JPH0862360A - 燃料スペーサ及び燃料集合体 - Google Patents
燃料スペーサ及び燃料集合体Info
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- JPH0862360A JPH0862360A JP6198175A JP19817594A JPH0862360A JP H0862360 A JPH0862360 A JP H0862360A JP 6198175 A JP6198175 A JP 6198175A JP 19817594 A JP19817594 A JP 19817594A JP H0862360 A JPH0862360 A JP H0862360A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】燃料集合体において、燃料スペーサ4は内部に
燃料要素2を各々挿入し支持するための独立した単位セ
ルを形成する複数のセル素材8で固定され、水ロッド3
を挿入,支持するセルをセル素材とともに形成するサポ
ートプレート10,11,セル素材8を束ねる外枠を形
成するバンド9並びに燃料要素2と水ロッド3を弾性的
に支持するスプリング12を含み、セル素材8,サポー
トプレート10,11及びバンド9はジルコニウム合金
からなり、合金の結晶構造である最密六方格子の<00
01>方向の配向割合を示す指数が、燃料スペーサ高さ
方向及び幅方向に、セル素材8,サポートプレート1
0,11及びバンド9ともにほぼ等しくする。 【効果】燃料スペーサを構成するジルコニウム合金製部
材間における照射成長伸び差が生じないため、燃料スペ
ーサに照射成長伸び差に起因した内部応力の発生が防止
される。
燃料要素2を各々挿入し支持するための独立した単位セ
ルを形成する複数のセル素材8で固定され、水ロッド3
を挿入,支持するセルをセル素材とともに形成するサポ
ートプレート10,11,セル素材8を束ねる外枠を形
成するバンド9並びに燃料要素2と水ロッド3を弾性的
に支持するスプリング12を含み、セル素材8,サポー
トプレート10,11及びバンド9はジルコニウム合金
からなり、合金の結晶構造である最密六方格子の<00
01>方向の配向割合を示す指数が、燃料スペーサ高さ
方向及び幅方向に、セル素材8,サポートプレート1
0,11及びバンド9ともにほぼ等しくする。 【効果】燃料スペーサを構成するジルコニウム合金製部
材間における照射成長伸び差が生じないため、燃料スペ
ーサに照射成長伸び差に起因した内部応力の発生が防止
される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉燃料用の燃料ス
ペーサ及び燃料スペーサを具備する燃料集合体に関す
る。
ペーサ及び燃料スペーサを具備する燃料集合体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図2に沸騰水型原子炉に使用される燃料
集合体1の例を示す。燃料集合体1は、複数本の燃料要
素2と水ロッド3を複数個の燃料スペーサ4′により水
平方向間隔を一定にして正方格子状に束ね、燃料要素2
と水ロッド3の上下端が上部タイプレート5及び下部タ
イプレート6で支持された燃料束が、角筒状のチャンネ
ルボックス7で覆われた構造である。燃料集合体1にお
いて、燃料スペーサ4′は燃料要素2と水ロッド3を所
定の水平間隔に保持するとともに、これらが横方向に振
動しないように支持する役割をもつ。燃料スペーサ4′
の構造例は、例えば、特公平5−12680号公報に示されて
いる。この例のような燃料スペーサ4′は、燃料要素2
を支持するための独立したセルをセル素材8で形成し、
これを正方格子状に束ねて外枠で固定された構造であ
り、セル素材8はジルコニウム合金製管材、外枠はジル
コニウム合金製板材から作製される。
集合体1の例を示す。燃料集合体1は、複数本の燃料要
素2と水ロッド3を複数個の燃料スペーサ4′により水
平方向間隔を一定にして正方格子状に束ね、燃料要素2
と水ロッド3の上下端が上部タイプレート5及び下部タ
イプレート6で支持された燃料束が、角筒状のチャンネ
ルボックス7で覆われた構造である。燃料集合体1にお
いて、燃料スペーサ4′は燃料要素2と水ロッド3を所
定の水平間隔に保持するとともに、これらが横方向に振
動しないように支持する役割をもつ。燃料スペーサ4′
の構造例は、例えば、特公平5−12680号公報に示されて
いる。この例のような燃料スペーサ4′は、燃料要素2
を支持するための独立したセルをセル素材8で形成し、
これを正方格子状に束ねて外枠で固定された構造であ
り、セル素材8はジルコニウム合金製管材、外枠はジル
コニウム合金製板材から作製される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ジルコニウム合金が中
性子照射を受けると照射成長による伸びを生じることが
知られている。このような照射成長は、高速中性子照
射,照射温度,材料の冷間加工度,焼鈍条件,集合組織
等の影響を受ける。この基本的な機構は、照射によって
生じた格子欠陥が蓄積することによって、図3に示すよ
うに、六方晶が<0001>方向(以下、c軸方向)に
縮み、<1000>方向(以下、a軸方向)に拡がるこ
とである。例えば、ジルコニウム合金製の管は、図3に
示されているように、c軸が管軸と垂直になる集合組織
をとっているため、照射成長は管の伸びとして観測され
る。したがって、集合組織が異なると伸びも変わること
になる。最近では、高照射量側の照射成長データが報告
され始め、例えば、図4(出典:Griffiths,M.,et a
l.:ASTM STP−1023(1989))に示す
ように高照射量側で成長速度が大きくなる傾向があると
の報告例がある。このような成長速度の立上りは、照射
欠陥の構造,性質に関係し、材料の集合組織,合金成分
