JP2569128B2

JP2569128B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JP2569128B2
Application number: JP63143729A
Authority: JP
Inventors: 博將平川; 義彦柳; 順宏桜庭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1988-06-13
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JPH022981A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は原子炉用の燃料集合体に係り、特に多数の円
筒部材を有する燃料スペーサを備えた燃料集合体に関す
る。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の燃料スペー
サとして特開昭59−65287号公報の第2A図に示す構造が
提案されている。この燃料スペーサは、内部に燃料棒が
挿入される多数の円筒スリーブを格子状に配列し、隣接
する相互の円筒スリーブを溶接で結合して構成したもの
である。燃料棒と同様に水ロツドも、円筒スリーブ内に
挿入されている。

また、水ロツドの外径を大きくした太径の水ロツドを
設置した燃料集合体の開発も行なわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

水ロツドは、燃料集合体の横断面中央部の冷却水の割
合を高めることになり、その中央部における中性子の減
速作用を増加させる働きをする。このため、燃料集合体
の横断面中央部の反応度が高くなり、横断面における出
力分布の平担化がなされる。しかし、特開昭59−65287
号公報では、水ロツドの外径が燃料棒の外径と同じであ
り、外径が小さすぎるため水ロツドの機能が十分ではな
かつた。水ロツドの機能を最大限に働かせるには、燃料
集合体の横断面中央部の冷却水の割合を最適なものとす
る必要がある。このことを考慮して、特開昭61−207991
号公報の燃料集合体では、外径を太くした水ロツドを設
置した。この燃料集合体の燃料スペーサを第20図に示
す。このスペーサ29は、特開昭59−65287号公報に記載
のスペーサから中央部四ケの円筒スリーブ30を取り去
り、あとに生じた空間に太径水ロツド28を設けたもので
ある。

しかし、最適な冷却水の割合にはまた若干不足してい
た。水ロツド28をさらに太くするためには、水ロツド28
の回りに近接する八ケの円筒スリーブ30を取り除く必要
がある。この場合、逆に冷却水の割合が最適値より多く
なつてしまう。

そこで、冷却水の割合を最適なものとするために、特
開昭62−217186号公報の第８図に示す太径の水ロツドを
二本設置した燃料集合体の開発が進められている。この
場合、二本の水ロツドは接することが予想され、稼動中
の流体振動による水ロツド間の摩耗を防止するために
は、二本の水ロツドを結合する必要がある。従つて、第
20図に示した従来の水ロツド28に設けられた突起部27に
より燃料スペーサ29に設けられた架橋部材31を介して、
燃料スペーサ29を水ロツド28に保持する構造には単純に
できない。

本発明の目的は、水ロッドのフレッティングコロージ
ョンを低減でき、燃料スペーサを水ロッドに容易に保持
でき、且つ製造が容易な燃料集合体を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、複数の燃料棒
と、該燃料棒の配列ピッチより大きな外径を有し隣接し
て配置される２本の水ロッドと、前記燃料棒が挿入され
る複数の筒状部材を有し前記燃料棒の相互間を所定間隔
に保持する燃料スペーサとを備えた燃料集合体におい
て、前記２本の水ロッドを互いに結合する一対の結合手
段と、前記燃料スペーサに取り付けられ前記一対の結合
手段と対向して水ロッド側に突出している一対の突出部
材と、前記一対の結合手段の一方の突出部材側に取り付
けられ前記対向した方向に弾性力を有する弾性部材とを
備え、前記一対の結合手段の他方及びこれと対向する突
出部材が互いに噛合う噛合手段を有するように構成す
る。

また、好ましくは、前記一対の結合手段の他方の両側
端部に前記燃料スペーサの筒状部材と接触する突起部を
設ける。

〔作用〕

本発明によれば、結合手段で２本の水ロッドが互いに
結合されているので、流動振動によって水ロッドに発生
するフレッティングコロージョンを低減することができ
る。また、結合手段の他方とこれに対向する突出部材が
互いに噛合う噛合手段を有するので、水ロッドによる燃
料スペーサの保持を容易に行なうことができる。更に、
結合手段の一方に弾性部材を取り付けたことにより、弾
性部材の燃料集合体の軸方向長さを長くできる。従っ
て、弾性部材の対向した方向へのたわみ量を大きくとれ
るので、燃料スペーサの水ロッドへの取付作業が容易と
なり、燃料集合体を容易に製造できる。

