JPH0640140B2 - 原子炉燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉燃料集合体の改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

通常、沸騰水型原子炉において使用される燃料集合体は
相互に所定の間隔を設けて多数配置されており、個々の
燃料集合体は、多数の燃料棒，ウオータロツド，上部及
び下部タイプレート，スペーサ及びチヤンネルボツクス
により構成されている。

第３図ないし第６図より従来から使用されている現在の
沸騰水型原子炉の燃料集合体を説明する。第３図、第４
図はそれぞれ燃料集合体の縦断面図、水平断面図、第５
図（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれ現行８×８型燃料
集合体の上部タイプレートの平面図、正面図、底面図、
第６図（イ）は同じく下部タイプレートの平面図、
（ロ）は正面図である。図において、１は上部タイプレ
ート、２は下部タイプレート、３ａ〜３ｄはコーナポス
ト、１２ａ，１２ｂはウオータロツド、１３は現行８×
８型燃料集合体で、上下部タイプレート１，２、チヤン
ネルボツクス１４、燃料棒１１、結合燃料棒１５，スペ
ーサ１８等から構成されている。２０はチヤンネルフア
スナ、９は上部タイプレートハンドル、２４はオリエン
テーシヨンボス、２５は冷却水穴、２６はウオータロツ
ド下部端栓用角穴、２７は結合燃料棒下部端栓用ねじ
穴、２８は下部端栓用ボス穴、２９は上部端栓用ボス穴
である。

第４図に示すように、６２本の燃料棒１１と２本のウオ
ータロツド１２ａ，１２ｂとが、８×８の配列に組み立
ててあり、燃料集合体１３の周囲はジルカロイ製チヤン
ネルボツクス１４によつて囲まれている。６２本の燃料
棒のうち８本は結合燃料棒１５であり、上部タイプレー
ト１と下部タイプレート２とを結び付ける役目をしてい
る。また、２本のウオータロツド１２ａ，１２ｂのうち
の１本（１２ａ）は、上下方向に７段に配設されたスペ
ーサ１８の軸方向位置を決める機能も有し固定保持して
いる。第５図に示すように、上部タイプレート１の４個
のコーナ部にはチヤンネルボックスの装着時に案内の役
目をする４本のコーナポスト３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが
ある。チヤンネルボックスは、チャンネルフアスナによ
りコーナポスト３ａにねじ固定されている。

第７図は燃料棒の正面図、第８図（イ）はウオータロッ
ドの正面図、（ロ）は底面図である。燃料棒１１、ウオ
ータロッド１２ａの上下端部には上部端栓２１ａ、２１
ｂ及び下部端栓２２ａ、２２ｂが溶接固定されており、
上下部端栓２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが上下部タ
イプレートに設けられたボス穴、特にウオータロッド１
２ａの下部端栓２２ｂがウオータロッド下部端栓用角穴
に嵌入され組込まれることにより燃料棒１１及びウオー
タロッド１２ａ、（１２ｂ）の燃料集合体における位置
が決定されるようになっている。尚、ウオータロツドは
下部タイプレートに下部端栓を支持されるのみで装着さ
れているものも知られている。

燃料集合体１３内に配置される燃料棒群の燃料棒１１の
それぞれの燃料材（ウラン）濃縮度は、燃料を効率よく
使用する目的から必ずしも均一に形成されてなく、３
％，４％などと異なつて形成されており、燃料集合体１
３はその高さ方向（本発明においては高さ方向に関して
は関係がない）、及び横断面方向に所定の濃縮度分布を
有している。従つて、個々の燃料集合体１３の炉心装架
時には、燃料集合体１３の炉心内位置だけでなく、各位
置における燃料集合体１３の向きにも注意が拂われる。
この向きにも留意する理由は上記のように各燃料棒１１
の燃料濃縮度が異なることに応じ向きも予め決定されて
いるからである。それぞれの燃料集合体１３が所定の装
架位置に配置されているか否かは、第５図（イ）に示す
上部タイプレート１の上部タイプレートハンドル９の上
面に刻印されている識別番号１６により確認できる。ま
た、燃料集合体の向きは、上部タイプレートハンドル９
の側面に設けられているオリエンテーションボス２４の
向きにより確認できる。

