JPS5872097A - 原子炉の燃料アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、平行な燃料棒の束によって構成され燃料棒の
間隔が燃料棒および数本の燃料棒にとって代る支持管と
交差するス被−サグリッドによって維持される原子炉の
燃料アセンブリに関する。

支持管あるいはがイド管は燃料棒より長く、２つの交差
端プレートと協働してグリッドの保持、アセンブリの剛
性、制御棒の案内および軸線方向の力の吸収を保証する
。

上方チップと上端グリッドとの間のガイド管および下方
チップと下端グリップとの間のガイド管の部分において
、軸線方向の力はがイド管のみによって伝達され、一方
端グリッドの間に位置したアセンブリの全体的な領域の
全部において、軸線方向の力は燃料棒によって伝達され
る。

例えば加圧水膨原子炉の炉心は断面が正方形の非常に長
いアセンブリによって構成される。

かかるアセンブリの端プレートは通常ステンレス鋼から
つくられ、一方アセンブリの長さに沿って規則的な間隔
で配置されたス４−サグリッドは通常ニッケル合金又は
ジルコニウム合金からつくられる。

実際、これらの材料は、アセンブリのこれらの部品を構
成するのに適当な機械的および物理的特性を有している
。

既知の態様においては、各々のがイド管が軸線方向の力
の吸収に関与するように各々のスペーサグリッドにガイ
ド管をすべて固定することがおこなわれている。

ガイド管およびス被−サグリッドがステンレス鋼である
とき、燃料棒が内側に配置されるアセンブリの骨組を構
成する種々の部品即ち端プレート、スペーサグリッドお
よびガイド管は電気溶接によって容易に連結される。

しかしながらステンレス鋼又はニッケル合金のような材
料は、これらの材料を大量に含む燃料アセンブリの運転
が比例して減少するように高い中性子捕獲断面を備えた
材料である。

それ故ツルコニウム合金のような低い中性子捕獲断面を
備えた材料からつくられるガイド管を使用することが、
例えばフランス特許第２，０４９，１０８号において提
案された。しかしながら使用されるジルコニウム合金は
、それぞれ端プレートおよびアセンブリグリッドを構成
するステンレス鋼およびニッケル合金に溶接することが
できない。

そこでフランス特許第２．０４９．１０８号１ｄ、端プ
レートおよびグリッドの上に溶接された中間連結装置を
使用し、ジルコニウム合金Ｃジルカロイ）からつくられ
たがイド管とこれらの中間連結部品との機械的な取付け
を行なうことを提案している。これらの連結部品はステ
ンレス鋼からつくられたスリーブであり、例えばこのス
リーブの中へジルコニウム合金製の管が導入され、しっ
かりと固着される。

かかるアセンブリは従来のアセンブリに関して高い中性
子捕獲断面を備えた材料を小量含むものではあるが、製
造にあたり多くの複雑な作業を含む。なぜならば、ステ
ンレス鋼製スリーブをガイド管が内側を通るスペーサグ
リッドのセルの各々に溶接し、ガイド管をこれらのスリ
ーブの中へ導入し、そしてそれからがイド管の内側に工
具を導くことによってガイド管をスリーブ内に固定しな
ければならないからである。

その上照射状態ではジルコニウム合金管は、通常端部に
使用される鋼部品より少なく拡大し膨張する。その結果
運転中アセンブリの伸びに差が生じるというこの可能性
のためにアセンブリを設計する際対策を講じなければな
らない。

それ数本発明の目的は、燃料棒に対し交差するス被−サ
グリッドによって間隔を維持される平行な燃料棒の束と
、２つの横端プレートと、成る数の燃料棒にとって代り
長さが燃料棒より長く、前記端プレートおよびスペーサ
グリッドにしっかりと固定され、原子炉の制御棒の案内
と同様グリッドの保持、アセンブリの堅固、軸線方向の
力の吸収を確実にする支持ガイド管とから構成され、端
プレートはステンレス鋼のような高い中性子捕獲断面を
有する材料からつくられる、原子炉の燃料アセンブリで
あって、製造が容易かつ安価であって軸線方向の力に対
する十分な抵抗を確実にする構造の燃料アセンブリを提
供することにある。