また、好ましくは、結合手段の他方の両側端部に燃料
スペーサの筒状部材と接触する突起部を設けたことによ
り、この２つの突起部と弾性部材の３つで水ロッドが燃
料スペーサに支持されるので、水ロッドの燃料集合体の
軸方向に垂直な面での移動を拘束することができる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例で
ある燃料集合体を第１図，第２図，第３図及び第４図に
基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体１は、第２図及び第３図に示す
ように、74本の燃料棒2,上部タイプレート3,下部タイプ
レート4,水ロツド5,燃料スペーサ６及びチヤンネルボツ
クス17を有している。

上部タイプレート３及び下部タイプレート４は、燃料
棒２の上端部及び下端部をそれぞれ保持している。74本
の燃料棒２は、９行９列に配置され、隣接する相互の間
隔が燃料スペーサ６にて保持されている。燃料スペーサ
６は、燃料棒２の軸方向に７箇所配置される。チヤンネ
ルボツクス21は、横断面が実質的に正方形をした筒状体
であつて上部タイプレート３に取付けられ、燃料スペー
サ６にて束ねられた燃料棒束の周囲を取囲んでいる。２
本の水ロツド５が、燃料集合体１の横断面の中央部に配
置されている。これらの２本の水ロツド５は、燃料集合
体１、すなわちチヤンネルボツクス17の対向する１対の
コーナを結ぶ対角線上でその中央部に配置され、互いに
接触している。２本の水ロツド５の減速材領域の合計横
断面積は、１本の燃料棒２の横断面積の10倍である。２
本の水ロツド５は、減速材領域の横断面積が等しいの
で、１本当りの水ロツド５の減速材領域の横断面積は１
本の燃料棒２の横断面積の５倍である。水ロツド５の外
径は、燃料棒２の配列ピツチよりも大きい。燃料棒２の
外径は、約10.6mmである。燃料棒２は、密封された被覆
管内に二酸化ウランを焼結してなる燃料ペレツトを充填
している。２本の燃料棒24は、２本の水ロツド５に隣接
して配置され、これらの水ロツド５を間に挟んで互いに
対向している。詳細に言えば、２本の燃料棒2Aは、２本
の水ロツド５の軸心を結ぶ直線と直交する燃料集合体１
の１本の対角線上に配置されて２本の水ロツド５に隣接
しており、２本の水ロツド５の軸心から等距離の位置に
ある。

２本の水ロツド５及び２本の燃料棒2Aの配置を別の表
現にて示すと、燃料集合体１の横断面中央部で燃料棒２
を３行３列に配置できる領域内で２本の水ロツド５を斜
めに隣接させて配置すると共に、その領域の対向する２
つのコーナ部に２本の水ロツド５に隣接させて各燃料棒
５を配置したものである。２本の燃料棒2Aは、水ロツド
５を介在させて対向している。

