JPH07306281A - 核燃料集合体の案内管とその製造方法 - Google Patents

核燃料集合体の案内管とその製造方法

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JPH07306281A
JPH07306281A JP6323178A JP32317894A JPH07306281A JP H07306281 A JPH07306281 A JP H07306281A JP 6323178 A JP6323178 A JP 6323178A JP 32317894 A JP32317894 A JP 32317894A JP H07306281 A JPH07306281 A JP H07306281A
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guide tube
fuel assembly
nuclear fuel
thickness dimension
constant
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Michel Verdier
ミッシェル・ヴェルディエ
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    • G21C7/20Disposition of shock-absorbing devices ; Braking arrangements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 核燃料集合体の案内管とその製造方法に係
り、局部的に強度の弱い部分に生ずる座屈等の不都合を
回避しあるいは減じることを目的とする。 【構成】 ジルコニウム系合金よりなるとともに、下部
に狭められた通路を有する案内管30である。案内管3
0の外表面は、末端部材への固定のための端部領域34
を除いて円筒状に形成されており、その壁は、全長の1
0%から30%の範囲に亙って案内管30の下部に厚さ
寸法を増大させられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、核燃料集合体の骨格
内に組み込まれるように設計された制御棒案内管に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】現在使用されている燃料集合体は、ジル
コニウム系合金よりなる複数の案内管を介して相互に連
結され、一般に、燃料棒を正規の配列に保持するために
設けられる格子を有する2つの末端部材を具備すること
が知られている。原子炉内に配置される集合体の案内管
の少なくともいくつかは、制御クラスタの棒が下降させ
られたときにそれらを受け入れるように設計されてい
る。従来、このような案内管には、その下部に内径の狭
められる領域が設けられている。この領域は、狭い領域
と棒との間において棒の追い出す冷媒の流れを絞ること
により、その変位終端において落下するクラスタを減速
するために設けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】クラスタが落下する場
合には、上記の狭い領域には、上昇しようとする流体の
過大な圧力によって大きな応力を生ずる。この応力は、
連続的に集合体を上昇させ、その後落下を許容すること
による過渡現象の間においても生ずる。落下して戻ると
きには、集合体の慣性が、案内管の弱い部分に座屈を生
じさせるおそれがある。
【0004】図1は、現在一般に使用されている案内管
10の一般的な構造とその固定の仕方を示している。案
内管10は、そのほぼ全長に亙って、一定の厚さ寸法を
有している。長さLの稼働部分12は、案内管10全長
の約80%を占め、その部分における案内管10の外径
寸法はDである。稼働部分12は、図示された例では、
ねじ込みソケット25によって集合体の上端部材16に
固定するために、拡径された上端領域14によって上方
に広げられている。
【0005】案内管10の下部の長さ方向の大部分は、
より小さい直径寸法dを有している。案内管10の厚さ
寸法は一定であるので、外径寸法がDからdに縮まる
と、内径寸法もそれに応じて減じられていくことにな
る。その結果、案内管10に沿って下降する棒18によ
って追い出される冷媒は、棒18が一旦稼働部分12を
通過してしまうと、かなりの損失水頭を生じることにな
る。
【0006】案内管10の底部20は、特に、案内管1
0を下端部材22あるいは格子(図示略)に固定する手
段が、図1に示すように冷媒のための絞られた排出通路
を形成する中空ねじ23であるときには、径寸法を減じ
られたものである必要はない。符号16で示す部分は、
例えば、他の格子(図示略)への固定を可能とする等の
ために、直径Dの領域24に局部的に設けられる。
【0007】ここでは、案内管10の末端部材16・2
2に固定する方法について記述しない。それらは、例え
ば、参照され得る公報FR−A−2 368 785お
よび2465 916に記載されている種類のものであ
る。
【0008】図1に示された案内管10の直径寸法がd
に減じされる部分は、過大な応力が生じたときに破壊さ
れる可能性のある弱い部分を構成する。このような不都
合は、一定の直径寸法Dを有する案内管10の底部の内
径寸法を、その下側部分の内部に一定の長さの管を溶接
して縮径させることにより減じることとすれば解消でき
