JPH08320391A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高燃焼度燃料を用いても、良好にチャンネル
ボックスの変形に対応でき、リーク流量の制御機能を維
持できる沸騰水型原子炉用燃料集合体を得る。 【構成】 沸騰水型原子炉用燃料集合体が、下部タイプ
レート側面にチャンネルボックスの下部分と下部タイプ
レートの外周側面とのオーバーラップ部の間隙からの冷
却材の漏洩量を制御するリーク制御板を備え、このリー
ク制御板は、燃料集合体の軸方向に直交する方向に間隔
をあけて複数のスリットを持ち、前記スリット間の間隔
は、下部タイプレートのコーナー部に近い領域よりも中
央領域の方が狭いことを特徴とするもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に用い
る燃料集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用
いられている燃料集合体は、図４に示したように、燃料
棒の軸方向に配置したスペーサ１０により複数本の燃料
棒９および中央部の所要本の水管（図示せず）を正方格
子状に束ね、これを上部タイプレート７と炉心下部から
の冷却水の流入経路を形成する下部タイプレート６とに
より保持し、さらに上部タイプレート７にチャンネルボ
ックス８を固定して燃料集合体全体を覆った構成となっ
ている。

【０００３】このような燃料集合体の下部タイプレート
６には、実炉における燃料使用時において、チャンネル
ボックス８の内外圧力差に起因する冷却材のチャンネル
ボックス下端での流出を一定に制御するために、リーク
制御板４１が設けられており、チャンネルボックス８が
内圧の上昇によってバルジ変形した時に、チャンネルボ
ックス内部からその下端における下部タイプレート６と
の間隙を介して外部へ漏洩流出する冷却材の流量増加を
制限するようにしている。

【０００４】ここで、燃料集合体の下部タイプレート６
部分を図５に示す。図５（ａ）は、下部タイプレート６
の斜視図である。下部タイプレート６のそれぞれの側面
には、リーク制御板４１が取り付けられており、このリ
ーク制御板４１は、下部タイプレート６の下側面に設け
られた下ポケット（図示せず）に下部分が挿入された
後、上ポケット（図示せず）に上部分が挿入され、さら
に上部分が止め板４により上ポケット内で予め定めたク
リアランス（間隔）を保つように保持され、止め板４は
ボルト５により固定されている。

【０００５】リーク制御板４１には、図５（ｂ）に示し
たように、冷却材を流通させるための複数の同じ大きさ
の窓４３が等間隔で設けられていて、この窓４３と窓４
３との間にはそれぞれスリット４２が設けられている。

【０００６】このように取り付けられたリーク制御板４
１は、下部タイプレート６のポケット（図示せず）との
クリアランスの範囲内で自由に動けるので、実炉におい
てチャンネルボックス８に内外圧力差（内圧＞外圧）が
生じてチャンネルボックス８が膨らんだ場合、リーク制
御板４１がこの圧力差によりチャンネルボックス８の内
壁に押しつけられ、チャンネルボックス８の変形に追随
して変形するので、チャンネルボックス下端の間隙から
の冷却材の漏洩流出を一定に制御することとなる。

【０００７】また、リーク制御板の別の構成のものとし
て、図６に示したような板材のバネ性を利用したものが
提案されている。これは、一般にフィンガースプリング
５１と言われ、図６（ａ）に示したように、板材の予め
定めた複数の位置を折り曲げ、板材の幅方向（即ち、板
材の折り曲げ線と平行な方向）に対しほぼ垂直な方向に
伸びたスリット５２を前記幅方向に等間隔に設けてバネ
性を持たせた構成のものである。図６（ｃ）は、このよ
うなフィンガースプリング５１を正面から見た図であ
る。

【０００８】このフィンガースプリング５１の上部分
は、バネ性を持たせた部分に対してほぼ垂直に折り曲げ
られて下部タイプレート６の上面に接している。図６
（ｂ）は、フィンガースプリング５１の上面図である
が、図６（ｂ）に示した様に、フィンガースプリング５
１の上部分はリング形状に形成され、それぞれのリング
部分に燃料棒の下部端栓を通すための下部端栓挿入穴５
０が設けられている。従って、この下部端栓挿入穴５０
のそれぞれに制御棒が挿入されると、フィンガースプリ
ング５１のバネ性を持たせた部分が下部タイプレート６
の側面に取り付けられることとなる。

【０００９】このように取り付けられたフィンガースプ
リング５１は、実炉においてチャンネルボックス８に内
外圧力差（内圧＞外圧）が生じてチャンネルボックス８
が膨らんだ場合、自らが持つバネ性の範囲内でチャンネ
ルボックス８の内壁に追随するので、チャンネルボック
ス８の変形に追随して変形することとなり、チャンネル
ボックス下端の間隙からの冷却材の漏洩流出を一定に制
御することとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年では、沸騰水型原
子炉用燃料集合体の高燃焼度化が検討されており、集合
体取り出し平均燃焼度を４５GWd/t から更に増加させる
ことが検討されている。

