JP2008523363A - 沸騰水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

Abstract

本発明は、上側がフィルタ板（９）で閉鎖された燃料集合体脚部（２）と、燃料集合体頭部（１）と、複数の長尺燃料棒（３）と燃料集合体脚部から出発して延びる複数の短尺燃料棒（３ａ）から成り燃料集合体の脚部（２）と頭部（１）との間に配置された燃料棒束と、燃料棒束の内部に配置されたウォータチャネル（４）とを有する沸騰水形原子炉の燃料集合体に関する。複数の短尺燃料棒（３ａ）が、燃料集合体脚部（２）の上側面に結合された別個の保持部分に軸方向に固定されている。

Description

本発明は沸騰水形原子炉の燃料集合体に関する。

例えば独国実用新案登録第２０１０５９１３号明細書およびオーストリア特許第３６５８２８号明細書で公知のかかる燃料集合体は、上側がフィルタ板で閉鎖された燃料集合体脚部と、燃料集合体頭部と、複数の長尺燃料棒（通常長燃料棒）と燃料集合体脚部から出発して延びる複数の短尺燃料棒（短い燃料棒）から成り燃料集合体の脚部と頭部との間に配置された燃料棒束と、燃料棒束の内部に配置されたウォータチャネルとを有している。長尺燃料棒は燃料集合体脚部と燃料集合体頭部との間に僅かな軸方向隙間を空けて保持されている。その隙間は、燃料棒が長手方向に機械的応力を生ずることなしに膨張できる、ことを可能にしている。

沸騰水形原子炉の場合、サーモハイドロ安定性並びに中性子減速の理由から、燃料集合体脚部から出発して燃料集合体頭部の下側の或る位置までしか延びていない部分長（短い）燃料棒が採用されている。原子炉運転中に短尺燃料棒が浮上し不都合利な位置に達することを防止するために、短尺燃料棒は燃料集合体脚部に保持されている。これは通常、冷却材内における異物を捕捉除去するために用いる燃料集合体脚部の上側を閉鎖するフィルタ板（燃料棒ガード）に孔が設けられ、その孔にブッシュがろう付けされる、ことによって行われる。短尺燃料棒の下端にほぼスリーブ状のばね要素が固定され、そのばね要素はフィルタ板におけるブッシュ付きの孔にはめ込まれ、そこで摩擦結合あるいはかみ合い結合によって保持される。フィルタ板への孔の形成、ブッシュのろう付けおよび短尺燃料棒の下端へのばね要素の取付けのために、比較的高い製造・組立費が伴う。

本発明の課題は、短尺燃料棒の燃料集合体脚部への単純な取付けが可能とされるように燃料集合体を形成することにある。

この課題は、請求項１に記載の燃料集合体に応じて、複数の短尺燃料棒が、燃料集合体脚部の上側面に結合された別個の保持部分に軸方向に固定されている、ことによって解決される。燃料集合体脚部のフィルタ板への孔の設置およびブッシュのろう付けは不要となる。確かに１個あるいは複数の別個の保持部分の製造が必要となるが、この保持部分は、比較的簡単に、例えば鋼板打抜き加工部品として形成でき、相応した安価な経費で製造できる。また保持部分に同形の複数の燃料棒あるいはそれどころか短尺燃料棒全部が固定できる。燃料集合体脚部ないしフィルタ板への保持部分の取付けは、同様に簡単に、例えば少数箇所における溶接によって行える。

保持部分がその上に長尺燃料棒をも、軸方向固定して又は軸方向固定なしに、支持できるように形成されていることにより、一層の単純化が図れる。即ち、保持要素が複数の短尺燃料棒および長尺燃料棒に同時に割り当てられる。例えば保持要素は燃料棒列全体にわたって延ばすことができ、それが保持要素の構造に特別な要件を課す必要はない。特に燃料集合体の固定ないし全燃料棒の固定のために、唯一の保持要素を用いることができる。