や不純物等が影響すると考えられている。
性子照射を受けると照射成長による伸びを生じることが
知られている。このような照射成長は、高速中性子照
射,照射温度,材料の冷間加工度,焼鈍条件,集合組織
等の影響を受ける。この基本的な機構は、照射によって
生じた格子欠陥が蓄積することによって、図3に示すよ
うに、六方晶が<0001>方向(以下、c軸方向)に
縮み、<1000>方向(以下、a軸方向)に拡がるこ
とである。例えば、ジルコニウム合金製の管は、図3に
示されているように、c軸が管軸と垂直になる集合組織
をとっているため、照射成長は管の伸びとして観測され
る。したがって、集合組織が異なると伸びも変わること
になる。最近では、高照射量側の照射成長データが報告
され始め、例えば、図4(出典:Griffiths,M.,et a
l.:ASTM STP−1023(1989))に示す
ように高照射量側で成長速度が大きくなる傾向があると
の報告例がある。このような成長速度の立上りは、照射
欠陥の構造,性質に関係し、材料の集合組織,合金成分
や不純物等が影響すると考えられている。
【0004】従来技術の燃料スペーサ4において、燃料
要素2を支持するための独立したセルを形成するための
セル素材8はジルコニウム合金製管材(継目無管),セ
ル素材8を正方格子状に束ねて固定するバンド9と称す
る外枠、並びにセル素材8とともに水ロッド3まわりの
セルを形成するサポートプレート10,11は、ジルコ
ニウム合金製板材から作製されている。ジルコニウム合
金製管材(継目無管)とジルコニウム合金製板材は加工
工程及び加工度の相違に基づき、前述の集合組織が若干
異なっており、このため照射成長伸びに差が生じる。こ
のような燃料スペーサ4の部材間の伸び差は、燃料スペ
ーサ4に内部応力を発生させる要因となる。また、燃料
スペーサ4に内部応力が発生すると、炉内使用中の燃料
スペーサ4の酸化や冷却材の放射線分解によって発生す
る水素が取込まれて生じた燃料スペーサ4中の水素化物
の方位に少なからず影響を与えるので、燃料スペーサ4
の構造強度上好ましい現象ではない。
要素2を支持するための独立したセルを形成するための
セル素材8はジルコニウム合金製管材(継目無管),セ
ル素材8を正方格子状に束ねて固定するバンド9と称す
る外枠、並びにセル素材8とともに水ロッド3まわりの
セルを形成するサポートプレート10,11は、ジルコ
ニウム合金製板材から作製されている。ジルコニウム合
金製管材(継目無管)とジルコニウム合金製板材は加工
工程及び加工度の相違に基づき、前述の集合組織が若干
異なっており、このため照射成長伸びに差が生じる。こ
のような燃料スペーサ4の部材間の伸び差は、燃料スペ
ーサ4に内部応力を発生させる要因となる。また、燃料
スペーサ4に内部応力が発生すると、炉内使用中の燃料
スペーサ4の酸化や冷却材の放射線分解によって発生す
る水素が取込まれて生じた燃料スペーサ4中の水素化物
の方位に少なからず影響を与えるので、燃料スペーサ4
の構造強度上好ましい現象ではない。
【0005】近年、原子力発電の一層の経済性向上及び
放射性廃棄物低減の観点から、燃料の高燃焼度化が進め
られている。燃料の高燃焼度化に伴い燃料スペーサ4の
中性子照射量が増加することになるため、照射成長速度
の立上り現象と相まって燃料スペーサ4の部材間の照射
成長伸び差が増加し、燃料スペーサ4の内部応力を増加
させる。内部応力に対しては、燃料スペーサ4は十分な
強度を有しているので、実質的な影響は少ないが、信頼
性確保の観点からは、不必要な応力の発生は望ましくは
なく、このような照射成長伸び差に基づく内部応力発生
を極力防止することが望まれる。
放射性廃棄物低減の観点から、燃料の高燃焼度化が進め
られている。燃料の高燃焼度化に伴い燃料スペーサ4の
中性子照射量が増加することになるため、照射成長速度
の立上り現象と相まって燃料スペーサ4の部材間の照射
成長伸び差が増加し、燃料スペーサ4の内部応力を増加
させる。内部応力に対しては、燃料スペーサ4は十分な
強度を有しているので、実質的な影響は少ないが、信頼
性確保の観点からは、不必要な応力の発生は望ましくは
なく、このような照射成長伸び差に基づく内部応力発生
を極力防止することが望まれる。
【0006】このように、従来の燃料スペーサ4を高燃
焼度燃料に適用する場合、燃料スペーサ4の内部応力増
加を抑制する観点で改良の余地があった。
焼度燃料に適用する場合、燃料スペーサ4の内部応力増
加を抑制する観点で改良の余地があった。
【0007】本発明の目的は、高燃焼度領域(すなわち
高照射量領域)において、燃料スペーサ4を構成するジ
ルコニウム合金製部材間における照射成長伸び差が発生
しないようにすることによって、内部応力の発生が防止
された一層信頼性の高い燃料スペーサ4とこれを備えて
なる燃料集合体1を提供することにある。
高照射量領域)において、燃料スペーサ4を構成するジ
ルコニウム合金製部材間における照射成長伸び差が発生
しないようにすることによって、内部応力の発生が防止
された一層信頼性の高い燃料スペーサ4とこれを備えて
なる燃料集合体1を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は燃料要素2を支持するために各々独立した
単位セルを形成する複数のセル素材8(断面が円形のみ
ならず多角形であってもよい),セル素材8に固定さ
れ、水ロッド3を挿入,支持するセルをセル素材8とと
もに形成するサポートプレート10,11,セル素材8
を束ねる外枠を形成するバンド9において、ジルコニウ
ム合金からなる部材の結晶構造である最密六方格子の<
0001>方向の配向割合を示す指数(Texture Facto
r)を、燃料スペーサ高さ方向(冷却材流れ方向)及び
幅方向(冷却材流れに垂直な方向)において、セル素材
8,サポートプレート10,11及びバンド9のいずれ
