JPS6319031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉燃料集合体に関し、特に、内部
の可燃性毒物ペレツトが取扱中及び輸送中に損傷
しないように設計した可燃性毒物棒に関するもの
である。

先行技術が開示する可燃性毒物棒は、燃料棒と
ほぼ同一の外径及び長さを有する１対の同心管を
備えている。この寸法同一性のために、可燃性毒
物棒は燃料集合体の整列した格子セル内に燃料棒
と同一方法で位置決めすることができる。同心管
の狭い環状空間には炭化ホウ素又は類似の中性子
吸収物質からなる可燃性毒物ペレツトが入つてお
り、同心管の両端に端栓を溶接して前記環状空間
を封止している。しかし、内管の中空部には端栓
が入つておらず、原子炉運転中に内管を通る上方
への冷却材の流れを邪魔しない。

可燃性毒物棒の同心管構造においては、ペレツ
トを所定位置に保持するために位置決め部材は環
状空間で一般に使用されていない。しかし、原子
炉運転中に中性子吸収ペレツトの長さが膨張する
時にペレツトの積重体に僅かな圧縮力を維持でき
るペレツト拘束部材が在ることは必要である。重
要なことは、可燃性毒物棒を有する燃料集合体が
原子炉への据付け前に取り扱われ輸送されている
間に生じるかも知れないペレツト間の隙間を排除
するか又は少なくとも制限するために、軸方向に
加わる力が必要なことである。隙間が存在する
と、そして可燃性毒物棒が垂直方向に働く軸力を
受けると、隙間より上方にあるペレツト積重体の
重量がそれより下方にあるペレツトに加わり、比
較的にもろい中性子吸収物質に割れが生じる。

燃料棒中において軸方向に運動しないように燃
料ペレツトを保持するのに、ばねその他の別種の
ペレツト拘束部材が使用されている。しかし、同
心管の環状空間の半径方向寸法によつて定まる中
性子吸収ペレツトは薄肉に限定され、また、この
限定によつて、燃料ペレツトの保持に使用される
内側に湾曲した舌片を有する通常のコイルばね又
は“Ｃ”リング状クリツプの使用に対して厳しい
制限が課せられる。

管と管の間に嵌合するコイルばねの針金寸法は
その直径がある程度圧縮した状態でペレツト積重
体を保持するのに必要な力を出すには小さ過ぎる
ので、コイルばね及び“Ｃ”リング状クリツプの
構造は同心管には適していない。また、通常の
“Ｃ”リング状クリツプは内側に湾曲した舌片又
は半径方向に突出する部分を有し、これが比較的
狭い環状空間において“Ｃ”リング状クリツプを
使用することをはばんでいる。特に、“Ｃ”リン
グ状クリツプの欠点は、リングと管との接触表面
間が完全な円形でないために、複数の同様なリン
グ状クリツプの摩擦抵抗又は位置決め力が広範囲
の可変性を持つていることである。接触表面間の
摩擦抵抗は常に一貫性を保てるわけではないの
で、ペレツト積重体の膨張に対する抵抗が小さ過
ぎたり大き過ぎたりすることがある。

中性子吸収ペレツトを環状空間に保持するのに
ばねその他の手段が使用されたことはなかつた
が、前記のことは、輸送中の燃料ペレツトを所定
位置に保持しておくために燃料棒のプレナム内に
異種構造のばねを入れていたことを示している。
普通のコイルばねが広く使用されている。米国特
許第4080253号明細書は前述したＣ字状ばねを開
示しており、また、米国特許第4054487号明細書
は燃料棒の内壁と燃料ペレツトの外面との間の空
間に板ばねを設けることを開示しているが、この
板ばねの構造及び機能は本発明のものと異なつて
いる。しかし、開放部材によつて壁に加えられる
力は一様に分散しないので、ばね部材の保持力及
び壁の負荷が一様でなくなる。

