JPS59137888A - 燃料集合体 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は原子炉の炉心部に装荷される燃料集合体に係シ
、特に燃料集合体上部に設置されるスペーサの角型スプ
リングの改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に燃料集合体は基本的には第１図に示すように、燃
料チャンネル１内に複数本の燃料棒２およびウオータロ
ツＰ３を収容し、これらの両端を上部タイゾレート４と
下部タイゾレート５とによシ固定し、その中間部を、軸
方向に複数個適宜間隔を置いて設置されたスペーサ６に
より整列支持させることにより構成されている。

上記スペーサ６は燃料棒２等を整列支持してこの燃料棒
２の水平方向の振動を拘束している。このスペーサ６は
第２図に示すように角筒状の外枠７と、この外枠７内を
正方格子状に仕切シ格子を形成する仕切板８と、この仕
切板８の交差部の１箇所に装着される角型スプリング９
とから主に構成されている。

上記角型スゾリ°ング９は角筒状の箱形をなし、その各
側面にはくの字状に外方へ屈曲された板ばね状のばね材
１０を設けている。また上記仕切板８は第３図で示すよ
うに各格子、即ち燃料棒１およびウォータロッド３の挿
入路内方側へ湾曲された板ばね状の８字スプリング１１
をその側面に一体に形成しておシ、上記角形スプリング
９のばね材１０と共に各格子内へ挿入された燃料棒２等
を弾性的に保持し得るようになっている。

上記スペーサ６に装着される従来の角型スプリング９の
水平方向へ及ぼす抑圧荷重は、燃料棒２が格子内へ全て
挿入され燃料集合体として組み上がった時点では約０．
５〜１．８Ｋｐである。この抑圧荷重が燃料棒２の水平
（径）方向への振動を拘束すると共に弾性的保持力とな
る。

しかし上記角型スプリング９を有するスペーサ６等から
なる燃料集合体が原子炉の炉心部に装荷され、炉の運転
が進行して行くと、この角型スズリング９は高速中性子
が照射されてリラグゼーション（Ｒｅ１ａｘａｔｉｏｎ
　）をおこし、しかもその照射量の増加に伴いリラグゼ
ーションも大きくなる。

一般にばねがリラグゼーションをおこすとばねの抑圧加
重を減少させるのでリラグゼーションをおこした角型ス
ジリング９は燃料棒２への弾圧力を低下させる。

ところで上記高速中性子の照射量は、第４図の高速中性
子照射量の軸方向分布図で示すように燃料集合体の軸方
向上部に多い。第４図は第６段（最上段から２段目）に
配置されたスペーサ６への高速中性子照射量がほぼ最大
となり、上段のスペーサ６の方が下段のものよシも比較
的多量の同中性子を浴びていることを示している。した
がって燃料集合体上部に位置するスペーサ６の角型スズ
リング９のリラグゼーションは上記中性子照射妬：に伴
なって燃料集合体下部に比し大きい。その結果抑圧加重
の減少腿も大きくなる。なお第４図において縦軸は燃料
棒の全長を２４等分した軸方向高さを示し、図中の３曲
線は測定結果をそれぞれ示す。

第６図は、上記高速中性子照射量の多い燃料果合体上部
に配置さ・れ、かつ初期抑圧荷重がＩＫＦの角型スプリ
ング９のリラグゼーションによる抑圧加重の減少を示す
。この第６図では上記角型スプリング９が高速中性子を
照射されて約５年経るとその抑圧荷重は殆ど零になるこ
とを示している。

押圧荷重が殆ど零というのは角型スプリング９の燃料棒
２への押圧力を殆ど失なっていることを意味し、燃料棒
２の水平（径）方向への振動を殆ど拘束できなくなり、
その振動は一層倍加されるような状態を示す。