【００１１】一般に、チャンネルボックスは、内外圧力
差（内圧＞外圧）が生じると図７に示したようなバルジ
変形をする。このバルジ変形は、弾性変形とクリープ変
形とからなるため、焼度の進行（チャンネルボックス使
用の長期化）に伴って増大するクリープ変形により、そ
の変形量が増大する。

【００１２】リーク制御板は、チャンネルボックスの変
形に追随して変形し、リーク流量を一定範囲内に制御す
るが、沸騰水型原子炉用燃料集合体の高燃焼度化の検討
に伴い、燃料の高燃焼度化が進んでチャンネルボックス
の使用が長期化すると、チャンネルボックスの変形量が
従来よりも更に増大する為に、リーク制御板がチャンネ
ルボックスの変形に追随できる範囲を超えてしまうとい
う問題がある。

【００１３】即ち、従来より用いられているものよりも
高燃焼度の燃料を用いた場合、チャンネルボックスの使
用が長期化することとなる為、特に、燃焼末期において
沸騰水型燃料集合体がリーク流量の制御機能を維持でき
ず、リーク流量が増加し燃料棒の除熱のための有効冷却
水流が減少するといった問題が生じてしまう。

【００１４】そこで本発明は、高燃焼度の燃料を用いた
場合も、良好にチャンネルボックスの変形に対応でき、
リーク流量の制御機能を維持することのできる沸騰水型
原子炉用燃料集合体を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１の発明は、上部タイプレートと下部タイプレー
トとの間に平行配列された複数本の燃料要素等の束の外
周を前記上部タイプレートに吊持されたチャンネルボッ
クスによって前記下部タイプレートの外周側面まで覆う
と共に、前記チャンネルボックスの下部分と前記下部タ
イプレートの外周側面とのオーバーラップ部の間隙から
の冷却材の漏洩量を制御するリーク制御板を前記下部タ
イプレートの外周側面に備えた沸騰水型原子炉用燃料集
合体において、前記リーク制御板には燃料集合体の軸方
向に沿って延在する複数のスリットを前記軸方向と直交
する方向に間隔をあけて設け、このスリット間の間隔
を、下部タイプレートのコーナー部に近い領域よりも中
央領域の方で狭くしたことを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項２の発明は、請求項１の沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、前記複数のスリット
間の間隔を、下部タイプレートのコーナー部に近い位置
から中央位置へ向けて徐々に狭くしたことを特徴とする
ものである。

【００１７】

【作用】前述したように、チャンネルボックスは、その
内側と外側とで内圧＞外圧となるような圧力差が生じる
と、弾性変形とクリープ変形とからなるバルジ変形をす
る。

【００１８】図７はチャンネルボックスがバルジ変形し
た時のチャンネルボックスの断面図であるが、図７に示
したように、バルジ変形は、チャンネルボックスの四側
面のそれぞれの側面において側面の中心を頂点として外
側に向かう突状に膨張する変形であり、高燃焼度の燃料
の焼度の進行（チャンネルボックス使用の長期化）に伴
ってその変形量は大きくなる。

【００１９】ここで、燃料集合体の下部タイプレートに
取り付けるリーク制御板は、スリット間の間隔が狭けれ
ば狭いほど変形量が大きくなりチャンネルボックス壁面
の変形に追随し易くなるといえる。

【００２０】バルジ変形は、コーナー部に近い領域では
変形量が小さく、中央領域では変形量が大きいことか
ら、請求項１の発明では、変形量の小さい下部タイプレ
ートのコーナー部に近い領域よりも変形量の大きい中央
領域の方でスリット間の間隔を狭くしたリーク制御板を
用いている。

【００２１】これにより、チャンネルボックスが前述の
ようなバルジ変形をしても、リーク制御板が、その中央
領域ではチャンネルボックス壁面の大きな変形に追随す
る変形をし、コーナー部に近い領域ではチャンネルボッ
クス壁面の小さな変形に追随する変形をして良好にリー
ク流量の制御を行うので、リーク流量の制御機能を良好
に維持できる沸騰水型原子炉用燃料集合体とすることが
できる。

【００２２】また、請求項２の発明では、複数のスリッ
ト間の間隔が、好ましくは、チャンネルボックスの各辺
部のバルジ変形の曲率に応じて、下部タイプレートのコ
ーナー部に近い位置から中央位置へ向けて徐々に狭くな
っているリーク制御板を備えている。

