JP2624743B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に
適用するのに好適な燃料集合体に関する。

〔従来の技術〕 従来の燃料集合体の構造を第11図に基づいて説明す
る。燃料集合体31は、上部タイプレート32,下部タイプ
レート（図示せず）、複数の燃料棒36およびチヤンネル
ボツクス７からなつている。燃料棒36の上下端部は、上
部タイプレート32および下部タイプレート（図示せず）
に設けられた燃料保持用ボスのボス穴に挿入されてサポ
ートされる。スペーサ（図示せず）が、燃料棒36相互間
を所定の間隔を保持している。チヤンネルボツクス７
は、燃料棒36の束の外側を取囲んでいる。チヤンネルボ
ツクス７の上端の２つのコーナに設けられるクリツプ８
が、上部タイプレート32の四隅に設けられるポスト33の
内、対角線上に存在する一対のポスト33の上端に載置さ
れる。１つのポスト35には、ネジ穴35が設けられる。チ
ヤンネルフアスナ39が、チヤンネルボツクス７の１つの
コーナ部に設置される。チヤンネルフアスナ39は、チヤ
ンネルボツクス７のグリツプ８を貫通してネジ穴35に取
付けられる結合ネジ10によつてポスト33に固定される。
チヤンネルボツクス７も、結合ネジ10によつて、ポスト
33、すなわち、上部タイプレート32に固定される。ハン
ドル34は、上部タイプレート32に設けられる。

また、燃料棒36は複数個の燃料ペレツトを密封された
被覆管内に充填したものである。燃料棒36は、上下端に
上部端栓13および下部端栓（図示せず）を溶接して密封
した構造となつている。核燃料の燃焼にともなつて核分
裂生成物が燃料ペレツト内に蓄積されるが、気体上の核
分裂生成物（FPガス）の一部は燃料ペレツト外へ放出さ
れる。その放出率が燃焼が進むほど、また燃料ペレツト
の温度が高いほど大きくなる。被覆管内の空間に放出さ
れたFPガスは燃料棒36の内圧を高めて被覆管に発生する
応力を高めたり、変形を大きくしたりするだけでなく、
燃料ペレツトと被覆管との間の熱伝導性を悪化させるの
で燃料ペレツトの温度が高まりさらにFPガス放出を促進
するといつた燃料健全性に対して好ましくないフイード
バツクを生じる。これを防止するために従来の燃料棒36
は、ガスプレナムと呼ばれる。FPガスをためておく空間
を内部に設け、設計燃焼度内では燃料棒内圧が過大にな
らないように設計されている。しかしながら、燃料経済
性の向上を目的として燃焼度をより大きくできる高燃焼
度の燃料集合体の開発が進められている。このような高
燃焼度の燃料集合体は、燃料棒内のFPガス量がより多く
なり、ガスプレナムの容積をより大きくする必要があ
る。

ガスプレナムの容積を増す手段として、特開昭62−14
8886号公報に種々の構造が示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭62−148886号公報に示されている構造は、
比較的複雑なものであり、製造性の面では全く配慮がな
されておらず、容易に製造することはできない。これに
伴って、チャンネルボックスの取付け・取外しも容易に
行うことはできない。また、構成部品数が多くなつてい
るので、原子炉内でのルースパーツとなる可能性が高
い。

本発明の目的は、ガスプレナムの長さを長くできると
共に、チャンネルボックスの取付け・取外しを容易に行
える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〕

上記目的は、上部タイプレートに、燃料棒の上端部が
挿入される孔部と、燃料棒の延長線上からずれて配置さ
れ、チャンネルボックスを上側から固定する固定部材と
係合するための係合部とを設けることにより達成され
る。

〔作用〕

本発明によれば、燃料棒の上端部が挿入される孔部と
チャンネルボックスが固定される係合部の位置がずれて
いることにより、燃料棒上端部がチャンネルボックスの
固定位置と干渉することが無いので、燃料棒内のガスプ
レナムの長さを長くすることができる。