第１図及び第４図は、燃料スペーサ６の詳細構造を示
している。燃料スペーサ６は、特開昭59−65287号公報
の第2A図に示された燃料スペーサと同様に、内部に燃料
棒２が挿入される74個の円筒スリーブ7,リープ状バネ8,
バンド9,U字部を有する１対のプレート（架橋部材）10A
及び10B、並びにプレート（架橋部材）11を有してい
る。円筒スリーブ７は、内側に突出する２個の突起部7A
を有している。円筒スリーブ７は９行９列に配列されて
いるが、中央部の７個分が取除かれているので74個の円
筒スリーブ７が互いに溶接にて接合されている。接合さ
れて最外周に配列された36個の円筒スリーブ７の外側に
バンド９が取付けられる。ループ状バネ８は、隣接して
いる円筒スリーブ７に取付けられる。円筒スリーブ７に
挿入された燃料棒２は、円筒スリーブ７に設けられた２
つの突起部7Aと１つのループ状バネ８の３点によつて保
持される。燃料スペーサ６は、最外周から三列目までに
配列された円筒スリーブ７と、最外周から四列目には対
向する１対のコーナを結ぶ対角線上に配列された２個の
円筒スリーブ７（円筒スリーブ7B）とを有している。す
なわち、燃料スペーサ６は、１本の対角線上では最外周
から三列目、他の対角線上では最外周から四列目まで円
筒スリーブ７が配置されている。このように二箇所のみ
で最外周から四列目に配置された円筒スリーブ７、及び
その他の部分においては最外周から三列目に配置された
円筒スリーブ７に取囲まれた内側の領域6Aに、前述の太
径の２本の水ロツド５が挿入される。領域6Aは、水ロツ
ド挿入領域である。前述の最外周から４列目に配置され
た円筒スリーブ7Bとこの両側に位置して円筒スリーブ7B
に隣接している円筒スリーブ7Cとの領域6Aに面する側面
に、Ｕ字部10Cを有するプレート10Aが取付けられる。プ
レート10Bは、水ロツド５が挿入されていない状態で、
プレート10Aと対向して配置され、プレート10Aが取付け
られる円筒スリーブ7B及び7Cと反対側にある円筒スリー
ブ7B及び7Cに取付けられる。各プレート10A及び10BのＵ
字部10Cは、領域6A内に突出している。１つの対角線上
で最外周から３列目のコーナ部に配置された円筒スリー
ブ7Dに隣接している２個の円筒スリーブ7Eの水ロツド挿
入領域6Aに面する側面に、プレート11がそれぞれ取付け
られる。

２本の水ロツド５は、前述したように互いに接触し、
結合部材（結合板）12A及び12Bにより結合されている。
結合部材12A及び12Bは、水ロツド５を介して対向してお
り、第５図に示すように水ロツド５の側面に取付けられ
ている。結合部材12A及び12Bは、水ロツド５の軸方向に
燃料スペーサ６と同じ間隔で７箇所に設けられる。ルー
プ状バネ13が、第６図に示すように結合部材12Aに取付
けられる。結合部材12Bの両側端は各々の水ロツド５か
ら浮上がつており、結合部材12Bの両側端部には半円状
の突起部14A及び14Bが形成される。

結合部材12A及び12Bにて結合された２本の水ロツド５
が、燃料スペーサ６の中央部の領域6A内に挿入された状
態では、ループ状バネ13がプレート10BのＵ字部10Cの側
面と接触し、このループ状バネ13のバネ力によつて２本
の水ロツド５がプレート10A側に押圧され、突起部14A及
び14Bが対向する２個の円筒スリーブ７の側面にそれぞ
れ接触している。突起部14A及び14Bは、結合された２本
の水ロツド５の偏心を防止している。

ループ状バネ13で押圧される２本の水ロツド５に設け
られた結合部材12Bは、プレート10Aと噛合うことにより
燃料スペーサ６を支持する。プレート10Aと結合部材12B
とが噛合う部分（第１図のVII部）の詳細な構造を第７
図，第８図及第９図に基づいて説明する。第10図はプレ
ート10A側からの斜視図である。プレート10Aは、Ｕ字部
10Cの側面に結合部材12B側に突出する突起部15を有して
いる。結合部材12Bは、その側面にプレート10AのＵ字部
10C側に突出した一対の突起部16A及び16Bを有してい
る。突起部16A及び16Bは、軸方向に所定の間隔を有して
配置されている。プレート10A及び結合部材12Bが噛合つ
た状態では、第９図に示すように突起部15,16A及び16B
が軸方向に一直線状に並び、第８図に示すように突起部
15は突起部16Aと突起部16Bとの間に位置してしかも突起
部16Bによつて支持されている。突起部16Bが突起部15を
支持することによつて、燃料スペーサ６が水ロツド５に
支持される。結合された２本の水ロツド５は、ループ状
バネ13,突起部14A及び14Bの３点で燃料スペーサ６に支
持されるので、前後左右の動きが拘束される。このた
め、突起部15と突起部16A及び16Bとの噛合いが外ずれる
ことはない。なお、燃料スペーサ６間の位置において
も、２本の水ロツド５はループ状バネ13が設けられてい
ない結合部材12Aによつて結合されている。