【００２３】チャンネルボックスのバルジ変形は、チャ
ンネルボックスの四側面のそれぞれの側面において側面
の中心を頂点として外側に向かう突状に膨張する変形で
あることから、チャンネルボックス壁面の変形量は下部
タイプレート側面のコーナー部から中央に向って徐々に
大きくなっている。

【００２４】そのため、このようなバルジ変形の形態に
なるべく近似するようにリーク制御板に設けられるスリ
ットの相互間隔を下部タイプレートのコーナー部に近い
位置から中央位置へ向けて徐々に狭くなるようにし、バ
ルジ変形の小さい下部タイプレートのコーナー部に近い
領域からバルジ変形の大きい中央領域の方へ向けて徐々
にリーク制御板の変形量が大きくなるようにすること
で、リーク制御板にチャンネルボックスのバルジ変形に
適合した変形能を持たせることができ、チャンネルボッ
クスの変形に対するリーク制御板の追随性を高め、高燃
焼度燃料のリーク制御機能の信頼性を向上することがで
きる。

【００２５】

【実施例】以下、三つの実施例を示して本発明を更に詳
しく説明するが、すべての図において同一又は相当する
部分は同一の符号を付す。

【００２６】図１は、本発明の第一実施例を示す概略説
明図であり、図１（ａ）は沸騰水型原子炉用燃料集合体
の下部タイプレート６の側面にリーク制御板１を挿入し
て止め板４を取り付けた様子を示す下部タイプレート６
部分の斜視図である。

【００２７】リーク制御板１は、予め定めたクリアラン
スを保つように下部タイプレート６に取り付けられてい
るので、リーク制御板１はこのクリアランスの範囲内で
移動可能となっている。

【００２８】リーク制御板１には、チャンネルボックス
８の膨張にリーク制御板１を追随させるための複数のス
リット２と、複数のスリット２の相互間に設けられ冷却
材を透過させるための窓３とを備えている。

【００２９】このスリット２は、図１（ｂ）に示すよう
に、中央領域では多く、コーナー部に近い領域では少な
く入れられており、そのため、中央領域のスリットピッ
チは小さくコーナー部に近い領域のスリットピッチは大
きくなっている。

【００３０】複数のスリット２の相互間に設けられてい
る窓３は、スリットピッチに応じた大きさに形成されて
いるため、中央領域では幅が狭くコーナー部に近い領域
では幅が広くなっている。

【００３１】このような構成となっていることから、リ
ーク制御板１は、その中央領域でチャンネルボックス８
の大きな変形に追随する変形をし、コーナー部に近い領
域ではチャンネルボックス８の小さな変形に追随する変
形をして良好にリーク流量の制御を行うことが可能であ
る。

【００３２】従って、従来より用いられているものより
も高燃焼度の燃料を用いた場合であっても、良好にチャ
ンネルボックス８の変形に対応でき、リーク流量の制御
機能を維持することのできる沸騰水型原子炉用燃料集合
体となる。

【００３３】また、図２は、本発明の第二実施例を示す
概略説明図であり、図２（ａ）は沸騰水型原子炉用燃料
集合体の下部タイプレート６の側面にリーク制御板２１
を挿入して止め板４を取り付けた様子を示す下部タイプ
レート６部分の斜視図である。

【００３４】リーク制御板２１は、予め定めたクリアラ
ンスを保つように下部タイプレート６に取り付けられて
いるので、リーク制御板２１はこのクリアランスの範囲
内で移動可能となっている。

【００３５】リーク制御板２１は、チャンネルボックス
８の膨張にリーク制御板２１を追随させるための複数の
スリット２２と、複数のスリット２２の相互間に設けら
れ冷却材を透過させるための窓２３とを備えている。

【００３６】このスリット２２は、相互間隔が、図２
（ｂ）に示すように、下部タイプレート６のコーナー部
に近い位置から中央位置へ向けて徐々に狭くなるよう設
けられており、そのため、コーナー部から中央部に亙っ
てスリットピッチがと徐々に小さくなっている。

【００３７】複数のスリットの相互間に設けられる窓２
３は、このスリットピッチに応じた大きさに形成されて
いるため、コーナー部から中央部に亙って徐々に幅が狭
くなっている。

【００３８】このような構成となっていることから、リ
ーク制御板２１は、チャンネルボックス８の各辺部のバ
ルジ変形の曲率に応じた変形をするので、チャンネルボ
ックス８の変形に対するリーク制御板２１の追随性が高
く、高燃焼度燃料のリーク制御機能の信頼性が向上した
沸騰水型原子炉用燃料集合体とすることができる。