また、チャンネルボックスを固定部材で上側から上部
タイプレートに固定することにより、チャンネルボック
スの固定部に対して、燃料集合体の上部からアクセスで
きると共に、固定部材の取付け・取外しのみでチャンネ
ルボックスの取付け・取外しができるので、チャンネル
ボックスの取付け・取外しを容易に行うことができる。
更に、この場合は、固定部材を取外してもチャンネルボ
ックスが落下することを防止することも可能となる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に適用する本発明の好適な一実施例で
ある燃料集合体を第１図及び第２図に基づいて説明す
る。本実施例の燃料集合体１は、上部タイプレート2,下
部タイプレート（図示せず）、上部タイプレート２及び
下部タイプレートに両端部が保持される多数の燃料棒
６、これらの燃料棒６相互間を所定間隔に保持してこれ
らの燃料棒６を束ねる燃料スペーサ（図示せず）及びチ
ヤンネルボツクス７を有している。チヤンネルボツクス
７は、横断面が実質的に正方形の筒状体である。クリツ
プ８が、チヤンネルボツクス７の上端の対向する一対の
コーナ部に取付けられている。

上部タイプレート２の詳細構造を第３図及び第４図に
て説明する。上部タイプレート２は、燃料保持部21,燃
料保持部21に取付けられたハンドル４及びハンドル４に
設けられたチヤンネルボツクス支持用ボス16を有する。
燃料保持部21は、燃料棒６の上部端栓が挿入されるボス
穴14を有する燃料保持用ボス22、及び隣接する燃料保持
用ボス22を結合しているウエブ24から構成される。燃料
保持用ボス22は、格子状に配置される。２つの燃料保持
用ボス22及び２つのウエブ24に囲まれて冷却水吐出口25
が形成される。ハンドル４の２本の脚部4Aは、燃料保持
部21、すなわち隣接する燃料保持用ボス22に取付けられ
ている。ハンドル４が取付けられている。燃料保持用ボ
ス22のボス穴14は、ハンドル４の脚部4Aにて塞がれるこ
とがなく、上方に開口している。ハンドル４は、燃料保
持部21の対向する一対のコーナ部を結ぶ１つの対角線に
沿つて配置されている。チヤンネルボツクス支持用ボス
16が、上記対角線上で２本の脚部4Aの側面に設けられて
いる。各々のチヤンネルボツクス支持用ボス16は、各脚
部4Aから該当する脚部4Aに最も近い燃料保持部21のコー
ナ部側へ突出している。各チヤンネルボツクス支持用ボ
ス16の下面は燃料保持部21の上面から離れた位置にあ
り、各チヤンネルボツクス支持用ボス16の上面は同じレ
ベルにある。一方のチヤンネルボツクス支持用ボス16
に、ネジ穴５が設けられている。ネジ穴５は、ボス穴14
の延長線上には位置していなく冷却水吐出口25の延長線
上の位置にある。各チヤンネルボツクス支持用ボス16に
取付けられる２つのガイドリブ18が、ボス穴14の上端を
塞ぐことなく燃料保持部21の側面（すなわち上部タイプ
レート２の側面）に向つて延びている。ガイドリブ18
は、その下端部が燃料保持部21の上面に取付けられる。
ガイドリブ18の上面は、チヤンネルボツクス支持用ボス
16から燃料保持部21の側面に向つて傾斜している傾斜面
18Aとなつている。

チヤンネルボツクス７の各クリツプ８は、対応するチ
ヤンネルボツクス支持用ボス16の上端面に載置される。
チヤンネルボツクス７の重量は、チヤンネルボツクス支
持用ボス16にて支えられる。ネジ穴５を有するチヤンネ
ルボツクス支持用ボス16上に載置される一方のクリツプ
８には孔が設けられ、この孔を通して結合ネジ10がネジ
穴５内に挿入される。結合ネジ10をネジ穴５と係合する
ことによつて、チヤンネルボツクス７がチヤンネルボツ
クス支持用ボス16、すなわち上部タイプレート２に取付
けられる。図示されていないが第11図に示すチヤンネル
フアスナ39が結合ネジ10によつてチヤンネルボツスク７
の１つのコーナ部に取付けられる。

本実施例における燃料棒６は、第５図の左側に示すよ
うに、上下端が密封された被覆管12内に多数の燃料ペレ
ツト11を充填したものである。密封された被覆管12内の
上端部、すなわち燃料ペレツト充填領域の上方に、ガス
プレナム15が形成される。13は被覆管12の上端部に取付
けられる上部端栓である。