この目的を達成するために本発明に依る燃料アセンブリ
は、スペーサグリッドの材料と冶金学的に適合する材料
でつくられた少なくとも２つの支持ガイド管を一万に有
し、低い中性子捕獲断面を有する材料からつくられアセ
ンブリのガイド管の大部分を構成し、端プレートの一つ
にのみ取り付けられ、膨張状態でも移動できるようにス
ペーサグリッドのセル内に簡単に係合し、制御棒の案内
のみを保証する他のガイド管を他方に有する。

本発明の第１の実施例に依れば、スペーサグリッドおよ
びこれらのグリッドに取付けられた支持ガイド管は、高
い中性子捕獲断面を有する端プレートと同一の材料、例
えばステンレス鋼からつくられる。

本発明の第２の実施例に依ればスペーサグリッドおよび
これらのグリッドに取付けられた。少なくとも２つの支
持ガイド管は、低い中性子捕獲断面を有する材料例えば
ジルコニウム合金からつくられ、少なくとも２つの支持
ガイド管は機械的な連結例えば螺子によって端プレート
に取り付けられる。

かくてガイド管はすべて制御棒を案内するのに役立つけ
れども、このうちの数本のみがアセンブリの剛性および
軸線方向の力の吸収を保証する。

合本発明に依る加圧水彩原子炉の燃料アセンブリのいく
つかの実施例を例として添付図面を参照して説明する。

第１図には、平行な燃料棒１の束によって構成された燃
料アセンブリが図示されており、それら燃料棒の間隔は
スペーサグリッド２によって維持され、スペーサグリッ
ド２は燃料アセンブリに沿って規則的に隔置され且つ正
方形のメツシュ格子（第２図）を構成し、メツシュ格子
内で成る数の燃料棒１の位置はガイド管５によって占有
されている。

ガイド管５は棒１より長く、端プレート３に固定するこ
とができ、これによりアセンブリの剛直性が保証される
。ガイド管５はアセンブリの剛直性を維持することおよ
びアセンブリと関連した制御棒を構成する吸収棒を案内
することの両刀に役立つ。

第３図は、上端プレート又は上方チップがステンレス鋼
からつくられ、スペーサグリッド９および１０が弾力性
の高いニッケル合金からつくられている燃料アセンブリ
の２つのガイド管６および７の端を示す。ガイド管６は
ステンレス鋼管であって、スペーサグリッド９．１ｏお
よび上方チップ８に直接溶接し連結されている。管７は
、低い中性子捕獲断面を有するジルカロイ（Ｚｉｒｃａ
ｌｏｙ　）と呼ばれるジルコニウム合金からつくられる
。管７はス啄−サ９．１０および上方チップ８の中に簡
単に係合し、管７は照射および原子炉の温度の作用で伸
びるとき、開口の内側でスペーサグリッドおよび上方チ
ップに関して長さ方向へ移動できる。

アセンブリ全体は、管６のような４本のステンレス鋼製
ガイド管と管７のような２０本のジルコニウム合金製管
を有している。下部のところで管７は、機械的な連結に
よってアセンブリの下方チ１ ツブに固定されている。それ故第３図を参照して説明さ
れたようなアセンブリにおいては、２０本から２４本の
がイド管が低中性子捕獲断面を有するジルコニウム合金
でつくられるので、高中性子捕獲断面を有する材料の量
が減少することは明瞭である。

その上４本のステンレス鋼管を中間部品を必要とせずに
直接端チップおよびスペーサプレートに溶接できるので
、アセンブリは非常に容易に組み立てられる。更に上方
テップおよびスペーサグリッドに設けられた開口内でジ
ルコニウム管は自由に摺動できるので、アセンブリを伸
ばすことなく、照射状態でのジルコニウム管の膨張に適
応できる。

