JP2001108776A - 加圧水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中性子の照射に起因する燃料棒の曲がりを抑
制することのできる加圧水型原子炉用燃料集合体を提供
することを目的とする。 【解決手段】 燃料棒の下端部を支持する支持格子２４
ｉを制御棒案内シンブル２３に対してスライド可能に設
けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧水型原子炉の
炉心に装荷される燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧水型原子炉の炉心に装荷される燃料
集合体は、図１４に示すような構造となっている。同図
において、１は上部ノズル、２は上部ノズル１に対向す
る下部ノズル、３は上部ノズル１と下部ノズル２に上下
端部を固定された複数本の制御棒案内シンブル、４ａ〜
４ｉは制御棒案内シンブル３に間隔を存して設けられた
複数個の支持格子であり、これらの支持格子４ａ〜４ｉ
には多数本の燃料棒５が制御棒案内シンブル３と平行に
支持されている。

【０００３】支持格子４ａ〜４ｉは正方形状の格子枠を
有しており、この格子枠の内側には多数のセルが複数の
格子板によって形成されている。制御棒案内シンブル３
および燃料棒５は上述したセル内を挿通しており、燃料
棒５が挿通するセルの側壁部には、４個のディンプル７
（図１５参照）が設けられているとともに、これらのデ
ィンプル７に燃料棒５を摺動可能に押圧する一対の燃料
棒押えばね６が設けられている。

【０００４】支持格子４ａは燃料棒５の上端部を支持し
ており、この支持格子４ａには、図１６に示されるよう
に、制御棒案内シンブル３と拡管により接合される複数
のスリーブ８が溶接により取り付けられている。また、
支持格子４ｂ〜４ｈは燃料棒５の中間部を支持してお
り、これらの支持格子４ｂ〜４ｈには、支持格子４ａと
同様に、制御棒案内シンブル３と拡管により接合される
複数のスリーブ８が溶接により取り付けられている。

【０００５】一方、支持格子４ｉは燃料棒５の下端部を
支持しており、この支持格子４ｉには、図１７に示すよ
うに、スリーブ状のインサート９が溶接により取り付け
られている。このインサート９内には制御棒案内シンブ
ル３の下端部が挿入されており、インサート９の下端部
には制御棒案内シンブル３の下端を閉塞するシンブルプ
ラグ１０がシンブルねじ１１によって固定されている。

【０００６】最上部支持格子４ａ及び上部ノズル１と制
御棒案内シンブル３とは、図１８に示すように連結され
ている。即ち、制御棒案内シンブル３に嵌められたスリ
ーブ１２が最上部支持格子４ａへ溶接により固定され、
更に一体膨出加工乃至拡管加工１３により制御棒案内シ
ンブル３と機械構造的に連結されている。一方上部ノズ
ル１に溶接により固定されたスリーブ１４も制御棒案内
シンブル３に嵌められており、更に一体膨出加工１５に
より制御棒案内シンブル３と機械構造的に連結されてい
る。中間支持格子４ｂ〜４ｈと制御棒案内シンブル３と
の連結構造は、最上部支持格子４ａと制御棒案内シンブ
ル３とのそれと同様であり、最下部支持格子４ｉと制御
棒案内シンブル３との連結は、下部ノズル２とこれにね
じ止めされる制御棒案内シンブル３との間に挟まれるイ
ンサートと呼ばれる有底筒体が最下部支持格子４ｉに溶
接固定されて行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような構造の燃料
集合体では、燃料棒５に中性子が照射されると、燃料棒
５が支持格子４ａ〜４ｉに設けられた燃料棒押えばね６
とディンプル７との間を摺動しながら軸方向に伸長す
る。しかし、燃料棒５の伸びが支持格子によって抑制さ
れると、燃料棒５に圧縮荷重が作用し、これによって燃
料棒５に曲りが発生する可能性がある。特に、燃料棒５
の上端部を支持する支持格子４ａのほうが燃料棒５の中
間部を支持する支持格子４ｂ〜４ｈよりも燃料棒５の保
持力が大きい場合には、燃料棒５が下方に伸長するた
め、支持格子４ｈと支持格子４ｉとの間で燃料棒５に曲
がりが発生する可能性がある。

