JPH09257976A

JPH09257976A - 燃料集合体用スペーサ

Info

Publication number: JPH09257976A
Application number: JP8093483A
Authority: JP
Inventors: Hisao Tateno; 久夫舘野; Shigeru Kato; 茂加藤; Junichi Higo; 淳一肥後
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Nuclear Fuel Industries Ltd; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Current assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Nuclear Fuel Industries Ltd; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: JP3057480B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却材の局所圧力損失の減少、熱中性子の寄
生吸収の減少、機械的特性の向上、構成の簡潔化、コス
トダウンなどをはかることのできる燃料集合体用スペー
サを提供する。【解決手段】同心円状に配置された各環状仕切板１１
ａ〜１１ｄと、これら環状仕切板１１ａ〜１１ｄの内外
周面間を放射状に区画している多数の放射状仕切板１３
ａ〜１３ｆ、１５とが多数のセル１６を形成している。
セル１６内を貫通する燃料棒２５に接してこれをセル１
６内に保持するためのストッパ１７、１８が、各セル１
６の内面から突出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉の技術分野で
用いられる燃料集合体用スペーサの改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】水炉型式の原子炉として、沸騰水型原子
炉（ＢＷＲ）、新型転換炉（ＡＴＲ）がこの種の技術分
野で広く知られている。これら水炉用の燃料について
は、燃料の燃焼度を高めるために、燃料棒を細径化して
燃料集合体一体あたりの燃料棒数を増やすことが提案さ
れている。ちなみに、ＢＷＲ用燃料集合体には格子数８
×８のものから格子数１０×１０のものがあり、ＡＴＲ
用燃料集合体としては、図５（ａ）〜（ｃ）に略示され
た２８本型（燃料棒１の本数２８）、３６本型（燃料棒
１の本数３６）、５４本型（燃料棒１の本数５４、中心
に水管２あり）がみられる。

【０００３】図６には、２８本の燃料棒１を同心円状に
束ねたＡＴＲ用燃料集合体が例示されている。図６の燃
料集合体は、各燃料棒１の両端部が上部タイプレート
３、下部タイプレイート４に結合され、各燃料棒１の中
間部（軸方向に沿う十数箇所）がスペーサ５を介して所
定の間隔に保持されたものである。スペーサ５は、図７
に示されているように、外部リング板６と、相互に外接
して外部リング板６内に組みつけられた多数のリング素
子７と、同じく、外部リング板６内に組みつけられた複
数のタイロッドリング９とを備えており、各リング素子
７は、図８のごとく、これらの壁面から内部に向けて打
ち出された板バネ８を有する。したがってスペーサ５の
各リング素子７を貫通して板バネ８に接触している各燃
料棒１は、板バネ８からの反力を受けて所定の配列間隔
に保持される。このようにして構成された燃料集合体
は、周知のように炉内の圧力管に挿入されて燃焼する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】燃料棒を細径化して燃
料集合体「１体」あたりの燃料棒数を増やす場合におい
て、燃料集合体「１体」あたりのＵ量を一定にしようと
すると、燃料棒と冷却材との接触長（ぬれ縁長さ）が増
すために冷却材の摩擦圧力損失が大きくなる。とくにＡ
ＴＲ用燃料集合体の場合は、燃料棒保持用のリング素子
が多いことに起因してスペーサ内のぬれ縁長さが増し、
各リング素子端面を総合した面積占有率も大きくなるの
で、スペーサ内の流路断面積が相対的に減少して冷却材
の局所圧力損失が大きくなる。すなわち、燃料を高燃焼
度化すべく細径の長い燃料棒をバンドル化したＡＴＲ用
燃料集合体の場合は、摩擦圧力損失のみならず、スペー
サ内での局所圧力損失までが増大するので、これを炉心
に装荷したときの冷却材循環ポンプ能力が不安定にな
り、共存する他の燃料に対しても熱水力的な不安定を惹
き起こす。そしてこれらの不安定要因が、原子炉の特性
を低下させたり有害な影響を与えたりする。

【０００５】上記以外の課題として、核分裂に寄与する
熱中性子の寄生吸収増を指摘することができる。これは
リング素子を多く含むスペーサの重量増に起因して生じ
るものであり、このような場合には燃料の燃焼効率が低
下する。それに、リング素子が同一平面上に並んだ形状
構造をもつスペーサの場合は、水平方向の荷重に対する
機械的強度が乏しいので、これの取り扱い時や地震発生
時の荷重を受けたときに変形しやすい。

