JP3057479B2 - 原子燃料集合体のスぺーサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新型転換炉（ＡＴ
Ｒ）とか、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などに用いられて
いる原子燃料集合体にあって、その各燃料要素を等間隔
状態に立装支持するため用いられているリング素子タイ
プのスぺーサに関する。

【０００２】

【従来の技術】既知のＡＴＲ用燃料のスぺーサは、図５
（Ａ）に例示した通り円形の外枠帯板ａに、多数のリン
グ素子ｂを外接状態にて内装し、互いに溶接手段等によ
り固定することで、当該各リング素子ｂによりセルｃを
画成し、これに原子燃料棒等の燃料要素ｄを挿通して、
これらの各リング素子ｂに設けられた弾性支持片ｅと固
定支持体ｆとによって、当該燃料要素ｄを弾持するよう
構成されている。

【０００３】また、ＢＷＲ用燃料のスぺーサも、従来は
図５（Ｂ）に例示の如く、上記のスぺーサと同様に構成
され、ただ、この場合には外枠帯板ａ′が円形でなく、
四角形であることが相違している。このようなリング素
子によるスぺーサとしては、図６に示す通り、隣装状態
のリング素子ｂ、ｂが、単に、その外周面相互を当接状
態として、これを溶接固定する構成となっているため、
当該隣装外接部ｇにおける肉厚Ｄは、リング素子の肉厚
Ｄ1 の２倍（Ｄ＝２Ｄ1 ）となっており、従って当該隣
装外接部ｇの箇所だけが、二重構造となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、原子燃料集合体
については、経済性の追求から高燃焼度化が進んでお
り、このためには燃料要素ｄを、より一層多数本化する
ことで対応して来ているが前記の図５（Ａ）（Ｂ）の如
きリング素子タイプのものにあっては、既述の如く隣装
外接部ｇのみが、二重壁面に形成されているものの本来
このように２Ｄ1 の肉厚とする必要性はないのであるか
ら、不要な構造材を使用していることとなるばかりか、
原子燃料集合体としての投影断面積が大となり、この結
果、圧力損失特性上好ましくないことになる。

【０００５】従って、燃料要素の多数本化によって高燃
焼度化を進めようとすると益々圧力損失が大きくなって
しまうと共に、リング素子は断面形状が円形であるた
め、その外径は隣接する燃料要素間のギャップで決定さ
れ、この結果燃料要素数の増加が進むにつれて、燃料要
素間隔が縮小され、これに伴って図５により開示されて
いる燃料要素ｄ、ｄの被覆管表面ｄ′、ｄ′と、リング
素子ｂ、ｂの内面ｂ′、ｂ′とのギャップｈが、小さく
なって行くことになり、従って、このような問題に対す
る打開策がない限り、抜本的な高燃焼度化を望むことが
期待できないことになる。

【０００６】さらに、前説の弾性支持片ｅを、リング素
子ｂと一体ではなしに、別体に取り付けるようにしたタ
イプのものでは、図６によって理解されるように、隣装
外接部ｇを含む弾性支持片ｅの取付位置ｉにあって、そ
の取付内面ｊは湾曲しているのであるから、当該弾性支
持片ｅの取付具合が、どうしても不安定となり、そのス
プリング機能を安定して働かせることが困難となる。

【０００７】しかも、上記従来のＡＴＲ用燃料における
スぺーサによるときは、その設計上、当該リング素子ｂ
の外径が、これに隣装のリング素子ｂの位置につき変位
の影響を及ぼすことになる構成であることから、設計
上、径の異なる４種類ものリング素子ｂを用意し、これ
を組み合わせて使用する必要があり、この結果、その製
造管理が複雑となり、ヒューマンエラーを招き易く、部
品管理上からしても多岐にわたるので、在庫管理などを
含めた作業が、製品のコストに与える影響も大きいもの
となっている。

