JPS6295492A - 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） 本発明は沸騰水型）京了炉などに適用されろ燃料集合体
に係り、特に、燃料被覆管をＦＩＩ損から防止し、保護
するようにした燃料集合体に関Ｊる。

（発明の技術的前出） 沸騰水ハ゛１；京−ｆ炉などの軽水炉には、多数の燃ｔ
：１集合体が装荷されて原子炉炉心がＨ６成される。燃
料集合体は第４図に承引ように横断面がほぼ正方形をな
す角筒状のチャンネルボックス１内に￥／故の燃料棒２
がスペーサ３によって所定の間隔に保持され、収容され
る。燃料棒２は、例えば縦横各７列あるいは８列づつ整
列配置される一方、各燃料棒２の上下両端部は上部タイ
プレート４および下部タイプレート５によって拘東され
固定される。

上部タイブレーｉ〜４はチャンネルボックス１に取付Ｃ
ブられるが、下部タイプレート５は固定されず、下端フ
リーｈ構造となっている。燃料集合体の各燃料棒２はジ
ルカロイ製の燃料被覆管内にＵＯ２等の燃料ペレットが
多数装填され、その上下端が上部端栓６および下部端栓
７でそれぞれ１塞される。燃料被覆管内の上部ブレナム
には図示しないスプリングが介在され、燃料ベレットの
移動や位置づれを防止している。

また、各燃料棒２の上部を拘束する上部タイプレート４
には、上部端栓６を挿入する孔８や図示しない冷ｌＪｊ
水流出孔が多数説りられるとともに、燃料集合体を取扱
う操作ハンドル９が固定されている。一方、下部タイプ
レート５には、下部端栓７を支持する孔１０や図示しな
い冷却水流入孔が形成されている。この下部タイプレー
ト５は第５図に部分的拡大断面で示すタイプレート本体
１１を協え、その下端部には冷１．１１水流人［］１２
が間口するとと５にノーズピース１３が一体に形成され
、上記冷７ＪＩ水流入口１２から流入した冷７４１水を
チャンネルボックス１内に案内するようになっている。

しかして、第６図（Ａ）および（Ｂ）に下部タイプレー
ト５の平面図および側断面図を示すように、下部タイプ
レート５の支持部１４には複数例えば８本のねじ孔１５
が刻設され、各ねじ孔１５に燃料棒（あるいはつを−タ
ロラドでもよい。）２が螺合されて、各燃料ぼ２の下端
が下部タイプレート５で拘束される。なお、下部タイプ
レート５の支持部１４はブリッジ１６を介してＩＩいに
連結される。

このような燃料集合体は４体１絹となって原子炉圧力容
器内に多数組装荷され、原子炉の炉心部が構成される。

〔背国技術の問題点］ ところで、燃料集合体を組み立てたり、その交換作業を
行なったり、また運搬作業を行なう場合、燃料集合体は
クレーンなどにより吊り上げられて移Ｅｌｌ　したり、
運搬される。これらの作業中に何らかの原因で燃料集合
体がクレーンから落下して作業床などの剛体部に衝突す
ると、その衝撃力によって燃料棒が変形したり、破損す
る恐れが生じる。

万一、落下によって使用済燃料の被覆管が破損すると、
核分裂生成物が放出され、放射線被曝を作業口が受ける
可能性があった。

実際には落下によっても燃料被覆管の破損はほとんどな
いが、燃料集合体がクレーンから落下し、作業床などの
剛体部分に衝突した場合の燃料集合体の変形状況につい
て考虞する。このときの落下は、下部タイプレート５が
下方向に向いた垂直落下であるとする。この場合、燃料
集合体の落下エネルギは床等の剛体に衝突することから
燃料集合体自身で吸収される。

例えば、燃料集合体が落下し、下部タイプレート５の先
端ノーズピース１３が床などに衝突づると、燃料集合体
の各部に衝撃荷重が発生する。この場合、ヂャンネルボ
ックス１と下部タイプレート５とはフリーで固定されて
いないため、荷重伝達は下部タイプレート５の支持部１
４を介して各燃料棒２に伝達される。

下部タイプレート５の支持部１４に衝撃ツノが作用した
時、下部タイブレー１〜５の強度を検討すると、先端ノ
ーズピース１３が最も弱く、次に支持部１４、タイプレ
ート本体１１の順となっている。