本実施例では、燃料保持部21を構成しているすべての
燃料保持用ボス２に設けられたボス穴14は、上方に開口
している。このため、燃料棒６の熱膨張によつて生じる
上部端栓13上端の上方への移動は何等阻害されることが
ない。

ガスプレナム15の容積は、燃料棒６の内径が同一であ
る場合、ガスプレナム15の長さにほぼ比例する。このガ
スプレナム15の長さl_Pは第５図に示すとおり次のように
表わすことができる。

l_P＝ｈ−h_s−l_e−l_b−l_c …（１） ここで、 ｈは燃料集合体下端からチヤンネルボツクス上端までの
高さ， h_sは燃料集合体下端から燃料ペレツト充填領域の上端ま
での高さ， l_eは組立長さ（ガスプレナム上端から上部タイプレート
の燃料保持用ボス下面までの長さ）， l_bは上部タイプレートの燃料保持用ボスの高さ， l_cは上部タイプレートの燃料保持用ボス上端からチヤン
ネルボツクス上端までの高さ これらのうちl_cを除く各項目は以下に述べるように変
更するのは得策ではない。

チヤンネルボツクス上端高さｈを従来より高くするこ
とは、緊急炉心冷却系（ECCS）のスプレー水の燃料集合
体への給水性を悪化させる可能性があるため安全性上好
ましくない。また、燃料ペレツト充填領域の上端高さh_s
を下げると、燃料棒６内のウラン装荷量が減るので、燃
料経済上好ましくない。組立長さl_eは、燃料集合体内の
燃料棒の伸び差を吸収するために必要であり、燃焼度を
増そうとすると、むしろ多く必要となる。燃料保持用ボ
ス高さl_bも上部タイプレートの強度上、小さくするのは
好ましくない。

以上のことよりガスプレナムの長さl_Pを増すためには
上部タイプレートの燃料保持用ボス上端からチヤンネル
ボツクス上端までの高さl_cを低くすることが必要とな
る。従来例の燃料集合体は、高さl_cが、チヤンネルボツ
クスを上部タイプレートのポスト３に取付ける結合ネジ
の長さと燃料棒の上部端栓長さとによつて規定されてい
る。すなわち、結合ネジと燃料棒の上部端栓とは、上部
タイプレートのポスト３にほぼ同一軸上に配置されるた
め、各々の必要な長さの和以上の長さを有することがポ
ストに要求される。

本実施例では、結合ネジ10と燃料棒６の上部端栓３が
いかなる長さであつてもまた燃料棒６の熱膨張によつて
上部端栓13の上端が上方に移動しても、燃料棒６と結合
ネジ10とを相互に干渉することのない位置に配置してい
るので、すなわち、ネジ穴５に取付けた結合ネジ10とボ
ス穴14に挿入された燃料棒６の上部端栓13の各軸心が一
致していなく、上部端栓13の真上に結合ネジ10が配置さ
れているのでl_cを小さくすることが可能となり、それだ
けガスプレナムの長さを長くすることができる。すなわ
ち、本実施例によれば、従来例のような長いポスト３が
不要になるので、チヤンネルボツクス７の上端高さｈ及
び燃料ペレツト充填領域の高さh_s等を変えることなくガ
スプレナム12の長さl_Pを長くできるので、第６図に示す
ように燃焼度の増加にともなう燃料棒内圧の増加を抑制
できる。従つて本実施例の燃料集合体は、従来の燃料集
合体より燃焼度を大きくできるが燃料棒の健全性を維持
しうる。また、本実施例の燃料集合体におけるチヤンネ
ルボツスク７の固定方法は基本的に従来の燃料集合体と
同等であり、部品数も同等であるのでルースパーツの危
険性も少ない。さらにチヤンネルボツクス支持用ボス16
は、上部タイプレート２と一体化して鋳造等で製作でき
るので製造性にも優れている。燃料集合体１の下端から
ハンドル４の上端までの高さは従来例と同じであり原子
炉圧力容器の高さも変らない。

