JPS6336190A - 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】 本発明は一般に原子炉の燃料集合体に関し、特に、燃料
棒の東向におけるスペーサ捕持ロッドの止めタブが限界
熱流速（ＣＩｉＦ）の性能を低下するので、この止めタ
ブを取り除くことができるように、燃料棒のスペーサを
軸方向に位置決めするための外部ばねを有している沸騰
水型原子炉（Ｂ訃）の燃４ミ［集合体に関するものであ
る。

九互孜迷９」」Ｌ 原子炉内の核分裂を通して大皿のエネルギが放出され、
このエネルギは、原、子炉の細長い燃Ｔ゛１要素、即ち
燃料棒内で熱として放散されるのが典型的である。有用
な仕事を行うため、この熱を冷却材から取り出すように
、燃料棒に対して熱交換関係で冷却材を流すことによっ
てこの熱を除去するのが一般的である。

典型的な８ＷＲ燃料集り体においては、１束にまとめら
れた燃料棒が、中央のつオーク・クロスによって７１つ
の独立した小束に３４Ｉ１分され、各小束は、軸方向に
配置された複数（例えば６つ）の格子、即ちスペーサに
よって、横方向に離間された関係で支持されている。そ
して、燃料集合体における４つの小束は全て、実質的に
矩形の断面を有する外側管状流れチャンネル（以下、「
外側チャンネル」と称する）によって取り囲まれている
。外側チャンネルは、燃ｒ［集合体のほぼ全長に沿って
延びており、」二部ノズルを下部ノズルに相互に結合し
ている。

下部ノズルは、炉心支持板に嵌合し、燃Ｆ１集合体の外
側チャンネル内への冷却材の入口として働く。

冷却材は、下部ノズルを介して流入し、その後、燃料棒
の加熱面からエネルギを収り出しながら、燃料棒に沿っ
て流れる。このような［ｌＷＲ燃料集合体は、米国特許
第４，５６０，５３２号明細書に開示されている。

成る［１Ｗｒｔは数百の燃料束から成り、その各々が管
状の外側チャンネルに囲まれている。また、上述したよ
うに、各小束は、燃料棒に沿って軸方向に互いに離隔さ
れた複数のスペーサを有している。

これらのスペーサは、燃料棒の小束を所要の形状に維持
するため、および、燃料棒の過度の湾曲と流れによる振
動とを防止するために必要とされ、これによって、横道
的観点から大きな利益をもたらす。

米国特許第４，５６０，５３２号明細書に開示されてい
る１（杜燃料集合体におけるスペーサの軸方向の位置を
維持するための装置では、スペーサ捕持ロツＩ；と称さ
れている特別な燃料棒には、各スペーサの上側と下Ｉｌ
δ１とに２対のタブが設けられている。これらのタブの
特有の目的は、スペーサの軸方向の変位を防止すること
にある。各タブの幅く２〜３　ｍ　＋ｎ　）は、燃料棒
を横方向に支持または把持するためにスペーサに設けら
れているデインプルの幅に比例し、或は、デインプルの
幅よりも大きくなっている。これらのタブは、燃料棒を
冷却する液体の境膜を、燃料棒を把持するスペーサのデ
インプルの場合と同等景、剥離することが予想される。

しかしながら、液体境膜の剥離は、早期の屹燥と限界熱
流束（ＣＩＩＦ）とを引き起こす、このような剥離作用
によって限界出力比（ＣＩ”Ｒ）が大きく低下すること
は公知である。また、タブがスペーサに対して同じ高さ
に配置されているならば、燃料棒上の液体境膜に局所的
な乱れが増大されるので、ＣＩ’　Ｒ低下の影響が０皿
余裕の最大の低下を引き起こす。

また、燃料棒の束のＣ肝性性による放射方向振動に応じ
、Ｂ記の過程は、パ境界（ｌ　ｉ　＋ｎ　ｉ　Ｌ　ｉ　
ｎ　１３　）　”　Ｃ肛放射方向位置に配置された燃料
棒にタブが没けられているならば、更に頚ととなるであ
ろう。［ｌＷＲにおけるＣＩＩＦ現象は、プラン１〜の
出力比を特徴１寸けるのに晟ら重要である。従って、こ
のＣＩＩＩ＋余裕の低下は最小にされるべきである。

