JPS6350788A - 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】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体に係
り、とりわけ結合燃料棒の上部端栓をねじ止め固定する
保持ナツトの緩み止め金具の機能を高めることができる
燃料集合体に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉に使用される燃料集合体は、第６図に示
すように構成されており、角筒状のチャンネルボックス
１内に多数本の燃料棒２と数本のウォータロッドとが収
容される。各燃料棒２およびウォータロッドは複数のス
ペーサ３により間隔が保持されて格子状に配置され、上
部および下部タイプレート４，５によってチャンネルボ
ックス１内に支持される。

燃料棒２は、燃料被覆管６内に多数個の円柱状ＵＯ２燃
料ペレット７を装填し、下部を下部端栓８で、上部を上
部端栓９で密閉した構造となっている。

上部タイプレート４および下部タイプレート５は、下部
端栓８、上記端栓９を夫々支持するため、これらと嵌合
する支持孔１０．１１を下部端栓８゜上部端栓９の対応
位置に備えている。

さらに、下部タイプレート５の支持孔１１のいくつかは
、第８図に示すように、ねじ付下部端栓８ａを有する燃
料棒２ａ（以下、結合燃料棒という）と結合するための
ねじ孔１１となっている。

これらの結合燃料棒２ａの上部端栓９ａは、第７図に示
すように、上部タイプレート４の支持孔１０を貫通して
上方へ突出し、その突出部分には、保持ナツト１２をね
し止めさせるための雄ねじが形成されている。なお、こ
の結合燃料棒２ａは、通常チャンネルボックス１の各側
壁に沿って一辺が２個になるようにして計８個で配置さ
れている。

また、結合燃料棒２ａにねじ止められる保持ナツト１２
は隣接するものを一対として、それらの間には１個の緩
み止め金具２５が装着され、使用中に保持ナツト１２が
回転しないように廻り止めしている。

この緩み止め金具２５の構造は、第９図乃至第１１図に
示される。すなわち、隣接する上部端栓９ａ相互間に配
置される連結片２６の両端に、結合燃料棒２ａの上部端
栓９ａを貫通させる貫通片２７を一体に遠投すると共に
、貫通片２７周囲には保持ナツト１２を抱持する起伏自
在な３板の抱持片２８を延設して成る。そして、上部端
栓９ａを貫通させた貫通孔２７上に保持ナツト１２をね
じ止めし、その後保持ナツト１２をつつみ込むように抱
持片２８を起立させ、保持ナツト１２０回転を防止する
廻り止め作用を行うようになっている。また、貫通片２
７の内側には突出部２７ａが設けられ、これを結合燃料
棒２ａの上部端栓９ａに形成されたスリット（図示せず
）に嵌着することによって結合燃料棒２ａの回転を防止
している。

さらに、上部タイプレート４と燃料棒２との間にはスプ
リング２１が設けられている。このスプリング２１によ
って、燃料集合体組立時に保持ナツト１２の雌ねじ部と
結合燃料棒２ａの上部端栓９ａの雄ねじ部との間に軸方
向の干渉力か作用するとともに、燃料棒の延びが吸収さ
れる。

このようにして組立てられた燃料棒を、前記チャンネル
ボックス１内に挿入して燃料集合体を構成し、これを原
子炉へ装荷している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、燃料棒２は、運転中に熱膨張や照射等に起因
して軸方向に伸びることが知られている。

この伸びにより燃料バンドル長さも増加し、燃料バンド
ル長さの増加は、上部タイプレート４と下部タイプレー
ト５間の距離の増加に等しく、その増加値はＩＩ造造語
結合燃料棒２ａ伸びに拘束される。そのため、結合燃料
棒２ａより伸びが大きい標準燃料棒２ｂ（結合燃料棒２
ｂ以外の燃料棒をいう）は上部タイプレート４に接近し
て上部タイプレート４と干渉したり、逆に、結合燃料棒
２ａより伸びが小さい標準燃料棒２ｂは、上部タイプレ
ート４から遠ざかって上部タイプレート４から扱けたり
する。