従つて、本発明の主な目的は、保持能力を良好
にするために負荷の分散が一様なばねクリツプを
備えた可燃性毒物棒を提供することである。

この目的から、原子炉燃料集合中で使用する本
発明の可燃性毒物棒は、中間に環状の空間を有す
る１対の同心管を備え、該同心管の両端に端栓が
装着されていて中性子吸収ペレツトの入つている
前記環状空間を封止しており、更に、前記環状空
間内には同心管の一端にペレツト積重体の保持部
材があり、該保持部材はペレツト積重体における
端のペレツトに当接するように配置されていて、
前記同心管が外力を受けた場合にペレツトを環状
空間内の所定位置に保持する原子炉燃料集合体の
可燃性毒物棒において、前記保持部材は、前記同
心管の一方の表面に半径方向の力を加える突出部
を有するＣ字状ばね部材であつて、該突出部は円
周方向に隔置され半径方向に延びることを特徴と
するものである。

本発明は添付図面に関する以下の説明から一層
容易に明らかとなろう。

同一又は対応部分を同一符号で示す図におい
て、可燃性毒物棒１０（以下、棒という）は鋼、
ジルカロイその他の材料からなる同心管１２，１
４を有する。棒の両端は端栓１６，１８で封止さ
れており、これ等の端栓は、同心の管と管との間
の環状空間２２に精確に嵌合するよう内方へ延び
る延長部材２０を含んでいる。この環状空間２２
は、棒の長さに沿つて積み重ねられた複数の中性
子吸収可燃性毒物ペレツト２４の肉厚に殆ど等し
い厚さのものである。可燃性毒物ペレツトの保持
部材としてのばねクリツプ即ちＣ字状ばね部材２
６は、ペレツト上方の環状空間に配設されてい
て、ペレツト積重体に若干の圧縮力を加えてペレ
ツト間の隙間を無くす作用を有しており、この作
用により、棒が別個に或は燃料集合体に入つた状
態で取り扱われ且つ輸送される間に、ペレツトが
破砕しないように保護する。

ペレツトは膨脂バインダー中で炭化ホウ素によ
り造るのが好ましいが、棒が受けるかも知れない
衝撃力に十分耐える強度を持つその他の中性子吸
収材を使用してもよい。ペレツト積重体は温度上
昇の際や放射を受けた際にその長さが膨張するの
で、該膨張を吸収したり、環状空間に発生するか
も知れないガスを収容したりするためにプレナム
２８がペレツト積重体の上方に設けられている。
また、棒は通常158Kg／cm²の原子炉冷却材の圧力
を受けるであろうから、端栓を所定位置に溶接し
た後に環状空間を加圧しておく。上記のことから
分かるように、下側端栓の中央に開口があり、原
子炉冷却材は該開口を経て棒内を上方へ流れた
後、上側端栓の側壁にある半径方向の開口３０か
ら排出される。

第２図及び第３図において、ばねクリツプ２６
は管表面と協働してペレツト積重体を所定位置に
保持するよう構成されている。即ち、ばねクリツ
プはＣ字状の多角形リングから成つており、該リ
ングはその円周長に沿つて一部中断していて割れ
目３２を造つている。本発明を説明するのに用い
る好適な実施例においては、リングは長さが9.15
mm、外径が8.5mm、最大肉厚部での肉厚が0.54mm
であり、この肉厚は同心管１２，１４間の環状空
間２２の半径方向寸法より若干小さい。ばねクリ
ツプの内径は該クリツプの内面３４と内管１２の
外面との間に若干の隙間が存在するようになつて
おり、また、割れ目３２はクリツプ本体部に対し
て可撓性を与えている。ばねクリツプの外面は多
角形であつて、該外面において平面部３６と円形
突出部３８とが交互している。交互するこれ等の
平面部及び突出部が、燃料集合体で使用される棒
にペレツトを込めるのに今まで使用されていた類
似のばねと本発明のばねクリツプとを区別する特
徴となつている。円形突出部３８は外管の内側曲
率に精確に一致しているので、ばねクリツプと外
管内面との接触数が制御される。また、面接触の
力の程度によつてばねクリツプに対するペレツト
積重体の運動による抵抗量が決定される。

開発の仕事を通じて分かつたところによると、
環状空間にかいて、一様な横断面の単純な円形リ
ングは必要とされている機能を行なわない。該リ
ングの肉厚が不変であれば、クリツプは堅くなり
過ぎて、ペレツト積重体が軸方向の運動を行なう
時にクリツプが管壁を滑動しない。そのため、ペ
レツトが破砕し砕片となるであろう。堅くなり過
ぎないように肉厚を薄くすると、クリツプの下端
にナイフエツジが出来てしまい、このナイフエツ
ジもペレツトを損傷させる。