【０００８】本発明は上記従来の難点に鑑み、先ず第１
に隣装リング素子自体を、単なる外接状態にて固定して
しまうのではなく、一方のリング素子におけるリング壁
部に設けた切欠部に対して、他方である隣装リング素子
のリング壁部に設けた隣装残留部を、噛合係嵌すること
で隣装接合部を形成し、当該隣装接合部における各リン
グ壁部が、互いに共有関係にて重装状態となるよう構成
することで、前記の隣装外接部の肉厚を半分とすること
ができ、大幅に圧力損失を削減して高燃焼度化の向上に
対応できるようにすると共に、リング素子の径を大きく
設計し得るようにして、燃料要素とリング素子の内面と
のギャップを、充分に広くとれるようにすることで冷却
材による冷却性の向上をも図り得るようにしている。し
かも、ＡＴＲ用燃料のスぺーサに採択したときは、リン
グ素子の外径が、隣接するリング素子に影響を与えない
ようにしてリング素子を一種類に統一可能となし、これ
により製造、部品、品質、在庫等の諸管理を大幅に簡素
化しようとしている。

【０００９】 さらに本発明 にあっては、第２に上記の両
リング素子にあって、その一方のリング壁部には、上下
配置にて切欠部と残留部そして他方のリング壁部にも、
上下配置で相隣残留部と相隣切欠部を夫々形成すること
で、隣装接合部における噛合係嵌の作業や、溶接手段に
よる固定作業を簡易かつ迅速に行い得るようにするだけ
でなく、リング素子における隣装接合部を形成するため
の両リング壁部につき、これを円弧状ではなしに平板状
に形成することにより、切欠部に相隣残留部を、残留部
に相隣切欠部を夫々噛合係嵌する作業性の向上を図り、
これを溶接手段により固定した際の強度をも充分に確保
できるようにし、かつ隣装状態の両リング素子につき、
その外径を、より小さく、燃料要素の多数本化をも行い
易くしようとしている。

【００１０】 次に本発明では第３に 隣装接合部における
両平板状リング壁部を挟持するようにして、弾性支持用
ばね体を跨設するが、この際隣装のセルに、夫々弾性支
持片を曲突させるようにして、前説した平板面にあって
取り付けられた弾性支持片の取付具合につきその安定化
を図って、当該スプリング機能の安定性に高い信頼性を
もたせるだけでなく、上記の弾性支持用ばね体につき、
その上位重積部と下位重積部が、夫々のリング素子にあ
って、その残留部と相隣残留部に欠設した上下位におけ
るスリットと係止されるよう構成することで、弾性支持
片によるスプリング作用を、より一層安定化させようと
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、外枠帯板に、多数のリング素子を外接状
態にて内装固定することにより、当該各リング素子によ
るセルに挿通した燃料要素を、上記リング素子に設けた
弾性支持片と固定支持体とによって弾持するようにした
スぺーサにおいて、上記両リング素子の隣装接合部につ
き、その一部または全部にわたって、当該隣装接合部を
形成する両リング壁部を平板状に形成し、当該各平板状
リング壁部に夫々切欠部と残留部、相隣切欠部と相隣残
留部とをリング素子の夫々軸線方向上下配置に形成し
て、当該切欠部に相隣残留部を、残留部に相隣切欠部を
夫々噛合係嵌して固着することにより、前記隣装接合部
における各リング壁部の肉厚が、互いに共有状態にて重
装され、かつ、この両平板状リング壁部により形成され
た隣装接合部にあって、弾性支持用ばね体を挟持状態に
より跨設することで、当該弾性支持用ばね体における一
対の弾性支持片は、その上下に形成された上位重積部と
下位重積部が、夫々リング素子の相隣残留部と、残留部
に欠設した上位スリットと下位スリットとに夫々係止さ
れ、これにより隣接の前記セルに夫々曲突された一対の
前記弾性支持片が配装されていることを特徴とする原子
燃料集合体のスぺーサを提供しようとしている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明を図１ないし図４を用いて
詳記すると、図３（ＢＷＲ８×８燃料用スぺーサ）、図
４（ＡＴＲスぺーサ）に示されている通り、外枠帯板１
に、多数のリング素子２を外接状態にて内装固定し、こ
れによって当該リング素子２によるセル３に挿通した燃
料要素４を、リング素子２に設けた弾性支持片５と固定
支持体６とによって弾持し、これにより多数のリング素
子２におけるセル３内に、各燃料要素４を所定の等間隔
だけ離した状態に保持するようにしたスぺーサに関する
ものであることは、従来のリング素子タイプのスぺーサ
と同じである。

