JPH07218671A

JPH07218671A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH07218671A
Application number: JP6009056A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sakuyama; 忠作山; Kenichi Ogata; 健一緒方; Ichiro Tsukahara; 一郎塚原
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料集合体の輸送時または原子炉運転時におけ
る短尺燃料棒の移動、浮き上がりを防止する。【構成】短尺燃料棒２Ａの下部端栓６に下部タイプレー
ト４のねじ孔11とねじ結合するための雄ねじ部６Ａを設
け、この雄ねじ部６Ａの上部に突起６Ｂを設ける。この
短尺燃料棒２Ａを挿入するための切欠き12Ｃを有する貫
通孔12Ａと短尺燃料棒２Ａと隣接する燃料棒13を挿入す
るための貫通孔12Ｂを合わせ持つ座金12を使用し、下部
タイプレート４に短尺燃料棒２Ａと、この短尺燃料棒２
Ａに隣接する燃料棒13を嵌合し組み立てる。これにより
短尺燃料棒２Ａの回転を制御し、かつ浮き上がりを防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉用燃料集
合体に係り、特に一部の燃料棒として短尺燃料棒を使用
している、燃料集合体において、その輸送時および原子
炉運転時における短尺燃料棒の移動および浮き上がりを
防止できるように構成した燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器内
に中性子減速と燃料冷却の機能を有する冷却材が充填さ
れている。原子炉運転時、冷却材は炉心内を下方から上
方に移動しながら加熱され、冷却材内部にボイド（蒸気
泡）が発生する。従って、ボイドが水に占める体積割合
（ボイド率）は炉心上部ほど高くなる。

【０００３】また、炉心上部では原子炉停止時にボイド
率がゼロになると原子炉運転時からの減速材（＝冷却
材）密度の変化が非常に大きくなり、熱中性子の減速効
果が大きくなり過ぎて制御棒により炉心を未臨海に保つ
余裕（一般に炉心停止余裕と呼ばれる）が小さくなる傾
向にある。

【０００４】このような問題を解決するために、沸騰水
型原子炉では図９および図10に示す燃料集合体20が従来
から知られている。図９および図10において、沸騰水型
原子炉用燃料集合体20は、角筒状のチャンネルボックス
１で覆われており、チャンネルボックス１内には９行９
列に正方格子状に束ねられた燃料棒２が配置されてい
る。

【０００５】各燃料棒２はスペーサ５によって所定の間
隔に保持され、上下両端部は上部タイプレート３および
下部タイプレート４によってそれぞれ拘束され固定され
る。この燃料棒２の被覆管内には、微濃縮ウランの二酸
化物をペレット状に焼結した燃料ペレットが多数個充填
されている。前記燃料集合体の断面中央には、内部を冷
却材が流通する複数本のウォータロッドが配置されてい
る。

【０００６】また、一部の燃料棒２を他の燃料棒２より
短くした短尺燃料棒２Ａを燃料集合体の適正適所に複数
本配置することにより、燃料集合体上部の冷却材の流路
面積を広げて燃料集合体の圧力損失の低減を図るととも
に、これと合わせて炉心上部領域に存在する微濃縮ウラ
ンの量を減らすことにより前記炉停止余裕の向上を図っ
た燃料集合体が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃料集合体は、短尺燃料棒２Ａの上部が固定されて
おらず、下部のみが下部タイプレート４に支持される構
造であるため、燃料集合体の輸送時に加わる水平方向加
速度等により短尺燃料棒２Ａが輸送中に下部タイプレー
ト４から離脱する可能性の課題がある。

【０００８】また、原子炉運転中に燃料棒には、冷却材
の流力および冷却材により水力振動等に伴い燃料棒を上
方へ浮上させる力が作用するため、前記と同様に短尺燃
料棒２Ａが下部タイプレート４から離脱する可能性の課
題がある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、一部の燃料棒として短尺燃料棒を使用した燃
料集合体において、燃料集合体の輸送時および原子炉運
転時に短尺燃料棒が下部タイプレートから離脱すること
を防止し、燃料棒の健全性を向上させる沸騰水型原子炉
用燃料集合体を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は燃料棒の一部を
短尺燃料棒で置き換えてなる燃料集合体において、短尺
燃料棒の下部端栓の下部に下部タイプレートのねじ孔に
ねじ込むねじ部と、そのねじ部の上部に突起部を設けた
ことを特徴とする。