第１１図に示す様に燃料集合体の２本の結合燃料棒２ａ
がこの間に位置する標準燃料棒２ｂより伸びが小さい時
、標準燃料棒２ｂの上部端栓９ｂと上部タイプレート４
の支持孔１０を塞ぐ形で装着されている緩み止め金具２
５の連結片２６との間隙が燃焼が進むにつれて小さくな
り、やがて接触し、更に、標準燃料棒２ｂが軸方向に伸
びようとした時、緩み止め金具２５の連結片２６が邪魔
になる場合がある。この時、標準燃料棒２６が上方に伸
びるためには、緩み止め金具２５自身成るいは連結片２
６を上方へ押し上げねばならない。

しかし、緩み止め金具２５は、保持ナツト１２を介して
上部タイプレート４に圧着されていることから、保持ナ
ツト１２が緩んで上方へ移動しない限り緩み止め金具２
５自身が上方へ押し上げられることはない。保持ナツト
１２は、結合燃料棒２ａの上部端栓９ａの雄ねじ部にね
じ止めされていることから、保持ナツト１２の雌ねじ部
と上部端栓９ａの雄ねじ部には干渉力が作用している。

従って、保持ナツト１２を緩ませるには干渉力による摩
擦抵抗に打ち勝つだけの逆向きのトルクを与える必要が
あるが、原子炉の運転中に保持ナツト１２を緩ませる唯
一の要因として考えられる冷却水による水力振動によっ
て発生するトルクは上記のトルクに比べて十分小さいた
め、保持ナツト１２が緩むことはなく、また、前述のよ
うに、緩み止め金具２５自身が保持ナツト１２の緩みを
確実に防止する別面を有していることから、保持ナツト
１２が緩みこのため緩み止め金具２５が上方へ押し上げ
られることはない。

従って、標準燃料棒２ｂが、緩み止め金具２５の連結片
２６に当接してから更に、上方へ伸び様とした時、標準
燃料棒２ｂが曲り、隣接する燃料棒２ａ、２ｂ間の間隙
が挟まり燃料棒表面の除熱が悪化したり、更に燃料棒２
ａ、２ｂ同志が設計上許容している燃料棒の最小間隙を
越えるとにより燃料棒がバーンアウトを起すか、又は緩
み止め金具２５の連結片２６が破断してしまう恐れもあ
る。

そこで、近年、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体
においては、上述した事情を考慮して、第１２図に示す
様に、連結片２６に標準燃料棒２ｂの上部端栓９ｂを貫
通させる貫通片２７を設置した緩み止め金具２５が使用
されている。

燃料集合体組立時においては、貫通片２７の貫通孔２９
と上部タイプレート４に設けられた標準燃料棒の上部端
栓９ｂの支持孔１ｏが合わさる様装着され、原子炉の運
転中に標準燃料棒２ｂが軸方向に伸びても上部端栓９ｂ
が緩み止め金具２５に拘束されることなく自由に貫通孔
２９を貫通するようにされている。

しかしながら、第１３図に示す様に、２本の結合燃料棒
２ａのうち、一方の結合燃料棒２ａが他方の結合燃料棒
２ａよりも伸びた場合を考えると、標準燃料棒２ｂの軸
線Ｌ１とｎ通孔２９の軸線Ｌ２とが傾いてしまい、標準
燃料棒２ｂが上方へ伸びると連結片２６に当接し標準燃
料棒２ｂが曲がってしまう恐れがある。また、このよう
に緩み止め金具２５が全体として傾いて引き上げられる
と、緩み止め金具２５に引張応力が作用し、この引張応
力と前述した標準燃料棒２ｂの連結片２６への当接作用
によって緩み止め金具２５が破断してしまう恐れもある
。

また、結合燃料棒２ａは一般に機能上１本で燃料集合体
全体の重量を支持できる機械的強度を有しているが、２
本の結合燃料棒２ａの保持ナツト１２を２個一組として
緩み止め金具２５を取付けているため、前述のように従
来装置では、燃料集合体の４辺のそれぞれの外周辺に２
本ずつ計８本の結合燃料棒２ａを結合している。そして
、燃料集合体取扱時（吊上げ、吊下げ）においては燃料
集合体重量を８本の結合燃料棒２ａが均等に受け、保持
ナツト１２を介して上部タイプレート４に伝播し、更に
上部タイプレート４の把手部４０に燃料集合重量を伝幡
している。