また保持部分は、長尺燃料棒の少なくとも一部が保持部分に少なくとも半径方向に固定されるように形成することもできる。このようにして、燃料集合体脚部の範囲において、長尺燃料棒の横方向保持が行われ、これにより、最下位スペーサが、即ち、燃料集合体脚部に隣接して位置するスペーサがを要とすることができる。この意味では、短尺燃料棒の少なくとも一部が保持部分に半径方向に固定されていることも有利である。

燃料棒の保持部分への固定は、軸方向嵌め込み様式のスナップ継手によって行われるのが好ましい。これにより、燃料集合体脚部への燃料棒の組立が単純化される。燃料棒は保持部分における相応して形成された保持要素に軸方向に挿入されるだけで済み、固定のために別の処置は不要である。

かかる固定様式の実施態様において、燃料棒の下端が半径方向くびれ部を有し、このくびれ部が保持部分に配置された係止要素によって軸方向に有効に掛け止めされている。その係止要素は、それらの平面を互いに向かい合わせて保持部分に一体成形した２個一対の舌片から形成され、各舌片が前記くびれ部に弾力的にきっちりはまり込む予め湾曲された部位を有している。対向して位置する一対の舌片は燃料棒を横方向にも固定し、こうして、横方向固定ないし半径方向固定が可能となる。場合によってはほぼ舌片に沿って延びる方向に横変位が生ずることがあるかもしれない。しかしこれは、１つの実施態様において、燃料棒の下端における直径線的に対向する両側箇所にそれぞれ横に突出する突起が存在し、その各突起が舌片の切欠き開口にきっちりはまり込むことによって防止される。

燃料集合体脚部を通って流れる冷却水に対してフィルタ板によりもともと狭められた流れ断面積をそれ以上制限しないようにするために、保持部分はフィルタ板上に、フィルタ開口が実質的に開いているように配置されている。これは、互いに平行に延びる複数の帯板を有するフィルタ板の場合、保持部分が平棒材として形成され、その平棒材がフィルタ板帯板の格子寸法内に互いに平行に配置されている、ことにより保証される。その場合、個々の、即ち、互いに結合されていない平棒材を利用することも考えられる。このような場合、個々の平棒材は格子板に固定され特に溶接される。

他の実施態様において、平棒材は単体格子板の構成要素であり、平棒材の両端が平棒材に対して直角に延びる両側の接続帯板にそれぞれ一体成形されている。かかる格子板は安価な組立費で燃料集合体脚部に固定できる。特に単純な固定は、格子板がウォータチャネルで貫通される開口を有し、この開口の開口縁がウォータチャネルに軸方向に有効に掛け止めされている、ことによって保証される。特に最下位スペーサを省くときに必要である保持部分の回り止め固定は、例えば格子板が燃料集合体脚部に溶接されることによって行われることが可能である。しかし、格子板がウォータチャネルに回り止め固定されるのが好適であり、これは、ウォータチャネルと開口ないし開口縁との間の有効な回り止めかみ合い結合によって実現される。

以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は沸騰水形原子炉の燃料集合体を示し、この燃料集合体は主な構成要素として、燃料集合体頭部１と、燃料集合体脚部２と、燃料集合体の頭部１と脚部２との間に配置された多数の燃料棒３と、その燃料棒束の内部に配置されたウォータチャネル４と、燃料棒３を横に保持するための軸方向に互いに間隔を隔てて配置された複数のスペーサ５とを有している。

図２〜図６に、燃料集合体脚部２に部分長（短い）燃料棒３ａを固定するための実施形態が示されている。そのために図２に示された格子板６が用いられる。この格子板６は、互いに平行に延び保持部分を形成する複数の平棒材７と、これらの平棒材７の両端側をそれに対して直角に延びる接続帯板８とで構成され、平棒材７の両端は接続帯板８に一体化されている。平棒材７は相互に接続帯板８の長手方向において等間隔を隔てて配置されている。格子板６は組立状態において、燃料集合体脚部を閉鎖するフィルタ板９の上側面上に置かれている。フィルタ板９は鋼板や他の適当な材料から成る互いに平行に延びる多数の羽板（ルーバー）１０を有している。これらの羽板１０はその上側面および下側面に配置され且つその長手方向に対して直角に延びる帯板１２で互いに結合されている（特に図３と図７参照）。