以上のように、燃料集合体１３の向きは上部タイプレー
ト１のオリエンテーシヨンボス２４の向きにより判断す
るようになつており、仮りに、上部タイプレート１が正
しい向きで燃料集合体１３に組み込まれていない場合
は、燃料集合体１３の向きを間違えて炉心に装架する危
険性があり、この場合は、予め予期した性能が発揮でき
ない。一方、第６図（ロ）に示すように下部タイプレー
ト２のコニカルシート部には冷却水孔２５があり、燃料
集合体に組み込む場合は上部タイプレートに対して所定
の向きになるようにする必要がある。現行の下部タイプ
レート２には第６図（イ）に示すように、スペーサ保持
用ウオータチューブ下部端栓２２ｂ（第８図参照）を組
み込むためのウオータロッド下部端栓用角穴２６が設け
られている。結合燃料棒下部端栓用ねじ穴２７は８個所
設けられており、他の燃料棒ボス穴２８はすべて同径で
ある。このように現行の下部タイプレート２のボス穴配
置は中心位置よりずれた位置のウオータロッド下部端栓
用角穴２６により非回転対称となっている。

また、燃料棒群のそれぞれの燃料棒１１の上部端栓２１
ａの径は濃縮度毎に異なつた径とされており、従つて、
第５図に示す上部タイプレート１の上部端栓用ボス穴２
９は端栓径に見合つた穴となつており、その結果として
上部タイプレート１のボス穴配置は一般的に非回転対称
となつている。このように、現行燃料では上下部タイプ
レート１，２が燃料集合体１３に誤装着される可能性は
なかつた。

しかるところ、現在、経済性の観点より燃料集合体構造
の改良が検討され、第９図に示す構造の将来型燃料集合
体の実用化が計画されており、将来型燃料集合体１７は
中央に太径ウオータロッド３０を組み込んだ構造となっ
ている。第１０図（イ）は将来型燃料集合体の上部タイ
プレートの底面図、（ロ）は下部タイプレートの平面図
である。上部タイプレート１は、圧損（冷却材流動時の
圧力損失）低減の目的から、ボス径３３及びウエブ厚３
４を最適化している。即ち、燃料集合体取扱時（上部タ
イプレートハンドルによる吊上時）等に、上部タイプレ
ート１に発生する応力を評価し、応力的に巌しい位置に
相当する結合燃料棒上部端栓用ボス３１、及び上部タイ
プレートハンドルの根元部近傍のボス及びウエブ厚３４
を大きく、逆に応力的に余裕のある位置に相当するもの
は小さくしている。下部タイプレート２において、１９
は太径ウオータロツド下部端栓用ボス穴、２３は結合燃
料棒下部端栓用ねじ穴である。

また、ボス穴は、上部端栓部品数低減及びボス外径を小
さくする（ボスを大きくするとボス強度確保のためボス
外径を大きくしてボス肉厚を大きくする必要があり、圧
損上好ましくない）目的から、その穴径を統一し、か
つ、端栓強度上支障のない範囲で穴径を小さくしてい
る。但し、結合燃料棒用上部端栓は、他の燃料棒に比べ
強度が要求されるので、端栓径は大きく、従つて、結合
燃料棒上部端栓用ボス３１の穴径も大きく形成されてい
る。尚、８本の結合燃料棒上部端栓用ボス３１の穴径は
同径に統一されている。このように上部タイプレート１
は、強度的には最適設計されているが、ボス穴配置に関
しては方向性がなく回転対称のため、燃料棒群の上部タ
イプレート、即ち、チヤンネルボツクス１４に対しても
誤装着の可能性（危険性）がある。下部タイプレート２
は、中央に太径ウオータロツド下部端栓用ボス穴（角
穴）１９を設けた構造となつているため、ボス穴配置に
方向性がなく、上部タイプレート１と同様に燃料棒群を
誤装着する可能性がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記将来型燃料集合体１７においては、燃料棒群中心部
に太径ウオータロツド３０が配設されており、非回転対
称とすることについての配慮がなされておらず、燃料棒
群を上下部タイプレート１，２に対し誤装着を行なう可
能性を有する問題点を有している。