したがって、燃料集合体の衝突による落下エネルギは最
初にノーズピース１３の変形が生じ、最侵にタイブレー
１〜本体１１の変形となって順次吸収される。このため
、落下エネルギの小さな闇はノーズピース部の変形のみ
で衝撃力を吸収することができるが、落下エネルギが大
きくなると落下エネルギの一部を支持部１４が受は持ら
、支持部１４が変形でる。このため、支持部１４やブリ
ッジ１６は大きな変形を受（）、支持部１４に仲人支持
された燃料棒２の下部端栓７は、第７図（Ａ）から（Ｂ
）に示される曲げモーメントが作用する。

従来の下部端栓７は第８図に承りように、燃料被覆管に
下部端栓７を溶着させる溶接部７ａの直下にくびれ部７
ｂを形成し、このくびれ部７ｂを弱化領域としている。

この弱化領域の存在により、曲げモーメントが作用した
場合、くびれ部７ｂに最も大きな応力が生じ、変形する
。このくびれ部７ｂの変形により曲げモーメントが吸収
され、燃料被覆管が破損する可能性はなかった。

しかしながら、今後開発される燃料棒は端栓溶接部の検
査が超音波探（セにより行なわれる傾向にあり、この場
合、超音波の乱れを防止するため、下部端栓にくびれ部
を形成することが困難になる。

下部端栓にくびれ部を形成しないと、曲げモーメントが
下部端栓を介して燃料被覆管に伝達され、この被覆管が
破断したり、破損したりする恐れがあり、問題となって
いた。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考騙してなされたもので、燃料
集合体が不慮の事故で万一落下しても、燃料被覆管の破
損を未然にしかも確実に防止し、安全対策を充分に施し
た燃料集合体を提供づることを目的とする。

〔発明の概要〕

ｌ述した目的を達成するために、本発明は、角筒状チャ
ンネルボックス内に多数の燃料棒をスペーサを介して収
容し、上記燃料棒の上下両端部を上部タイプレートおよ
び下部タイプレートでそれぞれ固定した燃料集合体にお
いて、前記燃料棒の下端に下部端栓を固着し、この下部
端栓のシャンク部に切込み溝を周方向に刻設したことを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る燃料集合体の一実施例について添付
図面を参照して説明する。

この一実施例を説明するに当り、燃料集合体の全体の構
成は第４図乃至第６図（Ａ）および（Ｂ）に示す従来の
燃料集合体と実質的に同一であるので、説明を省略する
。

本発明に係る燃料集合体はチャンネルボックス内に収容
される各燃料棒の下部端栓２０を改善したものである。

この下部端栓２０は第１図に示ずように構成され、下部
端栓２０のバレル部２１に隣接して上方に、下部端栓２
０を図示しない燃料被覆管に溶着させる溶接部２２が形
成される一方、バレル部２１の下方にシャンク部２３が
一体に隣接せしめられ、このシャンク部２３に切込み溝
２４が周方向に刻設され、弱化部分が形成される。

切込み溝２４は全周に亘って形成されることが望ましい
が、必ずしもこれに限定されない。また、切込み満２４
は一条の溝であっても、あるいは複数条の溝であっても
よい。

この下部端栓２０は第２図に示す突き合せ溶接用であっ
て、溶接部２２とバレル部２１との間にくびれ部が存在
しないため、バレル部２１が従来の下部端栓より長くな
り、下部端栓２０の強度が向上する一方、溶接部検査時
に超音波の乱れがなく、溶接部を正確にかつ確実に検査
することができる。第２図に示された下部端栓２ｏのシ
ャン、り部２３に切込み満２４を入れることにより、第
１図の下部端栓が構成される。

一方、切込み溝はバレル部２１の中間あるいは下方に刻
設することも考えられるが、一般にはバレル部２１に燃
料棒識別のための刻印を刻設するために、所定のバレル
部長が必要となる。このバレル部は、例えば従来の下部
端栓のくびれとバレル部とを合せた長さが必要となる。

したがって、くびれ部をバレル部の下方あるいは中間に
設ける場合、くびれ部組当分だけ下部端栓の全長を長く
することを要する。しかし、下部端栓を長くしても、燃
料棒の全長は変えることができないため、燃料被覆管の
上部プレナム部の長さが減ることになる。ブレナム部長
が減少することは、燃料棒の機械設３１上非常に厳しく
なり、好ましくない。このことから、下部端栓の長さや
下部タイプレートとの接触面の位酉、形状を変えないこ
とが望ましい。

この点から、第１図に示すように、下部端栓２０のシャ
ンク部２３の上部に切込み溝２４を周設し、シャンク部
２３に弱化領域を形成することにより、曲げモーメン１
〜の作用に対し、切込み溝部に大ぎな応力が生じ、従来
の下部端栓のくびれ部と同等の効果を有する。切込み溝
２４は適当な切欠み深さを有し、極度な応力集中が生じ
ないようにしである。