るものと考えられている。しかしながら、そのような溶
接も有害な残留応力を生ずるとともに、直径および直線
の幾何学的な不連続性を呈することになる。
【0009】この発明の目的は、燃料集合体の改良され
た案内管を提供することである。特に、本発明は、局部
的に強度の弱い部分に生ずる不都合を回避し、若しく
は、少なくとも減じることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、原子炉燃料集合体内の制御棒のための案
内管であって、下部に狭められた通路を有し、外面が円
筒状に形成され、全長の10%〜30%の範囲に亙る下
部の壁厚寸法が厚く形成された案内管を提案している。
【0011】この発明は、また、原子炉燃料集合体の制
御棒のための案内管の製造方法であって、ほぼ一定厚さ
の管材を供給し、その全長の70%〜90%の範囲に亙
って内径寸法を一定に維持しながら減少させ、一定の外
径寸法の案内管を構成するように元の厚さ寸法が保持さ
れている部分について内側に押圧するものを提案してい
る。
【0012】
【実施例】この発明は、限定のない例を用いて与えられ
た一実施例についての以下の記述によってよりよく理解
されるものである。
【0013】すでに述べた図1は、従来の案内管の一般
的な構造を、集合体の末端部材への接続手段とともに示
しており、図2は、この発明に係る案内管を示す図1と
同様の図であり、図3および図4は、この発明に係る案
内管の製造における2つの連続した工程を示す図であ
る。
【0014】図2に示される案内管30は、図示しない
上端部材に固定するために拡径された上端部分34を除
き、ほぼ全長に亙って一定の外径寸法Dを有している。
外径寸法が一定となるように形成されていることによ
り、溶接あるいは圧着や拡管のような何らかの機械的処
置を適用して格子を任意の位置に固定することが可能で
ある。
【0015】案内管30は、同じ公称径寸法および長さ
寸法を有する従来の案内管10と同等の厚さ寸法e1
稼働部分32を有している。一方、全長の10%〜30
%、一般には約20%を占める案内管30の底部は、上
部よびも小さい径寸法の流路を形成するように、上記よ
りも大きな厚さ寸法e2に形成されている。厚さ寸法
は、例えば、頂角約10゜の円錐体に形成される治具を
使用して、e1からe2まで徐々に変化させられる。厚さ
寸法の差(e2−e1)は、制御棒の下降によって案内管
30から追い出される冷媒の上昇流に付与される損失水
頭に比例して選定される。下側の狭い部分の上流、すな
わち、案内管30の中央部には、制御棒が高速で落下し
てきた場合に冷媒を逃がす孔37が設けられている。孔
36は、圧力上昇を制限し、ストロークエンドまで到達
する制御棒をより累進的に制動するように案内管30の
壁を貫通して下側部分に形成されているる。
【0016】案内管30の上下端部は、図1に示された
ものとは別の締結方法を適用するために、図2に例示さ
れたものとは異ならせてもよい。
【0017】図2に示されるような案内管30の製造方
法としては種々のものがある。特に、壁厚寸法が略e2
と同等である一定外径寸法の管状の原料から開始するこ
とができる。この管材は、通常、中性子捕獲断面積の小
さいジルコニウム系合金により構成されている。管材の
稼働部分32となる長さ方向の一部分は、外径寸法を減
少させるための慣用技術の一つを実施することにより、
その厚さ寸法をe1に近づけるように減少させる加工が
なされる。特に、管材を図3に示されるようなほぼ一定
の内径寸法を有する中間製品38に変化させるロータリ
ースエージングあるいは冷間加工を使用することが可能
である。
【0018】その後、中間製品38には、ほぼ全長に亙
って一定の外径寸法を有する案内管30を提供するよう
に設計されたさらなる処理を施される。中間製品38を
図4に示されるような案内管30に変化させるために実
施される冶金処理は、管の肉厚部分を半径方向内方に向
けて押圧することができるロータリースエージングによ
り構成される。
【0019】案内管30の一方または両方の端部は、端
末部材の固定され方によって必要に応じて形作られる。
案内管30は、所望の表面状態を達成するために機械加
工や化学処理が施される。最後に、鍛造処理によって得
られる案内管30は、大部分が硬化しているので、通
常、焼なまし熱処理が実施される。
【0020】案内管30は、中性子吸収の低い種々のジ
ルコニウム系合金により構成できる。製造過程において
案内管30に施される冶金的熱処理は、ある程度まで、
この合金の選択に依存して実施される。
【0021】特に、案内管30は、「ジルカロイ−A」
の名前で知られる材料の1つを原料として構成すること
としてもよい。この「ジルカロイ−A」は、次に示され
る重量配合を有し、含有される鉄とクロミウムの合計が
0.18%〜0.37%の範囲にあり、避けることので
きない不純物を除いて残り全てがジルコニウムよりな
る。 錫: 1.20%〜1.70% 鉄: 0.18%〜0.24% クロミウム: 0.07%〜0.13% 酸素: 0.09%〜0.16%
【0022】インゴットより得られるジルカロイ−4よ
りなる管材は、緩やかなα相形状のものが商業的に手に
入りやすい。このような原料に施される厚さ寸法低減加
工は、冷間で実施され、500℃〜750℃の範囲の温
度で約10時間加熱することにより実施される中間再結
晶段階を伴う少なくとも2つの連続した段階において実
施される。肉厚部分を内側に押圧する冶金的処理の実施