第４図は、アセンブリの上方チップ１５および上方スペ
ーサグリッド１６に溶接され固定されたスリーブ１３お
よび１４内に上部のところで係合した２つのガイド管１
１および１２を示す。これらのステンレス鋼チップは上
方スペーサグリッドと上方チップの連結を可能にし、か
くて軸線方向の力に対するアセンブリの剛性および強度
を増大２ させる。

、Ｘ、ｆ　７　ｖス鋼管１１はその上部が、アセンブリ
の高さに亘って規則的な間隔で位置したスペーサグリッ
ド１８の各々およびチップ１３に溶接されている。低中
性子捕獲断面を有するジルコニウム合金製のガイド管１
２はスペーサグリッド１６．１８および上方テップ１５
の開口に簡単に係合する。管１１は下端にステンレス鋼
製のプラグ１９を支承し、このプラグ１９は下端プレー
ト２ｏに螺合させて固定できる。

下端グリッド６０はスリーブ６１に溶接され、スリーブ
６１によって下方チップ２０に連結される。ガイド管１
１はこのスリーブ６１内へ挿入される。スリーブは管を
固定したとき端プレートに取り付けられる。ジルコニウ
ム合金管１２の下部はジルコニウム合金プラグ２３によ
って下方プレー４２０に固定され、プラグ２３は管１２
の下端を閉じ、下方チップ２０と螺合することにより管
１２を固定できる。完全なアセンブリにおいては、管１
１と同様な４本のステンレス鋼管が使用され、端チップ
およびスペーサグリッドに同一の方法で固定される。使
用されている他の２０本の管は管１２のようなジルコニ
ウム合金管であり、下方チップ２０に固定される。

第５図は、断面が正方形であり、グリッド１６内に完全
に係合することができ、燃料棒を妨害することなくグリ
ッド１６に非常に強く取付けできるステンレス鋼チップ
１３を示す。同じくチップ１４は断面が正方形で、グリ
ッド１６のセル内に完全に係合することができる。

第６図は、スリーブ１３を使用することなく上方チップ
１５および上方スペーサグリッド１６にステンレス鋼ガ
イド管を直接溶接する、がイド管とチップとの連結の実
施例を示す。他方ジルカロイ（Ｚｌｒｃａｌｏｙ　）　
管１２は第４図と同一のスリーブ１４内に係合し、プレ
ートと上端と上方スペーサグリッドとの連結を確実にす
る。この態様のアセンブリはこの構造によってステンレ
ス鋼の量および中性子の吸収を減少させる。

ｉ７［ｔ、フラマトームカンパニーの特許第２．３６８
，７８５号に説明されているような容易に取外しできる
燃料アセンブリの場合にアセンブリの剛性を保証するス
テンレス鋼ガイド管２４の上部を示す。

かかるアセンブリにおいてはガイド管の上端は広がった
プリズム形状部分２５を有し、この部分２５は上方チッ
プ２７の下部に設けられた凹部２６内へ導かれ、ガイド
管の部分２５の内面に設けられた対応する螺子部分と螺
合する螺子部２９を有−ｊる中空ブッシング２８によっ
てガイド管を上方チップに固定できる。

ブッシング２８はプレート２７を通過する開口内に係合
し、肩部３１および上部３２を有する。

上部３２の直径は凹部３３が設けられる下部より大きく
、上部を構成するカラーの膨張によってブッシングを回
転式に固定する。この方法により管は完全に回転式に固
着され、上方チップ２７にしっかりと固定される。この
よう々取り外し可能なアセンブリの場合には、スペーサ
グリッド３５に溶接される第７図のような４本のステン
レス鋼管５ ２４を設けることが、ガイド管、スペーサグリッドおよ
びチップの剛直な組立てを達成し、−万ブツシング２８
を螺子を解放することによって上方チップを取外すとい
う可能性を保持するために必要であることのすべてであ
る。２４本のガイド管を備えるアセンブリにおいては他
の２０本の管はジルコニウム合金からつくられ、第４図
を参照して説明されたようなプラグおよびねじによって
アセンブリの下方チップに固定される。ジルコニウム合
金管は同じくスペーサグリッドおよび上方チップの開口
内へ導入され、管が膨張した場合でも移動することがで
きる。上端プレート２７を取り外すとき、燃料棒に接近
し、これらをアセンブリから選択的に抜き出して、取り
替え又は検査することができる。すべての場合において
、長さが十分長くアセンブリの上方チップの上面にでき
る限り接近して開放するジルカロイ管を提供することが
好ましい。かくてこれらの管の一層効果的な保持および
案内が提供された。

