JPH0686097U - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外側フローチャンネル及びウォータクロスの
パネルの受ける撓みが少なく、使用寿命が長い燃料集合
体を提供する。 【構成】 燃料集合体の外側フローチャンネル１２の中
で、前記燃料集合体内の燃料棒３８の配列を複数のサブ
グループ３６に分けるようにするウォータクロス２４
は、複数のパネル３０を有すると共に、ウォータクロス
の中心軸線Ａから半径方向に延び開放した内側フローチ
ャンネル２６を画成している。中心軸線Ａに沿ってウォ
ータクロスの中央チャンネル部材３５の内部に配置され
る十字形ブレース４６は、ウォータクロス延いては燃料
集合体の外側フローチャンネルを補強し剛にするよう
に、各々のパネルに形成された凹部３４を相互に連結し
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一般に原子炉の燃料集合体に関し、より詳細には、原子炉系統の圧 力に対する外側フローチャンネルの内圧に主として基因する燃料集合体の該外側 フローチャンネル及び互いに連結されたウォータクロスのパネルの受ける撓みの 大部分を除くように、燃料集合体のウォータクロス中に組み込まれる十字形ブレ ースに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

普通、原子炉内の核分裂によって大量のエネルギーが放出され、そのエネルギ ーは、原子炉の長い燃料要素又は燃料棒中に熱として消散される。この熱は、通 常、燃料棒との熱交換関係に冷却材を導くことによって、有用な仕事を行うため に冷却材から取り出される。

【０００３】 複数の燃料棒が、１つの燃料集合体を形成するように、一緒に組み分けされて いる。多数のそうした燃料集合体が、通常は１つのマトリックスに配列されるこ とにより、核分裂反応を持続させうる原子炉の炉心が形成される。炉心は、燃料 棒から熱を除去するための冷却材としても中性子減速材としても役立つ流動液体 例えば軽水中に浸漬されている。通常、４個の燃料集合体が１つのクラスターを 形成し、１本の制御棒が各４個の燃料集合体に組み合わされている。制御棒は、 炉心の反応度を制御するために燃料集合体に挿入することができる。１本の制御 棒を包囲する４個の燃料集合体から成る各々のそうしたクラスターは、普通は炉 心の燃料セルと呼ばれている。

【０００４】 クラスター中の典型的な燃料集合体は、上部及び下部タイプレート間に横方向 に隔てられた関係に支持された長い燃料棒のＮ×Ｎ配列によって通常形成される 。この形式の燃料集合体においては、燃料集合体の中心領域にある燃料棒は、減 速不足に、且つ濃縮過剰になることがある。燃料集合体のこの中心領域を通る減 速材の流量を増すことによって、この状態を緩和するために、例えばカナダ特許 第１,１５０,４２３号明細書に開示された垂直の水通路を有する、中心に配置さ れる長い補剛装置、又は特開昭５８−１８９５８１号及び１８９５８２号公報に 開示されたような、中心に配置される長いウォータクロスを使用することができ る。十字形の水流路ないしはチャンネルの形状であるこのウォータクロスは、隣 接した燃料棒の長さに沿った該水流チャンネル内部のサブクールされた中性子減 速材に対して、十字形の通路を与えている。

【０００５】 前記特開昭５８−１８９５８２号公報記載のウォータクロスにおいては、燃料 集合体の燃料棒の別々の区画即ちサブグループ間に冷却材流を供給してサブグル ープ間の圧力平衡を得るために、封止された多数の通路がウォータクロスの半径 方向パネルを通り形成されている。前記特開昭５８−１８９５８１号公報は、通 路を備えたパネルを製造するうえの或る困難を克服すると共に、溶接部の損傷に 対処するために、半径方向パネルを通る通路をなくし、その代わりに無孔の凹部 （ディンプル）を使用し、これらのディンプルによって、パネルを形成するアン グル材を互いに離隔させて連結するようにしたウォータクロスを提供している。 該特開昭５８−１８９５８１号公報においては、パネル中の通路の代わりに、一 連の長い中実の垂直リブの各々を通るように冷却材の流路を形成する。各々の垂 直リブは、環状の外側フローチャンネルのそれぞれの内壁と各ウォータクロスパ ネルの外側垂直線部との間に介在され、これらを互いに連結している。