もほぼ等しなるように燃料スペーサ4を形成する。
め、本発明は燃料要素2を支持するために各々独立した
単位セルを形成する複数のセル素材8(断面が円形のみ
ならず多角形であってもよい),セル素材8に固定さ
れ、水ロッド3を挿入,支持するセルをセル素材8とと
もに形成するサポートプレート10,11,セル素材8
を束ねる外枠を形成するバンド9において、ジルコニウ
ム合金からなる部材の結晶構造である最密六方格子の<
0001>方向の配向割合を示す指数(Texture Facto
r)を、燃料スペーサ高さ方向(冷却材流れ方向)及び
幅方向(冷却材流れに垂直な方向)において、セル素材
8,サポートプレート10,11及びバンド9のいずれ
もほぼ等しなるように燃料スペーサ4を形成する。
【0009】このような燃料スペーサ4は、例えば、ジ
ルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレート1
0,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム化する
処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相に完全
に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、急冷処
理する)を施し、これら部材によって燃料スペーサ4を
形成するか、若しくはセル素材8をサポートプレート1
0,11及びバンド9と同様にジルコニウム合金製の板
材を加工して形成し、かつセル素材8をサポートプレー
ト10,11及びバンド9の素材25の圧延方向を全て
同じ方向に揃えて燃料スペーサ4に組立てる。
ルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレート1
0,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム化する
処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相に完全
に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、急冷処
理する)を施し、これら部材によって燃料スペーサ4を
形成するか、若しくはセル素材8をサポートプレート1
0,11及びバンド9と同様にジルコニウム合金製の板
材を加工して形成し、かつセル素材8をサポートプレー
ト10,11及びバンド9の素材25の圧延方向を全て
同じ方向に揃えて燃料スペーサ4に組立てる。
【0010】
【作用】ジルコニウム合金の中性子照射による照射成長
歪は、数1で表される。
歪は、数1で表される。
【0011】
【数1】 εi=A(φt)・B(T)・C(W)・(1−3・fi) …(数1) ここで、 εi :i方向の照射成長歪 A(φt):高速中性子照射量(φt)の関数 B(T) :照射温度(T)の関数 C(W) :材料の冷間加工度(W),焼鈍条件に関する
関数 fi :i方向における最密六方格子の<0001
>方向の配向割合を示す指数(Texture Factor) i :圧延方向,圧延直角方向,肉厚方向 数1から、Texture Factor(fi)が小さいほどジルコ
ニウム合金の中性子照射によるi方向への照射成長歪が
大きいことがわかる。例えば、ジルコニウム合金製の管
では、図3に示されているように、c軸が管軸と垂直に
なる集合組織をとっているため、管軸方向(又は圧延方
向)や周方向(又は圧延直角方向)のTexture Factor
は、径方向(又は肉厚方向)のそれと比べかなり小さい
値であり、このため管軸方向(又は圧延方向)や周方向
(又は圧延直角方向)に照射成長し易い傾向にある。
関数 fi :i方向における最密六方格子の<0001
>方向の配向割合を示す指数(Texture Factor) i :圧延方向,圧延直角方向,肉厚方向 数1から、Texture Factor(fi)が小さいほどジルコ
ニウム合金の中性子照射によるi方向への照射成長歪が
大きいことがわかる。例えば、ジルコニウム合金製の管
では、図3に示されているように、c軸が管軸と垂直に
なる集合組織をとっているため、管軸方向(又は圧延方
向)や周方向(又は圧延直角方向)のTexture Factor
は、径方向(又は肉厚方向)のそれと比べかなり小さい
値であり、このため管軸方向(又は圧延方向)や周方向
(又は圧延直角方向)に照射成長し易い傾向にある。
【0012】なお、ジルコニウム合金の結晶方位が完全
にランダム化された場合には、fi=1/3となり、数
1から、このようなジルコニウム合金は、中性子照射に
よる照射成長歪を生じないことがわかる。
にランダム化された場合には、fi=1/3となり、数
1から、このようなジルコニウム合金は、中性子照射に
よる照射成長歪を生じないことがわかる。
【0013】このように、例えば、燃料スペーサ4を形
成するジルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレ
ート10,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム
化する処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相
に完全に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、
急冷処理する)を施すことによって、これら部材に生じ
る中性子照射による照射成長をゼロにすることが可能と
なり、内部応力が発生しない燃料スペーサ4を得ること
ができる。
成するジルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレ
ート10,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム
