JP2014224796A - 原子炉の燃料集合体用グリッド - Google Patents

Abstract

【課題】従来の正方格子状の燃料集合体用グリッドと、支持する燃料棒や制御棒案内管の本数や位置を同じにして互換性を保ち、地震などによって複数の燃料集合体同士がグリッドで衝突した場合でも、支持板に座屈が発生せず、セルの変形を招くことがない耐震性能に優れた燃料集合体用グリッドを提供する。【解決手段】正方形状に配列された複数の燃料棒の各々を支持する支持板を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、支持板により、上下を逆にして縦横に交互に連続するように二等辺三角形状のセルが形成されており、二等辺三角形状が、燃料棒の配列ピッチの２倍の長さの底辺と、燃料棒の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状に形成されている原子炉の燃料集合体用グリッド。【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉炉心に装填される燃料集合体において燃料棒を支持するために使用される原子炉の燃料集合体用グリッドに関する。

原子炉に使用される燃料集合体は、複数の燃料集合体用グリッド（燃料集合体用支持格子）により、燃料棒を支持して束ねている（例えば、特許文献１）。

この燃料集合体用グリッドは、断面形状が正方形の燃料集合体に合わせて、一般的に、図６に示すように、薄い金属板からなる複数の支持板３０を直交させて格子状に形成されている。

そして、支持板３０により形成された正方形状の空間（セル）３２のそれぞれに、円柱形状の複数の燃料棒３４の各々が垂直に挿入されて支持されることにより、複数の燃料棒３４が正方格子状に配置されて燃料集合体が構成される。なお、必要に応じて一部燃料棒に替えて制御棒案内管が使用されることもある。

なお、この支持板３０は、図７に示すように、下側にスリット３１ａが形成されている平板形状の複数の第１支持板３０ａと、上側にスリット３１ｂが形成されている平板形状の複数の第２支持板３０ｂとで構成されている。このスリット３１ａとスリット３１ｂが噛み合わされて、第１支持板３０ａと第２支持板３０ｂとが直交するように組み合わされることにより燃料集合体用グリッドが形成される。なお、第１支持板３０ａと第２支持板３０ｂの接合部分は溶接などで固定されている。

そして、このように構成された複数の燃料集合体が原子炉炉心に装填される。

特開２００３−７５５７４号公報

しかしながら、このように原子炉炉心に装填された複数の燃料集合体は、地震発生時、横方向に揺れるため、その揺れの程度によっては、燃料集合体同士が燃料集合体用グリッド部分で衝突してしまうことがある。

このような衝突が発生して、グリッドがその衝突による衝撃を受けると、図８に示すように支持板３０が座屈して、セル３２の形状が正方形から菱形に変形し、燃料集合体の変形を招くと共に、支持している燃料棒を損傷する恐れ並びに制御棒案内管の位置がずれたり変形したりして制御棒が挿入しにくくなる恐れがある。

このため、地震などによって複数の燃料集合体同士が衝突した場合でも、支持板に座屈が発生せず、セルの変形を招くことがない燃料集合体用グリッドを備えた燃料集合体が強く求められていた。

そして、このような要求は、既存の燃料集合体に対しても同様に強くあったが、原子炉内への燃料集合体の形状並びに燃料棒や制御棒案内管の配置は変更できないため、燃料集合体の形状や配置の変化を招かないようにする必要があった。

そこで、本発明は、従来の正方格子状の燃料集合体用グリッドと、支持する燃料棒や制御棒案内管の本数や位置を同じにして互換性を保ち、地震などによって複数の燃料集合体同士がグリッドで衝突した場合でも、支持板に座屈が発生せず、セルの変形を招くことがない耐震性能に優れた燃料集合体用グリッドを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、
正方形状に配列された複数の燃料棒の各々を支持する支持板を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、
前記支持板により、上下を逆にして縦横に交互に連続するように二等辺三角形状のセルが形成されており、
前記二等辺三角形状が、前記燃料棒の配列ピッチの２倍の長さの底辺と、前記燃料棒の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状に形成されている
ことを特徴とする原子炉の燃料集合体用グリッドである。

請求項２に記載の発明は、
前記支持板が、平板形状の複数の第１支持板と、山折りおよび谷折りが繰り返された形状の複数の第２支持板とで構成され、前記第１支持板と前記第２支持板とが組み合わされて接合されることによって、上下を逆にして縦横に交互に連続するように二等辺三角形状の前記セルが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の燃料集合体用グリッドである。