ところで、水ロツド５は、全長が約4mあり、軸方向に
配置される７個の燃料スペーサ６を所定位置で前述のよ
うに支持する必要がある。燃料スペーサ６を結合された
２本の水ロツド５に取付ける手順について説明する。燃
料スペーサ６の領域6A内に２本の水ロツド５を挿入した
状態で、燃料スペーサ６を水ロツド５の軸方向に移動す
る。この燃料スペーサ６が対向する一組の結合部材10A
及び10Bの位置に到達したとき、燃料スペーサ６を第１
図の矢印20の方向に押圧する。このため、ループ状バネ
13はプレート10BのＵ字部10Cによつて水ロツド５側に移
動し、結合部材12Bの突起部16Aの頂点とプレート10Aの
突起部15の頂点との間に、突起部15を突起部16B側に移
動させることが可能な程度の間隙が形成される。この状
態で、突起部15が突起部16Aと突起部16Bとの間の位置に
達するまで、燃料スペーサ６を移動させる。突起部15が
突起部16Aと突起部16Bとの間に到達したとき、燃料スペ
ーサ６の移動を停止し、矢印20方向への押圧力を解消す
る。このようにして、前述したように突起部16Bによる
突起部15の支持が可能になる。燃料スペーサ６を水ロツ
ド５から取外す場合は、上記の手順を逆に行えばよい。

冷却水は、炉心の下方より炉心内に装荷された燃料集
合体１内を上昇する。すなわち、冷却水は、下方より下
部タイプレート４内に流入し、さらに、チヤンネルボツ
クス17内で燃料棒２間の流路を上昇して上部タイプレー
ト３より外部に流出する。チヤンネルボツクス17内に流
入した冷却水の一部は、冷却水流入口より水ロツド５内
に供給され、水ロツド５内を上昇して冷却水流出口より
水ロツド５の外部に流出する。水ロツド５は、燃料集合
体１の横断面中央の冷却水の割合を高めることになり、
その中央部における中性子の減速作用を増加させる働き
をする。このため、燃料集合体の横断面中央部の反応度
が高くなり、横断面における出力分布の平坦化がなされ
る。

燃料集合体１内の冷却水流による、水ロツド５の流動
振動は、結合部材12A及び12Bにて水ロツド５が結合され
ているので著しく抑制される。このため、流動振動で２
本の水ロツド５に生じるフレツテイング・コロージヨン
が著しく減少する。

本実施例の燃料集合体１は、突起部15を有するプレー
ト10Aと、突起部16A及び16Bを有する結合部材12Bを備え
ているので、結合された２本の水ロツド５による燃料ス
ペーサ６の支持が可能となる。また燃料スペーサ６の水
ロツド５への取付け作業も容易に行える。従つて、燃料
集合体１の製作が容易となる。前述のような燃料スペー
サ６の水ロツド５への支持が可能になるのは、結合部材
12A及び12Bが、各々の取付け側での２本の水ロツド５の
各側面の両方に接する接線よりも２本の水ロツド５の軸
心を結ぶ直線側に位置していることも影響している。す
なわち、突起部15,16A及び16B,ループ状バネ13の設置が
可能となつた。また、燃料スペーサ６を水ロツド５から
取外す作業も容易に実施できる。これは、使用済の燃料
集合体１の分解作業を容易にする。また、水ロツド５
は、燃料集合体１内に冷却水が流れている状態で、燃料
棒２と接触することはない。

本実施例ではループ状バネ13を結合部材12Aに取付け
ている。このため、後述する第12図の燃料スペーサのよ
うにループ状バネ13をプレート10Bに取付ける場合に比
べてループ状バネ13の長さを長くでき（結合部材12Aを
高さをプレート10Bの高さよりも自由に高くできるた
め）、ループ状バネ13のたわみ量を大きくできる。これ
は、燃料スペーサ６の矢印20方向への移動量が大きくな
り、燃料スペーサ６を結合部材12Bに係合させる操作も
容易になる。