Ｉｌｌ燃料集合体におけるスペーサの軸方向の所要位置
を維持するための池の装置は、複数のスペーサ保持ロッ
ドを用いたものかあり、これらのスペーサ保持ロッドは
燃料集合体の燃泊ｌ棒に代わり、池の燃料棒と平行に配
列されている。このような手段は、米国１−テ許第：（
、８０２、９９５号明４ｌ１書および米国特許第４，５
０８，６７９”；明片（ｌ害に開示されている。米国特
許第３，８０２，９９５号明細書においては、中央燃′
ｆ−１棒位置の燃料棒が、放射方向に延びる軸方向に互
いに離間された複数のフィン若しくはラグを有するスペ
ーサ捕持水管によって置き換えられており、各ラグは、
対応のスペーサを所定の軸方向位置に保持するために、
そのスペーサと係合するようになっている。米国特許第
４，５０８，６７９号明＃ｌＩ書に開示のものは、前記
のスペーサとは異なる構造のスペーサを燃料棒に沿って
軸方向の所要位置に維持するために、米ｌＩＩ特許第３
，８０２，９９５号の装置と同様に、減速材流通管上の
ラグを用いている。米国特許第：３，８０２，９９５号
に示されている装置は、米国１、シ許第：１，６５４，
０７７号明細書に開示されたスペーサ構造を保持するた
めに用いられる。米国特許第３，６５４，０７７号のス
ペーサは、周囲支持バンドと、複数の薄板金製の分割部
材と、複数の分割ワイヤとを有している。他方、米国特
許第４，５０８，６７９号に開示のスペーサは、互いに
溶着されると共に周囲支持バンドで］■り囲まれた複数
のフェルールを有している。

外側チャンネルか燃料集合体金体に差し込まれる場合に
、周囲支持バンドは、引込み部として機能するように、
各隅部の近値に１対の内方に湾曲された突起部を存して
いる。また、周囲支持パン）くは、その周囲の冷却材が
流れる外側チャンネルとの間に所定の間隙を形成するた
めに、各隅部の近傍に１対の外方に延びる突出部を有し
ている。しかしながら、これらのスペーサ保持用の木管
は燃料集合体内にスペースを収り、このスペースは、水
管に用いられなければ燃料棒を収容するのに用いられた
であろうことから、原子炉の運転経済を減じている、と
いう水管特有の欠点がある。

更に他の装置は、燃料集合体の外側チャンネルに１ｌｉ
ｈ合い関係でスペーサを配置するものである。

このような装置は、米国特許第４，４８９，０３８号明
細書に開示されている。米国特許第４，４８９．０：１
８号に開示のものは、弾力性のある壁部若しくは帯状体
で相互に結合され互いに間隔が置かれている」二部と下
部のフレームによって構成されたスペーサを有している
。燃料集合体ハウジング、即ち外０（１１チヤンネルの
壁面に押出し成形された１対の互いに離間された止め突
起が第１の固定部材を構成し、スペーサの帯状体の中間
部に形成された止め部材が第２の固定部材を構成してい
る。燃↑゛１棒が止め部材に隣接するスペーサのセルに
挿入されると、燃料棒は、弾性の帯状体を燃料集合体の
外側チャンネルの方に押動し、それによって、止め部材
そ無負荷状態の位置から作動位置まで押動する。この作
動位置で、止め部材は外側チャンネルに非常に近接する
ので、スペーサは、止め部材を外１１１１１チャンネル
に押出し成形された突起の１つに接触させなくとも、」
ニガまたは下方に移動することができなくなる。好適に
は、第１と第２の固定部材は、スペーサおよび外側チャ
ンネルの各隅部に配置される。

しかしながら、上記の装置は全て、スペーサの軸方向に
離隔された位置を維持するようにＢ　Ｗ　Ｉ＋燃料集合
体内でスペーサを支持する手段としては最適ではないで
あろう、従って、スペーサ保持に関して、１３Ｗｒｌ燃
料集合体を更に改良する必要性がある。

