JP2000230994A - 燃料集合体用スペーサ - Google Patents

燃料集合体用スペーサ

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JP2000230994A
JP2000230994A JP11030794A JP3079499A JP2000230994A JP 2000230994 A JP2000230994 A JP 2000230994A JP 11030794 A JP11030794 A JP 11030794A JP 3079499 A JP3079499 A JP 3079499A JP 2000230994 A JP2000230994 A JP 2000230994A
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JP
Japan
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displacement
difference
region
spacer
fuel assembly
Prior art date
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Pending
Application number
JP11030794A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Aomi
雅樹 青見
Masafumi Nakatsuka
雅文 中司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接部の健全性に優れた燃料集合体用スペーサ
を提供する。 【解決手段】本発明は、隣接するセル1または各セル1
と連結板の、上下端溶接部5に挟まれた領域での変位の
差を吸収,緩和する開口部7を設ける。本発明によれ
ば、照射成長量の差またはその他の原因により、各セル
1の溶接部5に設計許容量を超えた外力が加わった場合
においても、その健全性を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉で使用され
る燃料集合体用スペーサに関する。
【0002】
【従来の技術】軽水冷却型原子炉の燃料集合体の材料に
は、その高い耐食性と小さな中性子吸収断面積から、ジ
ルコニウム合金が使用されている。現在よく知られてい
る合金としては、ジルカロイ−2(Sn:1.2 〜1.7
%,Fe:0.18〜0.24%,Cr:0.05〜0.15%,Ni:
0.03〜0.08%,Zr:残部),ジルカロイ−4(Sn:
1.2 〜1.7 %,Fe:0.18〜0.24%,Cr:0.05〜0.15
%,Zr:残部),Zr−1%Nb合金,Zr−2.5 %
Nb合金等がある。
【0003】燃料集合体は、このようなジルコニウム合
金より製造された燃料棒を、同様のジルコニウム合金製
スペーサにより等間隔に保持して、その上下をそれぞれ
上部タイプレート,下部タイプレートにより固定したも
のを、角筒状チャンネルボックスに内包して構成され
る。
【0004】燃料集合体構造部材のうち、特にスペーサ
は、図5(a),(b)に示すように、セル1と呼ばれ
る矩形,円筒等の規則性を有する要素部品をたて,よこ
に配列し、隣接するセル1および最外周を連結するスペ
ーサバンド2および最内周を互いに連結する架橋板3の
上端面での接触面同士および対応する下端面同士を互い
に溶接することにより構成されている。符号4はスペー
サリング,5は溶接部である。セル1は多数の核燃料棒
を所定の間隔に保持するためのものである。
【0005】通常、想定される原子炉の運転および燃料
の取り扱いにおいては、その溶接部は十分高い強度を持
っているが、溶接セル1,1間の照射成長等による変位
から生じる応力をより減少させるような対策は考慮され
ていない。また、予期されない異常時においては、設計
許容量を超えた外力が溶接部5に加わる可能性があり、
このような場合に対応してさらなる健全性の向上が望ま
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した通
り、燃料集合体用スペーサは、セル1,1間を溶接で接
合することにより構成されているが、この溶接部5に
は、溶接時の溶接部5と周辺部との温度差により、残留
応力が存在する。炉内では溶接された部品間の照射成長