【０００８】また、最上部支持格子４ａは炉心中性子束
分布の関係から積算中性子量が相対的に小さいこと及び
照射による応力緩和の小さいニッケル基合金（例えばイ
ンコネル（商品名））から製作されていること等のた
め、最上部支持格子４ａによる保持力乃至摺動抵抗が大
きい。このため、前述の軸方向荷重の増大が大きくなっ
て曲げ乃至撓みを助長する虞れがある。燃料棒５にこの
ような曲げ乃至座屈変形が生ずると、冷却材の流れが阻
害されて、ホットスポット等の発生などを招来する虞れ
がある。

【０００９】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、中性子の照射に起因する燃料棒の曲がりを抑制する
ことのできる加圧水型原子炉用燃料集合体を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、相対向する上部ノズルと下部
ノズルに上下端部を固定された複数本の制御棒案内シン
ブルと、これらの制御棒案内シンブルに互いに間隔を存
して設けられた複数個の支持格子と、これらの支持格子
に支持された複数本の燃料棒とを備えた加圧水型原子炉
用燃料集合体において、前記複数個の支持格子のうち前
記燃料棒の下端部を支持する支持格子を前記制御棒案内
シンブルに対してスライド可能に設けたことを特徴とす
る。請求項２の発明は、相対向する上部ノズルと下部ノ
ズルに上下端部を固定された複数本の制御棒案内シンブ
ルと、これらの制御棒案内シンブルに互いに間隔を存し
て設けられた複数個の支持格子と、これらの支持格子に
支持された複数本の燃料棒とを備えた加圧水型原子炉用
燃料集合体において、前記複数個の支持格子のうち前記
燃料棒の上端部を支持する支持格子が前記制御棒案内シ
ンブルに摺動自在に支持されていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る
燃料集合体の側面図であり、図中２１は上部ノズル、２
２は上部ノズル２１に対向する下部ノズル、２３は上部
ノズル２１と下部ノズル２２に上下端部を固定された複
数本の制御棒案内シンブルを示している。また、２４ａ
〜２４ｉは制御棒案内シンブル２３に間隔を存して設け
られた複数個の支持格子であり、これらの支持格子２４
ａ〜２４ｉには多数本の燃料棒２５が制御棒案内シンブ
ル２３と平行に支持されている。

【００１２】支持格子２４ａ〜２４ｉは正方形状の格子
枠を有しており、この格子枠の内側には多数のセルが複
数の格子板によって形成されている。制御棒案内シンブ
ル２３および燃料棒２５は上述したセル内を挿通してお
り、燃料棒２５が挿通するセルの側壁部には、図２に示
されるように、４個のディンプル２６が設けられている
とともに、これらのディンプル２６に燃料棒２５を摺動
可能に押圧する一対の燃料棒押えばね２７が設けられて
いる。

【００１３】支持格子２４ａは燃料棒２５の上端部を支
持しており、この支持格子２４ａには、従来と同様に、
制御棒案内シンブル２３と拡管により接合される複数の
スリーブが溶接により取り付けられている。また、支持
格子２４ｂ〜２４ｈは燃料棒２５の中間部を支持してお
り、これらの支持格子２４ｂ〜２４ｈには、支持格子２
４ａと同様に、制御棒案内シンブル２３と拡管により接
合される複数のスリーブが溶接により取り付けられてい
る。

【００１４】一方、支持格子２４ｉは燃料棒２５の下端
部を支持しており、この支持格子２４ｉの内側に形成さ
れた多数のセルのうち制御棒案内シンブル２３が挿通す
るセルの側壁部には、図３及び図４に示されるように、
４個のディンプル２８が設けられている。また、支持格
子２４ｉの内側に形成された多数のセルのうち制御棒案
内シンブル２３が挿通するセルの側壁部には、図５に示
すような一対のシンブル押えばね２９が設けられてい
る。これらのシンブル押えばね２９はディンプル２８に
制御棒案内シンブル２３を摺動可能に押圧するためのも
のであり、これにより燃料棒２５の下端部を支持する支
持格子２４ｉは制御棒案内シンブル２３に対して燃料棒
２５の軸方向にスライド可能に設けられている。なお、
制御棒案内シンブル２３の下端は図３に示すシンブルプ
ラグ２３ａによって閉塞されており、このシンブルプラ
グ２３ａはシンブルねじ２３ｂによって下部ノズル２２
に固定されている。