九皿９１」一 本発明は、上記必要性を満足するように設計されたｊ１
４造を提供する。ＣＩＩＦに影響なく、また、圧力低下
さえもなく、タイ燃料棒上のスペーサ捕持タブを収り除
くことができる１）ＷＲのスペーサを支持するための簡
単な方法があるという認識が、本発明の基礎となる。特
に、スペーサ捕持タブの除去は、スペーサの外面と外側
チャンネルの内面との間、および、スペーサの外面とつ
］−タ・クロスの外面との間にばねを介在させることに
よって補ｆｆｆｉされる。スペーサの外面と外側チャン
ネルの内面との間の空間は、流れが停滞するプツトゾー
ンて１ろるので、圧力低下はない。スペーサの外面とウ
ォータ・クロスの外面との間の空間に関しても、木質的
に同様である。ばねによって及ぼされる圧縮力が、外１
則チャンネルとウォータ・クロスとに関して静止関係で
スペーサを維持する。ばねはまた、改良された耐７．豐
性能およびフレッティング性能が得られるように、構造
的な振動を機械的に減衰する。ばねは、スペーサの外壁
部に溶着され、或はまた、スペーサの周縁部にクリップ
止めされる。

従って、本発明は、互いに離間された（覚数の燃料棒と
、これらの燃料棒に沿って冷却材／減速材の流れを導く
ように塩１５Ｉ棒を取り囲む中空の外側チャンネルと、
並置術［８１配列に燃ｒ１棒を維持するように外側チャ
ンネルに沿って前記燃料棒の回りに配置された少なくと
も１つのスペーサとを有する燃料集合体に関する。本発
明は、燃料棒に沿う憎方向の所要位置にスペーサを配置
するためのスペーサ配置装置に向けられ、外側チャンイ
・ルとスペーサとに接触すると共に、燃料棒に沿う軸方
向の所要位置にスペーサを実質的に静止状！ぶてｔｎ、
持するのに十分な接触力を外側チャンネルとスペーサと
に及ぼすように、外側チャンネルの内面とスペーサの外
面との間に配置された複数の屈曲可能な弾性要素から成
っている。

より詳細には、各弾性要素は、燃料棒の軸方向に実質的
に平行に延び、且つ、この燃料棒の軸方向に対して実質
的に横方向に互いにｍ間されている円弧法の板はねであ
る。−実施ｒｇ、　４４１において、各板ばねは、一端
がスペーサに固着され、変形実施態イ１では、板ばねは
、スペーサの縁部にクリップ止めされる。各実施態様に
おいて、板ばねの自由端はスペーサから外方に間隔が置
かれている。

更に、−・実施態様において、ばねの自由端は、冷却材
／減速材の流れの方向に対して、スペーサにｌｆＭり付
けられている端部から下流ｆｌｌｌｌに配置される。

或はまた、板ばねの自由端は、冷却材／減速材の流れの
方向に対して−Ｌ流側に配置されることもできる。

この発明の上記利点や効果およびその他の利点や効果は
、この発明の一実施例を示している図面に沿っての以下
の詳細な説明を読むことによって、当業名・にとって１
男らかとなるであろう。

、応円ブー王団な」」− 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同一または相当部分を示している。また、以下の説明
において、「油力Ｊ、「後方」、「左方」、「右方」、
１上方」、！−干゛方」等のｆｆ１Ｍは便宜上の言葉で
あり、限定的な語として理解されるへきものてはない。

鉦筬口じ１」ル 図面、特に第１図〜第７図を参照すると、この発明によ
る改良された特徴が有効に適用され得るＩＩＷＲ用の核
燃料集合体が、総括的に符号１０で示されている。燃ｖ
１集合体１０はａＩＪ％い外側チャンネル（外側管状流
れチャンネル）１２を具備し、この外側チャンイ・ル１
２は、燃料集合体１０のほぼ全長に沿って延びると共に
、−に１部支持取付構造、即ち一１ｘ部ノズル１４を下
部基体、即ち下部ノズル１６に相互に結合している。燃
料集合体１０の外側チャンネル１２内への冷却材の流れ
の入口として働く一ド部ノズル１６は、この下部ノズル
１６自体および燃料集合体１０を、炉心支持板（図示し
ない）内に、または、例えば使用済み燃料プールの中の
燃料貯蔵ラック内に案内するための複数の脚部１８を具
備している。