【０００６】 特開昭５８−１８９５８１号公報の十字形ウォータクロスのフローチャンネル によって改良がなされたにも拘わらず、該特開昭５８−１８９５８１号公報は、 もしも修正されなかったとしたら外側フローチャンネルの有効使用寿命を制限す るに至るような別の問題を看過している。原子炉の通常運転中に、ウォータクロ スのフローチャンネル内の圧力、とりわけ外側フローチャンネル内の４つの燃料 棒サブグループ間に生ずる圧力は、外部の原子炉系統内の圧力よりも著しく高く なる。特に原子炉の圧力と比較して外側フローチャンネルの圧力が高いほど、外 側フローチャンネルは、より円筒形の形状をもつようになるため、ウォータクロ スの径方向パネルは径方向外方に引っ張られ、これらのパネルのアングル材が曲 げ戻される傾向を生ずる。

【０００７】 そのため、外側フローチャンネルの有効寿命を長くするために、燃料集合体の ウォータクロスと外側フローチャンネルとのそうしたクリープ及び歪を阻止する ための何らかの手段を取ることが必要になる。

【０００８】

【考案の概要】

本考案は、前記の必要を満たすようになったウォータクロスの中心部の補鋼十 字形ブレースを提供する。中央チャンネル部分に沿って軸方向に位置された十字 形ブレースは、パネルを相互に対し保留するように、ウォータクロスのパネルの 突部を一緒に結合させる。この相互連結方式によれば、パネルは、中央チャンネ ル部分の長手方向中心軸線から離れるようにパネルを引っ張り、外側フローチャ ンネルに丸味を与えてパネルのアングル材の曲げ戻しを許容する傾向をもった径 方向外方に指向する外力に耐えることができる。十字形ブレースであるこの構造 部材を付加することの効果として、外側フローチャンネル及びウォータクロスの パネルの受ける撓みが少なくなり、燃料集合体の使用寿命が長くなる。

【０００９】 従って、本考案は、上部及び下部のタイプレートと、これらのタイプレートの 間に延長していて、互いに対し隔てられた燃料棒の配列を形成するように並置関 係に配置された、複数の長い燃料棒と、これらの燃料棒に沿って冷却材・減速材 流を向けるように該燃料棒を包囲する管状チャンネルと、シート部材から成る複 数のパネルを備えた中空のウォータクロスとを有し、各々のパネルのシート部材 は、その間に延長する一連の要素により互いに連結され且つ相互から離隔され、 ウォータクロスのパネルの外端は、燃料棒の配列を複数のサブグループに区画す るように、筒状チャンネルの角度的にシフトされた部分に相互に連結され、その 内端は、ウォータクロスの軸方向の長さに延長している中央チャンネル部分を画 定するように相互に連結されている形式の燃料集合体に対する改良を提供する。 本考案による改良は、前記中央チャンネル部分中に配置されて各々パネルの一 連の要素を他のパネルと相互に結合することにより、該パネルの内端を補強し剛 性を与えると共に、該ウォータクロスパネル及び外側フローチャンネルの撓みを 防止し、それにより筒状の外側フローチャンネルの使用寿命を長くする結合手段 に存する。より詳しくは、結合手段は、十字形構造部材の形状を有し、この構造 部材は、ウォータクロスの中心軸線に沿って配置され、径方向に延長する部分を 有し、これらの径方向延長部分は、ほぼ中心軸線上において合体され、ウォータ クロスの各々のパネルを形成するシート部材の間に、これらのシート部材とほぼ 平行に外方に延長し、長手方向の外側縁部のところで、ウォータクロスの各パネ ルのディンプルないしは凹部の形状の一連の要素（シート部材を相互に連結して いる）に固着されている。より詳しくは、構造部材は、十字形ブレースであり、 次のいくつかの形状のうち任意の１つの形状とすることができる。即ち、十字形 ブレースは、ウォータクロスの上端と下端との間に延長する連続構造であっても よい。第２に、十字形ブレースは、ウォータクロスの中央チャンネル部分に沿っ て軸方向に相互から隔てて配置されたいくつかの部分から成るものとしてもよい 。第３に、中央チャンネル部分に沿って軸方向に隔てられ、直交相関位置の間に 交番されることにより、ウォータクロスの交互に向かい合うパネル対を相互に連 結する構成とすることができる。 本考案のこれらの利点及び他の利点は、添付図面に示した本考案の好ましい実 施例を参照することによって明らかとなるであろう。