量に差があった場合、溶接部5にひずみや応力が追加さ
れる。
【0007】ジルコニウム合金製構造部材においては、
応力の方向によっては、その腐食に伴い吸収した水素
が、水素化物として材料を脆化させる方向に析出するこ
とが知られており、溶接部5の応力により、その水素脆
化の感受性が増加する懸念がある。
【0008】また、溶接セル1,1間の照射成長量に差
がある場合、その伸びの差からひずみが発生し、溶接部
5に応力が加わる。さらに一方では、溶接セル1,1間
の一方に軸方向の設計許容量を超えた外力が加わった場
合、前記セル1,1と、隣接するセル1との溶接部5に
せん断応力が発生し、これにより溶接部5が破断し、そ
の燃料集合体としての健全性が損なわれる恐れがある。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、溶
接部の健全性を向上させた燃料集合体用スペーサを提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、原子
炉内で多数の核燃料棒を所定の間隔に保持するために、
矩形、菱形、六角または円筒等その他の規則性を有する
セルを複数個組み合わせた後、隣接するセルとセル同
士、前記セルと最外周を連結するスペーサバンド、前記
セルと最内周を互いに連結する架橋板の上端面での接触
面同士、および対応する下端面同士を互いに溶接して構
成された燃料集合体用スペーサにおいて、前記隣接する
セルとセル間、または前記セルとスペーサバンドあるい
は前記架橋板の上下端溶接部に挟まれた領域での変位の
差を吸収し緩和する手段を設けてなることを特徴とす
る。
【0010】請求項2の発明は、前記上下端溶接部で挟
まれた領域近傍での変位の差を吸収し緩和する手段は前
記領域近傍の少なくとも1箇所に板肉厚を貫通した空隙
からなることを特徴とする。
【0011】請求項3の発明は、前記上下端溶接部で挟
まれた領域近傍での変位の差を吸収し緩和する手段は前
記領域近傍の少なくとも1箇所に薄肉化した板厚領域か
らなることを特徴とする。
【0012】請求項4の発明は、前記上下端溶接部で挟
まれた領域の近傍での変位の差を吸収し緩和する手段は
前記領域近傍の少なくとも1箇所に前記上下端溶接部で
挟まれた領域の変位の差を吸収するように変形加工され
た湾曲部領域からなることを特徴とする。
【0013】すなわち、燃料集合体用スペーサにおい
て、隣接するセル間の上下端溶接部に挟まれた領域近傍
の少なくとも1箇所に板肉厚を貫通した空隙を設ける
か、薄肉化した板厚領域を設けるか、または板を変形加
工させた湾曲部領域を設ける等の手段により、セル間の
変位の差を吸収,緩和することにより達成される。
【0014】隣接するセルとセルの間、セルとスペーサ
バンド、架橋板の上下端溶接部に挟まれた領域近傍にお
いて、少なくとも1箇所に板肉厚を貫通した空隙を設け
るか、薄肉化した板厚領域を設けるか、または上下端溶
接部で挟まれた領域の変位の差を吸収するように板を変
形加工された湾曲部領域を設ける。これにより、発生し
た変位を部材の弾性変形により吸収し、溶接部における
せん断応力を減少させることができる。
【0015】本発明による伸びの差(変位)吸収の効果
は、その適用形式により様々であるが、定性的には図1
のように表すことができる。図1は本発明と従来例の溶
接部品(セル)間の伸びの差(変位)を溶接部せん断応
力の関係で比較して示している。前述したような変位の
吸収,緩和機構を設けることにより、変位に対する溶接
部せん断応力を減少させることができ、破断までの変位
の許容量を増加させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図2(a)〜(d)により、本発
明に係る燃料集合体用スペーサの第1の実施の形態を説
明する。図2(a)〜(d)中、図6(a)〜(d)と
同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省
略する。図2(a)は本実施の形態の要部を示してお
り、開口部7を有する一方のセル1と隣接するセル1の
上下両端部に溶接部5を設けて結合した例で、図2
(c)は図2(a)の斜視図を示している。
【0017】すなわち、本実施の形態は図2(a),
(c)に示したように隣接するセル1とセル1の間の上
下端に溶接部5を設け、この溶接部5に挟まれた領域近