【００１３】 本発明では、上記のスぺーサにあって、図
１、図２の如く隣装された両リング素子２、２における
各リング壁部２ａ、２ａにより、隣装接合部７を形成す
るのであるが、同上図に一実施例を示す如く、予め一方
のリング壁部２ａには、その一部分にあって切欠部８ａ
と、切欠されないまま残置された残留部８ｂとが上下配
置にて形成され、これに対し他方のリング壁部２ａに
は、その一部分にあって相隣切欠部９ａと、切欠されな
いまま残置された相隣残留部９ｂとが、反転状態でこれ
また上下配置にて形成されている。

【００１４】 そして、図１（Ｃ）と図２によって理解さ
れる通り、上記した一方のリング壁部２ａにおける切欠
部８ａには、他方のリング壁部２ａにおける相隣残留部
９ｂを噛合係嵌すると共に、他方のリング壁部２ａにお
ける相隣切欠部９ａには、一方のリング壁部２ａにおけ
る残留部８ｂを噛合係嵌するのであり、かくして形成さ
れた隣装接合部７は、その各リング壁部２ａ、２ａが重
装状態であり、従って、夫々の肉厚が共有状態となって
いて、図２に明示の如くリング壁部の肉厚ｄ1が、隣装
接合部７における肉厚ｄ2 と実質的に等しくなってい
る。

【００１５】 すなわち、図 １に示した実施例のように、
上記の切欠部８ａと残留部８ｂとが、夫々リング素子２
の夫々軸線Ｚ方向上位と下位の配置となるよう設けられ
ているのに対し、相隣切欠部９ａと相隣残留部９ｂと
は、夫々軸線Ｚ方向下位と上位の配置となるよう設けら
れており、従って、当該実施例では残留部８ｂの上位に
相隣残留部９ｂが重積状態となるよう噛合係嵌されてい
ることになる。もちろん、このような隣装接合部７は一
箇所だけではなく、隣装されるリング素子２の数に対応
して、リング素子２の全周につき、４箇所とか３箇所だ
け設定されることになる。また、本発明に係るスぺーサ
を構成するに際し、全リング素子２について隣装接合部
７を形成するのが望ましいが、一部のリング素子２につ
いてのみ隣装接合部７を形成するようにしてもよく、ま
た溶接手段等により隣装接合部７は、その所要適所を従
来例と同じく固着することになる。

【００１６】 さらに、本発明では 図２（Ａ）に開示の如
く、リング素子２を横断面円形状のままで、前記の隣装
接合部７を形成するのではなしに、図１と図２（Ｂ）に
より示されている通り、隣装接合部７を形成するのに供
すべき隣装の両リング壁部２ａ、２ａにつき、これを円
弧状でなく平板状となるよう形成するのであって、この
ようにして得られたスぺーサは図３によって例示されて
いる。そして、もちろん上記のようにして得られた平板
状リング壁部２ｂ、２ｂに、前記の切欠部８ａ、残留部
８ｂ、相隣切欠部９ａ、相隣残留部９ｂが夫々設けられ
ることになる。