請求項３に記載の発明は、
正方形状に配列された複数の燃料棒の各々を支持する支持板を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、
前記支持板により、上下を逆にして縦横に交互に連続するように等脚台形状のセルが形成されており、
前記等脚台形状が、上底と下底の長さの和が前記燃料棒の配列ピッチの２倍の長さで、高さが前記燃料棒の配列ピッチと等しい等脚台形状に形成されている
ことを特徴とする原子炉の燃料集合体用グリッドである。

請求項４に記載の発明は、
前記支持板が、平板形状の複数の第１支持板と、等脚台形状に山折りおよび谷折りが繰り返された形状の複数の第２支持板とで構成され、前記第１支持板と前記第２支持板とが組み合わされて接合されることによって、上下を逆にして縦横に交互に連続するように等脚台形状の前記セルが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の原子炉の燃料集合体用グリッドである。

本発明者は、上記課題の解決に当って、支持板の耐震性能を向上させてセルの変形を防止するためには、従来、四角形状に形成されていたセルを三角形状もしくは台形状に変更すればよいと考えた。即ち、四角形状は負荷が加わると容易に菱形に変形するが、三角形状や台形状でセルを構成させることにより、負荷に対しても容易に変形せず、横方向への負荷に対して充分耐えることができるため、グリッドの耐震性能が向上して、支持板の座屈やセルの変形が生じることが抑制される。

そして、上記の三角形状を二等辺三角形状としたり、台形状を等脚台形状とした場合、上下を逆にして縦横に交互に連続して配置することができ、各セルに対して掛かる力が均等になると共に、隣り合った２つのセルの重なり合う２つの辺で衝撃を支えることができるため、より耐震性能が向上する。

このように、グリッドの耐震性能が向上して、支持板の座屈やセルの変形が生じることが抑制されることにより、地震などによって複数の燃料集合体同士がグリッドで衝突した場合でも、支持板の座屈やセルの変形が生じることが抑制されるため、燃料集合体の耐震性能が従来に比べて大幅に向上する。

本発明者は、さらに、このようなセルの二等辺三角形状や等脚台形状を、正方形状に複数の燃料棒が配列された既存の燃料集合体において、燃料棒の配列を変更することなく設けることができれば、従来の燃料集合体と互換性よく使用することができると考え、検討を行った。

その結果、二等辺三角形状のセルの場合には燃料棒の配列ピッチの２倍の長さの底辺と燃料棒の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状であればよく、また、等脚台形状のセルの場合には上底と下底の長さの和が前記燃料棒の配列ピッチの２倍の長さで高さが前記燃料棒の配列ピッチと等しい長さを有する等脚台形状であればよいことが分かり、本発明を完成するに至った。

本発明によれば、従来の正方格子状の燃料集合体用グリッドと、支持する燃料棒や制御棒案内管の本数や位置を同じにして互換性を保ち、地震などによって複数の燃料集合体同士がグリッドで衝突した場合でも、支持板に座屈が発生せず、セルの変形を招くことがない耐震性能に優れた燃料集合体用グリッドを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図である。 図１に示した燃料集合体用グリッドの組み立て図である。 本発明の第２の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図である。 図３に示した燃料集合体用グリッドの組み立て図である。 本発明の第３の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図である。 従来の燃料集合体用グリッドを説明する図である。 従来の燃料集合体用グリッドの組み立て図である。 従来の燃料集合体用グリッドにおいて、衝撃による座屈の発生を説明する図である。

以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。

１．第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図であり、燃料集合体の枠体内に設けられている。なお、図１において、２は燃料集合体用グリッド１に形成されたセルであり、４はセル２において支持板８により支持された燃料棒である。また、図２は、図１に示した燃料集合体用グリッド１の組み立て図である。

図１に示すように、この燃料集合体用グリッド１は、複数の第１支持板８ａと複数の第２支持板８ｂとで構成された支持板８を備えている。

複数の第１支持板８ａは、平板形状の薄い金属板から成り、燃料集合体用グリッド１の横方向に配置されている。

複数の第２支持板８ｂは、各第１支持板８ａに±４５度の角度となるように直角に山折りおよび谷折りが繰り返された形状の薄い金属板から成り、燃料集合体用グリッド１の横方向に配置されている。

第１支持板８ａと第２支持板８ｂとは、図２に示すように第１支持板８ａを間にして第２支持板８ｂが対向するように組み合わされて、接合部分が溶接などで固定されている。これによって、図１に示すように二等辺三角形状のセル２が上下を逆にして縦横に交互に連続して配置された燃料集合体グリッド１が形成される。