格子板６の平棒材７はフィルタ板９の帯板１２の格子寸法内に配置されている。従って、組立状態において平棒材７はフィルタ板９に存在するフィルタ開口１３の中に突出せず、帯板１２の上側部を延びている。平棒材７と接続帯板８は一平面内にあるので、組立状態において格子板６はフィルタ板９上に平面的に載っている。従って、正常長（長い）燃料棒３並びに部分長（短い）燃料棒３ａは帯板１２に当接されず、平棒材７に当接されている。即ち、各平棒材７は燃料棒列１４の方向に延びている。短尺燃料棒（短い燃料棒）３ａを含む燃料棒列１４ａに割り当てられた平棒材７ａは保持部分を形成し、短尺燃料棒３ａに相当した数の係止要素１５を有している。係止要素１５は平棒材７ａの両側に対向して一体形成された２個一対の舌片１６で形成されている。格子板６は例えば厚さ１ｍｍの鋼板から打ち抜き加工されている。その打ち抜き加工後において舌片１６は格子板６の平面内に在る。舌片１６はこの状態から、ほぼ燃料棒３ａの長手方向ないし軸方向に延びる図２に示された位置に折り曲げられる。しかしその前にエンボス（刻印）加工が行われ、このエンボス加工により、舌片１６の縦中央部位に、平棒材７ａの長手方向に延びる突条部１７が形成される。

特に図５から明らかなように、突条部１７はプラグ１９で形成された燃料棒３の下端における環状くびれ部１８にきっちりかみ合う。その場合、くびれ部１８の上側にテーパ部２１が続いている。プラグ１９はくびれ部１８の下側に半径方向に広がった環状膨出部２０を有している。その下側にテーパ部２２が続き、その先端２３は丸められている。突条部１７の上側に続く舌片１６の終端部２４は、燃料棒３ａの中心軸線２５に対して傾斜して延び、上向きに開いた鋭角を成している（図５参照）。その傾斜ないし角度αは、テーパ部２１の円錐角にほぼ相当している。舌片１６の側縁２６は傾斜して延び、下向きに開いた角度βを成している（図６参照）。舌片１６の上縁２７は平棒材７ａの長手方向に対してほぼ平行に延びている。図５と図６から明らかなように、長尺燃料棒の下端も、短尺燃料棒３ａの下端と同様に形成されている。しかし長尺燃料棒３の下端は異なった形に形成することもできる。

燃料棒３ａの組立時、この燃料棒３ａはそのプラグ１９で係止要素１５にはめ込まれる。その相対して傾斜して延びる終端部２４は挿入漏斗（ホッパー）を形成している。テーパ部２２とそれに続く環状膨出部２０は舌片１６を互いに押し離す。プラグ１９が完全に保持要素１５の中にはめ込まれたとき、突条部１７がくびれ部１８にきっちりはまり込み、燃料棒３ａを軸方向に固定する。

図２から理解できるように、格子板６の偏心箇所に開口２８が存在し、その開口縁は帯板２９で形成されている。この帯板２９は、八角形開口２８が形成されるように成形され、２個の平棒材７ａ′に結合されている。その両平棒材７ａ′間において開口２８の両側に、開口部の外側の平棒材１１と同一幅であるそれぞれ短い平棒材１１が延びている。これらの短い平棒材１１の互いに向かい合う端部はそれぞれ帯板２９に一体形成されている。組立状態において開口２８はウォータチャネル４の縦方向部分（図示せず）によって貫通され、その縦方向部分は開口形状に対して補完的に形成された輪郭を有している。このようにして、格子板６はウォータチャネル４に回り止めして固定されている。格子板６の軸方向における固定は、開口２８を貫通して延びるウォータチャネル４の縦方向部分（図示せず）が格子板６に軸方向に有効に掛け止められることによって行われる。これはウォータチャネルにおけるラジアルフランジ（図示せず）によって達成され、このラジアルフランジは帯板２９およびこれに結合された平棒材７ａ′の部分から半径方向に張り出している。