しかしながら、２個の保持ナツト１２を１組として緩み
止め金具２５を取付けているので、結合燃料棒２ａの配
置位置は拘束される。この場合、単一の保持ナツト１２
に対して緩み止め金具２５を取付けることができれば、
例えば結合燃料棒２ａを３本にして３点支持で燃料集合
体を支持したり、モーメント上も問題なく結合燃料棒２
ａの本数および配置位置を自由に選択できる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
上部端栓の保持ナツトの緩み止め金具の機能を高めるこ
とができ、燃料棒の機械的健全性を向上させて燃焼層の
高燃焼度化に耐えることができる燃料集合体を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、結合燃料棒の上部端栓を上部タイプレート上
に突出させ、この上部端栓の突出部を保持ナツトでねじ
止め固定するとともに、前記保持ナツトと前記上部タイ
プレートとの間に、前記保持ナツトを抱持する抱持片が
形成された緩み止め金具を介在させた燃料集合体であっ
て、前記緩み止め金具に下方へ折れ曲る嵌着片を形成し
かつ前記上部タイプレートに前記嵌着片が嵌着する嵌着
溝を形成したことを特徴としている。

（作　用） 嵌着片を嵌着溝に嵌着させることにより、緩み止め金具
のタイプレート上での回転が防止される。

このため隣接する保持ナツトを一対として１個の緩み止
め金具を取付ける必要はなく、単一の保持ナツトに対し
て１個の緩み止め金具を取付けることができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する 第１図乃至第５図は本発明による燃料集合体の一実施例
を示す図である。なお、従来装置と同一部材には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。

第１図に示すように、燃料集合体は結合燃料棒２ａの上
部端栓９ａを上部タイプレート４の支持孔１０を貫通し
て上方へ突出させ、その突出部分に保持ナツト１２をね
じ止めさせる雄ねじを形成するとともに、保持ナツト１
２と上部タイプレート４との間に緩み止め金具１５を介
在させて構成されており、緩み止め金具１５以外の部分
については従来装置と実質的に同一となっている。

緩み止め金具１５の構造は第１図乃至第３図に示すよう
に、結合燃料棒２ａの上部端栓９ａを貫通させる貫通片
１７の周囲に保持ナツト１２を抱持する冠状自在な３枚
の抱持片１８を延設して成っている。この抱持片１８は
、上部端栓９ａを貫通させた貫通片１７上に保持ナツト
１２をねじ止めし、その後保持ナツト１２を抱持するよ
うに起立させて、保持ナツト１２の回転を防止するもの
である。また、貫通片１７の内側には、結合燃料棒２ａ
の上部端栓９ａに形成されたスリット（図示せず）に嵌
着されて結合燃料棒２ａの回転を防止する突出部１７ａ
が設けられている。

このような緩み止め金具１５には、貫通片１７から下方
へ垂直に折れ曲る嵌着片１９が形成されている。一方、
第４図に示すように、上部タイプレート４は結合燃料棒
２ａの上部端栓９ａを支持するボス２２と、隣接するボ
ス２２間を一体に連結するウェブ２３とから構成されて
いるが、このうちウェブ２３に嵌着片１９が嵌着される
嵌着溝、例えばスリット２４が形成されている。

ウェブ２３に形成される嵌着溝は第５図に示すような角
筒孔２５でもよい。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

燃料集合体組立時に緩み止め金具１５の３枚の抱持片１
８は保持ナツト１２を抱持するような形に塑性変形され
る。保持ナツト１２が抱持片１８に抱持された状態で緩
み方向に回転するには、抱持片１８に逆向きの塑性変形
を与えて抱持片１８を開かねばならない。しかしながら
、保持ナツト１２の雌ねじ部と上部端栓９ａの雄ねじ部
との間にはスプリング２１（第１１図参照）の反力によ
って軸方向の干渉力が作用して摩擦抵抗が生じており、
抱持片１８に逆向き塑性変形を与えて抱持片１８を開く
には保持ナツト１２の雄ねじ部と上部端栓９ａの雄ねじ
部との間の摩擦抵抗の４倍以上のトルクが必要といわれ
ている。