【０００６】［発明の目的］本発明は、このような技術
上の課題を解決して有用かつ有益な燃料集合体用スペー
サを提供することを目的とする。すなわち本発明は、冷
却材の局所圧力損失の減少、熱中性子の寄生吸収の減
少、機械的特性の向上、構成の簡潔化、コストダウンな
どをはかることのできる燃料集合体用スペーサを提供し
ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料集合体用スペーサは所期の目的を達成するために下
記の課題解決手段を特徴とする。すなわち、請求項１に
記載された燃料集合体用スペーサは、多数本の燃料棒を
集合保持するためのものであって、同心円状に配置され
た互いに径の異なる二つの環状仕切板と、各環状仕切板
の内外周面間を放射状に区画している多数の放射状仕切
板とが、周方向に分布する多数のセルを形成しており、
セル内を貫通する燃料棒に接して燃料棒をセル内に保持
するためのストッパが、各セルの内面から突出している
ことを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項２に係る燃料集合体用スペ
ーサは所期の目的を達成するために下記の課題解決手段
を特徴とする。すなわち、請求項２に記載された燃料集
合体用スペーサは、多数本の燃料棒を同心円状に集合保
持するためのものであって、同心円状に配置された互い
に径の異なる三つ以上の環状仕切板と、各環状仕切板の
内外周面間を放射状に区画している多数の放射状仕切板
とが、径方向および周方向に分布する多数のセルを形成
しており、セル内を貫通する燃料棒に接して燃料棒をセ
ル内に保持するためのストッパが、各セルの内面から突
出していることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項３に係る燃料集合体用スペ
ーサは所期の目的を達成するために下記の課題解決手段
を特徴とする。すなわち、請求項３に記載された燃料集
合体用スペーサは、多数本の燃料棒を同心円状に集合保
持するためのものであって、同心円状に配置された互い
に径の異なる三つ以上の環状仕切板と、最内側の環状仕
切板から最外側の環状仕切板にわたり各環状仕切板の内
外周面間を放射状に区画している複数の長い放射状仕切
板と、内外に隣接するそれぞれ二つの環状仕切板ごとに
これらの内外周面間を放射状に区画している多数の短い
放射状仕切板とが、径方向および周方向に分布する多数
のセルを形成しており、セル内を貫通する燃料棒に接し
て燃料棒をセル内に保持するためのストッパが、各セル
の内面から突出していることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項４に係る燃料集合体用スペ
ーサは所期の目的を達成するために下記の課題解決手段
を特徴とする。すなわち、請求項４に記載された燃料集
合体用スペーサは、多数本の燃料棒を同心円状に集合保
持するためのものであって、同心円状に配置された互い
に径の異なる三つ以上の環状仕切板と、内外に隣接する
それぞれ二つの環状仕切板ごとにこれらの内外周面間を
放射状に区画している多数の短い放射状仕切板とが、径
方向および周方向に分布する多数のセルを形成してお
り、セル内を貫通する燃料棒に接して燃料棒をセル内に
保持するためのストッパが、各セルの内面から突出して
いることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項１〜４に記載された燃料集
合体用スペーサはつぎのような態様であることがより望
ましい。その一つは、水管が最内側の環状仕切板内を貫
通できるようになっていることである。他の一つは、固
定ストッパと弾性ストッパとが各セルの内面に設けられ
ていることであり、かつ、弾性ストッパが固定ストッパ
よりも弾性変形しやすいものからなることである。さら
に他の一つは、各環状仕切板の内外周面間において多数
のセルが周方向に等間隔で並んでいることである。上記
以外の一つは、環状仕切板と放射状仕切板とストッパと
がジルコニウム合金からなることである。

【００１２】［作用］周知のとおり、燃料集合体におけ
る多数の燃料棒は、これらの両端部が上部タイプレー
ト、下部タイプレイートに結合され、これらの軸方向に
沿う中間部がスペーサを介して保持されるものである。
本発明に係る燃料集合体用スペーサは、各燃料棒の前記
中間部を保持するために、多数のセルが径方向、周方向
などに分布しており、ストッパが各セルの内壁から突出
している。また、周方向の配列状態をとらえた場合に、
二重以上の同心円状をなして並んでいるセル群もある。
したがって、燃料棒の組み立てに際して各セル内を貫通
した多数本の燃料棒は、セル内壁のストッパに接して一
定の間隔に保持され、規則正しい配列状態を呈するよう
になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る燃料集合体用スペー
サの実施形態を示した図１〜図４において、１１ａ〜１
１ｄは環状仕切板、１３ａ〜１３ｆは長い放射状仕切
板、１５は短い放射状仕切板、１７は固定ストッパ、１
８は弾性ストッパ、１９ａ、１９ｂはストッパ部材、２
５は燃料棒、２６は水管をそれぞれ示す。