【００１１】また、前記下部端栓に、この下部端栓の突
起部と嵌合する切欠きを有する貫通孔および隣接する燃
料棒の下部端栓と嵌合する貫通孔を有する回転防止用座
金を挿入することにより短尺燃料棒とこれに隣接する燃
料棒の回転を防止することを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明は燃料棒の一部を短尺燃料
棒で置き換えてなる燃料集合体において、短尺燃料棒の
下部端栓の下部に下部タイプレートにねじ込むねじ部
と、そのねじ部の上部に角形部を設けたことを特徴とす
る。また、前記下部端栓の角形部に四辺形形状の回転防
止用座金を嵌め込み、下部タイプレートには前記下部端
栓のねじ部がねじ込まれるねじ孔と前記座金を嵌着する
座金とほぼ同形状のざぐりを設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】短尺燃料棒が下部タイプレートに装着した時点
において、前記下部端栓の突起部または角形部，座金お
よびざぐりが、それぞれ互いに嵌合し合う。これによっ
て、短尺燃料棒が回転しようとするのを防止し、それに
伴って浮き上がりを防止できる。

【００１４】また、前記下部端栓の角形部に圧縮コイル
ばねを装着することによって回転防止用座金がざぐりに
圧着されて短尺燃料棒の回転を制御し短尺燃料棒の浮き
上がりを防止できる。したがって、短尺燃料棒の回転を
抑制することにより、短尺燃料棒の燃料集合体からの離
脱を防止できる。

【００１５】

【実施例】図１から図３を参照して本発明に係る燃料集
合体の第１の実施例を説明する。本発明の実施例に係る
燃料集合体の全体構造は短尺燃料棒２Ａの下部端栓６が
下部タイプレート４に装着する要部を除いて図９および
図10に示したものと本質的に変わるものではない。

【００１６】すなわち、本実施例の燃料集合体は図９お
よび図10で説明したように角筒状のチャンネルボックス
１内に９行９列に燃料棒２を正方格子状に配列し、その
燃料棒２の上下端部を上・下部タイプレート３，４で支
持し、中間部分を複数のスペーサ５で燃料棒２の間隔を
保持した燃料束が組み込まれている。

【００１７】そして、それらの燃料棒２のうち一部は、
上部のみを欠如した短尺燃料棒２Ａで置き換えられてい
る。この短尺燃料棒２Ａの配置は燃料集合体の核設計に
より変化するが、図10はその一例にすぎない。。

【００１８】すなわち、図10において、燃料集合体20の
チャンネルボックス１内には白丸で示す位置に長尺の燃
料棒２が配列され、斜線で示す位置に短尺燃料棒２Ａが
配置されている。この短尺燃料棒２Ａの構造を図３に示
す。図３において、短尺燃料棒２Ａを構成する被覆管７
内には、燃料ペレット８が多数個装填され、その燃料ペ
レット８の上方にはプレナムスプリング９が配設され、
この被覆管７の上下端部には上部端栓10および下部端栓
６が溶接されている。

【００１９】短尺燃料棒２Ａの下部端栓６の構造を図１
および図２に示す。図１および図２において下部端栓６
の下部細径部分には、下部タイプレート４に形成した雌
ねじ孔11にねじ込んで短尺燃料棒２Ａを下部タイプレー
ト４に取り付けるための雄ねじ６Ａが形成されている。

【００２０】また、下部端栓６の雄ねじ６Ａから上方に
は、雄ねじ６Ａの径より大きい径の円筒部６Ｃと、雄ね
じ６Ａと円筒部６Ｃの間に形成されたテーパー部６Ｄ
と、テーパー部６Ｄに形成された突起部６Ｂとを有して
いる。

【００２１】図中符号12は短尺燃料棒２Ａの回り止めと
なる回転防止用座金で、この座金12は短尺燃料棒２Ａを
所定の位置に嵌挿するもので、併せて短尺燃料棒２Ａに
隣接する燃料棒13も嵌挿する。座金12は小判形に形成さ
れた薄板であり、その薄板面の右方には前記下部端栓６
の突起部６Ｂと嵌合する切欠き12Ｃを設けた貫通孔12Ａ
と、左方には座金12を所定の位置に固定する燃料棒13の
下部端栓13Ａと嵌合する貫通孔12Ｂが設けられている。

【００２２】つぎに図１および図２を参照して燃料棒13
と短尺燃料棒２Ａを下部タイプレート４に装着する組み
立て手段を説明する。短尺燃料棒２Ａを下部タイプレー
ト４に組み込む際は、短尺燃料棒の下部端栓６に貫通孔
12Ａの切欠き12Ｃが前記下部端栓６の突起部６Ｂと嵌め
合うように座金12を通し、この段階で専用治具により前
記座金12を保持しながら、短尺燃料棒２Ａの下部端栓６
を下部タイプレート４の前記ねじ孔11に所定量ねじ込
む。