本発明は上記の状況に鑑みなされたものであり、燃料棒
群を上下部タイプレートに対し誤装着を防止できる原子
炉燃料集合体を提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、上下端部位置に配設された上部タイプレー
ト及び下部タイプレートと、この上下部タイプレートに
それぞれ上部端栓及び下部端栓を結合保持され、かつ、
内部に燃料ペレットが充填されている複数の燃料棒から
なる燃料棒群と、前記燃料棒の相互間に配設され少なく
とも前記下部タイプレートに保持されるウオータロッド
と、前記燃料棒相互間の間隔を保持するように配設され
た複数のスペーサと、前記燃料棒群を内蔵するチャンネ
ルボックスとを設けたものにおいて、前記燃料棒群の中
心位置に太径の前記ウオータロッドが配設され、前記上
下部タイプレートの所定位置の１個のコーナポスト、も
しくは前記上部タイプレートの上部タイプレートハンド
ル根元部の一方のボス部に配設される燃料棒のみの上下
部端栓径が、他の燃料棒の上下部端栓より大径に形成さ
れた前記中心位置に非回転対称に前記燃料棒群が前記上
下部タイプレートに結合するように形成することによ
り、達成される。

〔作用〕

後述の実施例の説明中にも記載されているように、第１
実施例（第１図参照）においては、所定のコーナポスト
３ａのみのコーナポストボス穴５を大径に形成し、コー
ナポスト３ａの位置に配設される燃料棒のみの上下部端
栓を他の燃料棒のそれより大径に形成し、これに対応す
る上下部タイプレート１、２に設けられるコーナプレー
トボス穴５、ボス穴６も大径に形成されている。従っ
て、燃料棒群の上下部タイプレート１、２に対し結合さ
れる位置は、上記の大径の上下部端栓がコーナプレート
ボス穴５、ボス穴６に嵌合する位置に限定される。即
ち、非回転対称となっており、誤装着を阻止できる。他
の実施例も同様に非回転対称にて誤装着を防止できる。

〔実施例〕

以下本発明の原子炉燃料集合体の実施例（第１実施例）
を第３図ないし第１０図と同部品は同符号で示し同部分
の構造の説明は省略し第１図（イ）、（ロ）より説明す
る。第１図（イ），（ロ）はそれぞれ上部タイプレー
ト，下部プレートの平面図である。図において、４はボ
ス，５はチヤンネルボツクス固定用コーナポストボス
穴、６はコーナポストボス穴５に対応する下部タイプレ
ートボス穴である。上部タイプレート１のチャンネル固
定用コーナポスト３ａの位置に配置される燃料棒の上部
及び下部端栓の直径を、結合燃料棒を除く他の燃料棒の
端栓径より大きく形成し、上下部タイプレート１、２の
ボス穴配置に非回転対称性をもたせている。コーナポス
ト３ａは、その機能上から、他のコーナポスト３ｂ，３
ｃ，３ｄあるいは他のボス４よりも太径とし強度の確保
を図つているので、コーナポスト３ｂ〜３ｄのボスには
あけられないような大きなボス穴をあけることができ
る。また、下部タイプレート２のコーナポスト３ａに対
応するボスは強度上余裕があるので、ある程度大きな下
部タイプレートボス穴６をあけることが可能である。

このように本実施例の原子炉燃料集合体は、チヤンネル
固定用のコーナポスト３ａ位置に配置される燃料棒保持
用の上部タイプレート１のコーナポストボス穴５と下部
タイプレート２の下部タイプレートボス穴６とを結合燃
料棒を除く他の燃料棒保持用ボス４のボス穴より若干大
きく形成し、かつ、これに対応する燃料棒の上下端栓も
他の燃料棒端栓より太くしたので、上下部タイプートの
圧損低減効果を全く損なうことなく誤装着を防止でき
る。即ち、コーナ部の１本の燃料棒端栓を上記のように
他の燃料棒より直径を若干太くすると云うきわめて簡単
な構造で非回転対称を達成でき、中心の太径ウオータロ
ツドに対し、誤装着を生じることなく確実に所定位置に
燃料棒群を上下部タイプレートに対し装着できる。