化する処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相
に完全に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、
急冷処理する)を施すことによって、これら部材に生じ
る中性子照射による照射成長をゼロにすることが可能と
なり、内部応力が発生しない燃料スペーサ4を得ること
ができる。
【0014】一方、従来の燃料スペーサ4′では、セル
素材8はジルコニウム合金製管材、バンド9及びサポー
トプレート10,11はジルコニウム合金製板材から作
製されている。燃料スペーサ高さ方向(冷却材流れ方
向)におけるこれらジルコニウム合金製部材の典型的な
Texture Factorは、管材の場合がFl=0.06 及び板
材の場合がFl=0.10 である。したがって、数1に
おけるA(φt),B(T)及びC(W)が、管材と板材で
同じと仮定すると、 [管材の照射成長歪]/[板材の照射成長歪] =(1−3×0.06)/(1−3×0.10)=1.17 となり、管材の照射成長歪が板材の照射成長歪と比べ約
17%大きいことになる。この結果、これら部材の照射
成長歪の差に基づき、管材からなるセル素材8には、圧
縮内部応力、板材からなるバンド9及びサポートプレー
ト10,11には引張内部応力が発生する。しかし、セ
ル素材8をバンド9及びサポートプレート10,11と
同様に板材から作製し、集合組織を揃えた場合には、セ
ル素材8とバンド9,サポートプレート10,11間に
照射成長歪の差を生じないようにすることができ、内部
応力の発生を防止できる。
素材8はジルコニウム合金製管材、バンド9及びサポー
トプレート10,11はジルコニウム合金製板材から作
製されている。燃料スペーサ高さ方向(冷却材流れ方
向)におけるこれらジルコニウム合金製部材の典型的な
Texture Factorは、管材の場合がFl=0.06 及び板
材の場合がFl=0.10 である。したがって、数1に
おけるA(φt),B(T)及びC(W)が、管材と板材で
同じと仮定すると、 [管材の照射成長歪]/[板材の照射成長歪] =(1−3×0.06)/(1−3×0.10)=1.17 となり、管材の照射成長歪が板材の照射成長歪と比べ約
17%大きいことになる。この結果、これら部材の照射
成長歪の差に基づき、管材からなるセル素材8には、圧
縮内部応力、板材からなるバンド9及びサポートプレー
ト10,11には引張内部応力が発生する。しかし、セ
ル素材8をバンド9及びサポートプレート10,11と
同様に板材から作製し、集合組織を揃えた場合には、セ
ル素材8とバンド9,サポートプレート10,11間に
照射成長歪の差を生じないようにすることができ、内部
応力の発生を防止できる。
【0015】このようにセル素材8を板材から作製する
方法は、例えば、板材を曲げた後、曲げ端部を溶接して
管状に仕上げた溶接継目管を使用することが考えられ
る。
方法は、例えば、板材を曲げた後、曲げ端部を溶接して
管状に仕上げた溶接継目管を使用することが考えられ
る。
【0016】図8に燃料スペーサ4のジルコニウム合金
製部品の素材加工工程図を示す。
製部品の素材加工工程図を示す。
【0017】図8において、左側がセル素材8の素材加
工フロー,右側がバンド又はサポートプレート素材27
の素材加工フローを表す。セル素材8は、バンド又はサ
ポートプレート素材27と同様にジルコニウム合金製板
材25から作製される。セル素材8は、ジルコニウム合
金製板材25を例えば圧延直角方向に曲げ加工し、この
後、板材25の曲げ端部を突合せ、この部分シーム溶接
して、溶接継目管とする。この後、溶接継目管は、セル
素材8の寸法に対応した長さに切断される。一方、バン
ド又はサポートプレート素材27は、ジルコニウム合金
製板材25を、例えば、圧延直角方向に切断して作製さ
れる。このようにして作製されたセル素材8及びバンド
又はサポートプレート素材27の例では、燃料スペーサ
高さ方向(冷却材流れの方向)にジルコニウム合金製板
材25の圧延方向が向くように燃料スペーサ4の部品の
向きが一律に揃えられる。同時に燃料スペーサ幅方向
(冷却材流れに対し垂直な方向)にジルコニウム合金製
板材25の圧延直角方向が向くように燃料スペーサ4の
部品の向きが一律に揃えられることになる。
工フロー,右側がバンド又はサポートプレート素材27
の素材加工フローを表す。セル素材8は、バンド又はサ
ポートプレート素材27と同様にジルコニウム合金製板
材25から作製される。セル素材8は、ジルコニウム合
金製板材25を例えば圧延直角方向に曲げ加工し、この
後、板材25の曲げ端部を突合せ、この部分シーム溶接
して、溶接継目管とする。この後、溶接継目管は、セル
素材8の寸法に対応した長さに切断される。一方、バン
ド又はサポートプレート素材27は、ジルコニウム合金
製板材25を、例えば、圧延直角方向に切断して作製さ
れる。このようにして作製されたセル素材8及びバンド
又はサポートプレート素材27の例では、燃料スペーサ
高さ方向(冷却材流れの方向)にジルコニウム合金製板
材25の圧延方向が向くように燃料スペーサ4の部品の
向きが一律に揃えられる。同時に燃料スペーサ幅方向
(冷却材流れに対し垂直な方向)にジルコニウム合金製
板材25の圧延直角方向が向くように燃料スペーサ4の
部品の向きが一律に揃えられることになる。
【0018】ジルコニウム合金製部品で前述のようにし
て燃料スペーサ4を構成することにより、燃料スペーサ
高さ方向及び幅方向において、すべてのジルコニウム合
金製部品の<0001>方向の配向割合を示す指数(Te
xture Factor)が同等となる。この結果、燃料スペーサ
4を構成するジルコニウム合金製部品間の集合組織の相
違に起因した照射成長伸び差が生じず、伸び差に基づく
内部応力の発生を防止できる。