このように本実施例は、従来の燃料集合体と軸方向長
さを同じであるが、チヤンネルボツクス７の上端と上部
タイプレート２の燃料保持部21の下面との間の長さを20
〜80mmの範囲にでき、それらの間の長さを従来の燃料集
合体よりも短くできる。その分、本実施例では燃料棒６
内のガスプレナム長さを長くできる。

次にガイドリブ18の機能について説明する。燃料集合
体１は、定期検査を行うための原子炉の運転停止時に燃
料棒６の間隔等の測定が行われる。このため、燃料集合
体１からチヤンネルボツクス７が取外され、燃料棒６の
間隔等の測定後、チヤンネルボツクス７が上部タイプレ
ート２に取付けられる。その際、第７図に示されるよう
に、チヤンネルボツクス７が、上方より上部タイプレー
ト２に向つて降ろされる。ガイドリブ18の傾斜面18Aが
燃料保持部21の側面に向つて傾斜しているので、チヤン
ネルボツクス下端があるガイドリブ18の傾斜面18Aに接
触した後、チヤンネルボツクス２の下端はチヤンネルボ
ツクス２が下降するに伴つてガイドリブ18の傾斜面18A
により燃料保持部21の側面側に向つてガイドされる。こ
のため、燃料ハンドル（燃流集合体１からチヤンネルボ
ツクス７を取外した構成）へのチヤンネルボツクス７の
装着が短時間にスムーズに行われる。

またチヤンネルボツクス支持用ボス16の燃料保持部21
への取付けをハンドル４の脚部4Aを介して行つているの
で、チヤンネルボツクス支持用ボス16の取付け手段を別
に設ける必要がなく、上部タイプレート２の構造が単純
化される。

上部タイプレートの実施例を第８図により説明する。
本実施例の上部タイプレート2Aは、前述した上部タイプ
レート２に設けられたガイドリブ18の下端をチヤンネル
ボツクス支持用ボス16の下端と同じレベルにしたガイド
リブ26を、チヤンネルボツクス支持用ボス16に取付けた
ものである。ガイドリブ26の下端は、燃料保持部21の上
端から離れている。上部タイプレート2Aの他の構造は、
上部タイプレート２と同じ構造を有している。ガイドリ
ブ26の上面は、ガイドリブ18と同様に傾斜面26Aとなつ
ている。傾斜面26の延長線にあつて傾斜面26の下端に接
するガイドリブ26の側面26は、上部タイプレート2Aの燃
料保持部21の側面21Aの延長線上に位置している。この
ような上部タイプレート2Aを上部タイプレート２の替り
に用いてなる燃料集合体は、前述の燃料集合体１と同じ
効果を生じる。更にガイドリブ26が短くなつている分、
上部タイプレート2Aの鋳造性が上部タイプレート２より
も優れており、製造し易いという効果もある。

第９図および第10図は、上部タイプレートの他の実施
例を示している。本実施例の上部タイプレート2Bは、燃
料保持部21の相対する２つのコーナ部に設けられたポス
ト27の上端部にチヤンネルボツクス支持用ボス16を取付
けている。チヤンネルボツクス支持用ボス16は、上部タ
イプレート2Bの燃料保持用ボス22のボス穴14の延長線上
に位置しないように設けられている。チヤンネルボツク
ス支持用ボス16に設けられたネジ穴５は冷却水吐出口25
の延長線上にある。ハンドル４の脚部4Aも、第１図の実
施例と同様にボス穴14の上方を塞いでいない。チヤンネ
ルボツクス支持用ボス16は、第９図に示すようにハンド
ル４に取付けられていない。チヤンネルボツクス支持用
ボス16には、第１図の実施例と同様に、チヤンネルボツ
クス７の装着性を良好にするためのガイドリブ18が設け
られ、ガイドリブ18は燃料保持部21の側面まで伸びてい
る。またポスト27内は、燃料保持用ボス22の機能を有
し、燃料棒６の上部端栓13の上下動を阻害しないように
突き通しのボス穴14Aが設けられている。またポスト27
の上面には、チヤンネルボツクス７の装着性をも阻害し
ないように外側に向かつて傾斜面が設けられている。こ
のような上部タイプレート2Bを有する燃料集合体も前述
の各実施例と同様な効果を生じる。しかしながら、第１
図の実施例に比べてチヤンネルボツクス支持用ボス16を
燃料保持部21に取付ける専用の構造体（すなわちポスト
27）を必要とするので、上部タイプレート2Bは上部タイ
プレート２に比べて構造が複雑になる。また、第９図お
よび第10図においては、ハンドル４の延長線上にある２
つのコーナ部にポスト27ならびにそれに付設するチヤン
ネルボツクス支持用ボス16を配置しているが、燃料保持
部21の他の２つのコーナ部隅にこれらを配置しても何ら
の効果を損うことがないのは明らかである。