このセル２の二等辺三角形状は、正方格子状に配列された燃料棒４の配列ピッチの２倍の長さの底辺と、燃料棒４の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状に形成されている。

このように、二等辺三角形状に形成されたセル２が、上下を逆にして縦横に交互に連続して配置されているため、燃料集合体の枠体近傍に形成されたセル２を除いて、殆どのセル２に対して掛かる力が均等になると共に、隣り合った２つのセル２の重なり合う辺で衝撃を支えることができる。

この結果、地震などによって複数の燃料集合体においてグリッド同士が衝突した場合でも、支持板８の座屈やセル２の変形が生じることが抑制されて、衝突により発生する支持板８の座屈やセル２の変形に対する抵抗性が向上するため、燃料集合体の耐震性能が従来に比べて大幅に向上する。

そして、セル２における二等辺三角形状を上記のような形状とすることにより、図１に示すように、従来の正方格子状に配列された複数の燃料棒４の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッド１を形成することができる。

即ち、図１に点線で示す支持板３０と横方向の支持板（第１支持板８ａと重なっている）とで形成された従来の燃料集合体用グリッドのセル３２（図６参照）に配置された燃料棒４の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッド１を形成することができる。

このため、第１の実施の形態による燃料集合体用グリッド１は、従来の燃料集合体と互換性よく使用することができ、従来の燃料集合体における燃料集合体用グリッドと置き換えることにより、従来の燃料集合体と燃料棒の配列を同じに保ちながら、耐震性能を大きく向上させることができる。

２．第２の実施の形態
図３は、第２の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図であり、燃料集合体の枠体内に設けられている。なお、図３において、１２は燃料集合体用グリッド１０に形成されたセルであり、４はセル１２において支持板１８により支持された燃料棒である。また、図４は、図３に示した燃料集合体用グリッド１０の組み立て図である。

図３に示すように、この燃料集合体用グリッド１０は、複数の第１支持板１８ａと複数の第２支持板１８ｂとで構成された支持板１８を備えている。

複数の第１支持板１８ａは、平板形状の薄い金属板から成り、燃料集合体用グリッド１０の横方向に配置されている。

複数の第２支持板１８ｂは、等脚台形状に山折り、谷折りが繰り返された薄い金属板から成り、燃料集合体用グリッド１０の横方向に配置されている。

第１支持板１８ａと第２支持板１８ｂとは、図４に示すように第１支持板１８ａを間にして第２支持板１８ｂが対向するように組み合わされて、接合部分が溶接などで固定されている。これによって、図３に示すように等脚台形状のセル１２が上下を逆にして縦横に交互に連続して配置された燃料集合体用グリッド１０が形成される。

このセル１２の等脚台形状は、上底と下底の長さの和が正方格子状に配列された燃料棒４の配列ピッチの２倍の長さで、高さが燃料棒４の配列ピッチと等しい等脚台形状に形成されている。

このように、等脚台形状に形成されたセル１２が、上下を逆にして縦横に交互に連続して配置されているため、燃料集合体の枠体近傍に形成されたセル１２を除いて、殆どのセル１２に対して掛かる力が均等になると共に、隣り合った２つのセル１２の重なり合う辺で衝撃を支えることができる。

この結果、地震などによって複数の燃料集合体においてグリッド同士が衝突した場合でも、支持板１８の座屈やセル１２の変形が生じることが抑制されて、衝突により発生する支持板１８の座屈やセル１２の変形に対する抵抗性が向上するため、燃料集合体の耐震性能が従来に比べて大幅に向上する。

そして、セル１２における等脚台形状を上記のような形状とすることにより、図３に示すように、従来の正方格子状に配列された複数の燃料棒４の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッド１０を形成することができる。

即ち、図３に点線で示す支持板３０と横方向の支持板（第１支持板１８ａと重なっている）とで形成された従来の燃料集合体用グリッドのセル３２（図６参照）に配置された燃料棒４の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッド１０を形成することができる。

このため、第２の実施の形態による燃料集合体用グリッド１０は、従来の燃料集合体と互換性よく使用することができ、従来の燃料集合体における燃料集合体用グリッドと置き換えることにより、従来の燃料集合体と燃料棒の配列を同じに保ちながら、耐震性能を大きく向上させることができる。

