JP3083258B2 - 原子炉燃料棒及びそのプレナムスプリング装置 - Google Patents
原子炉燃料棒及びそのプレナムスプリング装置Info
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被覆管内の上部の
ガスプレナム内に、被覆管内壁との摩擦力によってばね
反力をとり燃料ペレットを押さえるプレナムスプリング
装置を組み込んだ原子炉燃料棒に関するものである。こ
の技術は、各種の原子炉燃料棒、例えば軽水炉用燃料
棒、新型転換炉用燃料棒、高速炉用燃料棒などに適用で
きる。
ガスプレナム内に、被覆管内壁との摩擦力によってばね
反力をとり燃料ペレットを押さえるプレナムスプリング
装置を組み込んだ原子炉燃料棒に関するものである。こ
の技術は、各種の原子炉燃料棒、例えば軽水炉用燃料
棒、新型転換炉用燃料棒、高速炉用燃料棒などに適用で
きる。
【０００２】
【従来の技術】原子炉の燃料は、多数の燃料ペレットを
被覆管内に収納して両端を密封することで燃料棒を構成
し、この燃料棒を多数本束ねて燃料集合体としたものが
用いられており、この燃料集合体を原子炉内外への出し
入れの単位としている。通常、燃料集合体は垂直方向に
原子炉容器内に装荷され、冷却材は原子炉容器の下方か
ら流入して燃料集合体で加熱され、原子炉容器の上方か
ら流出するように構成されている。
被覆管内に収納して両端を密封することで燃料棒を構成
し、この燃料棒を多数本束ねて燃料集合体としたものが
用いられており、この燃料集合体を原子炉内外への出し
入れの単位としている。通常、燃料集合体は垂直方向に
原子炉容器内に装荷され、冷却材は原子炉容器の下方か
ら流入して燃料集合体で加熱され、原子炉容器の上方か
ら流出するように構成されている。
【０００３】図７に従来の原子炉燃料棒の一例を示す。
Ａは全体構成を示し、Ｂはその上部を拡大して示してい
る。燃料棒１０は、被覆管１２内の一部の領域に多数の
燃料ペレット１４が積み重ねられるように収納されてい
て、該被覆管１２の両端が上部端栓１６と下部端栓１８
とで密封され、被覆管１２内の残りの領域が主としてガ
ス溜まりとなっている。このガス溜まりは、原子炉内の
核反応で生成したガス状の核分裂生成物により内部の圧
力（内圧）が過大にならないようにするための空間であ
り、「ガスプレナム」と呼ばれている。一般に、このガ
スプレナムは燃料ペレットの上側（冷却材流路では下流
側）に設けられる上部ガスプレナム２０である。従来の
原子炉では、ガスプレナムを燃料ペレットの下側にも設
けている場合もあるが、その場合の下部ガスプレナムの
容積はかなり小さい。
Ａは全体構成を示し、Ｂはその上部を拡大して示してい
る。燃料棒１０は、被覆管１２内の一部の領域に多数の
燃料ペレット１４が積み重ねられるように収納されてい
て、該被覆管１２の両端が上部端栓１６と下部端栓１８
とで密封され、被覆管１２内の残りの領域が主としてガ
ス溜まりとなっている。このガス溜まりは、原子炉内の
核反応で生成したガス状の核分裂生成物により内部の圧
力（内圧）が過大にならないようにするための空間であ
り、「ガスプレナム」と呼ばれている。一般に、このガ
スプレナムは燃料ペレットの上側（冷却材流路では下流
側）に設けられる上部ガスプレナム２０である。従来の
原子炉では、ガスプレナムを燃料ペレットの下側にも設
けている場合もあるが、その場合の下部ガスプレナムの
容積はかなり小さい。
【０００４】ところで、燃料棒を燃料工場で製造してか
ら原子炉に装荷し使用開始するまでの間の取り扱い中や
輸送中に、燃料ペレットが燃料棒内の所定の位置から軸
方向に移動することのないように保持する必要がある。
そのためガスプレナム内にはプレナムスプリング２２が
組み込まれている。従来のプレナムスプリング２２は単
なる長尺のコイルばねであり、自由長より若干圧縮され
た状態で上部ガスプレナム２０内の全長にわたって組み
込まれる。つまり上端が燃料棒１０の上部端栓１６の下
面に当接して（スリーブ等を介在させる場合もある）ば
ね力を作用し、その反力で燃料ペレット１４を押さえつ
け移動を阻止している。
ら原子炉に装荷し使用開始するまでの間の取り扱い中や
輸送中に、燃料ペレットが燃料棒内の所定の位置から軸
方向に移動することのないように保持する必要がある。
そのためガスプレナム内にはプレナムスプリング２２が
組み込まれている。従来のプレナムスプリング２２は単
なる長尺のコイルばねであり、自由長より若干圧縮され