傍において、変位の差を吸収し緩和する手段として、少
なくとも1箇所に板肉厚を貫通した空隙、つまり開口部
7を設けた構造となっている。
【0018】図2(b),(d)には、隣接したセル
1,1の間で、照射成長等により伸び11の差によるひず
みが生じた場合における、第1の実施の形態における効
果を示している。このように、セル1に開口部7を設け
ることにより、溶接部5の近傍部の弾性変形が可能とな
り、変位を吸収して溶接部の健全5bを保つことができ
る。
【0019】本実施の形態によれば、何らかの原因によ
り、隣接した2つのセル1,1のうち一方に軸方向の応
力が加わった場合開口部7により溶接部5の近傍の弾性
変形が可能となり、変位を吸収し溶接部を健全に保つこ
とができる。
【0020】これに対して、従来例では図6(b),
(d)に示したように、溶接部近傍に変形の余裕がない
ため、外力や伸びの差による変位をほとんど吸収または
緩和することができず、溶接部5のせん断応力が増加
し、溶接部破断5aに至るまでの変位量は小さい。
【0021】つぎに図3(a),(b)により、本発明
に係る燃料集合体用スペーサの第2の実施の形態を説明
する。図3(a),(b)中、図6(a),(b)と同
一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略
する。図3(a)は本実施の形態の要部を示しており、
薄肉部9を有する一方のセル1と隣接するセル1の上下
両端部に溶接部5を設けた例である。
【0022】すなわち、本実施の形態は、図3(a)に
示したように、隣接したセル1に上下端の溶接部5に挟
まれた領域近傍において、変位の差を吸収し緩和する手
段として、少なくとも1箇所に薄肉化した薄肉部9を設
けたことにある。すなわち、第1の実施の形態における
開口部7の代りに薄肉部9を設けたことにある。
【0023】図3(b)は、隣接したセル1の間で、照
射成長等により伸びの差によるひずみが生じた場合にお
ける、第2の実施の形態における効果を示している。本
実施の形態によれば、セル1に薄肉部9の板厚領域を設
けることにより溶接部5の近傍が弾性変形薄肉部9aと
なり、ひずみを吸収し溶接部を健全に保つことができ
る。
【0024】これに対して、従来例では、図6(a)〜
(d)に示した通り、溶接部近傍に変形の余裕がないた
め、伸びの差によるひずみをほとんど吸収または緩和す
ることができず、溶接部せん断応力が増加し、破断に至
るまでの変位量が小さい。
【0025】つぎに図4(a),(b)により、本発明
に係る燃料集合体用スペーサの第3の実施の形態を説明
する。図4(a),(b)中、図6(a),(b)と同
一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略
する。図4(a)は本実施の形態の要部を示しており、
複数の湾曲部10を有する一方のセル1と隣接するセル1
の両端部に溶接部5を設けた例である。
【0026】すなわち、本実施の形態は、図4(a)に
示したように上下溶接部5で挟まれた領域の近傍での変
位の差を吸収し緩和する手段として、隣接したセル1に
複数の湾曲部10を設けたことにある。複数の湾曲部10は
第1の実施の形態における開口部7の代りになるもの
で、板を変形加工したもので上下端溶接部5で挟まれた
領域の変位の差を吸収する。
【0027】図4(b)は、隣接したセル1の間で、照
射成長等により伸びの差によるひずみが生じた場合にお
ける第3の実施の形態における効果を示しており、この
ように湾曲部10の領域を設けることにより溶接部5の近
傍が弾性変形湾曲部10aとなり、ひずみを吸収し溶接部
の健全5bを保つことができる。
【0028】これに対して、従来例では、図6(a)〜
(d)に示した通り、溶接部近傍に変形の余裕がないた
め、伸びの差によるひずみをほとんど吸収または緩和す
ることができず、溶接部せん断応力が増加し、破断に至
るまでの変位量が小さい。
【0029】上記第1から第3の実施の形態においては
セルとセル間の溶接部について説明したが、これに限る
ことなく、セルとスペーサバンド、またはセルと架橋板
の上下溶接部に挟まれた領域についても本発明を適用す
ることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、隣接するセル間、セル
とスペーサバンド、架橋板の上下端溶接部に挟まれた領
域近傍において、少なくとも1箇所に板肉厚を貫通した