断面がほぼ矩形の外側チャンネル１２は、互いに連結さ
れた４つの垂直壁部２０から構成されており、各壁部２
０は１情接の壁部２０から約９０度で配置されている。

複数の構造リブ２２が、外側チャンネル１２の各壁部２
０の内面に、互いに隔てられた関係に形成され、この内
面に沿った中心位置で垂直の列となって延びている。外
側チＡ・ンネル１２およびこのチャンネル弓２に形成さ
れた構造リブ２２は、ジルカロイとして通常称されてい
るジルコニウム合金のような盆属財１′２１から形成さ
れるのが好ましい。外側チャンネル１２の壁部２０に固
定された複数の−Ｌ方に延びろＩｆ’／、　ｆ＝Ｉ゛ス
タッｌ：’２４は、上部ノズル１４を外側チＡ・ンネル
１２に運、情するたｙ）に、ｉ７ｊ旨ユリグ２２の」一
端部の−Ｌ方で（・Ｖ川されている。

中性子減速および経済を改善するために、総［１η的に
符す２６て示されている中空のウオーク・クロスか、外
ｆ、ｔｌｌｌチＡ・ンネル１２を通って軸方向に延びて
おり、燃１′：１集音体１０を通るサブクールされた減
速材の流れのための開放された内側チャンネル２８を形
成すると共に、燃料集音体１０を４つの別個独立した。

ｔａｌ＋長い隔室；）０に区分するようになっている。

ウォータ　クロス２６は１，１つの、′ｉ・１１１長い
実質的にＬ宗法の金ｌ、ｊル：（夏アンクル、ｌ！ＩＩ
　Ｌ）；′Ｆ・１（反部（才；（４によって購我され、
ｅ・１つ１徂の７対方向パネル：′Ｉ２を閏数徂有して
おり、鋼板部材３４は、外側チャンネル１２のほぼ全長
に沿って延び、且つ、各パネル３２の鋼板部材：）４に
形成されその間を延びるデインプル：）６の形態を取る
一連の要素によって、相互連結されると共に互いに離間
されている。デインプル１３６は、適当な重量関係でｍ
板部材３４の対面部分をｉ：Ｗ持するように、鋼板部材
の長さに沿って互いに接触する対と形成している。接触
しているデイ〉′プル：′Ｉ６の対は、中央のつ４−タ
・クロス２６のパネル；（２を１１５成′５−る泪（反
部材３４間の間隔かＩＩ這ｉ在に４′・１［持さノシる
ように、溶接等によって互いに結合さ）している。

中空のウォータ・クロス２６は、外側チャンネル１２の
角度的に隔てられた壁部２０に取り１・１けられている
。好適には、ウォータ・クロス２６のパネル３２の３１
１１長い縦方向の外縁部３８は、燃ｒ；［＜ｒ：、　ｈ
ｃ本１０内の所望の中心位置につオーク・クロス？、６
を確実に保持するために、（：ｙ７造リブ２２にその１
（さに’（ｉｉって溶接等で結かされている。更に、パ
ネル：代の内１ｔｊｌｌ力端部は外側の端部ど共働１−
て、中央十字１［３Ｌ７）内ｉｔ！ＩＩチャントル２８
を画成し、このチャン゛ｒ・ル２８は、中空のウォータ
・クロス２６の軸方向長さに亘って延びている。また、
ウォータ・クロス２６は下部流入端部３９と、その反対
側の上部流出端部４０とを存し、これらは、それぞれ、
サブクールされた流れが内側チャンネル２８を貫流でき
るように、内側チャンネル２８と連通している。

外側チャンネル１２内には燃料棒４２の束が配置されて
おり、図示実施例では燃料棒４２は６４本あり、８×８
配列を形成している。燃料棒４２の束は、ウォータ　ク
ロス２６によって４つの小束に分けられている。各小束
の燃料棒４２は、４×４配列の１６木で＋Ｆ）す、上部
タイブレート４４と下部タイブレー１へ４６との間を横
方向に離間された関係で延びている。

