JPS6217688A - 燃料集合体用スペ−サ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉燃料集合体の燃料要素を保持する燃料
集合体用スペーサに関するものである。

（発明の背景〕 原子炉に使用する燃料集合体は、その燃料要素同士の間
にスペーサを介在して冷却材流路が確保されており、且
つ、これらの燃料要素がスペーサに設けた板ばね部材を
介して接触保持されている。

またスペーサの材料としては、現行の沸騰水型原子炉、
加圧木型原子炉等においては、中性子経済を考慮して熱
中性子吸収断面積の小さいジルコニウムを基合金とする
ジルカロイが使用されており、板ばねの部分のみ硬度の
高いインコネルが使用されている。ところで、このよう
な燃料要素の保持構造においては、近年法のような問題
点が指摘されている。すなわち、燃料要素をインコネル
製等の板ばね等で接触保持する場合には、原子炉運転中
に、この接触部位で板ばね（インコネル）と燃料要素被
覆管（ジルカロイ）との間に電気化学的な分極反応が生
じ、その結果、燃料被覆管のスペーサ接触部位にアノー
ド溶解反応（電気化学的腐食機構）が生じ、燃料被覆管
のスペーサ接触部位の腐食度合が大きくなるという問題
点を有していた。（「高性能燃料の開発」市川通生著２
日本原予力情報センタ資料Ｎａ８４１１２４５の３５頁
〜３６頁）。

更に、このようなアノード反応が生じると、燃料要素被
覆管に酸化膜が生成されるが、原子炉燃料の燃焼度が増
加した場合には、この酸化膜と燃料要素被覆管との間に
熱膨張差が生じて酸化膜がはがれ落ち、局部的に異常な
腐食が著鴇しく進行し。

燃料被覆管の健全性を著しく損なうおそれがあった。従
って、このような問題点を解消することが望まれ、従来
においても１例えば特開昭５９−２４２８９号公報、特
開昭５９−９５４９４号公報に示すような防食手段が提
案されていた。これらの従来手段は、いずれも燃料要素
被覆管の外表面に燃料要素被覆管のアノード反応を抑制
する異種金属を張付けることにより、燃料要素被覆管の
局部的な腐食を防止するものであり、確かに防食効果を
図り得るものであるが、しかし、これらの従来手段によ
れば、燃料要素被覆管の製造工程が煩雑化し、これに伴
い燃料要素被覆管の製造コストが高くなると共に、異種
金属張付は部での燃料要素被覆管の強度が変化する等の
おそれがあった。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、原子炉運転時におけるスペーサの構
成部材と燃料要素被覆管との接触部位での燃料要素被覆
°管の異常腐食を防止し、更にこの防食手段を煩雑な製
造工程を要することなく容易に形成することができる燃
料集合体用スペーサを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記技術的課題を解決するために、燃料要素
集合体を構成する燃料要素被覆管をスペーサ構成部材を
介して接触保持するスペーサにおいて、前記スペーサ構
成部材の表面部に、前記燃料要素被覆管よりも電気化学
的に卑なる金属被膜層を形成して成るものであり、この
ような金属被膜層をスペーサ構成部材の表面部に形成す
ることにより、スペーサ構成部材側の標準電極電位を低
くし、他方、燃料要素被覆管側の標準電極電位を高くす
ることが可能となり、よって燃料被覆管のアノード溶解
反応を抑制することができる。従つて燃料要素被覆管に
は防食機能が動き、原子炉運転中における燃料被覆管の
局部的な異常腐食の発生を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。同
図は原子炉の燃料集合体用スペーサの平面図を示すもの
で、その基本構造は従来のこの種スペーサと同様の構造
を呈するものであり、スペーサ１は外枠１′の内部に多
数の格子部材２を直交状に配設して成り、この格子部材
２に囲まれた平面空間内に燃料要素３を装荷している。

また、燃料要素３は、スペーサ１に設けた板ばね４．バ
ンド突起５及びデバイダ６により接触保持されている。

７は、板ばね４．バンド突起５及びデバイダ６の表面に
メッキ処理して成るアルミニウム被膜（以下、アルミニ
ウムと称する）であり、このアルミニウム７は、燃料要
素３をスペーサ１に装荷した場合に、燃料要素３の被覆
管（ジルカロイ製）と接触するものである。