一方燃料チヤンネル１内の冷却水の流量は非常に大きく
、各燃料棒２間は冷却水流路となっているために各燃料
棒２は流水振動を生じ、この燃料棒２を弾性的に支持し
ている角型スプリング９との間でフレッティング（Ｆｒ
ｅｔｔｉｎｇ　）　ｆおこすようになる。この流水振動
は第５図に示すように燃料集合体上部が同下部に比し極
めて大きい。第５図は燃料棒の流水振動軸方向分布図で
あり、最上段に位置する第７段のスペーサ６により支持
された燃料棒２の振動応答は、最下段の第１段スペーサ
６の燃料棒２の振動応答に比し、規格値で約１．５倍に
なることを示している。したがって燃料集合体上部では
上述のりラグゼーションのほかに燃料棒の流水振動に伴
うフレッティングについても特に大きな問題となる。こ
のフレッティングによシ燃料棒２の被覆管の外周面が摩
滅し、強度が低下した場合には、その被覆管の破損の危
険性が発生し、燃料棒２の健全性に対する信頼度が著し
く低下する。

また現在、燃料の一般的使用年数、すなわち寿命は４〜
５年であるが、ウラン資源の経済的な有効活用を図る高
燃焼度化の立場からは、使用年数の延長が検討されてお
り、この立場からは上述のばねのりラグゼーションと７
レツテイング現象は特にＭ要な問題となってくる。

〔発明の目的〕 本発明は上述したような事情に鑑みなされたもめであり
、燃料集合体の上部は同下部に比し高速中性子照射量が
多く、しかも冷却水流による燃料棒の流水振動も大きい
ので、燃料集合体の上部に配置されるスペー゛すの角型
スプリングをばねのりラグゼーションやフレッティング
を考慮した最適の初期押圧荷重に設定し、燃料棒の寿命
末期においても燃料集合体上部に配置されるス滅−サの
角型スプリングの抑圧荷重が零にならず適宜の押圧力を
持続し、しかも燃料棒に過大な曲げ■６カを発生させな
い燃料集合体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

燃料チャンネル内に複数本の燃料棒およびウォータロッ
ドを収容し、収容された燃料棒およびウォータロッドの
中間部を軸方向に適宜間隔をおいたス滅−サにより拘束
し、上記燃料棒およびウォータロッドをスペーサの仕切
板交差部に設置される角型スプリングにより弾性保持し
た燃料集合体において、上記角型スプリングの初期の抑
圧荷重が燃料棒およびウォータロッドの軸方向高さに応
じて異なるように適宜設定する。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例に係る燃料集合体について図面を
参照して説明する。

上述の燃料の高燃焼度化を考慮すると燃料集合体の原子
炉の炉内滞在は約７年となる。しかも燃料集合体上部は
上述したように高速中性子照射量が多く、角型スプリン
グのりラグゼーシヨンカー太きい。また第５図に示すよ
うに燃料棒の流水振動も下部に比べて太きい。そのため
にフレッティングを生じる率も高い。したがって燃料集
合体上部に設置されるスペーサ６の角型スプリング１２
の初期荷重を１．５　Ｋｙ以上に設定して、上記燃料棒
２の寿命末期においても燃料棒２に対する水平方向の押
圧荷重が零にならないようにし、適宜の弾圧力を持続さ
せる。

しかし、−力的に角型スプリング１２の初期荷重を大き
くすることはできない。この初期荷■が太き過ぎると燃
料棒２の被覆管に発生する曲は応力が大きくなり、他の
要因により発生する応力と相乗されて被覆管の健全性に
支障を与えることになるからである。したがって従来の
スプリングでは最大押圧荷重が１．８　Ｋｐに抑えられ
ていた。

そこで角型スジ・リング１２に対するリラグゼーション
やフレッティングと共に従来の最大押圧荷重１、８　Ｋ
ｙを考慮して、燃料集合体上部に設置されるスペーサ６
の角型スプリング１２の製造時の初期抑圧荷重を１．５
　Ｋｙ〜１．８　Ｋｆに設定する。この初期押圧荷重が
１．５Ｋｐ〜１．８Ｋｐに設定された角型スプリング１
２ヲ燃料集合体上部、即ち第４図では第６段に設置され
たスペーサ６に装着した場合の同スプリング１２のリラ
グゼーションは第７図に示されている。第７図中斜線は
初期押圧荷］ｉｉ１．５ＫＰ〜１．８Ｋｐに設定した範
囲を示し、この範囲内に設定された角型スプリング１２
は、７年間の炉内滞在年数を経てもその抑圧荷重は零に
はならないことを示している。この初期荷重が１；５Ｋ
Ｐ〜１．８に９に設定された角型スプリング１２を燃料
集合体上部３段、例えば第４図で示す第５．第６．第７
段に設置されたスペーサ６に装着すれは、燃料棒２の寿
命末期時においても、燃料集合体の上部と下部の角型ス
プリング１２Ｆｉ、はぼ同一の抑圧荷重１ｒ：残し得る
。