【００１０】

【実施例】

各図において、同一又は類似の部材は、同一の符号により図示されている。ま た、以下の説明において、「前方」、「後方」、「左側」、「右側」、「上方」 、又は「下方」などの用語は、便宜上用いられているもので、本考案を限定する ものではない。

【００１１】

【総括】

図面特に第１図には、本考案による改良点（第１図には図示しない）を組み込 んだ沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料集合体１０が図示されている。燃料集合体 １０は、長い管状の外側フローチャンネル１２を有し、この外側フローチャンネ ルは、燃料集合体１０のほぼ全長に延長し、上方のヨーク１４を下部ベース１６ と互いに連結している。燃料集合体１０の外側フローチャンネル１２への冷却材 流の入口となる下部ベース１６は、下部ベース１６と燃料集合体１０とを炉心支 持板（図示しない）又は使用済燃料のプール中の燃料貯蔵ラック中に案内するた めの、複数の脚部８を備えている。

【００１２】 大体矩形断面の外側フローチャンネル１２（第２図も参照）は、互いに連結さ れた４個の垂直壁２０（互いに９０°の角度で変位している）により形成されて いる。ほぼ垂直に延長する構造リブ２２は、外側フローチャンネル１２の各々の 垂直壁２０の内面に固定され、この内面の中心部に配置されている。構造リブ２ ２及び外側フローチャンネル１２は、好ましくは、適切な金属材料、例えば、普 通ジルカロイと呼ばれるジルコニウム合金から製造され、溶接その他の適宜の手 段により互いに強く連結することができる。構造リブ２２の上端部は、外側フロ ーチャンネル１２をヨーク１４に連結するために用いられる。

【００１３】 中空のウォータクロス２４（第２図参照）は、中性子の減速と経済とを改善す るために、燃料集合体１０を通るサブクールされた減速材流のための開放された 内側フローチャンネル２６を与えると共に、燃料集合体を４つの別々の長い隔室 ２８に区画するように、外側フローチャンネル１２を通り軸方向に延長している 。ウォータクロス２４は、複数（この例では４個）の径方向パネル３０を有し、 これらのパネルは、複数（この例では４個）のほぼＬ字形の長い金属製アングル 部材又はシート部材３２によって形成され、これらのシート部材は、燃料集合体 のほぼ長さに沿って延長し、ディンプル又は凹部３４（各パネル３０のシート部 材３２に形成されその間に延長している）の形の一連の要素により互いに連結さ れ互いに隔てられている。凹部３４は、シート部材３２の軸方向長さに沿って形 成され、垂直縦列に配置されている。好ましくは、各々のシート部材３２のディ ンプル３４は、シート部材３２の長さに沿って互いに接触する複数対の向かい合 う凹部３４を形成してシート部材３２の向かい合う部分を適切な隔置関係に保つ ように、隣接するシート部材３２の対応する凹部３４と横方向及び垂直方向に整 列されている。互いに接触する複数対の凹部３４は、中心部のウォータクロス２ ４のパネル３０を形成するシート部材３２の間の間隔が正確に保たれるように、 例えば溶接により、互いに連結されている。

【００１４】 中空のウォータクロス２４は、外側フローチャンネル１２の角度的に変位した 垂直壁部分２０に取り付けられている。好ましくは、ウォータクロス２４のパネ ル３０の長い外端は、燃料集合体１０の内部の所望の中空位置にウォータクロス ２４を強く保持するように、例えば溶接によって構造リブ２２にその長さに沿い 連結されている。更に、パネル３０の内端は、中空のウォータクロス２４の軸方 向長さに亘って延長する中央チャンネル部分３５を画定している。