【００２３】専用治具は図示しないが、治具先端部に薄
平板を２枚配しこの２枚の薄平板の間に挟み込むことに
より薄平状のものを保持する機能を有する治具を入れ
る。その後、０〜 360°の範囲で前記貫通孔12Ｂと前記
燃料棒13の挿入される下部タイプレート孔14の芯が合う
まで逆回転させる。

【００２４】この状態で前記治具を取除き、前記燃料棒
13を下部タイプレート孔14に挿入することにより、図２
に示すように前記短尺燃料棒２Ａと前記燃料棒13がそれ
ぞれ前記回転防止用座金12に嵌着したことになる。

【００２５】ここで、このようなねじ込み構造におい
て、短尺燃料棒２Ａを浮き上がらせる唯一の原因として
考えられるものは、燃料集合体の輸送時に発生する水
平，垂直振動或いは原子炉運転時に冷却材による水力振
動等により短尺燃料棒２Ａを下部タイプレート４にねじ
込む方向とは逆向きのトルクが発生し、短尺燃料棒２Ａ
に作用を及ぼす場合である。

【００２６】しかしながら、本発明の第１の実施例にお
いては、短尺燃料棒２Ａを回転させるトルクが作用した
としても、下部端栓６の突起部６Ｂと貫通孔12Ａの切欠
き12Ｃを介して短尺燃料棒２Ａと回転防止用座金12が嵌
合しているため、短尺燃料棒２Ａの回転は座金12により
制御されることになり、座金12は貫通孔12Ｂを介して燃
料棒13と嵌合することにより固定されているため、短尺
燃料棒２Ａの回転を抑制できる。

【００２７】つぎに図４により本発明の第２の実施例を
説明する。図４に示す第２の実施例が図１に示す第１の
実施例と異なる点は突起部６Ｂの代りに、下部端栓６に
形成した雄ねじ６Ａの上部のテーパー部６Ｄに四辺形状
の角形部15を形成し、また、この角形部15に挿入する小
判状座金12の貫通孔12Ｄの形状を角形部15の断面形状に
合致する四辺形に形成したことである。

【００２８】なお本実施例において、前記角形部15およ
び前記貫通孔12Ｄのそれぞれの形状は特に四辺形に限定
する必要はなく、多角形形状等の真円以外の形状である
ならば短尺燃料棒２Ａの回転を抑制し、下部タイプレー
トからの離脱が防止できる。

【００２９】この第２の実施例における作用効果は第１
の実施例と同様であるが、さらに第１の実施例の突起部
６Ｂより角形部15の方が製造が容易であり、かつ組み立
ても容易である。

【００３０】つぎに図５（ａ），（ｂ）を参照して本発
明の第３および第４の実施例を説明する。図５に示す第
３および第４の実施例が図１に示す第１の実施例と異な
る点は、座金12に短尺燃料棒２Ａに隣接する燃料棒13で
固定するための貫通孔が貫通孔12Ｅおよび貫通孔12Ｆと
２つ設けてある点である。

【００３１】つまり、図５（ａ）の第３の実施例では座
金12はＬ字形で中央に短尺燃料棒２Ａを挿入する貫通孔
12Ａと、この貫通孔12Ａの左右に燃料棒13を挿入する貫
通孔12Ｅ，12Ｆが形成されている。

【００３２】図５（ｂ）の第４の実施例では細長い小判
状座金12に直列に３つの貫通孔12Ｅ，12Ｆが形成されて
いる。なお、座金12に設けられる短尺燃料棒２Ａに隣接
する燃料棒で固定するための貫通孔の数は１つおよび２
つに限定する必要はない。

【００３３】また、これらの実施例を組み合わせて実施
することによっても短尺燃料棒２Ａの回転を抑制し、下
部タイプレートからの離脱が防止できる。

【００３４】上記第３および第４の実施例における燃料
集合体では、短尺燃料棒２Ａが下部タイプレートから離
脱する方向に回転したとしても、下部端栓６の突起部６
Ｂと貫通孔12の切欠き12Ｃを介して短尺燃料棒２Ａと回
転防止用座金12が嵌合し、前記座金12は貫通孔12Ｂを介
して燃料棒13と嵌合することにより固定される。そのた
め、短尺燃料棒２Ａの回転は抑制され、短尺燃料棒２Ａ
の下部タイプレートから離脱を防止できる。