前述した３つの実施例では、１つのチヤンネルボツク
ス支持用ボス16と相対する上部タイプレートのコーナ部
に他のチヤンネルボツクス支持用ボス16を設けている
が、後者のチヤンネルボツクス支持用ボス16の代わり
に、燃料棒上部端栓の上下動を阻害しない穴が設けられ
かつ前者のチヤンネルボツクス支持用ボス16と同等の高
さを有するポスト27を設けてもよい。また、２つのチヤ
ンネルボツクス支持用ボス16が設けられていない他の２
つのコーナ部に、チヤンネルボツクス７の装着性の向上
等の目的のためのポスト27等の構造を設けても支障はな
い。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、燃料棒の上端部が挿
入される孔部とチャンネルボックスが固定される係合部
の位置がずれていることにより、燃料棒上端部がチャン
ネルボックスの固定位置と干渉することが無いので、燃
料棒内のガスプレナムの長さを長くすることができる。

また、チャンネルボックスを固定部材で上側から上部
タイプレートに固定することにより、チャンネルボック
スの固定部に対して、燃料集合体の上部からアクセスで
きると共に、固定部材の取付け・取外しのみでチャンネ
ルボックスの取付け・取外しができるので、チャンネル
ボックスの取付け・取外しを容易に行うことができる。

【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
断面図、第２図は第１図の燃料集合体の平面図、第３図
は第１図の上部タイプレートの側面図、第４図は第１図
の上部タイプレートの平面図、第５図は第１図の燃料集
合体と従来の燃料集合体との構造比較図、第６図は燃焼
度と燃料棒の内圧との関係を示す特性図、第７図は第１
図の燃料集合体におけるチヤンネルボツクス装着動作を
示す説明図、第８図及び第10図は上部タイプレートの他
の実施例の側面図、第９図は第10図の上部タイプレート
の平面図、第11図は従来の燃料集合体の縦断面図であ
る。 １……燃料集合体、２……上部タイプレート、４……ハ
ンドル、4A……脚部、５……ネジ穴、６……燃料棒、７
……チヤンネルボツクス、８……クリツプ、10……結合
ネジ、14……ボス穴、15……ガスプレナム、16……チヤ
ンネルボツクス支持用ボス、18……ガイドリブ、21……
燃料保持部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 柳 義彦 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−165681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−14886（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205393（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部タイプレートと、下部タイプレート
   と、前記上記タイプレート及び前記下部タイプレートに
   上下端部が保持される複数の燃料棒とを備えた燃料集合
   体において、 前記上部タイプレートは、前記燃料棒の上端部が挿入さ
   れる孔部と、前記燃料棒の延長線上からずれて配置さ
   れ、チャンネルボックスを上側から固定する固定部材と
   係合するための係合部とを備えることを特徴とする燃料
   集合体。
2. 【請求項２】請求項１において、前記係合部は、上側に
   突出して前記チャンネルボックスを上端面で支えるチャ
   ンネルボックス支持手段に形成されていることを特徴と
   する燃料集合体。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記係合
   部は孔部であることを特徴とする燃料集合体。
4. 【請求項４】請求項１又は請求項２において、前記チャ
   ンネルボックスの上端と前記上部タイプレートとの間の
   長さが20〜80mmであることを特徴とする燃料集合体。
5. 【請求項５】請求項２において、前記チャンネルボック
   ス支持手段はチャンネルボックスガイド手段を備え、該
   チャンネルボックスガイド手段は前記チャンネルボック
   ス支持手段から前記上部タイプレートの側面側に向かっ
   て傾斜しているガイド部を備えることを特徴とする燃料
   集合体。