空隙を設けるか、薄肉化した板厚領域を設けるか、また
は上下端溶接部で挟まれた領域の変位の差を吸収するよ
うに板を変形加工した湾曲部領域を設ける手段により上
下端溶接部に挟まれた領域での変位を吸収,緩和するこ
とができ、よって、スペーサ溶接部の健全性に優れた燃
料集合体用スペーサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と従来例における燃料集合体用スペーサ
のセルの溶接部品間の伸びの差を比較して示す特性図。
【図2】(a)は本発明に係る燃料集合体用スペーサの
第1の実施の形態におけるセルを示す側面図、(b)は
(a)における作用を説明するための側面図、(c)は
(a)の斜視図、(d)は(b)の斜視図。
【図3】(a)は本発明に係る燃料集合体用スペーサの
第2の実施の形態におけるセルを示す側面図、(b)は
(a)における作用を説明するための側面図。
【図4】(a)は本発明に係る燃料集合体用スペーサの
第3の実施の形態におけるセルを示す側面図、(b)は
(a)における作用を説明するための側面図。
【図5】(a)は従来の燃料集合体用スペーサを示す上
面図、(b)は(a)における側面図。
【図6】(a)は図5におけるセルを示す側面図、
(b)は(a)における作用を説明するための側面図、
(c)は(a)の斜視図、(d)は(b)の斜視図。
【符号の説明】
1…セル、2…スペーサバンド、3…架橋板、4…スペ
ーサスプリング、5…溶接部、5a…溶接部破断、5b
…溶接部の健全、6…応力、7…開口部、7a…弾性変
形開口部、8…弾性変形、9…薄肉部、9a…弾性変形
薄肉部、10…湾曲部、10a…弾性変形湾曲部、11…照射
成長等による伸び。
フロントページの続き (72)発明者 青見 雅樹 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 中司 雅文 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子炉内で多数の核燃料棒を所定の間隔
    に保持するために、矩形、菱形、六角または円筒等その
    他の規則性を有するセルを複数個組み合わせた後、隣接
    するセルとセル同士、前記セルと最外周を連結するスペ
    ーサバンド、前記セルと最内周を互いに連結する架橋板
    の上端面での接触面同士、および対応する下端面同士を
    互いに溶接して構成された燃料集合体用スペーサにおい
    て、前記隣接するセルとセル間、または前記セルとスペ
    ーサバンド、あるいは前記架橋板の上下端溶接部に挟ま
    れた領域での変位の差を吸収し緩和する手段を設けてな
    ることを特徴とする燃料集合体用スペーサ。
  2. 【請求項2】 前記上下端溶接部で挟まれた領域近傍で
    の変位の差を吸収し緩和する手段は前記領域近傍の少な
    くとも1箇所に板肉厚を貫通した空隙からなることを特
    徴とする請求項1記載の燃料集合体用スペーサ。
  3. 【請求項3】 前記上下端溶接部で挟まれた領域近傍で
    の変位の差を吸収し緩和する手段は前記領域近傍の少な
    くとも1箇所に薄肉化した板厚領域からなることを特徴
    とする請求項1記載の燃料集合体用スペーサ。
  4. 【請求項4】 前記上下端溶接部で挟まれた領域の近傍
    での変位の差を吸収し緩和する手段は前記領域近傍の少
    なくとも1箇所に前記上下端溶接部で挟まれた領域の変
    位の差を吸収するように変形加工された湾曲部領域から
    なることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体用スペ
    ーサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1320553C (zh) * 2003-07-28 2007-06-06 法玛通Anp有限公司 用于压水核反应堆的燃料元件
CN104681105A (zh) * 2015-03-04 2015-06-03 东南大学 一种双头螺旋菱形支撑板正六边形核燃料组件
KR20160015484A (ko) * 2014-07-30 2016-02-15 울산과학기술원 산학협력단 간격체가 구비된 고속 원자로 핵연료 집합체

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