JPH0317318B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料要素が燃料集合体の下部端ノズ
ル上に固定された原子炉の燃料集合体に関する。

原子炉特に冷却材として水を使用する原子炉の
燃料集合体は、互に平行な燃料要素の束により形
成され、これらの燃料要素は支持格子、２個の端
ノズル、並びにこれらの支持格子及び端ノズルを
連結する案内管によつて形成された構造物により
保持されている。

長さの大な円筒状の燃料要素は、燃料要素束中
にそれらを保持する支持格子（スペーサーともな
る）の内部に係合している。

支持格子は、一般に、案内管よりも長さの小さ
い燃料要素を横方向及び軸方向に保持する役目を
しており、それらの案内管は、燃料集合体のいく
つかの燃料要素の代わりになる。そのため燃料要
素の先端は自由であり、両方の端ノズルから或る
距離のところにある。

支持格子によつて燃料要素の軸方向の固定と横
方向の固定とを同時に行わせるには、燃料要素に
大きな横向きの力を加えるばねを使用することが
必要になる。

ところで、原子炉の炉心部の中性子収量を高め
るには、燃料集合体の支持格子の材料として、中
性子吸収の少いジルコニウム合金が一般に用いら
れる。

しかし、照射下にあるばねの弾性及び機械的性
質が得られるようにするには、ばねをニツケル合
金製とすることが必要になる。

そのため、燃料要素の一端を燃料集合体の下部
端ノズルに固定することにより、燃料要素の横方
向支持機能と軸方向支持機能とを分離することが
検討された。しかしこの場合は、下部端ノズルの
構造が複雑になり、その取外しが一層困難にな
り、燃料集合体内部への１次側流体の通過断面積
が減少するなどの不具合を生ずる。

従つて、本発明の目的は、その長さの少くとも
一部分に亘つて円筒状の互に平行な複数の燃料要
素の集合体によつて形成され、該燃料要素は、該
燃料要素に対し横断方向にある支持格子とやはり
横断方向にある２つの端ノズルとこれらの支持格
子及び端ノズルに連結されて燃料集合体の少くと
もいくつかの燃料要素に代わる案内管とによつて
形成された構造物によつて保持され、燃料要素
は、原子炉の炉心部内の使用位置に燃料集合体が
ある時に、燃料集合体の下側部分に配置された下
部端ノズルにその一方の先端により固定されるよ
うにした、原子炉の燃料集合体において、前記構
造物の下部ノズルの構造を簡略にして、その取外
しを容易にし、燃料棒を横方向及び横断方向に支
持しながら１次側流体の充分な通過断面積が得ら
れるようにすることにある。

この目的のために、燃料集合体はさらに固定板
を有し、この固定板は、下部端ノズル上に重ね合
され、下部端ノズルを貫通するオリフイス内に配
置されていて固定板の雌ねじ孔にねじ込まれた中
空ねじブツシユによつて下部端ノズルの上面に接
して固定され、又、厚さ全体に亘るオリフイスを
備え、これらのオリフイスは、燃料要素に各々対
応する直径及び位置を有し、かつ、下部端ノズル
と接触する固定板の下面に機械切削により形成さ
れた互に平行な下向きの細長い溝内に開口し、該
溝の各々は燃料要素の１つの列に対応し、下部端
ノズル自身には各々の燃料要素と向い合いに通し
孔が形成してあり、各々の燃料要素の下部の先端
の横断面形状は等しい角度で隔てられた少くとも
３個の径方向の板状部分を有し、前記板状部分の
各々は下端に径方向外方に突出する肩部を有し、
該肩部は溝の深さにほぼ対応する高さを有し、か
つ、前記溝の幅に比例した量燃料要素の円筒部分
の輪郭に対して径方向に突出し、それによつて、
燃料要素の下端が、溝に当接して回転しないよう
にされると共に下部端ノズルと固定板との間で締
付けられて軸方向に固定されるようになる。