第11図に示す特性は、第１図に示す燃料集合体１の水
ロツド５の断面積を変えることによつて得られたもので
ある。燃料集合体１内における水ロツド５の減速材領域
の合計横断面積を点M_Xの面積（燃料棒２の横断面積の９
倍）にすることによつて、水ロツドの大きさが寄与する
燃料経済性は最大になる。しかしながら、２本の太径の
水ロツドを斜めに隣接して配置した燃料集合体において
望ましい燃料経済性を得るためには、燃料集合体内の水
ロツドの減速領域の合計横断面積は、１本の燃料棒の横
断面積の７〜12倍の範囲（第11図のＬの範囲）にするこ
とが好ましい。

以上の実施例は、隣接する２本の水ロツド５が互いに
接触しているものであるが、それらの水ロツドが間隙を
介して隣接している場合でも、第１図に示す水ロツド５
と燃料スペーサ６との支持構造を適用することができ
る。

本発明の他の実施例である燃料集合体を、第12図に示
す。第12図は、第１図に示す構造に対応するものであ
る。本実施例の燃料集合体は、燃料集合体１におけるル
ープ状バネ13をプレート10BのＵ字部10Cに取付けたもの
である。本実施例の他の構成は、燃料集合体１と同じで
ある。このような本実施例は、ループ状バネ13の幅が２
本の水ロツド５間にあるプレート12Bの幅に制限され
ず、より広くすることが可能になる。このため、ループ
状バネ13に生じる応力を、燃料集合体１よりも低減でき
る。本実施例は、燃料集合体１と同じ効果を生じる。

本発明の他の実施例である燃料集合体を、第13図，第
14図，第15図及び第16図に基づいて説明する。第13図は
第１図に示された部分に相当し、本実施例の第13図に示
された以外の部分特に第13図のXIV部以外の部分は、燃
料集合体１と同じ構成となつている。本実施例の燃料集
合体は、第１図のVII部を第13図のXIV部の構成に替えた
ものである。このため、本実施例は、結合部材12Bの替
り結合部材12Cを２本の水ロツド５に取付け、プレート1
0Aの替りにプレート10Dを領域6Aに面する３個の円筒ス
リーブ７の側面に取付けている。本実施例におけるプレ
ート10Dと結合部材12Cとの噛合う部分（第13図のXIV
部）の詳細な構成を第14図〜第16図によつて説明する。
プレート10Dは、Ｕ字部10Cの結合部材12Cに対向する側
面に、開口19を有している。結合部材12Cは、Ｕ字部10C
と対向する部分に、結合部材12Cの一部を突出して形成
した突起部18を有している。プレート10Cと結合部材12C
とが噛合つた状態では、突起部18が開口19内に挿入され
ている。このようにして突起部18が、燃料スペーサを支
持する。本実施例における燃料スペーサの水ロツド５へ
の取付け、取外しは、第１図の実施例と同様に行われ
る。本実施例も、燃料集合体１と同じ効果を得ることが
できる。

第17図に本発明の他の実施例である燃料集合体を示
す。本実施例の燃料集合体は、燃料スペーサの構成が若
干変つているだけで燃料集合体１とほとんど同じ構成で
ある。本実施例に用いられる燃料スペーサは、燃料スペ
ーサ６の各プレート11にループ状バネ21を設けたもので
ある。ループ状バネ21も、水ロツド５に接触し、２本の
水ロツド５の水平面内での移動を拘束している。本実施
例は、前述の燃料集合体１と同様な効果が得られ、更に
ループ状バネ21を用けているので燃料集合体１に比べて
水ロツド５の水平面内での移動に対する拘束力が大きく
なる。

第18図は、第17図に示された燃料スペーサに対する他
の実施例である。本実施例の燃料スペーサは、第１図に
示された燃料スペーサ６のプレート11を弾性体のプレー
ト11Aに替えたものである。プレート11Aの中央部は水ロ
ツド５側に突出しており、この突出部が水ロツド５に接
触している。本実施例の燃料スペーサを用いた燃料集合
体は、第17図の燃料集合体と同じ効果が得られる。更
に、本実施例の燃料スペーサは、第17図の燃料スペーサ
に比べてループ状バネ21が不要になるだけ構造が簡単で
ある。