これ等の欠点を超克するため、クリツプの内径
は内管に沿つて丁度滑動しうるようになつてお
り、また、外径は外管の内径より若干大き目にな
つている。前述したように、割れ目３２がクリツ
プに付いている。交互する平面部３６の数と厚さ
によつて環状空間におけるクリツプの最適特性を
得ることができるので、原子炉内で種々の熱的状
態及び照射状態にさらされて膨張するペレツト積
重体からの軸力をクリツプが受ける時に、クリツ
プと外管との間の抵抗に勝つことができる。ま
た、可燃性毒物棒の大きさに対して、クリツプを
着座させるのに必要な力の最大量は18Kgである。
取扱中及び輸送中に棒にかかると思われる最大の
力は6g′sであるから、この力の下でペレツト積重
体が移動するのを抑止するに足る半径方向の力が
クリツプと外管の内壁との間になければならな
い。

ばねクリツプについてのこの最適構造は、イン
コネル原料又は運転原子炉中の熱作用及び照射作
用に耐えうるその他の管材料からクリツプを切り
出すことによつて得られる。切り出した管材料の
断面は六角形である。長さは9.2mmであり、割れ
目の幅は3.1mmである。外面にある突出部３８側
の側面は管材料の表面から材料を機械削りして形
成され、肉厚は0.24mm±0.049mmである。そうす
ることによつて平面部間に円形の突出部３８が残
り、該突出部は外管の内面に合う表面を有するこ
とになる。クリツプ周面から材料を直接に取り除
くと、円周方向のクリツプ強度を減少させ、従つ
て、円形突出部３８によつて外管内壁に加えられ
るかも知れない半径方向の力を減少させる。半径
方向の力は、多数の平面部及び対応する突出部を
用いるか、或は（及び）クリツプの肉厚を変える
ことによつて変化させることができる。

この構造による独特の利点は、クリツプ端面の
比較的に大きな表面積をペレツト積重体の最上位
ペレツトの露出端面に対する接触に利用しうるこ
とである。クリツプの端面図は円形突出部の肉厚
を示しており、該突出部は、管が薄くて一様な肉
厚を有する場合にその端に現われるナイフエツジ
の欠点を解消するのに十分である。突出部は平面
部に比し横断面が比較的に肉厚であるから、クリ
ツプ端面の表面積の相当な部分が端のペレツトと
接触する。原子炉運添中にペレツト積重体が膨張
する時、積重体の軸力が最上位ペレツトを介して
クリツプに伝達され、該軸力はクリツプ本体部の
全体にわたつて一様に分散される。積重体の軸力
がペレツトの破砕をもたらす大きさより小さい所
定の大きさに達すると、クリツプの円形突出部と
外管内壁との間の抵抗に勝つてクリツプが滑動
し、かくして環状空間内で若干距離上方へ移動す
ることにより、ペレツトを破砕から守りながら積
重体の軸力を吸収する。

平面部の数及び厚さによつて棒に対して半径方
向に向かう力の大きさを決定できるように、クリ
ツプ２６は既知の特性を持つ管状材料で形成する
のが望ましい。明らかなように、大径のばねクリ
ツプは小径のものより肉厚が厚い必要がある。ま
た、平面部の数が増加すると、管１４の壁に加わ
る半径方向の力が大きくなり、従つて、割れ目３
２は小径クリツプと同じ程は閉じない。

多数のクリツプを同一長さの管材料から安価に
製造できるので、熱膨張の影響を好適に制御可能
であり、多少の量にかかわらず製造技術を適用す
ることができる。コイルばねに比し、棒への組付
けが比較的に迅速且つ容易であることは明らかで
あり、また、クリツプは棒の組立て及び端栓の溶
接中に端栓双方に軸力を加えることがない。