【００１５】 各々の隔室２８中には、複数の燃料棒３８（例えば、４×４列の１６本の燃料 棒）から成る別個の燃料サブアセンブリー又はサブグループ３６が配設されてい る。各々のサブグループ３６の燃料棒３８は、燃料集合体１０の下部タイプレー ト４２と上部タイプレート４０との間に、横方向に隔置された関係に延長してい る。冷却材の流路及び流体連通は、各々の構造リブ２２にその長さに沿って形成 された複数の穿孔４４によって、燃料集合体１０の別個の隔室２８中にある燃料 棒サブグループ３６間に与えられる。穿孔４４を通る冷却材流は、４つの隔室２ ８の間の流体圧を平衡させることにより、別々のサブグループ３６の間の熱流体 力学的な不安定の可能性を最小にする。

【００１６】 ＢＷＲの前述した基本的な構成部分は、従来から知られており、特に、特開昭 ５８−１８９５８１号公報に開示され、また、以下に説明する本考案の改良点を 当業者が理解しうる程度に、本明細書中に解説されている。ＢＷＲの構造のより 詳細な説明については、この特開昭５８−１８９５８１号公報のほかに、特開昭 ５８−１８９５８２号公報も参照されたい。

【００１７】

【改良型の十字形構造ブレース部材】 ＢＷＲの通常運転中の、中空ウォータクロス２４の開放内側フローチャンネル ２６及び特に外側フローチャンネル１２の内部の圧力は、原子炉系統の圧力より も著しく高くなる。そのため、外側フローチャンネル１２は、より円筒状の断面 形状を有するようになり、ウォータクロス２４のパネル３０を径方向外方に引っ 張る。ウォータクロス２４のこの引張作用のため、パネル３０は、それを形成し ているシート部材３２のアングル形状を逆に曲げることにより、パネル３０を歪 ませようとする。

【００１８】 第２〜５図に、本考案による改良の１つの形式が示され、この改良は、以下に 十字形ブレース（結合手段）４６と呼ばれる十字形の構造部材に存する。十字形 ブレース４６は、中空のウォータクロス２４の中央チャンネル部分３５中に配置 され、各々のパネル３０の整列された１列の凹部３４と他のパネル３０の凹部３ ４とを互いに結合している。これによりパネル３０の内端は補強されると共に補 剛され、パネル３０を形成するシート部材３２の撓みと、外側フローチャンネル １２の変曲又は湾曲を防止する。

【００１９】 より詳しくは、十字形ブレース４６は、ウォータクロス２４の中心軸線Ａに沿 って配置され、一連の径方向に延びる羽根状部分４８を備えている。羽根状部分 ４８の平面は、ウォータクロス２４の中心軸線Ａにほぼ沿うように互いに交差し ている。より詳細には、羽根状部分４８は、大体においてウォータクロス２４の 中心軸線Ａのところで、例えば溶接により互いに強く連結されている。羽根状部 分４８は、ここから、ウォータクロス２４のそれぞれのパネル３０を形成するシ ート部材３２とほぼ平行な関係において、これらのシート部材の間に、径方向外 方に且つ互いに平行に延長している。十字形ブレース４６の羽根状部分４８は、 第４図に示すように、パネル３０の凹部３４の各列の相互に連結された各々の凹 部対に、長手方向の外側縁部５０のところで、例えば溶接により連結されている 。より詳しくは、好ましい一例として、半月形の切欠き５２が、凹部対の位置に おいて、羽根状部分４８の外側縁部５０に形成されることにより、凹部３４に強 く固着した十字形ブレース４６の外側縁部５０の部分も、相互に連結された凹部 対を部分的に包囲するようになっている。

【００２０】 第２〜５図に示した十字形ブレース４６の形態は、中空のウォータクロス２４ の上端と下端との間に延長する一連の構造であるが、本考案は、この形態には限 定されない。別の形態として、十字形ブレース４６は、ウォータクロス２４の中 央チャンネル部分３５に沿って軸方向に間隔をおいて配置されたいくつかの部分 から成り立っていてもよい。