第19図も、第17図に示された燃料スペーサに対する他
の実施例である。本実施例の燃料スペーサは、第18図の
燃料スペーサのプレート11Aの代りに円筒スリーブ７よ
りも外径の小さな円筒（弾性体で構成）22を２個の円筒
スリーブ７間に配置し、それらの円筒スリーブ７に取付
けたものである。２個の円筒22も、第17図のループ状バ
ネ21と同様に水ロツド５の水平面内での動きを拘束して
いる。本実施例の燃料スペーサを用いた燃料集合体も、
第17図の燃料集合体と同様な効果を生じる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結合手段で２本の水ロッドを互いに
結合したことにより、流動振動によって水ロッドに発生
するフレッティングコロージョンを低減できる。また、
結合手段の他方とこれに対向する突出部材に互いに噛合
う噛合手段を設けたことにより、水ロッドによる燃料ス
ペーサの保持を容易に行なうことができる。更に、結合
手段の一方に弾性部材を取り付けたことにより、燃料ス
ペーサの水ロッドへの取付作業が容易となり、燃料集合
体を容易に製造できる。

また、好ましくは、結合手段の他方の両側端部に燃料
スペーサの筒状部材と接触する突起部を設けたことによ
り、水ロッドの燃料集合体の軸方向に垂直な面での移動
を拘束することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体の横
断面中央部の構成を示し第４図の中央部の拡大図、第２
図は第１図の燃料集合体の縦断面図、第３図は第２図の
燃料集合体の横断面図、第４図は第２図のIV−IV断面
図、第５図は第１図の水ロツドの側面図、第６図は第５
図のループ状バネ13付近の斜視図、第７図は第１図のVI
I部の拡大図、第８図は第７図のVIII−VIII断面図、第
９図は第７図のIX矢視図、第10図は結合部材12B付近の
斜視図、第11図は燃料集合体内の全水ロツドの減速材領
域の合計横断面積と無限増倍率との関係を示す特性図、
第12図，第13図及び第17図は本発明の他の実施例である
燃料集合体の横断面中央部の構成図、第14図は第13図の
XIV部の拡大図、第15図は第14図のXV−XV断面図、第16
図は第14図のXVI矢視図、第18図及び第19図は燃料スペ
ーサの他の実施例の中央部の構成図、第20図は従来の燃
料集合体の横断面図である。１……燃料集合体、２……燃料棒、５……水ロツド、６
……燃料スペーサ、７……円筒スリーブ、8,13……ルー
プ状バネ、10A,10B,10D,11,11A……プレート、10C……
Ｕ字部、12A,12B,12C……結合部材、14A,14B,15,16A,16
B,18……突起部、19……開口。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の燃料棒と、該燃料棒の配列ピッチよ
り大きな外径を有し隣接して配置される２本の水ロッド
と、前記燃料棒が挿入される複数の筒状部材を有し前記
燃料棒の相互間を所定間隔に保持する燃料スペーサとを
備えた燃料集合体において、前記２本の水ロッドを互いに結合する一対の結合手段
と、前記燃料スペーサに取り付けられ前記一対の結合手
段と対向して水ロッド側に突出している一対の突出部材
と、前記一対の結合手段の一方の突出部材側に取り付け
られ前記対向した方向に弾性力を有する弾性部材とを備
え、前記一対の結合手段の他方及びこれと対向する突出部材
は、互いに噛合う噛合手段を有することを特徴とする燃
料集合体。
【請求項２】請求項１において、前記一対の結合手段の
他方は、その両側端部に前記燃料スペーサの筒状部材と
接触する突起部を有することを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】請求項１又は２において、前記弾性部材
は、これと対向する突出部材よりも燃料集合体の軸方向
長さが長いことを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】請求項１又は２において、前記一対の結合
手段の他方の噛合手段は燃料集合体の軸方向に所定の間
隙をあけて設けられた一対の突起部で、前記一対の結合
手段の他方と対向する突出部材の噛合手段は前記一対の
突起部の間隙に突起した突起部であることを特徴とする
燃料集合体。