て燃料スペーサ4を構成することにより、燃料スペーサ
高さ方向及び幅方向において、すべてのジルコニウム合
金製部品の<0001>方向の配向割合を示す指数(Te
xture Factor)が同等となる。この結果、燃料スペーサ
4を構成するジルコニウム合金製部品間の集合組織の相
違に起因した照射成長伸び差が生じず、伸び差に基づく
内部応力の発生を防止できる。
【0019】
【実施例】本発明の実施例について、以下図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0020】図1は、本発明の燃料スペーサ4の一例で
ある。図1に示す燃料スペーサ4は、内部に燃料要素2
を各々挿入し支持するための各々独立した単位セルを形
成する複数のセル素材8,セル素材8に固定され、水ロ
ッド3を挿入,支持するセルをセル素材8とともに形成
するサポートプレート10,11,セル素材8を束ねる
外枠を形成するバンド9並びに燃料要素2と水ロッド3
を弾性的に支持するためのスプリング12等で構成され
ている。
ある。図1に示す燃料スペーサ4は、内部に燃料要素2
を各々挿入し支持するための各々独立した単位セルを形
成する複数のセル素材8,セル素材8に固定され、水ロ
ッド3を挿入,支持するセルをセル素材8とともに形成
するサポートプレート10,11,セル素材8を束ねる
外枠を形成するバンド9並びに燃料要素2と水ロッド3
を弾性的に支持するためのスプリング12等で構成され
ている。
【0021】本発明の第一の実施例の燃料スペーサ4で
は、ジルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレー
ト10,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム化
する処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相に
完全に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、急
冷処理する)が施されている。この結果、セル素材8,
サポートプレート10,11及びバンド9は、中性子照
射によって照射成長伸びを生じないため、燃料スペーサ
4にこれら部材間の照射成長伸び差に起因した内部応力
が発生する可能性を排除できる。
は、ジルコニウム合金製のセル素材8,サポートプレー
ト10,11及びバンド9の結晶方位配列をランダム化
する処理(例えば、ジルコニウム合金がα相からβ相に
完全に変態する約960℃以上の温度領域に加熱後、急
冷処理する)が施されている。この結果、セル素材8,
サポートプレート10,11及びバンド9は、中性子照
射によって照射成長伸びを生じないため、燃料スペーサ
4にこれら部材間の照射成長伸び差に起因した内部応力
が発生する可能性を排除できる。
【0022】本発明の第二の実施例の燃料スペーサ4で
は、ジルコニウム合金製のセル素材8は、サポートプレ
ート10,11及びバンド9と同様にジルコニウム合金
製の板材を加工して形成し、かつセル素材8をサポート
プレート10,11及びバンド9の素材25の圧延方向
を全て同じ方向に揃えて燃料スペーサ4に組立てられ
る。この結果、同じ集合組織のジルコニウム合金製部材
によって燃料スペーサ4が形成され、しかも、燃料スペ
ーサ4に部材すべての結晶の<0001>方向の配向割
合を示す指数(Texture Factor)が同じとなり、燃料ス
ペーサ4を構成するジルコニウム合金製部品間の集合組
織の相違に起因した照射成長伸び差が生じない構造が得
られ、伸び差に基づく内部応力の発生を防止できる。こ
のような燃料スペーサ4は、例えば、セル素材8をジル
コニウム合金製板材を曲げた後、曲げ端部を溶接して作
製した溶接継目管とすることにより実現できる。本実施
例に適用されるセル素材8,バンド9及びサポートプレ
ート10,11の素材加工フローの例を図8に示す。
は、ジルコニウム合金製のセル素材8は、サポートプレ
ート10,11及びバンド9と同様にジルコニウム合金
製の板材を加工して形成し、かつセル素材8をサポート
プレート10,11及びバンド9の素材25の圧延方向
を全て同じ方向に揃えて燃料スペーサ4に組立てられ
る。この結果、同じ集合組織のジルコニウム合金製部材
によって燃料スペーサ4が形成され、しかも、燃料スペ
ーサ4に部材すべての結晶の<0001>方向の配向割
合を示す指数(Texture Factor)が同じとなり、燃料ス
ペーサ4を構成するジルコニウム合金製部品間の集合組
織の相違に起因した照射成長伸び差が生じない構造が得
られ、伸び差に基づく内部応力の発生を防止できる。こ
のような燃料スペーサ4は、例えば、セル素材8をジル
コニウム合金製板材を曲げた後、曲げ端部を溶接して作
製した溶接継目管とすることにより実現できる。本実施
例に適用されるセル素材8,バンド9及びサポートプレ
ート10,11の素材加工フローの例を図8に示す。
【0023】図8において、左側がセル素材8の素材加
工フロー,右側がバンド又はサポートプレート素材27
の素材加工フローを表す。セル素材8は、バンド又はサ
ポートプレート素材27と同様にジルコニウム合金製板
材25から作製される。セル素材8は、ジルコニウム合
金製板材25を例えば圧延直角方向に曲げ加工し、この
後、板材25の曲げ端部を突合せ、この部分に溶接トー
チ26を対峙させてシーム溶接して溶接継目管にし、セ
ル素材23とする。この後、溶接継目管は、セル素材8
の寸法に対応した長さに切断される。一方、バンド又は
サポートプレート素材27は、ジルコニウム合金製板材
25を例えば圧延直角方向に切断して作製される。この
ようにして作製されたセル素材8及びバンド又はサポー
トプレート素材27の例では、燃料スペーサ高さ方向
(冷却材流れの方向)にジルコニウム合金製板材25の
圧延方向が向くように燃料スペーサ4の部品の向きが一