【００１５】上述した本発明の第１実施形態では、燃料
棒２５の下端部を支持する支持格子２４ｉが制御棒案内
シンブル２３に対してスライド可能に設けられているた
め、中性子照射により燃料棒２５が下方に伸長した場合
には、燃料棒２５の伸びに応じて支持格子２４ｉが下方
にスライドする。これにより支持格子２４ｈと支持格子
２４ｉとの間隔が燃料棒２５の伸びに応じて拡がるた
め、燃料棒２５の中間部を支持する支持格子２４ｈと燃
料棒２５の下端部を支持する支持格子２４ｉとの間で燃
料棒２５に曲がりが発生することを抑制できる。

【００１６】なお、上述した第１実施形態では、ディン
プル２８に制御棒案内シンブル２３を摺動可能に押圧す
る一対のシンブル押えばね２９をセルの側壁部に設けた
が、図６に示す第２の実施形態のように、シンブル押え
ばね２９を制御棒案内シンブル２３が挿通するセルのコ
ーナ部に設けても良い。

【００１７】次に、本発明の第３実施形態を図７乃至図
１３を参照して説明する。図７は本発明の第３実施形態
に係る燃料集合体３０の各部材の連結構造を概念的に示
したものである。この燃料集合体３０の上部ノズル３１
の全体的構造は、従来技術のものと同様であるが、制御
棒案内シンブル３３と後述するような接合関係にある。
制御棒案内シンブル３３の下端部は、従来のものと同様
に下部ノズル３２へボルトにより締結されている。最下
部支持格子３４に溶接された有底筒状体のインサートは
制御棒案内シンブル３３の下端部と下部ノズル３２との
間に挟まれて確りと固定されている。７個の中間支持格
子３５と制御棒案内シンブル３３とは、従来のものと同
様に一体膨出加工により機械構造的に確りと固定されて
いる。

【００１８】最上部支持格子３６と制御棒案内シンブル
３３との関係が図８に示されている。最上部支持格子３
６は１７×１７型のものであり、合計２８９個の格子開
口乃至セル３７が碁盤目状に画成されている。そして合
計２５本の制御棒案内シンブル３３と合計２６４本の燃
料棒３８がセル３７内にそれぞれ個別に挿入されてい
る。燃料棒３８は、一垂直面内において最上部支持格子
３６に一体的に形成されたばねと一対の突起乃至ディン
プルとによって挟まれて弾性的に支持されている。燃料
棒３８は交差する２垂直面内において支持されているか
ら、６点支持となっている。図８において、中心部の制
御棒案内シンブル３３は計装案内管として使用され、そ
の周りの８本の制御棒案内シンブル３３は制御棒案内管
として使用されるが、これらは図９乃至図１１に示され
るように配置されている。

【００１９】図９に示すように、制御棒案内シンブル３
３の上端は上部ノズル３１とは固定されておらず、その
穴３１ａの中に延出しているだけである。そして、制御
棒案内シンブル３３の上部を取り囲む準円筒のスリーブ
３９はニッケル基合金から製作されていて、その下端は
同じ材料からなる最上部支持格子３６へ溶接により固定
されている。特に図１０に明らかなように、スリーブ３
９にはほぼ９０度間隔で４個のばね４０が一体的に形成
され、内方に突出したばね４０が制御棒案内シンブル３
３に接してこれを弾性的に支持している。一方、スリー
ブ３９の上端は、上部ノズル３１の穴３１ａの中に延出
しているが固定はされていない。又、図１１及び図９の
下半部に示すように１垂直面内に３個合計６個の突起４
１が最上部支持格子３６と一体的に形成されていて、制
御棒案内シンブル３３を保持している。

【００２０】一方残りの制御棒案内シンブル３３は、図
１２及び図１３に示すように、上部ノズル３１に連結さ
れ、或いは最上部支持格子３６に保持されている。即
ち、上部ノズル３１と同種のステンレス鋼からなる連結
スリーブ４２が制御棒案内シンブル３３の上端部に嵌合
し、その上端が溶接４３により上部ノズル３１に連結さ
れている。そして、連結スリーブ４２の下部は、一体膨
出加工乃至バルジ加工４４により機械構造的にジルコニ
ウム基合金から製作された制御棒案内シンブル３３に確
りと連結されている。連結スリーブ４２の下端と最上部
支持格子３６との間隔は、照射成長の後でも干渉しない
大きさとなっている。

