部を通
る垂直面における断面図、第５図は第４図のＢ−
Ｂ線に沿つた断面図、第６図は第一の実施例の第
二の変形例に依るアセンブリにおいて２つのガイ
ド管およびこれらのガイド管と端プレートおよび
スペーサグリツドとの連結部を通る垂直面におけ
る断面図、第７図は本発明の第一の実施例に依る
取外し可能なアセンブリの場合においてガイド管
の上部の垂直面における断面図、第８図は第二の
変形例に依る取外し可能なアセンブリのガイド管
の上端の垂直面における断面図、第９図は第三の
変形例に依る取外し可能なアセンブリにおいてガ
イド管の上端の垂直面における断面図、第１０図
は第四の変形例に依る取外し可能なアセンブリに
おいてガイド管の上端の垂直面における断面図、
第１１図は本発明の第二の実施例に依るアセンブ
リの垂直面における部分的断面図、第１２図は第
二の実施例の変形例に依るアセンブリの部分的断
面図である。 １……燃料棒、２……スペーサグリツド、３…
…端プレート、５，６，７……支持ガイド管、１
３，１４……スリーブ、２８……ブツシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステンレス鋼およびニツケル合金のなかから
   選ばれた材料でできていて燃料棒と交差している
   スペーサグリツドによつて間隔を維持される平行
   な燃料棒の束と、ステンレス鋼でできた２つの横
   方向端プレートと、燃料棒にとつて代わり長さが
   燃料棒より長い複数のガイド管とを含む原子炉の
   燃料アセンブリにおいて、前記ガイド管は、前記
   スペーサグリツドの材料と冶金学的に適合するス
   テンレス鋼でできた少なくとも２本の支持ガイド
   管を含み、該支持ガイド管は、スペーサグリツド
   の保持、燃料アセンブリの剛性および軸線方向の
   力の吸収を保証するため前記スペーサグリツドに
   溶接され、、かつ前記端プレートに固定されてお
   り、前記ガイド管のうち燃料アセンブリのガイド
   管の大部分を構成するその他のガイド管は、ジル
   コニウム合金でできており、下端プレートに固定
   され、かつ膨脹したときスペーサグリツドに対し
   て移動できるようにスペーサグリツドに摺動自在
   に受け入れられており、、炉の制御棒の案内のみ
   を保証することを特徴とする燃料アセンブリ。 ２ 前記支持ガイド管は前記端プレートに直接溶
   接されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の燃料アセンブリ。 ３ 前記支持ガイド管はスリーブを介して燃料ア
   センブリの上端プレートに溶接されており、前記
   スリーブは更に、上端プレートと前記スリーブが
   溶接されている燃料アセンブリの上方スペーサグ
   リツドとを連結していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の燃料アセンブリ。 ４ 前記ガイド管の前記その他のガイド管は、そ
   の上部が前記上端プレートと前記上方のスペーサ
   グリツドとを連結するスリーブに係合しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   いずれか１項に記載の燃料アセンブリ。 ５ 前記支持ガイド管は数が４本であり、前記ガ
   イド管は前記その他のガイド管は数が20本である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料アセンブリ。 ６ ジルコニウム合金でできていて燃料棒と交差
   しているスペーサグリツドによつて間隔を維持さ
   れる平行な燃料棒の束と、ステンレス鋼でできた
   ２つの横方向端プレートと、燃料棒にとつて代わ
   り長さが燃料棒より長い複数のガイド管とを含む
   原子炉の燃料アセンブリにおいて、前記ガイド管
   は、、スペーサグリツドの保持、燃料アセンブリ
   の剛性および軸線方向の力の吸収を保証するため
   前記スペーサグリツドに溶接され、かつ前記端プ
   レートに機械的に固定されているジルコニウム合
   金でできた少なくとも２本の支持ガイド管を含
   み、前記ガイド管のうち燃料アセンブリのガイド
   管の大部分を構成するその他のガイド管は、ジル
   コニウム合金でできており、下端プレートに固定
   され、かつ膨脹したときスペーサグリツドに対し
   て移動できるようにスペーサグリツドに摺動自在
   に受け入れられており、炉の制御棒の案内のみを
   保証することを特徴とする燃料アセンブリ。 ７ 前記ガイド管の前記その他のガイド管は、そ
   の上部が前記上端プレートと前記上方のスペーサ
   グリツドとを連結するスリーブに係合しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の燃
   料アセンブリ。 ８ 前記支持ガイド管は数が４本であり、前記ガ
   イド管は前記その他のガイド管は数が20本である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   燃料アセンブリ。