JP2012117923A - 燃料集合体の下部タイプレート - Google Patents

Abstract

【課題】異物フィルタが設置された燃料集合体の下部タイプレートにおいて、必要な機械的強度を確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減できる下部タイプレートを提供する。
【解決手段】正方格子状に配列された多数の燃料棒用ボス部１３と中央に配置されたウォータロッド用ボス部１４をウエブ１５により連結した燃料集合体１の下部タイプレート１１において、最外周部の燃料棒用ボス部１３を除いた燃料棒用ボス１３がそれぞれ２つのウェブで連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料集合体の下部タイプレートに関し、特に、下部タイプレートの上流側に異物フィルタが装着されたＢＷＲ燃料集合体の下部タイプレートに関する。

原子炉内には運転の経過とともに異物が生じたり、修理時や建設時に異物が混入する可能性がある。そのような異物が燃料集合体内に流入すると燃料棒被覆管を損傷し燃料棒内の気体状および固体状の核分裂生成物が原子炉冷却材へ放出される可能性が指摘されている。

そのため、図３に示すように、異物が燃料集合体内１に流入するのを防止するために燃料集合体１の下部タイプレート１１の上流側に異物フィルタ１０を装着するものが知られている（特許文献１）。この異物フィルタ１０は２つのフィルタ１０ａ、１０ｂからなり、下部タイプレート１１に着脱可能に装着されている。また、下部タイプレート１１は各燃料棒１８を挿通支持する複数のボス部１３を備えた燃料支持部１２を有し、ボス部１３の周囲をを冷却材が流れる構造となっいる。

また、従来の下部タイプレート１１の燃料支持部１２としてボス部１３、１４をウエブ１５で連結したものを図４に示す（特許文献２）。この燃料支持部１２は正方格子状に配列された中央のウオーターロッド用ボス１４と多数の燃料棒用ボス１３がウエブ１５によって連結された構造となっている。特に、外周部以外に配置されたボス１３、１４はそれぞれ４つのウエブによって他のボス１３、１４と連結する構造となっている。

特開２００６−１８９４３４号公報 特開昭６２−１１０１８８号公報

燃料集合体の下部タイプレートに装着した異物フィルタは、その構造上、燃料集合体内を流れる冷却材の圧力損失を増加させる。一方、この圧力損失の増加を抑制するため、下部タイプレートの材料肉厚等を減少させることは下部タイプレートの機械強度の低下を引き起こす。このように、圧力損失と機械的強度はトレードオフの関係にあり、異物フィルタによる圧力損失の増加を下部タイプレートの肉厚低減によって抑制することは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、異物フィルタが設置された燃料集合体の下部タイプレートにおいて、必要な機械的強度を確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減できる下部タイプレートを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料集合体の下部タイプレートは、正方格子状に配列された多数の燃料棒用ボス部と中央に配置されたウォータロッド用ボス部をウエブにより連結した燃料集合体の下部タイプレートにおいて、最外周部の燃料棒用ボス部を除いた燃料棒用ボスがそれぞれ２つのウェブで連結されることを特徴とする。

本発明によれば、下部タイプレートに必要な機械的強度を確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減することができる。

第１の実施形態に係る下部タイプレート燃料支持部のウエブ構造図。 第２の実施形態に係る下部タイプレート燃料支持部のウエブ構造図。 従来の異物フィルタを装着した下部タイプレートの構成図。 従来の下部タイプレート燃料支持部のウエブ構造図。

本発明の燃料集合体の下部タイプレートに係る実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る下部タイプレートを図１により説明する。
本第１の実施形態に係る下部タイプレート１１の正方格子状の燃料支持部１２は、最外周部の燃料棒用のボス１３と中央のウオーターロッド用のボス１４を除いて、各燃料棒用のボス１３をそれぞれ２つのウエブ１５で連結したことを特徴としている。

第４図の従来のウエブ構造と比較すると、本第１の実施形態のウェブ１５の数は従来の８４個から５２個に減少し、約４割削減することができる。これにより流路面積を約３％増加できるとともに、冷却材とウエブが流れ方向に接触する総接触面積を９％削減でき、これにより圧力損失を大幅に低減させることができる。