また、これらのタイブレー１・４４．４６に互いに連結
された各小束の燃料棒４２は、それらと共に、外側チＡ
・ンネル１２の各隔室３０内に別個の燃料棒サブアセン
ブリ４８を構成している。各燃料棒サブアセンブリ４８
の燃料棒４２に沿って軸方向に隔てられた複数の格子、
即ちスペーサ５０は、燃ｆ’１ｉ４２を横方向に隔てら
れた関係で保持している。冷却材の流路と十字流連通路
は、各構造リブ２２の間にその長さに沿って形成された
複数の開口５２によって、燃料集合体１０の別個独立の
各隔室３０内における燃Ｔ゛１体すブアッセンブリ４８
間に設けられている。開Ｉ」５２を通る冷却材の流れは
、４つの独立した隔室３０間の水圧を等しくし、それに
よって、燃料棒サブアセンブリ４８間に熱的・水力的不
安定が生ずる可能性を最小とするよう機能する。

上述の１１　Ｗ　ｌ＜燃料集合体１０の基本的な構成は
、萌記米国特許第４　、５６０　、５３２号明細書に特
に記載されている如く当該分野では公知であり、以下に
述べる本発明の特徴を当業者が理解するのに十分な程、
詳細に説明されている。尚、Ｂ　Ｗ　ｆＩ燃Ｌ［集合体
のｊＭ成の更に詳５４（１な説明は、米国特許筒４　、
５６０　、５’Ｊ２す明８（１１書を参照されたい。

本発明は、少なくとも、軸方向位置におけるパ境界”　
Ｃ１１Ｆのスペーサ（即ち、最上部の３つのスペーサ）
５０で従来用いられたスペーサ捕持タブの除去を可能と
する。これは、円弧状の細長い板ばね５４の形態を収る
複数組の屈曲可能な弾性要素を用いて、燃料棒４２に沿
う軸方向の所要位置にスペーサ５０を配置することによ
−）で達成される。各オ■における幾つかの板はね５４
は、燃料集合体１０の外側チャン寸、ル〕Ｚの垂直壁部
２０の内面と、各スペーサ５０の平らな穴のおいていな
い外側スｌ〜ラップ５６若しくは壁部の外面との間に配
置される。他の板はね５４は、中央のウォータ・クロス
２６の放射方向パネル：（２の外面と、スペーサ５０の
外面との間に配置される。

例えば、第６図に示されるように、−のスペーサＳＯに
関連される組において、８つの板ばね５４を用いること
ができる。即ち、実質的に矩形のスペーサにおける外＋
［＋！Ｉストラップ５６の１１つの外面のそれぞれに、
２つの板ばね５４が存する。第４図に示されるように、
２対の板ばね５４は、スペーサ５０と外側チＡ・ンネル
の壁部２０との間に配置され、他の２対の板ばね５４は
、スペーサ５０とウォータ・クロス２６における２つの
放射方向パネル：（２との間に配置されている。

従って、板ばね５４はスペーサ５ｏと接し、或は、チャ
ンネル１２の壁部２０マたはウォータ・クロス２６の放
射方向パネル３２と接し、その接触部」二に十分な圧縮
性の接触力を及ぼして、燃料棒４２に沿う軸方向の所要
位置に実質的に静止状！ぶてスペーサ５０を維持するよ
うになっている。板ばね５４は燃料棒４２の軸方向にほ
ぼ平行に延びると共に、この１１１１方向に対してほぼ
横向きの方向に互いに間隔か置かれている。

第７図〜第１１図の変形実施例に示されるように、各板
ばねは、その一端がスペーサ５０に固着されることがで
き、或はまた、スペーサ５０の周縁部にクリップ止めさ
れることもできる。第７図および第８１ｍにおいて、板
ばね５４は、一端５８が溶接等によってスペーサ５０の
外側スＩ・ラップ５６に固着されている。板ばね５４の
反対側の自由端６０は、外側ストラップ５６との間に小
さな間隙を形成するなｙ）に、外側スＩ〜ラップ５６か
ら間１希が置かれている。第９図の板ばね５４は第７１
ンＩと第８１’にのものと同様であるが、第７図と第８
　ｆ３の板ばね５４にあ−）ては、白出端が冷却材／減
速材の流れの方向に対して固着端５８から下流側に配置
されているが、第９図の板ばね５４は、自由端６０が固
着端５８から上流側に配置されている点で異なっている
。