第８図は、容易に取外しできるアセンブリの場６ 合におけるステンレス鋼ガイド管の固定の変形例を示す
。円筒状チップ３６はプリズム形状上端・３９を有し、
この上端３９が上方チップ３８に形成された対応する形
状の開口内に係合し固定される。ブッシング３７は前と
同様チップ３６の内側に固定され、このチップ３６に対
して上方プレート３８を固定することができる。チップ
３６は同じくスペーサグリッド４０に溶接することによ
って固定され、ステンレス鋼ガイド管４１は第１のスペ
ーサグリッド４０のすぐ下方でチップ３６の端に溶接す
ることにより固定される。かくてこの態様においては上
方プレートと第１のスペーサグリッド４０との連結は、
第４図のように断面が正方形であっても良いガイド管４
１より直径が大きなチップ３６によって達成されるので
強化される。

第７図を参照して説明された装置の場合のように、ブッ
シング３７の上部を構成するカラーは、膨張によって凹
部４３へ侵入しブッシングを回転式に固定できるように
変形させることができる。

第９図はジルコニウム合金管４４の設置の変形例を示し
、この変形例においては、管４４の上部を保持し案内す
るのに役立つブッシング４８通してアセンブリ４７の上
方プレートに固定されるスリーブ４５によって、管４４
け上部のところで案内され保持される。スリーブ４５は
上部４６を有し、その外面はプリズム形状であってプレ
ート４７の対応する形状の開口内に係合する。スリーブ
４５は上方スイーサグリツド４９に溶接することにより
連結され、かくて上端プレート４７とこのスイーサグリ
ツド４９との間に連結部を形成する。管４４はアセンブ
リの下端プレートに下部が連結され、ジルコニウム管が
スイーサグリツトニ関して長さ方向へ移動できる可能性
を保ちながら管の案内を確実にするように、アセンブリ
の種々のグリッドの開口内に係合する。

第１０図はゾルコニウム合金ガイド管５０の設置の変形
例を示し、この変形例においてはがイド管５０は上部に
広がり部分５１を有し、第９図を参照して説明されたよ
うにブッシング４８によって上端プレート４７に固定さ
れたスリーブ４５の下部が広がり部分５１内に係合する
。ジルコニウム合金管のこの型式の設置は、スリーブが
もはやガイド管を通すことを要求されず内径を減少させ
ることができるので、所定の内径のがイド管および所定
の外径のスリーブ４５とともに厚さの一層大きいスリー
ブを使用することを可能にする。

第１１図は本発明の第２の実施例に依る燃料アセンブリ
を示す。ス啄−サグリッド６５．６６．６７はジルコニ
ウム合金（Ｚｉｒｃａｌｏｙ　）　　でつくられ、ガイ
ド管も同じく同一の合金でつくられる。

ガイド管６８は、第７図に示されているのと類似の方法
で即ちガイド管の内側に形成された対応する螺子部分と
螺合する中空のブッシング７４を使用することによって
、上方チップ１５に連結される。特に示されていないけ
れども、必要な溶接連結を行なうことができる材料を使
用することに注意すれば、第７．８．９．１０図に示さ
れているすべての態様の場合のように、がイド管６８と
チップの連結を達成することができる。自由に取り付け
られたガイド管６９も同じくジルカロイでつ９ （られ、下端プレー）２０の盲ボア７０および上方プレ
ートのざア７１内へ導入される。このがア７１は上端の
ところに、ガイド管を固定するだめの環状突出部７３を
備えている。