【００１４】図１を参照して明らかなように、各環状仕
切板１１ａ〜１１ｄは一つの中心を共有して同心円状に
配置されている。これら環状仕切板１１ａ〜１１ｄの径
は、等差をもって１１ａ＜１１ｂ＜１１ｃ＜１１ｄのよ
うに大きくなっている。したがって、同心円状に配置さ
れた各環状仕切板１１ａ〜１１ｄの径方向の隣接間隔
は、互いにほぼ等しい。各環状仕切板１１ａ〜１１ｄに
は、また、これらの円周を等分（例：六等分）する箇所
に下向きのスリット１２がそれぞれ形成されている。こ
のスリット１２は、図２の環状仕切板１１ｃに代表して
示されている。

【００１５】複数（例：６枚）の長い放射状仕切板１３
ａ〜１３ｆは、図１から理解できるように、環状仕切板
１１ａの外周面から環状仕切板１１ｄの内周面にわたる
長さを有する。各放射状仕切板１３ａ〜１３ｆには、こ
れらの長さをほぼ三等分する箇所に上向きのスリット１
４がそれぞれ形成されている。このスリット１４は図２
に示されているように、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄの
スリット１２に対応するものである。また、図１に示さ
れた多数の短い放射状仕切板１５は、１１ａと１１ｂ、
１１ｂと１１ｃ、１１ｃと１１ｄなど、径方向に間隔を
おいて隣接する両環状仕切板の内外周面間にわたる長さ
を有する。

【００１６】複数の長い放射状仕切板１３ａ〜１３ｆ
は、同心円状に配置された各環状仕切板１１ａ〜１１ｄ
に対して、これらの隣接部間（輪形空間）を大きく等分
するような放射配列で組みつけられる。各環状仕切板１
１ａ〜１１ｄと各放射状仕切板１３ａ〜１３ｆとがこの
ようにして組み合わされた場合には、両スリット１２、
１４が各環状仕切板１１ａ〜１１ｄと各放射状仕切板１
３ａ〜１３ｆとの十字形交差部において互いに噛み合
う。したがって、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄの一部が
一方のスリット１４内に嵌まり込み、各放射状仕切板１
３ａ〜１３ｆの一部が他方のスリット１２内に嵌まり込
む。また、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄと各放射状仕切
板１３ａ〜１３ｆとが、これらの十字形交差部および／
またはＴ字形交差部において互いに溶接される。多数の
短い放射状仕切板１５は、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄ
の前記輪形空間をさらに小さく等分するためにこれら環
状仕切板１１ａ〜１１ｄの隣接部間に放射状に配置さ
れ、かつ、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄの内外周面と各
放射状仕切板１５の両端部とがそれぞれ溶接される。

【００１７】かくて、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄと各
放射状仕切板１３ａ〜１３ｆ、１５とが組み立てられた
とき、各放射状仕切板１３ａ〜１３ｆ、１５を介して等
分された各環状仕切板１１ａ〜１１ｄの隣接部間には、
径方向および周方向に分布する多数のセル（区画部）１
６ができあがる。

【００１８】図３、図４に例示されたストッパ部材１９
ａ、１９ｂは、固定ストッパ１７や弾性ストッパ１８を
各セル１６の内面に備えつけるためのものである。一方
のストッパ部材１９ａは、図３のように、ヒンジ部２０
で連なった二つ折り状態の細長い帯片２１、２２と、略
四角形をなして帯片２１から外向きに突出した上下二つ
の固定ストッパ１７と、略三角形をなして帯片２２から
外向きに突出した弾性ストッパ１８と、両帯片２１、２
２の先端部たる閉鎖端部２３、２４とを有している。他
方のストッパ部材１９ｂは、図４のように、ヒンジ部２
０で連なった二つ折り状態の細長い帯片２１、２２と、
略四角形をなして帯片２１から外向きに突出した上下二
つの固定ストッパ１７と、両帯片２１、２２の先端部た
る閉鎖端部２３、２４とを有している。

【００１９】両ストッパ部材１９ａ、１９ｂを用いて各
セル１６の内面に固定ストッパ１７や弾性ストッパ１８
を備えつけるときには、図３、図４を参照して明らかな
ように、各放射状仕切板１３ａ〜１３ｆや各放射状仕切
板１３ａ〜１３ｆ、１５で区画された各セル１６の境界
壁面を両帯片２１、２２で挟みつけ、かつ、これらの閉
鎖端部２３、２４を閉じ合わせる。閉じ合わされた両閉
鎖端部２３、２４は、溶接、カシメ止め、金具止めな
ど、周知の手段で固定される。かくて各セル１６の内面
からは、図１のごとく固定ストッパ１７や弾性ストッパ
１８がそれぞれ突出することになる。これら各ストッパ
１７、１８のうち、固定ストッパ１７の場合は、小さな
略四角形であるために外力を受けてもほとんど変形しな
いが、弾性ストッパ１８の場合は、大きくて扁平な略三
角形であるために、外力を受けたときにバネと同様に弾
性変形する。