図７に、同様に平棒材７ｂとして形成された複数の保持部分を有する他の実施形態が示されている。平棒材７ｂはフィルタ板９の帯板１２上に配置され、その両端部位がフィルタ板９ないし燃料集合体脚部２に溶接されている。ウォータチャネル４の固定に使われる切欠き開口３２の範囲において、そこに存在する両側の部分部材１２ａ、１２ｂから成る帯板１２ないし燃料棒列１４に、両側の短い平棒材７ｂ′が割り当てられ、その短い両平棒材７ｂ′の互いに向かい合う端部の間に、少なくとも切欠き開口３２の内のり寸法と同じ間隔が存在している。上述した実施例と異なって、各平棒材７ｂは、燃料棒列１４に存在する燃料棒３、３ａと同数の係止要素１５ａを有している。係止要素１５ａは、これが燃料棒３、３ａを平棒材７ｂの長手方向に延びる方向においても固定するように形成されている。そのために平棒材７ｂはその突条部１７の部位にほぼ円形の切欠き開口３３を有している。係止要素１５ａの舌片１６の切欠き開口３３に環状膨出部２０がきっちりはまり込み、この環状膨出部２０の表面は例えば球面の一部としても形成できる。また、舌片１６が環状膨出部２０を収容する湾曲部（図示せず）を有することも考えられる。そのようして、全燃料棒３、３ａは燃料集合体脚部２に任意の半径方向に固定される。これによって、燃料棒３、３ａは燃料棒束の下部範囲において最下位スペーサ５ａ（図１参照）が要らなくなるように横に固定される。また、図２の格子板６に燃料集合体の燃料棒３、３ａの数に応じた数の係止要素１５および／又は１５ａが装備されることも考えられる。

フィルタ板９への平棒材７ｂの組立を容易にするために、平棒材７ｂはフィルタ板９の輪郭面に相当する外側輪郭を有するフレーム３５に一体形成されている。短い平棒材７ｂ′はその内側端がプレート３６に一体形成されている。平棒材７ｂ、７ｂ′とフレーム３５から成る形状物は、図２の実施例と同様に例えば鋼板から厚さ１ｍｍの羽板が打ち抜き加工されることができ、ここでも舌片１６は本来の鋼板ブランクの平面から図１１に示された位置に折り曲げられている。このようにして生ずる補助構造物はフィルタ板９上に置かれ、個々の平棒材７ｂ、７ｂ′が適切な箇所で、例えばそれらの端部でフィルタ板９あるいは燃料集合体脚部２に溶接される。続いてプレート３６およびフレーム３５が切り離される。

沸騰水形原子炉の燃料集合体の全体斜視図。 専ら短尺燃料棒を固定するために用いる格子要素を備えた複数の保持部分で形成された格子板の斜視図。 フィルタ板とこのフィルタ板上に置かれた格子板とを備えた燃料集合体脚部の上部の斜視図。 長尺燃料棒と短尺燃料棒が載置された図３の燃料集合体脚部の斜視図。 図４の部分拡大側面図。 図５を９０°ずれた方向から見た側面図。 全燃料棒を軸方向および半径方向に固定するための複数の平棒材状保持部分を備えた燃料集合体脚部の上部の斜視図。 長尺燃料棒と短尺燃料棒が載置された図７の燃料集合体脚部の斜視図。 図８の部分拡大側面図。 図１０を９０°ずれた方向から見た側面図。 平棒材状保持部分が固定されている組立フレームの斜視図。 格子板が組立フレームと共に載置された燃料集合体脚部の上部の斜視図。