【００１７】 上記の如く平板状リング壁部２ｂ、２ｂを
形成するようにすれば、図２の（Ａ）、（Ｂ）に示され
ているように、隣装接合部７における残留部８ｂと相隣
残留部９ｂとの重積面積が単なるリング素子２を採択し
た場合に比し可成り大となり、このため隣装接合部７の
形成に際して行うことになる噛合係嵌の作業、そして溶
接作業が行い易くなるだけでなく、溶接による固定によ
り得られた製品の強度をも大きくすることが可能とな
る。

【００１８】 本発明にあっては、さらに 前記した如くリ
ング素子２には、弾性支持片５と固定支持体６とを設け
ることになるが、ここで当該弾性支持片５を、隣接され
たセル３、３に曲突させるため前説の如く両リング壁部
２ａ、２ａを平板状に形成して、平板状リング壁部２
ｂ、２ｂを形成し、さらに、この平板状リング壁部２
ｂ、２ｂにより形成の隣装接合部７にあって、弾性支持
用ばね体１０を挟持状態にて図１（Ｃ）のように跨設す
るのである。

【００１９】 このように構成することで、平板状リング
壁部２ｂ、２ｂに、弾性支持用ばね体１０が跨設される
ことから、単なる円形のリング素子２を用いる場合に比
し、弾性支持用ばね体１０が平板状リング壁部２ｂ、２
ｂに対して、安定した当接状態を保持することにより、
これにより燃料要素４の弾持状態に係る安定度が保証さ
れ、当該燃料要素４の不本意な変動を、高い信頼度をも
って抑制することができる。

【００２０】 さらに、本発明では上記の平板状リング壁
部２ｂ、２ｂに跨設した弾性支持用ばね体１０にあっ
て、その一対である弾性支持片５、５の上位重積部５ａ
と、下位重積部５ｂとが、夫々リング素子２、２の相隣
残留部９ｂと、残留部８ｂに欠設した上位スリット９ｃ
と、下位スリット８ｃとに係止されるようにしてある。

【００２１】 このため 平板状リング壁部２ｂ、２ｂを採
択したのみならず、これに設けた上位スリット９ｃと下
位スリット８ｃとに、夫々弾性支持用ばね体１０の上位
重積部５ａと下位重積部５ｂとが係止されているので、
当該弾性支持用ばね体１０は、フラットな面に安定して
取り付けられ、かつ、係止状態による位置決めがなさ
れ、幅方向等への不本意な変位も阻止されるから、弾性
支持片５、５による燃料要素４に対しての弾持性能の向
上を保証することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成し得るもので
あるから、隣装のリング素子が、相互にリング壁部を共
有して隣装接合部の肉厚が、従来例に比し半減すること
になり、このため不要な構成要素を用いる無駄をなくす
ことができると共に、当該肉厚の削減に基づき大幅にス
ぺーサとしての圧力損失を小さくすることができるか
ら、原子燃料の高燃焼度化につき、その要請を充足する
ことが可能となり、また所定サイズのスぺーサ内に、よ
り多くのセルを配設したり、リング素子の外径を大きく
設計し、これにより燃料要素における被覆管表面とリン
グ素子内面とのギャップを大とすることも許容されるこ
とになるから、冷却材による冷却性能をも向上でき、熱
的余裕を増大させることも可能となる。 また、ＡＴＲ用
燃料のスぺーサにあっては、設計に径の異なる４種類の
リング素子が用いられていたが、肉厚の共有化に伴い、
１種類の径をもったリング素子に統一することが可能と
なり、この結果製造、部品、在庫の各管理が効率的に処
理でき、これによる製品コストの低下をも実現すること
が可能となる。

【００２３】 本発明はそれだけでなく リング壁部の切欠
部と残留部、相隣残留部と相隣切欠部とを上下配置とし
たので隣装接合部の形成作業が簡易、迅速に実施でき、
しかも、その強度をも充分に確保することができるのは
もちろん、前記の両リング壁部が、平板状に形成されて
いるため、隣装接合部における両平板状リング壁部の重
積面積が大となり、このため前説の噛合係嵌や溶接の作
業性がよくなり、かつ製品の強度も大とすることがで
き、さらに、隣装状態の両リング素子につき、その外径
を、より小さくできることになり、所定径のスぺーサに
内装可能なリング素子数の増加をも可能とすることがで
きる。