ペレツト積重体に働くばねクリツプの保持力を
設定するのに平面部及び円形突出部を用いる概念
を知見した後、ペレツト積重体の端に接触する表
面積を比較的大きくするために、多種のクリツプ
構造及び形状を当業者は思い付くであろう。例え
ば、第４図及び第５図は半径方向の力即ち保持力
がかなりの程度まで低減されたばねクリツプの構
造を示している。第４図及び第５図に示したクリ
ツプの端面を見ると、該端面は第２図及び第３図
のクリツプ端面と同一形状であることが分かる。
しかし、外管内面に対して加わる半径方向の力を
より弱くするために、前述のようにクリツプは一
様な内面４４と割れ目３２とを有する。クリツプ
外表面は本体部分４６を含み、その両端に１対の
リング４７，４８が形成されている。これ等のリ
ング４７，４８には、Ｉビーム形状の平面を形成
するべく本体部分４６から少量の材料を取り除く
に足る深さまで平面部４９が機械削りされてい
る。残つた円形突出部５０は外管内面と同一曲率
を有する。このような材料の減少により堅さが弱
くなり且つ外管に対する半径方向の力が弱くな
る。材料減少のため、平面部４９はそれ程大きく
表面積を含まないが、平面部の領域は堅さを調整
するためにのみ用いられるので、棒におけるクリ
ツプの特性に悪影響はない。第４図及び第５図の
構造は第２図及び第３図のものと実質的に相違し
ているが、平面部及び円形突出部は同一機能を果
たす。

第６図及び第７図に示したばねクリツプの実施
例においては、内面５６は円周方向の全長にわた
り一様であるが、双方の円形端部５８，６０は両
者をつなぐクリツプ本体部６２よりも大径であ
る。この構造により最上位ペレツトの端に接触す
る表面積が比較的に大きくなるが、２つの円形端
部間の壁６３の厚さを変えることによつて、ばね
クリツプによりペレツト積重体に加わる保持力が
変わり、クリツプと外管内面との間の抵抗を制御
しうる。

第８図及び第９図の実施例は、クリツプ本体部
６２の周囲に沿つて複数の溝孔６８が設けられて
いる点を除いて、第６図及び第７図のものと同様
である。このような方法でクリツプから材料を取
り除くと、保持力の程度は、クリツプ本体部に何
ら溝孔を有しないばねクリツプとは異なつてく
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のばねクリツプを収容する可燃
性毒物棒の立面を一部断面で示す図、第２図は本
発明によるばねクリツプの端面図、第３図は第２
図に示したばねクリツプの側面図、第４図は肉厚
を薄くしてペレツト積重体にかかる保持力を変え
るために如何にしてクリツプの壁を機懐削りする
かを示すばねクリツプの変形例の側面図、第５図
は第４図に示したばねクリツプの端面図、第６図
はばねクリツプの全周長にわたつて如何にして肉
厚を変えるかを示すばねクリツプの別の変形例の
側面図、第７図は第６図に示したばねクリツプの
端面図、第８図はクリツプ本体部を貫通する溝孔
を設けることによつてばねクリツプの保持力を変
えられるばねクリツプの更に別の変形例を示す側
面図、第９図は第８図のばねクリツプの端面図で
ある。 図中、１０は可燃性毒物棒、１２及び１４は同
心管、１６及び１８は端栓、２２は環状空間、２
４はペレツト、２６はばねクリツプ（保持部材即
ちＣ字状ばね部材）、３２は割れ目、３６は平面
部、３８は円形突出部、４７及び４８はリング、
４９は平面部、５０は円形突出部、５８及び６０
は円形端部、６８は溝孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉燃料集合体中で使用するものであつ
   て、中間に環状の空間を有する１対の同心管を備
   え、該同心管の両端に端栓が装着されていて中性
   子吸収ペレツトの入つている前記環状空間を封止
   しており、更に、前記環状空間内には同心管の一
   端にペレツト積重体の保持部材があり、該保持部
   材はペレツト積重体における端のペレツトに当接
   するように配置されていて、前記同心管が外力を
   受けた場合にペレツトを環状空間内の所定位置に
   保持する原子炉燃料集合体の可燃性毒物棒におい
   て、前記保持部材は、前記同心管の一方の表面に
   半径方向の力を加える突出部を有するＣ字状ばね
   部材であつて、該突出部は円周方向に隔置され半
   径方向に延びることを特徴とする原子炉燃料集合
   体の可燃性毒物棒。