したがって軸方向に複数段設置されるスペーサ６の角型
スプリング１２全てについて、初期押圧荷重をｉ、ｓＫ
ｐ〜１．８ＫＰに設定する必要はない。少なくとも燃料
集合体上部について上述の範囲内に設定された角型スプ
リング１２をスペーサ６に装着すれば足りる。

なお上記抑圧荷重は、角型スプリング１２のばね力を変
更せずに燃料棒２を格子内に挿入したときに生ずるばね
の水平方向変位を制御することによシ目標値のｉ、ｓＫ
ｐ〜１．８Ｋｐに設定することができる０ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、燃料集合体上部では同下
部に比し、高速中性子照射量が多く、かつ冷却水流によ
る燃料棒の流水振動が大きいという事情を考慮して、燃
料集合体上部に設置されるスペーサの角型スプリングの
初期抑圧荷重が軸方向高さに応じて異なるように適宜設
定するように構成したので角型スプリングがリラグゼー
シ、ヨンをおこしても、燃料棒の寿命末期においてはこ
の角型スプリングの抑圧荷重は零にならず適宜の弾性的
保持力を持続゛することができる。したがって燃料棒の
寿命末期においても冷却水による燃料棒の流水振動を拘
束することができると共に、この燃料棒の振動によるフ
レッティングを未然にかつ確実に抑えることができる。

また燃料棒に対し過大な曲げ応力を発生させないように
角型スプリングの抑圧荷重は設定されているので、燃料
棒の寿命末期においても燃料棒の健全性への信頼を維持
し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料集合体の一般的構成を示す縦断面図、第２
図は従来のスペーサの平面図、第３図は第２図をＩＩＩ
−ＩＩＩ線に沿って切断し矢視方向から見た一部側断面
図、第４図は高速中性子照射量の軸方向分布図、第５図
は燃料棒の流水振動の軸方向分布図、第６−図は初期抑
圧荷重をＩ　ＫＰとした従来の角型スプリングのりラグ
ゼーション曲線図、第７図は本発明による角型スプリン
グのりラグゼーション曲線図である。 １・・・噂料チャンネル、２・・・燃料棒、３・・・ウ
ォータロッド、４・・・上部タイプレート、５・・・下
部タイプレート、６・・・スペーサ、７・・・外枠、８
・・・仕切板、９・・・角型スノリング、１０・・・ば
ね材、１１・・・８字スプリング、１２・・・角型スプ
リング。 出願人代理人　　波　多　野　　　　久（Ｘ　ＩＱ”１
７１／ｃｒｎ’　）　　Ａ　速＋　４生Ｊ−ｇｐ４．ｊ
１第５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正方格子状に仕切り格子を形成する仕切板の交差部
   に設置される角型スプリングにより、上記格子内に挿入
   された燃料棒およびウォータロッドに弾圧力を及ぼして
   仁の燃料棒およびウオータロツｒを弾性的に整列支持す
   るスペーサを有し、このスペーサを軸方向に複数個設け
   る燃料集合体において、上記角型スプリングの初期の抑
   圧荷重が燃料棒およびウォータロッドの軸方向高さに応
   じて異なるよ、うに適宜設定したことを特徴とする燃料
   集合体。 ２、高速中性子照射量の多い燃料集合体の上部に設置さ
   れるスペーサの角型スプリングの初期抑圧荷重を１．５
   ＩＰないし１．８ＫＰに設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の燃料集合体。