律に揃えられる。同時に燃料スペーサ幅方向(冷却材流
れに対し垂直な方向)にジルコニウム合金製板材25の
圧延直角方向が向くように燃料スペーサ4の部品の向き
が一律に揃えられることになる。
工フロー,右側がバンド又はサポートプレート素材27
の素材加工フローを表す。セル素材8は、バンド又はサ
ポートプレート素材27と同様にジルコニウム合金製板
材25から作製される。セル素材8は、ジルコニウム合
金製板材25を例えば圧延直角方向に曲げ加工し、この
後、板材25の曲げ端部を突合せ、この部分に溶接トー
チ26を対峙させてシーム溶接して溶接継目管にし、セ
ル素材23とする。この後、溶接継目管は、セル素材8
の寸法に対応した長さに切断される。一方、バンド又は
サポートプレート素材27は、ジルコニウム合金製板材
25を例えば圧延直角方向に切断して作製される。この
ようにして作製されたセル素材8及びバンド又はサポー
トプレート素材27の例では、燃料スペーサ高さ方向
(冷却材流れの方向)にジルコニウム合金製板材25の
圧延方向が向くように燃料スペーサ4の部品の向きが一
律に揃えられる。同時に燃料スペーサ幅方向(冷却材流
れに対し垂直な方向)にジルコニウム合金製板材25の
圧延直角方向が向くように燃料スペーサ4の部品の向き
が一律に揃えられることになる。
【0024】本発明の第二の実施例に関し、図面を参照
し、以下詳細に説明する。
し、以下詳細に説明する。
【0025】図5に燃料スペーサ4の一対のセル素材8
の平面図(燃料スペーサ4の下面)を示す。図6に本発
明に係る燃料スペーサ4のセル素材8の実施例の斜視図
を示す。また、図7に本発明に係る燃料スペーサ4のセ
ル素材8のその他の実施例の側面図を示す。
の平面図(燃料スペーサ4の下面)を示す。図6に本発
明に係る燃料スペーサ4のセル素材8の実施例の斜視図
を示す。また、図7に本発明に係る燃料スペーサ4のセ
ル素材8のその他の実施例の側面図を示す。
【0026】一対のセル素材8の中央部には燃料要素2
を弾性的に支持するためのスプリング12が配置され、
スプリング12と対向するセル素材8の位置には、スプ
リング12と組合せて燃料要素2を支持するためのセル
ストップ13が設けられている。また、スプリング12
の直上の位置、それと±90°及び180°をなす位置
のセル素材8の上下にスポット溶接部14があり、これ
によって互いのセル素材8が固定されている。更に、セ
ル素材8の端面には、スプリング12を係合するための
コの字状のセル開口部16(図6及び図7ではコの字状
のセル開口部16を示すがヨの字状でもよい)を一対の
セル素材8で精度良く位置合わせするために、半円形上
のインデックスノッチ15が設けられている。
を弾性的に支持するためのスプリング12が配置され、
スプリング12と対向するセル素材8の位置には、スプ
リング12と組合せて燃料要素2を支持するためのセル
ストップ13が設けられている。また、スプリング12
の直上の位置、それと±90°及び180°をなす位置
のセル素材8の上下にスポット溶接部14があり、これ
によって互いのセル素材8が固定されている。更に、セ
ル素材8の端面には、スプリング12を係合するための
コの字状のセル開口部16(図6及び図7ではコの字状
のセル開口部16を示すがヨの字状でもよい)を一対の
セル素材8で精度良く位置合わせするために、半円形上
のインデックスノッチ15が設けられている。
【0027】図6及び図7に示す本発明の一実施例のセ
ル素材8は、サポートプレート10,11及びバンド9
との間で中性子照射による照射成長伸び差を生じないよ
うにするため、例えば、図8に示すように、ジルコニウ
ム合金製板材から作製された溶接継目管が使用される。
一旦、溶接された部分が、更にセル素材8相互を固定す
るためのスポット溶接部14と一致し、再度溶接される
のは材料特性上好ましくないため、図6及び図7に示す
本発明の一実施例のセル素材8の溶接継目20は、スポ
ット溶接部14と一致しない位置としていることを特徴
としている。
ル素材8は、サポートプレート10,11及びバンド9
との間で中性子照射による照射成長伸び差を生じないよ
うにするため、例えば、図8に示すように、ジルコニウ
ム合金製板材から作製された溶接継目管が使用される。
一旦、溶接された部分が、更にセル素材8相互を固定す
るためのスポット溶接部14と一致し、再度溶接される
のは材料特性上好ましくないため、図6及び図7に示す
本発明の一実施例のセル素材8の溶接継目20は、スポ
ット溶接部14と一致しない位置としていることを特徴
としている。
【0028】図6に示す本発明の一実施例のセル素材8
では、溶接継目20がスプリング12が配置される位置
に相当するスプリングの中心21(一点鎖線で表す)の
右側に位置し、しかもセル開口部16の抜き加工によっ
て、溶接継目20の大部分が削除されていることを特徴
としている。セル素材8の母材部と溶接継目20では、
例えば、ヤング率や熱膨張係数等の物性値が若干異な
る。溶接継目20自体がセル素材8に占める割合は十分
小さく、これら物性値の差による影響は無視できるが、
図6に示す本発明の一実施例のように溶接継目20部分
を最小限にすることによって、セル素材8の母材部と溶
接継目20の物性値の差に基づく影響を更に小さくする
ことができる。
では、溶接継目20がスプリング12が配置される位置
に相当するスプリングの中心21(一点鎖線で表す)の
右側に位置し、しかもセル開口部16の抜き加工によっ
て、溶接継目20の大部分が削除されていることを特徴
としている。セル素材8の母材部と溶接継目20では、
例えば、ヤング率や熱膨張係数等の物性値が若干異な
る。溶接継目20自体がセル素材8に占める割合は十分
小さく、これら物性値の差による影響は無視できるが、
図6に示す本発明の一実施例のように溶接継目20部分
を最小限にすることによって、セル素材8の母材部と溶