第１２図はグリッド６５とチップ１５との連結の実施例
を示し、この実施例においてガイド管６８はこの部分で
強化され、その上端と端グリッド６５の下方レベルとの
間の高さに亘って通常の部分より大きい外側部分を有し
ている。この部分は環状かあるいは第５図に示されてい
るものと同様正方形であっても良い。ガイド管は端グリ
ッドと下方チップとの間で下部に同一の補強を有してい
る。

本発明に依る装置は、アセンブリの構造および製造の簡
略化、特にスに一サグリッドがステンレス鋼からつくら
れる態様において照射状態でのアセンブリの長さ方向の
変形を一層小さくすること、高い中性子捕獲断面を有す
る材料を少ししか使用しないにもかかわらず非常に強い
構造を得ることを可能にすることは明瞭である。その上
、がイド０ 管とグリッドとの間の連結部を少数しか有さないことは
、グリッド内の自由に取り付けられた棒に隣接するセル
が非常に良く濯庸されるので熱流状態（ｔｈｅｒｍｏｈ
ｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｌｏｎｓ　）　の改良
を可能にする。

本発明はすべての変形例を含む説明した実施例に限定さ
れるものではない。

取外しできる又はできないガイド管と端プレートとの連
結の他の手段およびこれらのがイド管の下端と下端プレ
ートとの連結の他の手段が考えられる。アセンブリの剛
性を保証するガイド管を構成するステンレス鋼以外の材
料およびアセンブリの下方プレートにのみ固定される他
のガイド管のだめのジルコニウム合金以外の材料の使用
も同様に考えられる。最後に本発明に依る燃料アセンブ
リは、燃料がス啄−サグリッドおよび端プレートにより
互いに連結される平行な棒の束を構成する非常に長い棒
の形状であるすべての原子炉に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加圧水膨原子炉用燃料アセンブリの全体的立面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った断面図、第３図
は２つのガイド管の上部およびこれらのガイド管と上端
プレートおよびスペーサグリッドとの連結部を通る垂直
面における本発明の第一の実施例に依るアセンブリの断
面図、第４図は第一の実施例の第一の変形例に依るアセ
ンブリにおいて２つの支持管およびこれらの支持管と端
プレートおよびスに一サグリッドとの連結部を通る垂直
面における断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ線に沿った
断面図、第６図は第一の実施例の第二の変形例に依るア
センブリにおいて２つのがイド管およびこれらのガイド
管と端プレートおよびスペーサグリッドとの連結部を通
る垂直向における断面図、第７図は本発明の第一の実施
例に依る取外し可能なアセンブリの場合においてガイド
管の上部の垂直面における断面図、第８図は第二の変形
例に依る取外し可能なアセンブリのがイド管の上端の垂
直面における断面図、第９図は第三の３ 変形例に依る取外し可能なアセンブリにおいてガイド管
の上端の垂直向における断面図、第１０図は第四の変形
例に依る取外し可能なアセンブリにおいてガイド管の上
端の垂直面における断面図、第１１図は本発明の第二の
実施例に依るアセンブリの垂直面における部分的断面図
、第１２図は第二の実施例の変形例に依るアセンブリの
部分的断面図である。 １・・・燃料棒、２・・・スペーサグリッド、３・・・
端プレート、５．６．７・・・支持がイド管、１３．１
４・・・スリーブ、２８・・・ブッシング４ Ｔ→