【００２０】図１に示された燃料棒２５、水管２６はい
ずれも周知である。すなわち、燃料棒２５は被覆管の内
部に核燃料物質が充填されたものからなり、水管２６は
燃料集合体の中心部にあってその内部に減速材たる冷却
水を通すためのものである。

【００２１】本発明に係る燃料集合体用スペーサが図１
〜図４に例示された実施形態のものであるとき、十数個
の当該スペーサを介して軸方向に沿う中間部が保持され
る多数の燃料棒２５は、これらスペーサの径方向および
周方向に分布した多数のセル１６内を貫通する。このよ
うにして各セル１６内を貫通した各燃料棒２５は、固定
ストッパ１７および弾性ストッパ１８と接触し、その際
の接触圧を受けて一定の間隔に保持され、規則正しい同
心円状の配列状態を呈する。また、これら燃料棒２５の
両端部は、周知の上部タイプレート、下部タイプレイー
トにそれぞれ結合される。水管２６の場合は、各スペー
サの最内側にある環状仕切板１１ａ内を貫通する。

【００２２】

【実施例】本発明において図１〜図４に例示された燃料
集合体用スペーサは、５４本の燃料棒を保持することの
できる５４本型（セル数５４）である。これに準じて３
６本型のスペーサ、２８本型のスペーサを作製したり、
５４本型を上回るスペーサを作製したり２８本型を下回
るスペーサを作製したりする場合には、環状仕切板の数
や径を変更したり、輪形空間（環状仕切板相互の内外周
面間）の区画数を長短の放射状仕切板で変更したりす
る。また、短い放射状仕切板１５のみを用いて輪形空間
を区画することもある。

【００２３】水管２６は図示例においてスペーサの最内
側にある環状仕切板１１ａ内を貫通している。これ以外
の例として、水管が単数または複数のセル内を貫通する
ことがあったり、最内側環状仕切板内とセル内との両方
を貫通することがあったりする。セル内を貫通する水管
の外径は燃料棒の外径にほぼ等しい。

【００２４】本発明に係る燃料集合体用スペーサの場
合、各環状仕切板１１ａ〜１１ｄ、各放射状仕切板１３
ａ〜１３ｆ、１５、各ストッパ部材１９ａ、１９ｂなど
の材料としては、ステンレススチール、インコネル合
金、ジルコニウム（Ｚｒ）合金、その他、周知のものが
用いられる。これらのうち、ジルコニウム合金製のもの
は中性子の寄生吸収を減じる上でより望ましい。

【００２５】本発明に係る燃料集合体用スペーサにおけ
る各セル１６は、既述のとおり、各環状仕切板や、長い
各放射状仕切板および／または短い各放射状仕切板で区
画されて形成されたものである。この場合のセル単体に
は四つの内面があり、そのうちの三つの内面から固定ス
トッパ１７が突出し、残る一つの内面から弾性ストッパ
１８が突出している。これらのストッパについては、セ
ル単体において各二つの内面から固定ストッパ１７や弾
性ストッパ１８が突出していてもよく、また、三つの内
面から弾性ストッパ１８が突出し、一つの内面から固定
ストッパ１７が突出していてもよい。その他、セル１６
の各内面から突出するストッパが固定ストッパ１７のみ
で統一されたり、または、弾性ストッパ１８のみで統一
されたりすることがある。固定ストッパ１７の突出形状
としては、四角形以外の多角形、半円形（半楕円形を含
む）、異形なども採用することができ、弾性ストッパ１
８の突出形状としても、三角形以外の多角形、半円形
（半楕円形を含む）、異形などを採用することができ
る。

【００２６】さらに、ストッパ部材１９ａおよび／また
は１９ｂを省略する場合において、固定ストッパ１７や
弾性ストッパ１８が、各環状仕切板や各放射状仕切板か
ら打ち出されて形成されることもある。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係る燃料集合体用スペーサは、
つぎのような効果を有する。

【００２８】環状仕切板、放射状仕切板を介して形成さ
れる多数のセルが、これらの隣接部間において境界壁を
共有しているので、スペーサ構成部材の占める断面積が
減少し、これと相対的にスペーサ内の冷却材流路断面積
が増加する。したがって、スペーサ内における冷却材の
局所圧力損失が減少する。