接継目20の物性値の差に基づく影響を更に小さくする
ことができる。
【0029】また、図7に示す本発明の一実施例のセル
素材8では、溶接継目20の位置をインデックスノッチ
15の位置に合致させ、燃料スペーサ4の組立ての際に
溶接継目20の位置を確認し易い利点がある。
素材8では、溶接継目20の位置をインデックスノッチ
15の位置に合致させ、燃料スペーサ4の組立ての際に
溶接継目20の位置を確認し易い利点がある。
【0030】以上の実施例では、スポット溶接部14と
の関係上、溶接継目20の位置確認が重要である。そこ
で、図6及び図7に示した本発明の一実施例のセル素材
8の素材における溶接継目20の確認方法の一例につい
て、図9ないし図11を参照して説明する。
の関係上、溶接継目20の位置確認が重要である。そこ
で、図6及び図7に示した本発明の一実施例のセル素材
8の素材における溶接継目20の確認方法の一例につい
て、図9ないし図11を参照して説明する。
【0031】図9は、図7に示す実施例に係るセル素材
23の例である。溶接継目20の位置に管長さ方向等間
隔に孔22が穿孔されている。孔22は、セル素材23
がセル素材8の長さに対応して、例えば、図10に示す
ように切断された後、前述のインデックスノッチ15と
して活用される。図11は、図6に示す実施例のセル素
材23の例である。この場合は、溶接継目20を基準と
した一定の方向に管長さ方向等間隔に孔22が穿孔され
ている。この場合も図9と同様に溶接継目20位置識別
用の孔22は、セル素材23がセル素材8の長さに対応
して切断された後、インデックスノッチ15として活用
される。
23の例である。溶接継目20の位置に管長さ方向等間
隔に孔22が穿孔されている。孔22は、セル素材23
がセル素材8の長さに対応して、例えば、図10に示す
ように切断された後、前述のインデックスノッチ15と
して活用される。図11は、図6に示す実施例のセル素
材23の例である。この場合は、溶接継目20を基準と
した一定の方向に管長さ方向等間隔に孔22が穿孔され
ている。この場合も図9と同様に溶接継目20位置識別
用の孔22は、セル素材23がセル素材8の長さに対応
して切断された後、インデックスノッチ15として活用
される。
【0032】なお、以上では、各々独立した単位セルを
形成する部材の断面形状が、円形状(セル素材)の場合
を主体に説明しているが、この部材の断面形状が、例え
ば、八角形等の多角形であっても同様の効果が得られ、
本発明の範囲に含まれる。
形成する部材の断面形状が、円形状(セル素材)の場合
を主体に説明しているが、この部材の断面形状が、例え
ば、八角形等の多角形であっても同様の効果が得られ、
本発明の範囲に含まれる。
【0033】なお、燃料スペーサ4は、高燃焼度領域に
おける機械的健全性の確保に好適であり、高燃焼度用の
燃料集合体1の燃料スペーサ4に適用することにより一
層の信頼性向上に寄与できる。
おける機械的健全性の確保に好適であり、高燃焼度用の
燃料集合体1の燃料スペーサ4に適用することにより一
層の信頼性向上に寄与できる。
【0034】
【発明の効果】本発明により、高燃焼度領域(すなわち
高照射量領域)でも、燃料スペーサ4を構成するジルコ
ニウム合金製部材間における照射成長伸び差が発生しな
いため、燃料スペーサ4に照射成長伸び差に起因した内
部応力の発生が防止される。
高照射量領域)でも、燃料スペーサ4を構成するジルコ
ニウム合金製部材間における照射成長伸び差が発生しな
いため、燃料スペーサ4に照射成長伸び差に起因した内
部応力の発生が防止される。
【図1】本発明の一実施例の燃料スペーサの平面図。
【図2】燃料集合体の断面図。
【図3】ジルカロイの照射成長と集合組織の説明図。
【図4】ジルカロイ(焼きなまし材)の加速照射成長特
性図。
性図。
【図5】燃料スペーサ・セルの平面図。
【図6】本発明の一実施例の燃料スペーサ・セルの斜視
図。
図。
【図7】本発明の一実施例の燃料スペーサ・セルの側面
図。
図。
【図8】本発明の燃料スペーサの燃料スペーサ部品の素
材加工工程図。
材加工工程図。
【図9】本発明の燃料スペーサ・セル素材の一実施例の
斜視図。
斜視図。
【図10】本発明の燃料スペーサ・セル素材の第二実施
例の斜視図。
例の斜視図。
【図11】本発明の燃料スペーサ・セル素材の第三実施
例の斜視図。
例の斜視図。
2…燃料要素、3…水ロッド、4…燃料スペーサ、8…
セル素材、9…バンド、10,11…サポートプレー
ト、12…スプリング、13…セルストップ。
セル素材、9…バンド、10,11…サポートプレー
ト、12…スプリング、13…セルストップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 隆 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安嶋 政▲吉▼ 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 今井 正文 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内
Claims (8)
- 【請求項1】複数の燃料要素と,水ロッドと,これらを
束ねて弾性的に支持し、これらの相互間隔を保持する燃
料スペーサとを備えた燃料集合体において、前記燃料ス
ペーサは内部に燃料要素を各々挿入して支持するための
各々独立した単位セルを形成する複数の筒状部材,前記
筒状部材に固定され、水ロッドを挿入,支持するセルを
前記筒状部材とともに形成するプレート,前記筒状部材
を束ねる外枠を形成するバンド並びに燃料要素と水ロッ
ドを弾性的に支持するためのスプリングを含み、前記筒
状部材,前記プレート及び前記バンドはジルコニウム合
金からなり、前記ジルコニウム合金の結晶構造である最
密六方格子の<0001>方向の配向割合を示す指数