本発明がよりよく理解されるように、中性子効
率が改善された原子炉に本発明による燃料集合体
を使用する例について以下に詳細に説明する。

第１図には、本出願人のフランス国特許願82／
18012号に一例として記載されたような効率の改
善された原子炉に使用する燃料集合体が図示され
ている。

この燃料集合体は、燃料物質のペレツトを封入
した被覆管によつて形成された燃料要素１の集合
体である。被覆管の下端と上端とはそれぞれ端栓
２，３により密閉されている。下部の端栓２の直
下にある燃料要素の領域１ａには、燃料要素の中
央域を満たした核分裂性燃料物質の代りに、親物
質が満たされている。燃料要素の上部の端栓３の
下方にある領域１ｂについても同様である。

このようにして、各々の燃料集合体及び全部の
炉心部について、フランス国特許願82／18012号
に記載されたように原子炉の中性子効率の改善を
可能にする親物質の上部ブランケツト及び下部ブ
ランケツトが形成されることがわかる。

燃料要素１は、燃料要素１を横方向に支持する
スペーサーともなる支持格子５、下部端ノズル
６、上部端ノズル８及び案内管７によつて形成さ
れた構造物中に保持され、案内管７は支持格子５
に連結されていると共に、一端が下部端ノズル６
に固定され、他端が上部端ノズル８に固定されて
いる。案内管７はこのように燃料要素１の支持構
造物の保持と強度とを確実にする。

案内管７は、端ノズル６，８の貫通オリフイス
内に、そのねじ端部によつて固定され、このねじ
端部には、下部端ノズル６の場合にはねじブツシ
ユ９のねじ部分を、また上部の端ノズル８の場合
にはねじブツシユ１０のねじ部分をそれぞれ係合
させることができる。

ねじブツシユ９，１０を案内管７のねじ端部に
ねじ込んだ後、ねじブツシユ９，１０を回転しな
いように固定させる。

燃料集合体をその下部により下部炉心板１２上
に、第１図に略示したセンター位置決め装置１３
によつて固定する。

燃料集合体下部のこの固定装置は、フラマトー
ム社のフランス国特許願81／22754号の対象をな
している。

次に第１，２，３，４図を参照して、燃料要素
１の下部を下部端ノズル６に固定するための固定
装置について説明する。

燃料要素１の下部の端栓２は、120゜ずつの間隔
をおいた３個の径方向の板状部分２ａ，２ｂ，２
ｃを備えた、第２図に示す断面形状に従つて、そ
の長さの大部分に亘り機械切削されている。板状
部分２ａ，２ｂ，２ｃに対応する各々の径方向の
延長部分は、燃料要素１の円筒部分の円形断面形
状に対して突出した肩部１５を下部に備えている
（端栓２の断面形状は、径方向に突出したこれら
の部分を除いて、前記円筒部分内に含まれる）。

固定板１４はその下面により下部端ノズル６上
に載置され、この下部端ノズルに中空ねじブツシ
ユ１６により固定され、中空ねじブツシユ１６
は、下部端ノズル６の貫通オリフイス１７内に係
合している。各々のオリフイス１７は肩部１７ａ
を有し、この肩部上には、中空ねじブツシユ１６
の頭部１６ａが支持される。

中空ねじブツシユ１６のねじ部分１６ｂは、下
部端ノズル６のオリフイス１７の延長上において
支持板１４に形成した雌ねじ孔にねじ止めされ
る。中空ねじブツシユ１６をねじ止めした後、オ
リフイス１７の入口にそのために形成した鳩尾状
部分にねじブツシユ１６の頭部１６ａの延長部分
である上部カラー１６ｃを変形圧入することによ
り、回転しないようにする。

このように固定板１４を完全に安定に下部端ノ
ズル６上に固定することができる。

固定板１４は、燃料要素１の円筒部分の直径に
ほぼ等しい直径のオリフイス１８を、燃料要素束
の各燃料要素位置に対応する位置に備えている。

下部端ノズル６も、オリフイス１８及び各々の
燃料要素１の延長上に、燃料要素１の直径にほぼ
等しい直径の通し孔２０を備えている。

従つて下部端ノズル６は、それを一側から他側
に貫通した３種類の通し孔、即ち案内管７の固定
用のオリフイスと、固定板１４の固定用の中空ね
じブツシユ１６を通すためのオリフイス１７と、
燃料要素１の下部の回りに原子炉の冷却水を導く
ための通し孔２０とを備えている。中空ねじブツ
シユ１６も冷却水を導くことができる。