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）燃料棒に対し交差するスペーサグリッドによって
   間隔を維持される平行な燃料棒の束と、２つの横端プレ
   ートと、或数の燃料棒にとって代わり長さが燃料棒より
   長く、前記端プレートおよびスペーサグリッドにしっか
   りと固定され、原子炉の制御棒の案内と同様グリッドの
   保持、アセンブリの剛性、軸線方向の力の吸収を保証す
   る支持ガイド管とから構成され、前記端プレートがステ
   ンレス鋼のような高い中性子捕獲断面を有する材料でつ
   くられる原子炉燃料アセンブリにおいて、スペーサグリ
   ッドの材料と冶金学的に適合する材料でつくられた少な
   くとも２本の支持ガイド管を有し、アセンブリのがイド
   管の大部分を構成する他のガイド管は低中性子捕獲断面
   を有する材料でつくられ、端プレートの一つにのみ取り
   付けられ、膨張しても移動できるようにスペーサグリッ
   ドのセル内に簡単に係合し、制御棒の案内のみを保証す
   ることを特徴とする燃料アセンブリ。 （２）　　スペーサグリッドが高中性子捕獲断面を有す
   る材料でつくられ、高中性子捕獲断面を有する材料でつ
   くられた支持ガイド管は前記スペーサグリッドに直接溶
   接されることを特徴とする特徴請求の範囲第１項記載の
   燃料アセンブリ。 （３）　　高中性子捕獲断面を有する材料でつくられた
   支持ガイド管が端プレートに直接溶接されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の燃料アセンブリ。 （４）高中性子捕獲断面を有する材料でつくられた支持
   ガイド管がスリーブを通ってアセンブリの上端プレート
   に溶接され、前記スリーブが溶接されるアセンブリの上
   方スペーサグリッドと上端プレートとの間の連結を保証
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃料
   アセンブリ。 （５）低中性子捕獲断面を有する材料でつくられたガイ
   ド管がその上部においてスリーブ内に保合し、アセンブ
   リの上端プレートと上方スヘーサグリッドとの連結を保
   証することを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第６
   項記載の燃料アセンブリ。 （６）高中性子捕獲断面を有する材料でつくられた支持
   ガイド管が、ガイド管の上端の内側に螺合するブッシン
   グを含む取外し可能な連結部を介してアセンブリの上端
   プレートにしっかりと固定されることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の燃料アセンブリ。 （７）高中性子捕獲断面を有する材料でつくられた支持
   ガイド管が、アセンブリの上方ス４−サグリッドに溶接
   されるスリーブの下部に上部を溶接することにより連結
   され、スリーブの上部内に螺合するブッシングを含む取
   外し可能か連結部を介して上端プレートに連結されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃料アセン
   ブリ。 （８）低中性子捕獲断面を有する材料でつくられたガイ
   ド管が上方ス４−サグリッドに溶接されたスリーブ内に
   上部において自由に係合し、スリーブの上部内に螺合す
   るブッシングを含むＪｆｆ外し可能な連結部を介して上
   端プレートに連結されることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の燃料アセンブリ。 （９）低中性子捕獲断面を有する材料でつくられたガイ
   ド管が上方スペーサグリッドに溶接されるスリーブの下
   部と自由に係合し、スリーブの上部に螺合するブッシン
   グを含む取外し可能な連結部を介して上端プレートに連
   結されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   燃料アセンブリ。 ａＣ＋　　高中性子捕獲断面を有する材料でつくられた
   ４本の支持ガイド管と、低中性子捕獲断面を有する材料
   でつくられた２０本のガイド管とを有することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項乃至第８項のうちの−ずれか
   １項に記載の燃料アセンブリ。 （１１１ス被−サグリッドが低中性子捕獲断面を有する
   材料でつくられ、低中性子捕獲断面を有する材料でつく
   られた支持ガイド管がス被−サグリッドに溶接され、機
   械的な連結によって端プレートに固定されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の燃料アセンブリ。 （１２ス４−サグリッドがジルコニウム合金でつくられ
   、ジルコニウム合金でつくられた少なくとも２本の支持
   ガイド管が機械的な連結部によってステンレス鋼製の端
   プレートに固定されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１１項記載の燃料アセンブリ。 （１３）前記機械的な連結部はガイド管の上端の内側に
   固定されたブッシングを含む取外し可能な連結部である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の燃料ア
   センブリ。 ０４１　　端プレートに固定されたガイド管が端グレー
   トと端グリッドとの間に強化部分を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１２項記載の燃料アセンブリ。 ５Ｃｑ＋