第２図は他の実施例（第２実施例）を示し、（イ），
（ロ）はそれぞれ上下部タイプレートの平面図である。
上記実施例と異なるところは、上記実施例は、非回転対
称のために上下部タイプレート１，２のコーナポスト３
ａのコーナポストボス穴５及び下部タイプレートボス穴
６を大きくすると共に、これらボス穴に嵌合される燃料
棒の端栓径を大きくした構成となっている。これに対し
本実施例は、上部タイプレートハンドル９の根元部に対
応するボス７ａ、７ｂの一方のボス７ａのボス穴８の内
径を大きくし他の位置の燃料棒より大きくされた燃料棒
の端栓を嵌入する構造の非回転対称となっている点であ
る。上部タイプレートハンドル９は、燃料集合体の取扱
上必要とする強度を有するように形成されており、上部
タイプレートハンドル９根元のボス穴８のボス外径を上
部タイプレートハンドル９根元近傍の厚さにまで増大さ
せても上部タイプレート１の圧損低減効果をなんら劣化
させることはない。尚、ボス穴８位置に配設される燃料
棒の上下部端栓の直径は、結合燃料棒を除く他の燃料棒
端栓径より大きく形成されていることは勿論であり、対
応する下部タイプレートボス穴１０も内径が大きく形成
されている。本実施例も上記実施例と同様の作用効果を
有する。

上記両実施例は、１本の燃料棒の上下部端栓の直径及び
それらが挿入される上下部タイプレート１、２のコーナ
ポストボス穴５、下部タイプレートボス穴６及びボス穴
８、下部タイプレートボス穴１０の穴径を大きく構成し
たものである。

〔発明の効果〕

以上記述した如く本発明の原子炉燃料集合体は、燃料棒
を上下部タイプレートに対し誤装着を防止できる効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），（ロ）はそれぞれ本発明の原子炉燃料集
合体の実施例の上部タイプレート，下部タイプレートの
平面図、第２図（イ），（ロ）は同じくそれぞれ他の実
施例の上部タイプレート，下部タイプレートの平面図、
第３図は従来の燃料集合体の縦断面図、第４図は第３図
の水平断面図、第５図（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞ
れ現行８×８型燃料集合体の上部タイプレートの平面
図、正面図、底面図、第６図（イ）、（ロ）は同じく下
部タイプレートの平面図、正面図、第７図は第４図の燃
料棒の正面図、第８図（イ）、（ロ）は同じくウオータ
ロッドの正面図、底面図、第９図は将来型燃料集合体の
縦断面図、第１０図（イ）、（ロ）は第９図の上下部タ
イプレートの底面図、平面図である。 １…上部タイプレート、２…下部タイプレート、３ａ…
コーナポスト、９…上部タイプレートハンドル、１１…
燃料棒、１２ａ，１２ｂ…ウオータロツド、１３…燃料
集合体、１４…チヤンネルボツクス、１８…スペーサ、
２１ａ，２１ｂ…上部端栓、２２ａ，２２ｂ…下部端
栓、３０…太径ウオータロツド。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下端部位置に配設された上部タイプレー
   ト及び下部タイプレートと、この上下部タイプレートに
   それぞれ上部端栓及び下部端栓を結合保持され、かつ、
   内部に燃料ペレットが充填されている複数の燃料棒から
   なる燃料棒群と、前記燃料棒の相互間に配設され少なく
   とも前記下部タイプレートに保持されるウオータロッド
   と、前記燃料棒相互間の間隔を保持するように配設され
   た複数のスペーサと、前記燃料棒群を内蔵するチャンネ
   ルボックスとを設けたものにおいて、前記燃料棒群の中
   心位置に太径の前記ウオータロッドが配設され、前記上
   下部タイプレートの所定位置の１個のコーナポスト、も
   しくは前記上部タイプレートの上部タイプレートハンド
   ル根元部の一方のボス部に配設される燃料棒のみの上下
   部端栓径が、他の燃料棒の上下部端栓より大径に形成さ
   れて前記中心位置に非回転対称に前記燃料棒群が前記上
   下部タイプレートに結合するように形成されていること
   を特徴とする原子炉燃料集合体。
2. 【請求項２】前記上下部タイプレートに夫々設けられる
   上下部タイプレートの所定位置の１個のコーナポストボ
   ス穴が、このボス穴に配設される前記大径に形成された
   燃料棒の端栓が挿入される大きさに形成されている特許
   請求の範囲第１項記載の原子炉燃料集合体。
3. 【請求項３】前記上部タイプレートハンドル根元部の一
   方のボス穴が、このボス穴に配設される前記大径に形成
   された燃料棒の端栓が挿入される大きさに形成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の原子炉燃料集合体。