JP2006145506A

JP2006145506A - 高速炉用燃料集合体

Info

Publication number: JP2006145506A
Application number: JP2004339782A
Authority: JP
Inventors: Wataru Nakamura; 亘中村
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】ラッパ管の対面距離或いは機械的強度等のばらつき等がなく、高い精度のスペーサパッド表面を備え、同一形状のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体を得る。
【解決手段】多数本の燃料ピンを束ねて正六角管状のラッパ管内に収納した高速炉用燃料集合体であって、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッドを前記正六角管状のラッパ管の予め定められた位置に備えた高速炉用燃料集合体において、
前記スペーサパッドとして、予め作製されたスペーサパッド材を前記ラッパ管の予め定められた位置に取付けられたもの。
【選択図】図２

Description

多数本の燃料ピンを束ねて正六角管状のラッパ管内に収納した高速炉用燃料集合体において、ラッパ管に備わるスペーサパッドの形成及び硬質クロムめっき層の形成を容易にした高速炉用燃料集合体に関するものである。

図３は高速炉用燃料集合体の外観を表す説明図である。図に示す通り、高速実験炉「常陽」の高速炉用燃料集合体３１は、プルトニウムとウランとの混合酸化物を焼結したペレット３４を被覆管３３内に充填し、ヘリウムガスとともに密封して燃料ピン３２とし、これを正六角管状のラッパ管３５と呼ばれるステンレス鋼製の鞘のなかに束ねて収納した構成である。燃料集合体３１は下部にエン卜ランスノズル３６、燃料ピン３２束の下に中性子遮蔽体３７を有する。（非特許文献１参照）

ラッパ管３５内の燃料ピン３２の配列は、炉心の出力密度を高くし、増殖性能を向上させるため、稠密な正三角形格子配列としている。燃料ピン３２はその下端部のみを固定され、燃料ピン３２間隔は燃料ピン１本毎に巻かれたワイヤスペーサ３８で保たれている。この方式は構造が簡単であり、中性子照射下での燃料ピン３２の寸法変化に対しても、比較的柔軟に対応できる特徴がある。

ラッパ管３５には、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッド３９が、中間部に設けられており、スペーサパッド３９表面には、対磨耗性の向上のための硬質クロムめっきが施されている。

スペーサパッド３９のような形状を形成しようとする場合、一般的には、被成型品をスペーサパッド形状の窪みを有する金型（以下「ダイス」という）とスぺーサパッド形状の突起を有する金型（以下「パンチ」という）とではさみ、一方又は両方から圧力を加えて形成する方法がよく用いられている。また、他には、被成型品とダイスとを密着させ、周囲を液体で覆い、液体に圧力をかけることによって形成する方法もある。

また、スペーサパッド表面に硬質クロムめっきを施す場合、スペーサパッドを除く部分にマスキングを行った後、ラッパ管全体をめっき電解槽に浸漬し、スペーサパッドの周辺に鋼板等を配置し、ラッパ管を陰極、鋼板等を陽極として通電することによって、スペーサパッド表面に硬質クロムめっき層を形成させる方法が一般的である。

原子力百科事典ATOMICA、＜大項目＞開発中の原子炉および研究炉等、＜中項目＞高速増殖炉、＜小項目＞わが国の高速増殖炉の開発、＜タイトル＞高速実験炉「常陽」と運転・保守経験 (03-01-06-02)、＜更新年月＞ 2003年10月、［平成１６年９月１３日検索］＜URL:http://www-atm.jst.go.jp/atomica/03010602_1.html＞

しかしながら、この方法には次のような問題点がある。第１にプレス成型しようとするラッパ管の対面距離は加工上のばらつきを有するとともに、ラッパ管の機械的強度等にもばらつきを有するので、同様にプレス成型しても同一寸法のスぺーサパッドを得ることができない。

第２にプレス成型によって得られたスぺーサパッド表面は機械加工面のように平滑ではないので、スペーサパッド対面距離を測定する際に支障がある。特に０．００１ｍｍ単位の測定精度を担保することは不可能である。更に、第３として、ラッパ管の長さは約２０００ｍｍであり、このラッパ管全体が浸漬可能な大きなめっき電解槽を有しているめっき工場でしか、スペーサパッドへの硬質クロムめっきを施すことができない。

また、第４として、いかに慎重にマスキングを行ったとしても、めっき電解液がスペーサパッド以外の部分に付着することは避けられない。特に、ラッパ管内面に付着した場合、除去することは非常に困難である。最後に、マスキング材の接着剤がラッパ管に残留する可能性もある。

更に、通常は６方向のラッパ管表面を一度の硬質クロムめっき施工で硬質クロムめっき層を形成させるので、スペーサパッド部の位置がラッパ管端から約６００ｍｍもあることと相まって、硬質クロムめっき層の厚さを直接測定することが困難である。

本発明は、ラッパ管の対面距離或いは機械的強度等のばらつき等がなく、高い精度のスペーサパッド表面を備え、同一形状のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体を得ることを目的とする。