このような大きなトルクは一般に発生することはなく、
従って緩み止め金具１５によって、保持ナツト１２の緩
みを略確実に防止することができる。

また、緩み止め金具１５自体は嵌着片１９とスリット２
４が嵌着することによって、または嵌着片１９と角筒孔
２５が嵌着することによって上部タイプレート４上での
回転が防止される。

このように本実施例によれば、嵌着片１９をスリット２
４または角筒孔２５に嵌着させることによって緩み止め
金具１５の回転が防止されるので、隣接する保持ナツト
１２を一対として１個の緩み止め金具を取付ける必要は
なく、単一の保持ナツト１２に対して１個の緩み止め金
具１５を取付けることができる。従って従来Ｈ置のよう
に、結合燃料棒２ａの伸びの相違によって緩み止め金具
１５が引張作用を受けたり、あるいは標準燃料棒２ｂが
伸びて緩み止め金具１５に当接して曲がったりすること
はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、嵌着片を嵌着溝に嵌着させることによ
って緩み止め金具の回転が防止されるので、単一の保持
ナツトに対して１個の緩み止め金具を取付けることがで
きる。従って従来装置のように、結合燃料棒の伸びの相
違によって緩み止め金具が引張作用を受けてり、あるい
は標準燃料棒が伸びて暖み止め金具に当接して曲がった
りすることはなく、緩み止め金具および燃料棒の機械的
性質を向上することができる。また、単一の保持ナツト
に対して１個の緩み止め金具を取付けることができるこ
とから、結合燃料棒の設置数並びに設置位置を自由に選
定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明による燃料集合体の一実施例
を示す図であり、第１図はその上部部分拡大断面図、第
２図は緩み止め金具を示す平面図、第３図は第９図Ｘ−
Ｘ線断面図、第４図は上部タイプレートの嵌着溝を示す
斜視図、第５図は嵌着溝の他の実施例を示す斜視図、第
６図乃至第１３図は従来の燃料集合体を示す図であり、
第６図はその全体側断面図、第７図は第６図Ａ部拡大図
、第８図は第６図Ｂ部拡大図、第９図は緩み止め金具を
示す平面図、第１０図は第９図Ｘ−Ｘ線断面図、第１１
図は燃料集合体の上部部分拡大断面図、第１２図は標準
燃料棒貫通用の貫通片が形成された緩み止め金具を示す
平面図、第１３図は結合燃料棒の伸びが相違した場合を
示す部分拡大断面図である。 １・・・チャンネルボックス、２ａ・・・結合燃料棒、
２ｂ・・・標準燃料棒、３・・・スペーサ、４・・・上
部タイプレート、５・・・下部タイプレート、８・・・
上部端栓、９・・・上部端栓、１０・・・支持孔、１１
・・・支持孔、１２・・・保持ナツト、１５・・・緩み
止め金具、１７・・・口過片、１８・・・抱持片、１９
・・・嵌着片、２４・・・スリット、２５・・・多筒孔
。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ＄　ｆ　図 Ｒ 葛２回　　　　　易　３　日 第４　図 薯Ｑ　図 Ｚ５ ＄ｌｚ図 第７３　図 り １イ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　結合燃料棒の上部端栓を上部タイプレート上に突出さ
   せ、この上部端栓の突出部を保持ナットでねじ止め固定
   するとともに、前記保持ナットと前記上部タイプレート
   との間に、前記保持ナットを抱持する抱持片が形成され
   た緩み止め金具を介在させた燃料集合体において、前記
   緩み止め金具に下方へ折れ曲る嵌着片を形成しかつ前記
   上部タイプレートに前記嵌着片が嵌着する嵌着溝を形成
   したことを特徴とする燃料集合体。