同様に固定板１４も、それを一側から他側に貫
通した３種類の通し孔、即ち案内管７の通路とな
る通し孔と、燃料要素１の固定用のオリフイス１
８と、中空ねじブツシユ１６のねじ止め用のねじ
孔とを備えている。

他方では、固定板１４の下面には、１組の溝２
１が、互に平行に、また燃料要素１の列に各々対
応するように形成されている。燃料要素１の下部
を通すためのオリフイス１８の下部はこれらの溝
２１の内部に開口している。

溝２１の深さは、第１図に示すように、燃料要
素１の端栓２に形成した径方向の肩部１５の高さ
に対応している。効率が改善された前記原子炉用
の燃料集合体の場合、この深さは５mmである。ま
た肩部１５の径方向寸法は２mmである。

固定板１４の下面に機械切削により形成された
溝２１の幅は、燃料要素１の下部の１つの径方向
板状部分２ｃが第２図に示すように溝２１の軸線
と直角になるように選定される。３つの径方向板
状部分２ａ，２ｂ，２ｃは120゜ずつの角度を含む
ため、燃料要素１を固定板１４上の所定位置に取
付け得るようにするには、溝２１の壁部に円筒状
の切欠２４を形成することが必要になる。

燃料要素１の直径が9.5mmである燃料集合体の
場合、溝２１の幅は８mmである。

燃料集合体内に燃料要素１を取付け固定するた
めに必要な操作について以下に説明する。

上部端ノズル８、案内管７及び支持格子５を有
し、下部端ノズル６は未だ所定位置に取付けられ
ていない燃料集合体の構造に対して、この取付け
を行う。

案内管７の位置に対応した通し孔の配列を有す
る固定板１４を、案内管７の下端に最初に取付け
る。次に燃料要素１を支持板１４及び支持格子５
に挿通する。燃料要素１は固定板１４に形成した
溝２１の底部に下部端栓２の肩部１５が突当たる
ことによつて止められる。燃料要素１は１つの仕
方のみにおいて溝２１内の所定位置に取付けるこ
とができ、これらの溝２１によつて、回転しない
ようにされる。

次に案内管７の先端上の所定位置に下部端ノズ
ル６を取付ける。固定板１４はその際下部端ノズ
ル６の上面上に載置される。次に下部端ノズル６
をねじブツシユ９によつて案内管７上に固定す
る。ねじブツシユ９はねじ止めの終了時に案内管
７の先端部内において回転しないようにされる。

次に中空ねじブツシユ１６によつて固定板１４
を下部端ノズル６上に固定する。ねじブツシユ１
６も、下部端ノズル６に形成した切欠の内部に変
形圧入されるカラー１６ｃによつて、ねじ止め終
了時に同様に回転しないようにされる。

その場合、燃料要素１は、平行移動についても
回転についても燃料集合体内において完全に不動
にされる。燃料要素１は、従来技術による燃料集
合体の支持格子のようにインコネル製のばねを備
えてなく、単に燃料要素１の支持用のボスを備え
ているのみの支持格子５によつて、横方向に支持
される。

このように固定された燃料要素が稼動中の原子
炉内において異常な振動状態を全く受けないこと
が、本発明者の行つた実験によつて示された。

更に燃料要素１は固定板１４によつて軸方向に
完全に保持される。しかし燃料集合体内の冷却水
の通過断面積は、燃料要素１の断面積と比較され
得る断面積において下部端ノズル及び固定板１４
を横切つて冷却水を通過させる下部端栓２の形状
と、中空ねじブツシユ１６とによつて、なお大き
な値に保たれる。

最後に、下部端ノズル６及び燃料要素１の取外
しは、固定板１４から中空ねじブツシユ１６を取
外し、案内管７からねじブツシユ９を取外すだけ
でよいため、非常に簡単である。ねじ止めを解除
する間に、ねじブツシユのカラーが変形されるた
め、これらのねじブツシユを回転に対しロツクす
るための特別の操作は不要になる。

本発明は前述した実施例のみに制限されず、そ
の全ての可能な変形を包含する。

例えば下部端ノズル６上に固定板１４を固定さ
せる手段は、前述した例によるねじブツシユのよ
うに簡単な取外しを可能にするものである限り、
前述した例と異なつた構成とすることができる。