【００３５】つぎに図６から図８を参照しながら本発明
の第５の実施例を説明する。本発明に係る燃料集合体の
全体構造は短尺燃料棒２Ａの下部端栓６と下部タイプレ
ート４との装着部を除いて図９に示したものと本質的に
変わりがないので、その説明は省略し、その要部のみ説
明する。

【００３６】図６は本第５の実施例の組立分解図、図７
は短尺燃料棒２Ａを下部タイプレート４に組み立てた状
態を示す縦断面図、図８は本実施例で使用する短尺燃料
棒の立面図である。

【００３７】図６から図８において、下部端栓６の下部
には、下部タイプレート４の雌ねじ孔11とねじ込んで嵌
め合わせるための雄ねじ６Ａが形成されている。また、
下部端栓の雄ねじ６Ａ部の上部には、雄ねじ６Ａの径よ
り大きい断面が中実で四辺形形状の角形部15が形成され
ている。図中、符号17は短尺燃料棒２Ａの回り止めとな
る座金で、18は座金17を下部タイプレート４の所定の位
置に圧着する圧縮コイルばね18を示している。

【００３８】ここで、座金17は四辺形状薄板からなり、
薄板の中央部には前記下部端栓６の角形部15の一辺より
若干大きい四辺形の貫通孔17Ａが設けられている。ま
た、燃料集合体の輸送時或いは原子炉運転時に何等かの
外力が座金17に作用しても座金17が浮き上がらないよう
に前記短尺燃料棒２Ａ下端部と座金17との間に圧縮コイ
ルばね18が装着されている。

【００３９】一方、下部タイプレート４には座金17を嵌
着する四辺形状のざぐり16が形成されており、このざぐ
り16の一辺の長さは座金17の外枠一辺より若干長くなっ
ており、座金17の板厚と同程度の深さを有している。

【００４０】また、このざぐり16の中央部には短尺燃料
棒２Ａを下部タイプレート４に支持するため、短尺燃料
棒の下部端栓６の雄ねじ６Ａをねじ込むねじ孔11が形成
されている。

【００４１】つぎに図６を参照して上記第５の実施例の
組み立て手段を説明する。短尺燃料棒２Ａを燃料集合体
のチャンネルボックス１内に組み込む際は、短尺燃料棒
６Ａの下部端栓６にまず圧縮コイルばね18を装着し、次
に回転防止用座金17の貫通孔17Ａが前記下部端栓６の角
形部15と合致するように座金17を通す。

【００４２】この段階で専用治具（治具先端部の中央に
下部端栓の角形部15が回転できる長さのスリットが切ら
れている薄平板形状の治具）を前記座金17に当てがい、
前記治具の底面が前記下部端栓の角形部15の下端から上
方に位置するまで、治具を下方か上方へ押し上げる。

【００４３】この押し上げ中に座金17と下部タイプレー
ト４のざぐり16が正しく合致するように方向を確認しつ
つ、短尺燃料棒２Ａの下部端栓６が下部タイプレート４
の前記ねじ孔11に所定量ねじ込む。この状態で、前記治
具を引き抜くと、前記座金17が前記ざぐり16に嵌着され
ることになる。

【００４４】ここで、このようなねじ込み構造において
は、短尺燃料棒２Ａを浮き上がらせる唯一の原因として
考えられるものは、燃料集合体の輸送時に発生する水
平，垂直振動或いは原子炉運転時に冷却材による水力振
動等により短尺燃料棒２Ａを下部タイプレート４にねじ
込む方向とは逆向きのトルクが短尺燃料棒２Ａに作用
し、前記短尺燃料棒２Ａが回転した場合が考えられる。

【００４５】しかしながら、本第５の実施例において
は、短尺燃料棒２Ａを回転させるトルクが作用したとし
ても、短尺燃料棒２Ａの下部端栓６の角形部15とこれに
嵌合する回転防止用座金17およびその貫通孔17Ａがそれ
ぞれ四辺形形状であり、また、回転防止用座金17を嵌着
するざぐり16も四辺形形状であるため、それぞれを互い
に嵌合し合うことにより、短尺燃料棒２Ａの回転を制御
できる。

【００４６】そのうえ、圧縮コイルばね18が装着してい
るため、このばね力により座金17が下部タイプレート４
のざぐり16に圧着固定されるために、座金17が浮き上が
ることはない。

【００４７】なお、本実施例において、下部端栓の角形
部15，座金17（含む貫通孔17Ａ）および下部タイプレー
トのざぐり16のそれぞれの形状が、特に四辺形形状に限
定する必要はなく、多角形形状であるならば、短尺燃料
棒２Ａの回転を制御し、浮き上がりを防止できる。