【００２９】スペーサ構成部材の占める割合が単位体積
あたり減少するので、スペーサの重量が減少する。した
がって、燃料集合体として熱中性子の寄生吸収を減じる
場合に有用かつ有益なものとなる。

【００３０】同心円状に配置された環状仕切板と、これ
ら環状仕切板の内外周面間を放射状に区画している多数
の放射状仕切板とで主要な骨格が形成されているので、
垂直方向の荷重はもちろんのこと、水平方向の荷重に対
しても容易に変形することない機械的特性を有してい
る。

【００３１】主たる構成部材が環状仕切板、放射状仕切
板などであり、多数のセルを形成しているこれら主要部
材に重複や無駄がないので、スペーサが簡潔な構成のも
のになる。また、プレス加工に依存した各構成部材の製
作易度、これらの組立易度、スペーサの簡潔構成など、
これらを総合してスペーサのコストを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体用スペーサの一実施形
態を略示した平面図である。

【図２】本発明に係る燃料集合体用スペーサにおいて環
状仕切板と放射状仕切板との組立例を例示した要部分解
斜視図である。

【図３】本発明に係る燃料集合体用スペーサにおいてセ
ル内面にストッパを備えつけるときの一例を略示した要
部縦断面図である。

【図４】本発明に係る燃料集合体用スペーサにおいてセ
ル内面にストッパを備えつけるときの他の一例を略示し
た要部縦断面図である。

【図５】従来のＡＴＲ用燃料集合体として２８本型、３
６本型、５４本型のものをそれぞれ略示した平面図であ
る。

【図６】従来のＡＴＲ用燃料集合体として２８本型のも
のを一部切り欠いて示した斜視図である。

【図７】従来のＡＴＲ用燃料集合体にみられるスペーサ
を略示した平面図である。

【図８】従来のＡＴＲ用燃料集合体にみられるリング素
子を示した正面図である。

【符号の説明】

１１ａ〜１１ｄ環状仕切板１３ａ〜１３ｆ放射状仕切板１５放射状仕切板１６セル１７固定ストッパ１８弾性ストッパ１９ａストッパ部材１９ｂストッパ部材２５燃料棒２６水管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数本の燃料棒を集合保持するためのも
のであって、同心円状に配置された互いに径の異なる二
つの環状仕切板と、各環状仕切板の内外周面間を放射状
に区画している多数の放射状仕切板とが、周方向に分布
する多数のセルを形成しており、セル内を貫通する燃料
棒に接して燃料棒をセル内に保持するためのストッパ
が、各セルの内面から突出していることを特徴とする燃
料集合体用スペーサ。
【請求項２】多数本の燃料棒を同心円状に集合保持す
るためのものであって、同心円状に配置された互いに径
の異なる三つ以上の環状仕切板と、各環状仕切板の内外
周面間を放射状に区画している多数の放射状仕切板と
が、径方向および周方向に分布する多数のセルを形成し
ており、セル内を貫通する燃料棒に接して燃料棒をセル
内に保持するためのストッパが、各セルの内面から突出
していることを特徴とする燃料集合体用スペーサ。
【請求項３】多数本の燃料棒を同心円状に集合保持す
るためのものであって、同心円状に配置された互いに径
の異なる三つ以上の環状仕切板と、最内側の環状仕切板
から最外側の環状仕切板にわたり各環状仕切板の内外周
面間を放射状に区画している複数の長い放射状仕切板
と、内外に隣接するそれぞれ二つの環状仕切板ごとにこ
れらの内外周面間を放射状に区画している多数の短い放
射状仕切板とが、径方向および周方向に分布する多数の
セルを形成しており、セル内を貫通する燃料棒に接して
燃料棒をセル内に保持するためのストッパが、各セルの
内面から突出していることを特徴とする燃料集合体用ス
ペーサ。
【請求項４】多数本の燃料棒を同心円状に集合保持す
るためのものであって、同心円状に配置された互いに径
の異なる三つ以上の環状仕切板と、内外に隣接するそれ
ぞれ二つの環状仕切板ごとにこれらの内外周面間を放射
状に区画している多数の短い放射状仕切板とが、径方向
および周方向に分布する多数のセルを形成しており、セ
ル内を貫通する燃料棒に接して燃料棒をセル内に保持す
るためのストッパが、各セルの内面から突出しているこ
とを特徴とする燃料集合体用スペーサ。
【請求項５】水管が最内側の環状仕切板内を貫通する
ものである請求項１〜４いずれかに記載の燃料集合体用
スペーサ。