次に本実施例の作用を説明する。

原子炉運転中において、スペーサ１の板ばね４゜バンド
突起５．デバイダ６は、１次冷却水の中で。

その表面アルミニウム７が燃料要素３の外表面と接触す
ることから１次のような電気化学的な作用が生じる。即
ち、下記に示す第１表から明らかなように、アルミニウ
ム７の標準電極電位の方が、ジルコニウム（燃料要素３
の被覆管）の標準電極電位よりも低いので、アルミニウ
ム７は燃料要素３の被覆管を高電位側にカソード分極さ
せることになり、燃料要素３の被覆管とアルミニウム７
の間に、燃料要素被覆管のアノード反応を抑制する、い
わゆる局部電池が形成される。

第１表 従って、原子炉運転中において、燃料要素３の被覆管は
、スペーサ１の接触部位で１３アノ一ド反応が抑制され
、いわゆるカソード防食機能（犠性アノード方式）が働
き、その結果、燃料要素被覆管に局部的な異常腐食が生
じるのを防止することができる。

第２図は、スペーサ１の板ばね４等にアルミニウム７を
メッキ処理した場合における防食試験の結果を示すもの
で、横軸にメッキ層の厚さをとり。

縦軸にメッキ処理を施した場合とメッキ処理を施さない
場合に生成された燃料要素被覆管の酸化膜の厚さの比を
とったものである。同図から明らかなように、例えば、
厚さ約５０μｍのメッキ処理を行った場合には、メッキ
を行わない場合に比べて、燃料要素被覆管の腐食量（酸
化膜生成量）が約８０％程度になり、更にメッキ層の厚
さが増大するにつれて腐食量が減少する結果が得られ、
メッキ層を施すことにより防食効果を奏することが実証
された。なお、メッキ層が約１００μｍ以上になると、
第２図に示すように防食効果が飽和状態になるので、こ
の飽和領域に至るまでの範囲内でメッキ層の厚さの設定
を行うと効率的である。

また１本例ではメッキ層にアルミニウム７を使用するが
、アルミニウム材は材料照射炉等で核燃料の被覆材とし
て使用されており、熱中性子吸収断面積が小さいので中
性子経済上の見地からしても使用上の問題はなく、従来
と同程度の中性子照射特性を維持することができる。更
にアルミニウムは燃料要素被覆管を構成するジルコニウ
ム或いはジルコニウム合金よりも軟らかい金属であるた
めに、燃料要素被覆管と板ばね等の接触時における燃料
要素被覆管の傷の発生を低減させることができる。

なお、本例はスペーサ１の板ばね４等をアルミニウムに
より被膜して成るが、これに限定するものでなく、燃料
要素被覆管よりも電気化学的に卑なるその他の金属材料
を使用しても同様の作用。

効果を得られることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、原子炉運転時における燃
料要素被覆管とスペーサ構成部材との接触により生じる
燃料要素被覆管の異常腐食の発生を防止し、ひいては燃
料要素の健全性を維持することができる燃料集合体用ス
ペーサを提供することができる。しかも、そのスペーサ
の構造自体も複雑化することがなく容易に製作すること
ができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す燃料集合体用スペー
サの一部省略平面図、第２図は同上のスペーサを使用し
た場合における、スペーサ構成部材のメッキ層の厚さと
燃料被覆管に生成された酸化膜厚さとの関係を示す説明
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料要素集合体を構成する燃料要素被覆管をスペー
   サ構成部材を介して接触保持するスペーサにおいて、前
   記スペーサ構成部材の表面部に、前記燃料要素被覆管よ
   りも電気化学的に卑なる金属被膜層を形成して成ること
   を特徴とする燃料集合体用スペーサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記燃料要素被覆
   管は、ジルコニウム製或いはジルコニウム合金製の被覆
   管から成り、且つ前記スペーサ構成部材の金属被膜層は
   、アルミニウム或いはアルミニウム合金により形成され
   て成る燃料集合体スペーサ。