【００４８】以上説明した本実施例に係る沸騰水型原子
炉用燃料集合体では、短尺燃料棒２Ａが浮き上がる方向
に回転したとしても、それぞれが四辺形形状である下部
端栓６の角筒部15，回転防止用座金17（含む貫通孔17
Ａ）およびざぐり16が、それぞれ互いに嵌合し合うこと
により、また、座金17の浮き上がりを防ぐために圧縮コ
イルばね18を装着することにより、短尺燃料棒２Ａの回
転が抑制され、浮き上がりを防止できる。

【００４９】なお、上記実施例では燃料棒の配列状態を
９行９列に配置した例で説明したが、これに限ることは
なく８行８列やその他の配列状態でも実施できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、短尺燃料棒の浮き上が
りを防止し、下部タイプレートからの離脱を未然に防ぐ
ことができる等の優れた効果を発揮し、燃料棒の健全性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施例の組み
立て手段を示す組立分解図。

【図２】図１における組み立て状態を一部側面で示す縦
断面図。

【図３】図１における短尺燃料棒を一部断面で示す立面
図。

【図４】本発明に係る燃料集合体の第２の実施例の組み
立て手段を示す組立分解図。

【図５】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第３の実施
例の組み立て手段を示す組立分解図、（ｂ）は同じく第
４の実施例の組み立て手段を示す組立分解図。

【図６】本発明に係る燃料集合体の第５の実施例の組み
立て手段を示す組立分解図。

【図７】図６における組み立て状態を一部側面で示す縦
断面図。

【図８】図６における短尺燃料棒を一部断面で示す立面
図。

【図９】従来の燃料集合体を一部側面で示す縦断面図。

【図１０】図10における燃料集合体の横断面図。

【符号の説明】

１…チャンネルボックス、２…燃料棒、２Ａ…短尺燃料
棒、３…上部タイプレート、４…下部タイプレート、５
…スペーサ、６…下部端栓、６Ａ…雄ねじ部、６Ｂ…突
起部、６Ｃ…円筒部、６Ｄ…テーパー部、７…燃料被覆
管、８…燃料ペレット、９…プレナムスプリング、10…
上部端栓、11…ねじ孔、12…回転防止用座金、12Ａ…貫
通孔（短尺燃料棒用）、12Ｂ…貫通孔（隣接燃料棒
用）、12Ｃ…切欠き、12Ｄ…角形貫通孔、13…燃料棒
（隣接燃料棒用）、14…タイプレート孔、15…角形部、
16…ざぐり、17…座金、18…圧縮コイルばね、19…欠
番、20…燃料集合体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｃ 3/30 ＧＤＢＬ (72)発明者塚原一郎神奈川県川崎市幸区堀川町66番２東芝エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角筒状チャンネルボックス内に燃料棒を
正方格子状に配列し、その上下を上部タイプレートおよ
び下部タイプレートで支持し、中間部分を複数のスペー
サで前記燃料棒の間隔を保持した燃料束が組み込まれ、
前記燃料棒の一部を短尺燃料棒で置き換えてなる燃料集
合体において、前記短尺燃料棒の下部端栓に前記下部タ
イプレートの雌ねじ孔と結合する雄ねじを設け、この雄
ねじの上部に突起または角形部を設けてなることを特徴
とする燃料集合体。
【請求項２】前記短尺燃料棒の下部端栓の突起と嵌合
する切欠きを設けた貫通孔および前記短尺燃料棒以外の
燃料棒の下部端栓を挿入するための貫通孔を有する座金
を前記下部端栓に嵌合してなることを特徴とする請求項
１記載の燃料集合体。
【請求項３】前記短尺燃料棒の下部端栓の角形部と嵌
合する角形貫通孔および前記短尺燃料棒以外の燃料棒の
下部端栓を挿入するための貫通孔を有する座金を前記下
部端栓に嵌合してなることを特徴とする請求項１記載の
燃料集合体。
【請求項４】前記下部端栓の角形部にこの角形部の外
形とほぼ同形状の貫通孔を有する多角形状の座金を嵌合
してなることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項５】前記下部端栓の角形部に圧縮ばねを装着
しかつこの圧縮ばねが前記座金の上方に位置することを
特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項６】前記下部タイプレートに前記座金とほぼ
同形状の多角形状ざぐりを設けてなることを特徴とする
請求項１記載の燃料集合体。
【請求項７】前記短尺燃料棒を前記下部タイプレート
に装着した際に前記下部端栓の角形部と前記座金および
ざぐりがそれぞれ互いに嵌合し合い、かつ前記圧縮ばね
のばね力により前記座金を前記タイプレートのざぐりに
圧着することを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。