【００２１】以上説明した構造の燃料集合体３０におい
て、制御棒案内シンブル３３の両端は、それぞれ上部ノ
ズル３１及び下部ノズル３２に確りと固定連結されてい
て、十分な剛性強度の骨格構造を形成し、中間支持格子
３５，最下部支持格子３４及び最上部支持格子３６は、
確りと燃料棒３８を支持している。原子炉炉心内での燃
焼に際し、制御棒案内シンブル３３と燃料棒３８は照射
成長をするが、相対的に伸びが大きい燃料棒３８は、中
間支持格子３５及び下部支持格子３４の支持部において
滑りを生じ、一旦下端が下部ノズル３２に突き当たった
後専ら上向きに伸びる。中間支持格子３５及び下部支持
格子３４は相対的に積算中性子量が多いから応力緩和が
生ずるので、その接触支持部における摺動抵抗が小さ
く、この部分では燃料棒３８に大きな軸圧縮荷重が生じ
ない。又、積算中性子量が相対的に小さい最上部支持格
子３６の接触支持部では、相対的に大きい摺動抵抗が発
生するが、最上部支持格子３６自体が制御棒案内シンブ
ル３３に固定されておらず、ディンプル４１の保持部で
相対変位が許容される。このため、この部分でも燃料棒
３８に大きな軸圧縮荷重が生じない。このようにして、
燃料棒３８には、不具合に直結するような座屈変形即ち
曲げが生じない。尚、前記実施形態においては、制御棒
案内シンブル３３の配置が１７×１７型の燃料集合体に
ついて述べたが、本発明は１４×１４型、１５×１５型
等の燃料集合体にも適用できることは、当業者にとって
自明であろう。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
中性子の照射に起因する燃料棒の曲がりを抑制すること
のできる加圧水型原子炉用燃料集合体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉用
燃料集合体の側面図である。

【図２】本発明の第１実施形態における燃料棒の支持構
造を概略的に示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る燃料集合体の要部
を示す図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】図４に示すシンブル押えばねの斜視図である。

【図６】本発明の第２実施形態の要部を示す図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る燃料集合体の概念
図である。

【図８】本発明の第３実施形態の要部を示す平面図であ
る。

【図９】本発明の第３実施形態の要部を示す部分拡大立
断面図である。

【図１０】図９のIV−IV線に沿う断面図である。

【図１１】図９のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図１２】本発明の第３実施形態の要部を示す部分拡大
立断面図である。

【図１３】図１２のVII−VII線に沿う断面図である。

【図１４】従来の燃料集合体の全体構造を示す立面図で
ある。

【図１５】従来の加圧水型原子炉用燃料集合体における
燃料棒の支持構造を概略的に示す図である。

【図１６】燃料棒の中間部を支持する支持格子の一部を
示す断面図である。

【図１７】燃料棒の下端部を支持する支持格子の一部を
示す断面図である。

【図１８】従来の燃料集合体の一部を示す部分拡大立断
面図である。

【符号の説明】

２１，３１ 上部ノズル ２２，３２ 下部ノズル ２３，３３ 制御棒案内シンブル ２４ａ〜２４ｉ，３４，３５，３６ 支持格子 ２５，３８ 燃料棒 ２６，２８，４１ ディンプル ２７ 燃料棒押えばね ２９ シンブル押えばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向する上部ノズルと下部ノズルに上
   下端部を固定された複数本の制御棒案内シンブルと、こ
   れらの制御棒案内シンブルに互いに間隔を存して設けら
   れた複数個の支持格子と、これらの支持格子に支持され
   た多数本の燃料棒とを備えた加圧水型原子炉用燃料集合
   体において、 前記複数個の支持格子のうち前記燃料棒の下端部を支持
   する支持格子を前記制御棒案内シンブルに対してスライ
   ド可能に設けたことを特徴とする加圧水型原子炉用燃料
   集合体。
2. 【請求項２】 相対向する上部ノズルと下部ノズルに上
   下端部を固定された複数本の制御棒案内シンブルと、こ
   れらの制御棒案内シンブルに互いに間隔を存して設けら
   れた複数個の支持格子と、これらの支持格子に支持され
   た多数本の燃料棒とを備えた加圧水型原子炉用燃料集合
   体において、 前記複数個の支持格子のうち前記燃料棒の上端部を支持
   する支持格子が前記制御棒案内シンブルに摺動自在に支
   持されていることを特徴とする加圧水型原子炉用燃料集
   合体。