が、前記燃料スペーサの高さ方向及び幅方向で、前記筒
状部材,前記プレート及び前記バンドともにほぼ等しい
ことを特徴とする原子炉燃料用の燃料スペーサ。 - 【請求項2】複数の燃料要素と,水ロッドと,これらを
束ねて弾性的に支持し、これらの相互間隔を保持する燃
料スペーサとを備えた燃料集合体において、前記燃料ス
ペーサは内部に燃料要素を各々挿入して支持するための
各々独立した単位セルを形成する複数のジルコニウム合
金製の筒状部材,前記筒状部材に固定され、水ロッドを
挿入,支持するセルを前記筒状部材とともに形成するジ
ルコニウム合金製のプレート,前記筒状部材を束ねる外
枠を形成するジルコニウム合金製のバンド並びに燃料要
素,水ロッドを弾性的に支持するためのスプリングを含
み、前記筒状部材は、前記プレート及び前記バンドと同
様にジルコニウム合金製の板材を加工して形成され、前
記筒状部材,前記プレート及び前記バンドの素材圧延方
向は全て同じ方向に揃えられて燃料スペーサに組立てら
れていることを特徴とする原子炉燃料用の燃料スペー
サ。 - 【請求項3】請求項2において、前記燃料要素を挿入し
支持するための独立した単位セルを形成する前記筒状部
材は、ジルコニウム合金製の板材を筒状に曲げ加工し、
曲げ端部を溶接した溶接継目管で形成される燃料スペー
サ。 - 【請求項4】請求項2または3において、前記燃料要素
を挿入し支持するための独立した単位セルを形成する前
記筒状部材の溶接継目は、燃料要素を弾性的に支持する
スプリングを差込んで係合するために前記筒状部材の一
部面をコの字状又はヨの字状にカットして形成する開口
部に位置させ、前記開口部の形成により溶接継目の一部
分又は大部分が除去されている燃料スペーサ。 - 【請求項5】請求項2,3または4において、前記燃料
要素を挿入し支持するための独立した単位セルを形成す
る溶接継目管からなる前記筒状部材は互いにスポット溶
接で固定されており、前記筒状部材の溶接継目部は前記
スポット溶接部と一致しない位置に配置されている燃料
スペーサ。 - 【請求項6】燃料要素を支持するための独立した単位セ
ルをジルコニウム合金製の筒状部材で形成する原子炉燃
料用の燃料スペーサにおいて、前記筒状部材は長尺の溶
接継目管を前記燃料スペーサに適合する寸法に切断して
から種々の加工を施して作製され、前記長尺の溶接継目
管では、溶接継目を基準とした管周方向の固定された位
置、かつ管長さ方向等間隔に穿孔されており、前記穿孔
部又はその一部分が、前記溶接継目管を前記燃料スペー
サに適合する寸法に切断して作製された前記筒状部材の
長手方向の一端又は両端に形成されるように前記溶接継
目管に穿孔されている素材を使用して形成されることを
特徴とする原子炉燃料用の燃料スペーサ。 - 【請求項7】請求項6において、前記燃料要素を支持す
るための独立した単位セルを形成する前記筒状部材の長
手方向の一端又は両端に、燃料スペーサの組立時に前記
筒状部材の周方向位置決め及び回転固定部として作用す
る切欠きが形成されており、前記切欠きは前記筒状部材
の素材である前記溶接継目管の穿孔部に対応する燃料ス
ペーサ。 - 【請求項8】請求項1,2,3,4,5,6または7に
記載の前記燃料スペーサを具備してなる燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6198175A JPH0862360A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 燃料スペーサ及び燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6198175A JPH0862360A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 燃料スペーサ及び燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862360A true JPH0862360A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16386727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6198175A Pending JPH0862360A (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 燃料スペーサ及び燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0862360A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518099A (ja) * | 2004-01-15 | 2007-07-05 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 原子力発電所用スペーサ及び燃料ユニット |
-
1994
- 1994-08-23 JP JP6198175A patent/JPH0862360A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518099A (ja) * | 2004-01-15 | 2007-07-05 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 原子力発電所用スペーサ及び燃料ユニット |
| JP4746562B2 (ja) * | 2004-01-15 | 2011-08-10 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 原子力発電所用スペーサ及び燃料ユニット |
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