【００２４】 さらに本発明では 平板状リング壁部に、弾
性支持用ばね体を取り付けて、両弾性支持片を配装する
ようにしたから、円弧状のリング壁部に取り付けた場合
に比し、弾性支持片による燃料要素の弾持を安定させ、
その信頼性を向上することができ、しかも平板状リング
壁部に上位スリットと下位スリットを設け、これに係止
されるよう上記の弾性支持用ばね体を取り付ける構成と
したから、弾性支持片の安定度が、さらに向上し燃料要
素の弾持性能につき、より一層の信頼性を付与すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子燃料集合体のスぺーサに用い
られるリング素子を示し、（Ａ）はリング素子の斜視
図、（Ｂ）は（Ａ）のリング素子に対する隣装リング素
子の一部を切欠した斜視図で、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）
のリング素子を接合した状態を示す斜視図である。

【図２】リング素子と隣装リング素子との隣装接合部を
示し、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明に係る夫々の部
分平面図である。

【図３】本発明に係るＢＷＲ用燃料用であるスぺーサを
示した平面略示図である。

【図４】本発明に係るＡＴＲ用燃料用のスぺーサを示し
た平面略示図である。

【図５】（Ａ）は従来のＡＴＲ用燃料用のスぺーサ、
（Ｂ）は従来のＢＷＲ用燃料のスぺーサを示した夫々の
平面略示図である。

【図６】従来のリング素子タイプスぺーサにおけるリン
グ素子と隣装リング素子の外接状態における平面説明図
である。

【符号の説明】

１ 外枠帯板 ２ リング素子 ２ａ リング壁部 ２ｂ 平板状リング壁部 ３ セル ４ 燃料要素 ５ 弾性支持片 ５ａ 上位重積部 ５ｂ 下位重積部 ６ 固定支持体 ７ 隣装接合部 ８ａ 切欠部 ８ｂ 残留部 ８ｃ 下位スリット ９ａ 相隣切欠部 ９ｂ 相隣残留部 ９ｃ 上位スリット １０ 弾性支持用ばね体 ｄ1 リング壁部の肉厚 ｄ2 隣装接合部の肉厚 Ｚ 軸線方向

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−158388（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−218498（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−256971（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外枠帯板に、多数のリング素子を外接状
   態にて内装固定することにより、当該各リング素子によ
   るセルに挿通した燃料要素を、上記リング素子に設けた
   弾性支持片と固定支持体とによって弾持するようにした
   スぺーサにおいて、上記両リング素子の隣装接合部につ
   き、その一部または全部にわたって、当該隣装接合部を
   形成する両リング壁部を平板状に形成し、当該各平板状
   リング壁部に夫々切欠部と残留部、相隣切欠部と相隣残
   留部とをリング素子の夫々軸線方向上下配置に形成し
   て、当該切欠部に相隣残留部を、残留部に相隣切欠部を
   夫々噛合係嵌して固着することにより、前記隣装接合部
   における各リング壁部の肉厚が、互いに共有状態にて重
   装され、かつ、この両平板状リング壁部により形成され
   た隣装接合部にあって、弾性支持用ばね体を挟持状態に
   より跨設することで、当該弾性支持用ばね体における一
   対の弾性支持片は、その上下に形成された上位重積部と
   下位重積部が、夫々リング素子の相隣残留部と、残留部
   に欠設した上位スリットと下位スリットとに夫々係止さ
   れ、これにより隣接の前記セルに夫々曲突された一対の
   前記弾性支持片が配装されていることを特徴とする原子
   燃料集合体のスぺーサ。