【００２１】 第６図に示した実施例において、十字形ブレース（結合手段）５４は、細長い 矩形状の別々の一連のストラップ５６により形成されている。これらのストラ， ップは中央チャンネル３５に沿って軸方向に隔てられ、１対の直交関係位置の間 に、１つのストラップから次のストラップにかけて交替している。１つのストラ ップ５６Ａは、一方の直交位置では、向かい合うウォータクロス２４の１対のパ ネル３０の各々にある凹部３４の対の間を、例えば点溶接により互いに連結して いる。ストラップ５６Ａのそれぞれ上方及び下方にある隣接したストラップ５６ Ｂ，５６Ｃは、他の直交位置において、やはり例えば点溶接により、ウォータク ロス２４の向かい合う１対のパネル３０の各々にある別の１対の凹部３４の間を 、例えば同様に点溶接により相互に連結している。しかしストラップ３６は、前 述の実施例と同様に、ウォータクロス２４の中心軸線Ａにほぼ沿うように交差す る平面内にある。 本考案をその特定の実施例について以上に説明したが、本考案はそれ以外にも いろいろと変更して実施できるので、前述した特定の構成は単なる例に過ぎず、 本考案を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１図は、本考案による改良された構造の十
字形ブレースを用いた核燃料集合体の一部切欠き側面図
である。

【図２】 第２図は、ウォータクロスの中央チャンネル
部分中に配設されて該ウォータクロスのパネルのディン
プルを互いに連結する本考案による十字形ブレースの一
実施例を説明する、第１図の燃料集合体の一部を示す断
片的な一部切欠き斜視図である。

【図３】 第３図は、燃料集合体のウォータクロスの一
部及びウォータクロスのパネルを相互に連結する十字形
ブレースを示し、第２図の３−３線に沿った断面図であ
る。

【図４】 第４図は、燃料集合体を示す、第１図の４−
４線に沿った断面図である。

【図５】 第５図は、本考案による改良である十字形ブ
レースの一実施例を示す斜視図である。

【図６】 第６図は、本考案の十字形ブレースの変形実
施例を示す第３図と同様の斜視図である。

【符号の説明】

１０…燃料集合体、 １２…外側フローチャンネル、
２０…角度的に変位した部分（垂直壁）、 ２４…ウォ
ータクロス、 ２６…内側フローチャンネル、 ３０…
パネル、 ３５…中央チャンネル部分、 ３６…サブグ
ループ、 ３８…燃料棒、 ４６，５４…結合手段（十
字形ブレース）、Ａ…中心軸線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 隔置された燃料棒の配列を形成するよう
   に並置関係に配設された複数の細長い燃料棒と、冷却材
   兼減速材である流体の流れを該燃料棒に沿って向けるよ
   うに該燃料棒を取り囲む管状の外側フローチャンネル
   と、該外側フローチャンネル内を通り延長すると共に複
   数のパネルを有するウォータクロスとを備える燃料集合
   体であって、該パネルが、前記ウォータクロスの中心軸
   線から半径方向に延びていて、前記燃料集合体を通るサ
   ブクールされた流体の流れのための開放した管状の内側
   フローチャンネルを画成しており、また、前記ウォータ
   クロスの該パネルは、燃料棒の前記配列を複数のサブグ
   ループに分けるように、該パネルの外端で、前記外側フ
   ローチャンネルの角度的に変位した部分と結合され、且
   つ、前記ウォータクロスの軸方向長さに亘って延びる中
   央チャンネル部分を形成するように、該パネルの内端
   で、互いに結合されている、燃料集合体において、 前記中央チャンネル部分内に配置され、前記パネルの各
   々を前記パネルの他のものと相互に結合する結合手段を
   備え、該パネルを内端で補強すると共に剛にして、前記
   ウォータクロスの該パネルの撓みを防止することによ
   り、前記外側フローチャンネルの撓みを防止するように
   改良した燃料集合体。