請求項１に記載された発明に係る高速炉用燃料集合体は、多数本の燃料ピンを束ねて正六角管状のラッパ管内に収納した高速炉用燃料集合体であって、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッドを前記正六角管状のラッパ管の予め定められた位置に備えた高速炉用燃料集合体において、
前記スペーサパッドとして、予め作製されたスペーサパッド材を前記ラッパ管の予め定められた位置に取付けられたことを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明に係る高速炉用燃料集合体は、請求項１に記載の予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に設けた穴に嵌め込まれたことを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明に係る高速炉用燃料集合体は、請求項１又は２に記載の予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置にネジ締結されたことを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明に係る高速炉用燃料集合体は、請求項１〜３の何れか１項に記載の予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に溶接固定されたことを特徴とするものである。

請求項５に記載された発明に係る高速炉用燃料集合体は、請求項１〜４の何れか１項に記載の予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に取付けられる前に硬質クロムめっきが施されていることを特徴とするものである。

本発明は以上説明した通り、ラッパ管の対面距離或いは機械的強度等のばらつき等がなく、高い精度のスペーサパッド表面を備え、同一形状のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体を得ることができる。より具体的には、本発明の高速炉用燃料集合体では、スペーサパッドの成形に際しては、プレス成型を行わないので、ラッパ管の対面距離あるいは機械的強度等のばらつきの影響を受けることなく、同一形状のスペーサパッドを得ることができる。

また、スペーサパッドを予め機械加工等により加工作製するので、スペーサパッド表面を精度よく加工することができる。このため、硬質クロムめっき層の厚さ測定の精度が向上する。更に、メッキ層の形成に際しては、小さなめっき電解槽を使用することが可能となるので、ラッパ管をめっき工場へ輸送することなしに硬質クロムめっき施行が可能となる。これにより、ラッパ管の輸送コストを削減できるとともに、納期の短縮が可能となる。

また、硬質クロムめっき層の形成に際しては、ラッパ管自体を浸漬しないので、ラッパ管にマスキングを施す必要がない。マスキングを施さないので、マスキング材の接着剤がラッパ管に残留することがない。更に、スペーサパッドのみに硬質クロムめっき層を形成させるので、硬質クロムめっき厚さを直接測定でき、精度よい管理が可能となる。また、ハンドリングヘッドのスペーサパッド形成にも適用できる等の利点がある。

本発明は、多数本の燃料ピンを束ねて正六角管状のラッパ管内に収納した高速炉用燃料集合体であって、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッドを前記正六角管状のラッパ管の予め定められた位置に備えた高速炉用燃料集合体において、
前記スペーサパッドとして、予め作製されたスペーサパッド材を前記予め定められた位置に取付けられたものである。これにより、ラッパ管の対面距離或いは機械的強度等のばらつき等がなく、高い精度のスペーサパッド表面を備え、同一形状のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体を得ることができる。

本発明は、従来、プレス成型によってラッパ管にスペーサパッドを形成し、スぺーサパッドを除く部分にマスキングを行い、ラッパ管全体をめっき電解層に浸潰し、スペーサパッドの周辺に鋼板等を配置して通電して硬質クロムめっき層を形成していたことに対して、予め作製されたスペーサパッド材を前記予め定められた位置に取付けたものである。

本発明のスペーサパッド材とは、ラッパ管にプレス形成によって形成された従来のスペーサパッドと同様に、隣接する燃料集合体との間隔を保つために高速炉用燃料集合体に備えたものであり、正六角管状のラッパ管の予め定められた位置に取付けられる前に予め作製される。

本発明のスペーサパッド材の作製は、常法によるプレス加工を始めとして、打ち抜き加工、切削加工、研磨加工等の加工を行うことができる。このスペーサパッド材には、好ましくは、硬質クロムめっき層を形成させることができる。

本発明のラッパ管へのスペーサパッド材の取付は、ラッパ管の予め定められた位置に正確に取付けられればよい。そのため、例えば、ラッパ管の予め定められた位置に穴を形成し、この穴に嵌め込んで取付けることにより、正確に取付けられる。また、ラッパ管とスペーサパッド材とは、原子炉稼働中に脱落しないようにしっかりと取付けられなければならない。そのため、例えば、スペーサパッド材がラッパ管の予め定められた位置にネジ締結されたり、スペーサパッド材がラッパ管の予め定められた位置に溶接固定される。その際には、溶接変形を最小限とするため、熱ひずみの少ない電子ビーム溶接法、レーザ溶接法等を用いるとよい。

本発明の高速炉用燃料集合体では、まず、機械加工等により精度よく製作したスぺーサパッドに対して、広く行われている硬質クロムめっき方法により硬質クロムめっき層を形成させる。ここで、本発明の高速炉用燃料集合体のスぺーサパッドは厚さが３ｍｍ程度と薄く、一般的な測定器を用いて硬質クロムめっき前後の厚さを測定することにより、容易に硬質クロムめっき層の厚さを求められるので、硬質クロムめっき層の厚さを精度よく管理できる。