一方、燃料棒およびウォータロッドの質量を支えるための強度解析を実施したところ、本第１の実施形態に係るウエブ構造のフォンミセス応力（Von Mises stress；相当応力）の最大値は図４のウエブ構造と比較して１６％増加するが、要求値である降伏応力に対し約３０％の余裕があり、強度的には本実施形態のウエブ構造が実際の下部タイプレートに適用可能であることが分かった。
ウェブ数を約４割も削減したにもかかわらずフォンミセス応力（相当応力）の最大値が従来例に比較して１６％しか増加しなかった理由は以下のとおりと考えられる。

第４図の従来のウエブ構造では、外周部を除いた燃料棒用ボスがそれぞれ４つのウェブ１５で連結されており、これにより３２箇所の燃料棒棒用ボス１３および１箇所のウォータロッド用ボス１４が１つに連結された状態で２４箇所の最外周ウェブを介して燃料支持部１２の側面と連結されている。このように、燃料棒３２本およびウォータロッド１本の全質量を２４箇所の最外周ウェブで支える構造となるが、２４箇所の最外周ウェブは荷重を均等に支えておらず、局部的に大きな荷重がかかる部分があるため、当該部に局部的に大きな応力が発生する可能性がある。

これに対して、本第１の実施形態のウエブ構造では、２４箇所の最外周ウエブは全質量を支えておらず、図１のＡ、Ｂ、Ｃに示すように３つのグループに分かれて燃料棒及びウオーターロッドを支えている。これにより各グループにおいてボス部とウエブとの連結が柔軟でしなやかな結合が可能となり、また、従来のウエブ構造のように局部的に大きな応力が発生することはない。さらに、ウォータロッド用ボス部１４にウエブ１５により連結される複数の燃料用ボス部からなるグループＣは、発生応力が最も大きくなる可能性があるが、中央部のウオーターロッド用ボス１４に４箇所でウエブ連結することにより、発生応力はそれほど大きくならない。

このように、外周部を除いた燃料棒用ボス１３をそれぞれ２つのウェブ１５で連結することにより、下部タイプレート１１の必要な機械的強度を確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減することができる。

以上説明したように、本第１の実施形態によれば、下部タイプレートの燃料支持部のウエブ構造を上記のように構成したことにより、下部タイプレートに必要な機械的強度を確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る下部タイプレートを図２により説明する。
本第２の実施形態では、ウォータロッド用ボス部１４に直接又は間接的に連結される複数の燃料用ボス部１３（グループＣ）において、ウォータロッド用ボス部１４に直接連結されるウエブ１５を除いたウエブ１５ａの肉厚を、他のウエブ１５よりも厚くしたことを特徴とする。

上記第１の実施形態で説明したように、グループＣのウエブ１５ａは発生応力が大きくなる可能性があるが、本第２の実施形態のようにウエブ１５ａを厚くしたことにより、フォンミセス応力（相当応力）を大幅に減少させることができる。
なお、流路面積は図４の従来のウエブ構造と比較して約２％増加し、また、冷却材とウエブが流れ方向に接触する総接触面積を９％削減することができる。

本第２の実施形態によれば、下部タイプレートの燃料支持部のウエブ構造を上記のように構成したことにより、下部タイプレートに必要な機械的強度を十分に確保しつつ、異物フィルタによる圧力損失を効果的に低減することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…燃料集合体、１０…異物フィルタ、１１…下部タイプレート、１２…燃料支持部、１３…燃料棒用ボス部、１４…ウォータロッド用ボス部、１５，１５ａ…ウエブ、１８…燃料棒。

Claims (2)

1. 正方格子状に配列された多数の燃料棒用ボス部と中央に配置されたウォータロッド用ボス部をウエブにより連結した燃料集合体の下部タイプレートにおいて、
   最外周部の燃料棒用ボス部を除いた燃料棒用ボスがそれぞれ２つのウェブで連結されることを特徴とする燃料集合体の下部タイプレート。
2. 前記ウォータロッド用ボス部に直接又は間接的に連結される複数の燃料用ボス部において、最外周部の燃料棒用ボス部とウォータロッド用ボス部に直接連結されるウエブを除いたウエブの肉厚を、他のウエブよりも厚くしたことを特徴とする請求項１記載の燃料集合体の下部タイプレート。

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