【００３９】従って、従来より用いられているものより
も高燃焼度の燃料を用いた場合であっても、良好にチャ
ンネルボックスの変形に対応でき、リーク流量の制御機
能を維持することのできる沸騰水型原子炉用燃料集合体
となる。

【００４０】更に、図３は、本発明の第三実施例を示す
概略説明図であり、図３（ａ）は沸騰水型原子炉用燃料
集合体の下部タイプレート６の側面にフィンガースプリ
ング３１をリーク制御板として取り付けた様子を示す下
部タイプレート６部分の斜視図である。

【００４１】フィンガースプリング３１は、予め定めた
間隔をあけて山状と谷状に連続して折り曲げた板材を、
板材の幅方向（即ち、板材の折り曲げ線と平行な方向）
に対しほぼ垂直な方向に伸びるスリット３２を複数設け
てバネ性を持たせた構成のものである。

【００４２】図３（ｂ）は、フィンガースプリング３１
を正面から見た図であるが、図３（ｂ）にも示したよう
に、このフィンガースプリング３１に設けられているス
リット３２は中央領域では多く、コーナー部に近い領域
では少なく入れられており、そのため、中央領域のスリ
ットピッチは小さくコーナー部に近い領域のスリットピ
ッチは大きくなっている。

【００４３】また、フィンガースプリング３１の上部分
は、図６（ｂ）の従来例において開示したようなリング
形状に形成され、それぞれのリング部分に設けられた下
部端栓挿入穴に制御棒を挿入することによりフィンガー
スプリング３１のバネ性を持つ部分が下部タイプレート
６の側面に取り付けられリーク制御機構として働くこと
となる。

【００４４】このような構成のフィンガースプリング３
１は、実炉においてチャンネルボックス８に内外圧力差
（内圧＞外圧）が生じてチャンネルボックス８が膨らん
だ場合、その中央領域でチャンネルボックス８の大きな
変形に追随する変形をし、コーナー部に近い領域ではチ
ャンネルボックス８の小さな変形に追随する変形をする
こことなるのでチャンネルボックス６下端の間隙からの
冷却材の流出を良好に制御することが可能である。

【００４５】従って、従来より用いられているものより
も高燃焼度の燃料を用いた場合であっても、良好にチャ
ンネルボックス８の変形に対応でき、リーク流量の制御
機能を維持することのできる沸騰水型原子炉用燃料集合
体となる。

【００４６】

【発明の効果】このように本発明は、高燃焼度の燃料を
用いた場合でも良好にチャンネルボックスの変形に対応
でき、リーク流量の制御機能を維持することができる沸
騰水型原子炉用燃料集合体を得ることができるという効
果を達成する。

【００４７】従来より用いられているものよりも高燃焼
度の燃料を用いた場合に、チャンネルボックスの使用が
長期化してバルジ変形量が増加しても、リーク制御板が
このバルジ変形状態に応じた変形能を持つため、燃焼初
期から燃焼末期に亙るすべての期間においてリーク流量
を常に一定に制御することが可能であるという効果を達
成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す概略説明図である。

【図２】本発明の第二実施例を示す概略説明図である。

【図３】本発明の第三実施例を示す概略説明図である。

【図４】ＢＷＲ燃料集合体の構造を示す概略説明図であ
る。

【図５】従来の一例を示す概略説明図である。

【図６】従来の別の例を示す概略説明図である。

【図７】チャンネルボックスのバジル変形状態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１、５１ リーク制御板 ２、２２、３２、４２、５２ スリット ３、２３、４３ 窓 ４ 止め板 ５ ボルト ６ 下部タイプレート ７ 上部タイプレート ８ チャンネルボック
ス ９ 燃料棒 １０ スペーサ ５０ 下部端栓挿入穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部タイプレートと下部タイプレートと
   の間に平行配列された複数本の燃料要素等の束の外周を
   前記上部タイプレートに吊持されたチャンネルボックス
   によって前記下部タイプレートの外周側面まで覆うと共
   に、前記チャンネルボックスの下部分と前記下部タイプ
   レートの外周側面とのオーバーラップ部の間隙からの冷
   却材の漏洩量を制御するリーク制御板を前記下部タイプ
   レートの外周側面に備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体
   において、 前記リーク制御板には燃料集合体の軸方向に沿って延在
   する複数のスリットが前記軸方向と直交する方向に間隔
   をあけて設けられており、 前記スリットの間隔は、下部タイプレートのコーナー部
   に近い領域よりも中央領域の方が狭いことを特徴とする
   沸騰水型原子炉用燃料集合体。
2. 【請求項２】 前記複数のスリットの間隔が、下部タイ
   プレートのコーナー部に近い位置から中央位置へ向けて
   徐々に狭っていることを特徴とする請求項１に記載の沸
   騰水型原子炉用燃料集合体。