この予め作製されたスペーサパッド材を、機械加工等により精度よく加工したラッパ管の貫通穴に嵌め込み、ＴＩＧ溶接法等の適当な方法で固定することによって、ラッパ管の所定の場所にスペーサパッドを形成することができる。

好ましい態様としては、スペーサパッド材には、ラッパ管に設けた貫通穴に嵌め合わせるための突起を有し、より好ましくは、この突起と貫通孔とを互いに螺合するようにネジ山とネジ穴とを形成し、スペーサパッド材を貫通孔に廻し入れる。また更に好ましくは、回転防止としてスポッ卜溶接を行うための切欠きをスペーサパッド材の周縁の一部に形成させてもよい。

なお、本発明はラッパ管のスペーサパッド形成に限定されない。高速炉用燃料集合体のハンドリングヘッドはラッパ管と同様のスペーサパッドを有しており、ハンドリングヘッドにおいても、本発明と同様の方法でスぺーサパッドを形成することができる。

図１は本発明のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体の一実施例の構成の一部を示す説明図である。図２は本発明のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体の別の実施例の構成の一部を示す説明図である。尚、本実施例では、高速実験炉「常陽」炉心燃料集合体に使用されるラッパ管に適用した例を示す。

図１に示す通り、ラッパ管１１のスペーサパッド装着位置には、貫通孔１２が形成されている。スペーサパッド材１５には、この貫通孔１２に嵌合する突起１６が形成されている。貫通孔１２に突起１６をはめ込んで取付ける。取付けられたスペーサパッド材１５の脱落を防止するために、溶接固定する。

具体的には、スペーサパッド材外周を連続的に溶接して接合したり、突起１６と貫通孔１２と連続的に溶接して接合する。その際には、溶接変形を最小限とするため、熱ひずみの少ない電子ビーム溶接法、レーザ溶接法等を用いるとよい。

更に、図２に示す通り、ラッパ管２１のスペーサパッド装着位置には、機械加工により雌ネジ加工を施した貫通孔２２が形成されている。一方、スペーサパッド材２５には、貫通孔２２に取付けられる突起２６が形成されている。この突起２６には、貫通孔２２の雌ネジ加工に螺合する雄ネジ加工が形成されており、スペーサパッド材２５の雄ネジと貫通孔２２の雌ネジとによるネジ締結により接合できる構造としている。

スペーサパッド材２５の周縁には、切欠き２７が形成されており、ネジ締結した後に回転防止としてスポッ卜溶接を行うことができる。この切欠き２７は、スペーサパッド材２５を貫通孔２２に廻し入れやすいように、この切欠き２７に掛止する治具を用いて廻し入れるようにしてもよい。

図１及び図２に示したスペーサパッド材１５，２５の表面には、硬質クロムめっき層を形成させている。より具体的には、常法により、スペーサパッド材１５，２５を陰極としてめっき電解層に浸漬し、周囲に陽極を設置し、通電することにより、硬質クロムめっき層を形成させている。

この際、スペーサパッド材１５，２５がラッパ管２１に比べて遙かに小さい部材であるため、予め表面を平滑に加工することを容易に行うことができ、スペーサパッド材１５，２５の表面に形成した硬質クロムめっき層の厚さを容易かつ精度よく測定することができ、規定の硬質クロムめっき層の厚さを担保することができた。

以上の通り、本発明の高速炉用燃料集合体は、スペーサパッドの成形に際しては、プレス成型を行わないので、ラッパ管の対面距離あるいは機械的強度等のばらつきの影響を受けることなく、同一形状のスペーサパッドを得ることができる。

本発明のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体の一実施例の構成の一部を示す説明図である。本発明のスペーサパッドを備えた高速炉用燃料集合体の別の実施例の構成の一部を示す説明図である。高速炉用燃料集合体の外観を表す図である。

符号の説明

１１，２１…ラッパ管、
１２，２２…貫通孔、
１５，２５…スペーサパッド材、
１６，２６…突起、
２７…切欠き、

Claims

多数本の燃料ピンを束ねて正六角管状のラッパ管内に収納した高速炉用燃料集合体であって、隣接する燃料集合体との間隔を保持するためのスペーサパッドを前記正六角管状のラッパ管の予め定められた位置に備えた高速炉燃料集合体において、
前記スペーサパッドとして、予め作製されたスペーサパッド材を前記ラッパ管の予め定められた位置に取付けられたことを特徴とする高速炉用燃料集合体。
前記予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に設けた穴に嵌め込まれたことを特徴とする請求項１に記載の高速炉用燃料集合体。
前記予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置にネジ締結されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高速炉用燃料集合体。
前記予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に溶接固定されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高速炉用燃料集合体。
前記予め作製されたスペーサパッド材が、前記ラッパ管の予め定められた位置に取付けられる前に硬質クロムめっきが施されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の高速炉用燃料集合体。