符号の説明

１ 燃料集合体頭部
２ 燃料集合体脚部
３ 燃料棒
４ ウォータチャネル
５ スペーサ
６ 格子板
７ 平棒材
８ 接続帯板
９ フィルタ板
１０ 羽板（ルーバー）
１１ 短い平棒材
１２ 帯板
１３ フィルタ開口
１４ 燃料棒列
１５ 係止要素
１６ 舌片
１７ 突条部
１８ くびれ部
１９ プラグ
２０ 環状膨出部
２１ テーパ部
２２ テーパ部
２３ 先端
２４ 終端部
２５ 中心長手軸線
２６ 側縁
２７ 上縁
２８ 開口
２９ 帯板
３２ 切欠き開口
３３ 切欠き開口
３５ フレーム
３６ プレート

Claims (14)

1. 上側がフィルタ板（９）で閉鎖された燃料集合体脚部（２）と、燃料集合体頭部（１）と、複数の長尺燃料棒（３）と燃料集合体脚部から出発して延びる複数の短尺燃料棒（３ａ）から成り燃料集合体の脚部（２）と頭部（１）との間に配置された燃料棒束と、燃料棒束の内部に配置されたウォータチャネル（４）とを有する沸騰水形原子炉の燃料集合体において、
   複数の短尺燃料棒（３ａ）が、燃料集合体脚部（２）の上側面に結合された別個の保持部分に、軸方向に固定されていることを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
2. 保持部分が長尺燃料棒（３）をもその上に支持するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
3. 少なくとも一部の長尺燃料棒（３）が、保持部分に少なくとも半径方向に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料集合体。
4. 少なくとも一部の短尺燃料棒が、保持部分に少なくとも半径方向に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料集合体。
5. 燃料棒（３、３ａ）が軸方向嵌め込み様式のスナップ継手によって保持部分に固定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料集合体。
6. 燃料棒（３、３ａ）の下端が半径方向くびれ部（１８）を有し、該くびれ部（１８）が保持部分に配置された係止要素（１５、１５ａ）によって軸方向に有効に掛け止めされていることを特徴とする請求項５に記載の燃料集合体。
7. 係止要素（１５、１５ａ）がそれらの平面を互いに向かい合わせて保持部分に一体成形した２個一対の舌片（１６）から形成され、各舌片（１６）がそれぞれ予め湾曲された部位でくびれ部（１８）に弾力的にきっちりはまり込むことを特徴とする請求項６に記載の燃料集合体。
8. 燃料棒（３、３ａ）の下端における直径線的に対向する両側箇所にそれぞれ横に突出する突起が存在し、各突起が舌片（１６）の切欠き開口（３３）にきっちりはまり込むことを特徴とする請求項７に記載の燃料集合体。
9. 保持部分がフィルタ板（９）上に、フィルタ開口（１３）が実質的に開いているように配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料集合体。
10. フィルタ板（９）が互いに平行に延びる複数の帯板（１２）を有し、保持部分が平棒材（７ａ、７ｂ）として形成され、該平棒材（７ａ、７ｂ）がフィルタ板帯板（１２）の格子寸法内に互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料集合体。
11. 平棒材（７ａ、７ｂ）が格子板（６）の構成要素であり、平棒材（７ａ、７ｂ）の両端が平棒材（７ａ、７ｂ）に対して直角に延びる両側の接続帯板（８）にそれぞれ一体成形されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料集合体。
12. 格子板（６）がウォータチャネル（４）で貫通される開口（２８）を有し、該開口（２８）の開口縁がウォータチャネル（４）に軸方向に有効に掛け止めされていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料集合体。
13. 格子板（６）がウォータチャネル（４）に回り止め固定されていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料集合体。
14. ウォータチャネル（４）が開口（２８）を有効に回り止めかみ合い結合して貫通していることを特徴とする請求項１３に記載の燃料集合体。

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