３．第３の実施の形態
図５は、第３の実施の形態に係る原子炉の燃料集合体用グリッドを説明する図であり、燃料集合体の枠体内に設けられている。なお、図５において、２２は燃料集合体用グリッド２０に形成されたセルであり、４はセル２２において支持板により支持された燃料棒である。

図５に示すように、この燃料集合体用グリッド２０は、横方向に配置された薄い金属板の支持板２８ａ〜２８ｆと、それぞれ±４５度の角度に配置された支持板２４ａ〜２４ｅおよび２６ａ〜２６ｅを組み合わせることにより、二等辺三角形状のセル２２を形成して、セル２２は上下を逆にして縦横に交互に連続して配置されている。

そして、このセル２２の二等辺三角形状は、正方格子状に配列された燃料棒４の配列ピッチの２倍の長さの底辺と、燃料棒４の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状に形成されている。

このように、二等辺三角形状に形成されたセル２２が、上下を逆にして縦横に交互に連続して配置されているため、燃料集合体の枠体近傍に形成されたセルを除いて、殆どのセルに対して掛かる力が均等になると共に、隣り合った２つのセルの重なり合う２つの辺で衝撃を支えることができる。

この結果、地震などによって複数の燃料集合体においてグリッド同士が衝突した場合でも、支持板の座屈やセルの変形が生じることが抑制されて、衝突により発生する支持板の座屈やセルの変形に対する抵抗性が向上するため、燃料集合体の耐震性能が従来に比べて大幅に向上する。

そして、セル２２における二等辺三角形状を上記のような形状とすることにより、図５に示すように、従来の正方格子状に配列された複数の燃料棒の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッドを形成することができる。

即ち、図５に点線で示す従来の燃料集合体用グリッドにおける縦方向の支持板と、横方向の支持板（支持板２８ａ〜２８ｆと重なっている）とで形成された従来の燃料集合体用グリッドのセルに配置された燃料棒の配列を変更することなく、燃料集合体用グリッドを形成することができる。

このため、第３の実施の形態によるグリッドは、従来の燃料集合体と互換性よく使用することができ、従来の燃料集合体における燃料集合体用グリッドと置き換えることにより、従来の燃料集合体と燃料棒の配列を同じに保ちながら、耐震性能を大きく向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。

１、１０、２０ 燃料集合体用グリッド
２、１２、２２、３２ セル
４、３４ 燃料棒
８、１８ 支持板
８ａ、１８ａ 第１支持板
８ｂ、１８ｂ 第２支持板
２４ａ〜２４ｅ、２６ａ〜２６ｅ （斜め方向の）支持板
２８ａ〜２８ｆ （横方向の）支持板
３０ （従来の燃料集合体用グリッドにおける）支持板
３０ａ （従来の燃料集合体用グリッドにおける）第１支持板
３０ｂ （従来の燃料集合体用グリッドにおける）第２支持板

Claims (4)

1. 正方形状に配列された複数の燃料棒の各々を支持する支持板を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、
   前記支持板により、上下を逆にして縦横に交互に連続するように二等辺三角形状のセルが形成されており、
   前記二等辺三角形状が、前記燃料棒の配列ピッチの２倍の長さの底辺と、前記燃料棒の配列ピッチと等しい長さの高さとを有する二等辺三角形状に形成されている
   ことを特徴とする原子炉の燃料集合体用グリッド。
2. 前記支持板が、平板形状の複数の第１支持板と、山折りおよび谷折りが繰り返された形状の複数の第２支持板とで構成され、前記第１支持板と前記第２支持板とが組み合わされて接合されることによって、上下を逆にして縦横に交互に連続するように二等辺三角形状の前記セルが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の燃料集合体用グリッド。
3. 正方形状に配列された複数の燃料棒の各々を支持する支持板を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、
   前記支持板により、上下を逆にして縦横に交互に連続するように等脚台形状のセルが形成されており、
   前記等脚台形状が、上底と下底の長さの和が前記燃料棒の配列ピッチの２倍の長さで、高さが前記燃料棒の配列ピッチと等しい等脚台形状に形成されている
   ことを特徴とする原子炉の燃料集合体用グリッド。
4. 前記支持板が、平板形状の複数の第１支持板と、等脚台形状に山折りおよび谷折りが繰り返された形状の複数の第２支持板とで構成され、前記第１支持板と前記第２支持板とが組み合わされて接合されることによって、上下を逆にして縦横に交互に連続するように等脚台形状の前記セルが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の原子炉の燃料集合体用グリッド。

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