された後に、管材は、450℃〜750℃の範囲の温度
で応力を緩め、時には、1時間〜6時間、600℃〜7
50℃の範囲の温度下に管材を保持することにより、完
全な再結晶を達成するまで実施される最終的な全体処理
が施される。
【0023】ニッケルを含有するとともに、ジルコニウ
ムに以下の成分を添加してなり、鉄、クロミウム、ニッ
ケルの成分合計が0.18%〜0.38%の範囲である
「ジルカロイ−2」として知られる合金よりなる管材を
使用することも可能である。 錫: 1.20%〜1.70% 鉄: 0.07%〜0.20% クロミウム: 0.05%〜0.15% ニッケル: 0.03%〜0.08%
【0024】他の有用なジルコニウム合金としては、
0.6%〜3%のニオビウムおよび90ppm〜300
0ppmの酸素と、避けることのできない不純物とを含
有するものがある。そのような環境下では、中間再結晶
処理は、一般に、500℃〜620℃の範囲で、1時間
〜6時間実施される。最終処理はジルカロイ−4と同様
に実施されるが、好ましくは、500℃〜595℃の範
囲がよい。
【0025】ジルコニウムを主成分とし、重量で、0.
3%〜1.7%の錫、0.01%〜0.8%の鉄および
以下の要素の少なくとも1つを含有するする4元合金を
使用することも可能である。 ニオビウム: 0.30%〜1.50% バナジウム: 0.10%〜0.50% クロミウム: 0.03%〜0.50% 酸素: 0.01%〜0.50%
【0026】いずれの場合も、450℃〜650℃の範
囲の温度で1時間〜6時間に亙って、中間焼なまし処理
が実施される。最終処理は、450℃〜650℃の範囲
で1〜6時間に亙る応力除去により構成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の案内管の一般的な構造を、集合体の末端
部材への接続手段とともに示すずである。
【図2】本発明に係る案内管を示す図1と同様の図であ
る。
【図3】本発明に係る案内管の製造工程における連続し
た2つの工程のうち、先の工程を説明するための図であ
る。
【図4】本発明に係る案内管の製造工程における連続し
た2つの工程のうち、後の工程を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
30 案内管 34 端部領域 36・37 孔
フロントページの続き (72)発明者 ミッシェル・ヴェルディエ フランス・69100・ヴィリュールバンヌ・ リュ・ドュ・トンキン・18アー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニウム系合金よりなり下部に狭め
    られた通路を有する原子炉核燃料集合体に使用される制
    御棒のための案内管であって、 案内管(30)の外表面が、末端部材に固定するための
    端部領域(34)を除いて円筒状に形成され、 案内管の壁が、全長の10%から30%の範囲を占める
    案内管下部に亙って厚肉に形成され、 前記案内管下部および中央部の双方に冷媒を逃がすこと
    ができる孔(36,37)が設けられていることを特徴
    とする核燃料集合体の案内管。
  2. 【請求項2】 厚肉に形成される案内管下部が全長の約
    20%を占めることを特徴とする請求項1記載の核燃料
    集合体の案内管。
  3. 【請求項3】 稼働部分の内表面と、厚肉に形成された
    案内管下部の内表面との間の接続部が、頂角約10゜の
    円錐形に形成されていることを特徴とする請求項1記載
    の核燃料集合体の案内管。
  4. 【請求項4】 原子炉核燃料集合体に使用される制御棒
    の案内管の製造方法であって、略一定の厚さ寸法を有す
    る管材を供給し、内径寸法を一定に維持しつつ全長の7
    0%から90%の範囲に亙って厚さ寸法を減少させ、一
    定の外径寸法の案内管を構成するように、管材の元の厚
    さ寸法が残されている部分を内側に押圧することを特徴
    とする核燃料集合体の案内管の製造方法。
JP6323178A 1993-12-29 1994-12-26 核燃料集合体の案内管とその製造方法 Withdrawn JPH07306281A (ja)

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FR9315826 1993-12-29
FR9315826A FR2714516B1 (fr) 1993-12-29 1993-12-29 Tube de guidage pour assemblage combustible nucléaire et procédé de fabrication d'un tel tube.

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EP (1) EP0661719B1 (ja)
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KR (1) KR950020760A (ja)
CN (1) CN1108420A (ja)
DE (1) DE69401572T2 (ja)
ES (1) ES2097625T3 (ja)
FR (1) FR2714516B1 (ja)
TW (1) TW259872B (ja)
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