第３図は３Ｇ耐震解析（Ｇは重力加速度である）した際
、曲げモーメントの作用によって下部端栓２０の切込み
溝部に作用する応力曲線Ａを示し、この応力曲線△は、
横軸に切込み溝の深さ、縦軸に発生応力を示している。

また、符号１３は下部端栓２０と燃料被覆管の溶接部に
発生する応力を示している。

この第３図から、切込み満２４の切込み深さは、地震時
に燃料被覆管を破損させないことが小要であり、そのた
めには、下部端栓２０の切込み溝部の発生応力が材料降
伏応力÷応力集中率の値Ｃ以下でかつ溶接部２２の発生
応力Ｂより大ぎなことが条件となる。したがって、下部
端栓２０の材料をジルカロイ−２、そのシ１１ンク部２
３の直径を約７．５端とした場合、材料降伏応力が２４
．６Ｋｇ　／ｒｎｒＡであり、切込み溝部に応力集中が
生じるための応力集中率を５．０とすると、切込み溝２
４の切込み深さの上限は、発生応力Ａが４．９２Ｋｙ／
ｍｔＡ（材料降伏応力÷５．０）以下の値になるように
セットする必要があり、第３図から約１．５ｍｍどなる
。

また、燃料集合体の落下時には、落下距離によって大き
な曲げモーメントが作用し、燃料被覆管が破損する恐れ
があるが、切込み溝２４をシャンク部２３に刻設し、弱
化領域を形成することにより、切込み溝部で破損さＶる
ことができる。すなわち、燃料被覆管との溶接部に発生
りる最大応力Ｂよりも、切込み溝部２４の発生応力Ａが
大きくなるようにすればよく、切込み深さの下限は第３
図から約０．３ｍｍである。よって、最適な切込み深さ
は０．３〜１．５順の範囲とづることが望ましい。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明に係る燃料集合体は、燃料棒
の下端に下部端栓を固着し、この下部端栓のシャンク部
に切込み溝を周方向に刻設したから、シャンク部に弱化
領域を形成することができ、この弱化領域に積極的に応
力を集中させることができる。したがって、燃料集合体
が何らかの原因によって万−落Ｆした場合、床面性への
ｔｔｉ突時にはノーズピースの変形に続いて燃料棒支持
部が変形するが、支持部変形により曲げモーメントが作
用しても、燃料被覆管が破損する前に、下部端栓の切込
み溝部に大きな応力が発生し、破損したり破断し、これ
により曲げモーメントが吸収される。

このため、燃料被覆管の破断や破１０を効果的にかつ確
実に防止でさ、燃料被覆管の破断による悪影響を防止で
き、燃料集合体の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の各燃料棒に装首され
る下部端栓を示す図、第２図は上記下部端栓に切込み溝
を刻設する前の状態を示す図、第３図は耐）習解析によ
る燃料被覆管と下部端栓の溶接部における発生応力と、
切込み深さに対する切込み溝部の発生応力の関係を示す
グラフ、第４図は従来の燃料集合体を示す側面図、第５
図は上記燃料集合体の下部タイプレートを示す図、第６
図（Ａ）は上記下部タイプレートの平面図、第６図（Ｂ
）は第６図（△）のＡ−Ａ線に沿う側断面図、第７図（
△）および（［３）は燃料集合体の燃料棒に曲げモーメ
ントが作用する前後の状態を示す図、０′５８図は従来
の燃料集合体の下部端栓を示す図である。 ２０・・・下部端栓、２１・・・バレル部、２２・・・
溶接部、２３・・・シャンク部、２４・・・切込み溝。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文ｔ”刀Ａイ、
ｉｌ’メリ百芝さ 第３図 第４図 （Ａ） 第６図 第８ （Ｂ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、角筒状チャンネルボックス内に多数の燃料棒をスペ
   ーサを介して収容し、上記燃料棒の上下両端部を上部タ
   イプレートおよび下部タイプレートでそれぞれ固定した
   燃料集合体において、前記燃料棒の下端に下部端栓を固
   着し、この下部端栓のシャンク部に切込み溝を周方向に
   刻設したことを特徴とする燃料集合体。 ２、切込みは下部端栓のシャンク部の全周に亘って刻設
   され、シャンク部に弱化領域が形成された特許請求の範
   囲第１項に記載の燃料集合体。 ３、シャンク部に刻設される切込み溝は、その発生応力
   が下部端栓と燃料被覆管の溶接部での発生応力より常時
   多きくなるように、切込み深さが設定された特許請求の
   範囲第１項に記載の燃料集合体。