第１０図において、板ばね５４′は、スペーサ５０の外
側スＩ・ラップ５６の下部周縁部に脱着可能にクリップ
止めされており、第１１１Ａにおいて、板ばね５４′は
、外側スＩ・ラップ５６の上部周縁部にクリップ止めさ
れている。このように、第１０図における板ばね５４′
の自由端６０′は、そのクリップ止めされた端部から、
冷Ｊｕｌ材／減速材の’ＩＱれの方向に対して下流ｔｌ
ｔｌｌに配置１テされ、第１１図のものにおいては、自
由端６０′は」１流側に配置されている。

この発明およびこれに付随する多くの利点は、」二の説
明から理解されるであろう。また、この発明の精神およ
び範ＵｆＩを逸脱することなく、或はその実質的な利点
を犠牲にすることなく形態、構成および配列に関し、種
々の変更が可能であることは明らかであり、よって、以
上に述べられた形態は！１′Ｌにこの発明の好適な実施
例に過ぎない。

４、図面の簡！ｉｉ、　ｆｆ：説明 第１図は、小束におけるスペーサの軸方同位１どを維持
するために用いられる本発明による板はね（弾性要素）
が適用されるＢ−１（の核燃料集合体を、明瞭化のため
に、一部断面、一部［；ＩＪ欠きで表した正面図、第２
図は第１図の２−２線に沿って見た燃料集合体の拡大平
面図、第３図は第１図の３−３線に沿って見た燃料集合
体の拡大底面図、第４図は第１図の４−４線に沿っての
燃料集合体の断面図であり、ウォータ・クロスによって
小束に区分された燃料集合体における燃料棒の束を示す
と共に、本発明による板ばねの配置を示すＩＡ、第５１
Ａは第１図の５−５線に沿っての燃料集音体の断面図、
第６図は第４図で右上に示されているスペーサの拡大平
面図、第７図は第６１３の７−７線に沿ってμたスペー
サの側面図、第８図は本発明のスペーサ配置用の板ばね
によってウォータ・クロスと外側チャンネルとの間に配
置されたスペーサを示す部分概略説明図、第９図〜第１
１図はそれぞれ本発明による板ばねの変形実施例を示す
部分拡大概略説明ＦＡであり、第９１λＩは一端がスペ
ーサの外側ス１〜ラップに固着され自由端が上流側に向
けられている板はねを示し、第１０図は一端が外側スｌ
−ラップの下部周縁部にクリップ止めされ自由端が下。

１し側に向（〕られている仮ばねを示し、第１１図は一
端か外ｌｊ、ｊｌｌストラップの−Ｌ部周縁部にクリッ
プ止めされ自由端か上！危倶１に向（−）ちれている仮
ばねを示す図である。図中、 １０・燃Ｌ［集合体 １２・外側チャンネル（外側管状流れチャンネル）２６
、つ（−タ　クロス　４２．燃料棒５ｏニスペーサ ５４．５４′：板ばね（弾性要素） ５６、外１則スＩ・ラップ。

ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに離間された複数の燃料棒と、該燃料棒に沿って冷
   却材／減速材の流れを導くように該燃料棒を取り囲む中
   空の外側管状流れチャンネルと、並置離間配列に前記燃
   料棒を維持するように前記外側管状流れチャンネルに沿
   って前記燃料棒の回りに配置された少なくとも１つのス
   ペーサと、前記燃料棒に沿う軸方向の所要位置に前記ス
   ペーサを配置するためのスペーサ配置装置とを有する燃
   料集合体であって、前記スペーサ配置装置は、前記外側
   管状流れチャンネルと前記スペーサとに接触すると共に
   、前記燃料棒に沿う軸方向の所要位置に前記スペーサを
   実質的に静止状態で維持するのに十分な接触力を前記外
   側管状流れチャンネルと前記スペーサとに及ぼすように
   、前記外側管状流れチャンネルの内面と前記スペーサの
   外面との間に配置された複数の屈曲可能な弾性要素から
   成る燃料集合体。