更に燃料要素の下部端栓の縦断面形状は、燃料
要素を溝内に配向させ回転しないようにすること
のできるものである限り、図示した例と異なつた
構成としてもよい。

また本発明は、親物質の層が炉心の上部と下部
とに設けられている効率が改善された原子炉だけ
でなく、燃料集合体内の中性子吸収材料の量を少
くして中性子のバランスを改善することが望まれ
る全部の原子炉の場合にも適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による燃料集合体の部分断面
側立面図である。第２図は、第１図のＣ−Ｃ線に
おける部分断面図である。第３図は、第２図のＡ
−Ａ線における断面図である。第４図は、第２図
のＢ−Ｂ線における断面図である。第５図は、燃
料要素の端栓と下部端ノズルとの連結部を示す部
分断面分解等角図である。 符号の説明、１……燃料要素、２……下部の端
栓、２ａ，２ｂ，２ｃ……板状部分、５……支持
格子、６……下部端ノズル、７……案内管、８…
…上部端ノズル、１４……固定板、１５……肩
部、１８……オリフイス、２０……通し孔、２０
……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長さの少くとも一部分に亘つて円筒状の互に
   平行な複数の燃料要素１の束によつて形成された
   原子炉用燃料集合体であつて、燃料要素１は、燃
   料要素１に対し横断方向にある支持格子５と、や
   はり横断方向にある下部端ノズル６及び上部端ノ
   ズル８と、支持格子５及び下部及び上部端ノズル
   ６，８に連結されて前記束の少くともいくつかの
   燃料要素１に代わる案内管７とによつて形成され
   た構造物によつて保持され、燃料要素１は、原子
   炉の炉心部内の使用位置に燃料集合体がある時
   に、燃料集合体の下側部分に配置された下部端ノ
   ズル６にその一方の先端２が固定されている原子
   炉用燃料集合体において、燃料集合体はさらに固
   定板１４を有し、この固定板１４は、下部端ノズ
   ル６上に重ね合され、下部端ノズル６を貫通する
   オリフイス１７内に配置されていて固定板１４の
   雌ねじ孔にねじ込まれた中空ねじブツシユ１６に
   よつて該下部端ノズルの上面に接して固定され、
   又、厚さ全体に亘るオリフイス１８を備え、これ
   らのオリフイスは、燃料要素１に各々対応する直
   径及び位置を有し、かつ、下部端ノズル６と接触
   する固定板１４の下面に機械切削により形成され
   た互に平行な下向きの細長い溝２１内に開口し、
   該溝の各々は燃料要素１の１つの列に対応し、下
   部端ノズル６自身には各々の燃料要素１と向い合
   いに通し孔２０が形成してあり、各々の燃料要素
   １の下部の先端２の横断面形状は等しい角度で隔
   てられた少くとも３個の径方向の板状部分２ａ，
   ２ｂ，２ｃを有し、前記板状部分の各々は下端に
   径方向外方に突出する肩部１５を有し、該肩部は
   溝２１の深さにほぼ対応する高さを有し、かつ前
   記溝の幅に比例した量燃料要素１の円筒部分の輪
   郭に対して径方向に突出し、それによつて、燃料
   要素１の下端が、溝２１に当接して回転しないよ
   うにされると共に下部端ノズル６と固定板１４と
   の間で締付けられて軸方向に固定されるようにな
   ることを特徴とする原子炉用燃料集合体。 ２ 中空ねじブツシユ１６は、下部端ノズル６に
   設けた切欠内に変形されることによつて前記中空
   ねじブツシユを回転しないようにする変形可能な
   カラー１６ｃを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の原子炉用燃料集合体。 ３ 燃料要素１が、下部端栓２の上方及び上部端
   栓３の下方において、燃料要素１の長さに比べて
   厚さのわずかな２つの領域１ａ，１ｂに親物質を
   収納したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の原子炉用燃料集合体。 ４ 支持格子５が燃料要素１を横方向に支持する
   ためのボスないしは横方向の突部のみを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいず
   れか１項に記載の原子炉用燃料集合体。