た状態で上部ガスプレナム２０内の全長にわたって組み
込まれる。つまり上端が燃料棒１０の上部端栓１６の下
面に当接して（スリーブ等を介在させる場合もある）ば
ね力を作用し、その反力で燃料ペレット１４を押さえつ
け移動を阻止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来技術で
は、燃料棒の端部と燃料ペレットとの間で適正なばね力
を生じるように、プレナムスプリング２２は相応の長さ
と太さをもつ。特に上部ガスプレナム２０は軸方向長さ
が長いので、コイルばねも長く且つ太いものが必要とな
り、それを組み込むことでガスプレナム容積の一部が占
有されてしまう。そのため、本来のガス溜まりとしての
ガスプレナムの機能が損なわれる問題があった。
は、燃料棒の端部と燃料ペレットとの間で適正なばね力
を生じるように、プレナムスプリング２２は相応の長さ
と太さをもつ。特に上部ガスプレナム２０は軸方向長さ
が長いので、コイルばねも長く且つ太いものが必要とな
り、それを組み込むことでガスプレナム容積の一部が占
有されてしまう。そのため、本来のガス溜まりとしての
ガスプレナムの機能が損なわれる問題があった。
【０００６】本発明の目的は、プレナムスプリング装置
の体積を低減することによりガスプレナム容積を増大さ
せ、原子炉内での燃料の燃焼によって発生するガス状核
分裂生成物等のガスをより多く収容できるようにして、
内圧上昇を抑制する原子炉燃料棒を提供することであ
る。本発明の他の目的は、そのような原子炉燃料棒に用
いる体積の小さなプレナムスプリング装置を提供するこ
とである。
の体積を低減することによりガスプレナム容積を増大さ
せ、原子炉内での燃料の燃焼によって発生するガス状核
分裂生成物等のガスをより多く収容できるようにして、
内圧上昇を抑制する原子炉燃料棒を提供することであ
る。本発明の他の目的は、そのような原子炉燃料棒に用
いる体積の小さなプレナムスプリング装置を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る原子炉燃料
棒は、被覆管内の一部の領域に多数の燃料ペレットが積
み重ねられていて、該被覆管の両端が上部端栓と下部端
栓とで密封され、燃料ペレットの上部に該燃料ペレット
から放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間である上
部ガスプレナムが形成され、該上部ガスプレナム内に燃
料ペレットを押さえるプレナムスプリング装置が設けら
れている構造である。ここで本発明の特徴は、前記プレ
ナムスプリング装置が、上部ガスプレナム内下方の被覆
管内面にばね力により圧接可能な切欠き円環状板ばねを
有する摩擦係止部材と、その切欠き円環状板ばねを縮径
状態から開放して前記摩擦係止部材を被覆管内面に固定
させる止め金機構と、前記被覆管内に積み重ねられてい
る燃料ペレットと前記摩擦係止部材の間に介在する燃料
ペレット押さえ用のコイルばねとを具備している点であ
る。
棒は、被覆管内の一部の領域に多数の燃料ペレットが積
み重ねられていて、該被覆管の両端が上部端栓と下部端
栓とで密封され、燃料ペレットの上部に該燃料ペレット
から放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間である上
部ガスプレナムが形成され、該上部ガスプレナム内に燃
料ペレットを押さえるプレナムスプリング装置が設けら
れている構造である。ここで本発明の特徴は、前記プレ
ナムスプリング装置が、上部ガスプレナム内下方の被覆
管内面にばね力により圧接可能な切欠き円環状板ばねを
有する摩擦係止部材と、その切欠き円環状板ばねを縮径
状態から開放して前記摩擦係止部材を被覆管内面に固定
させる止め金機構と、前記被覆管内に積み重ねられてい
る燃料ペレットと前記摩擦係止部材の間に介在する燃料
ペレット押さえ用のコイルばねとを具備している点であ
る。
【０００８】本発明に係るプレナムスプリング装置は、
原子炉燃料棒の被覆管内面に圧接可能な摩擦係止部材
と、該摩擦係止部材を縮径状態から開放する止め金機構
と、前記摩擦係止部材と燃料ペレットとの間に介在して
プレナムスプリングとして機能する燃料ペレット押さえ
用のコイルばねとからなる。前記摩擦係止部材は、開放
状態で原子炉燃料棒の被覆管内径よりも大きな外接円径
を有する切欠き円環状の板ばねと、その軸方向の一端部
から内径方向に一体的に突設した複数の爪部を有する。
また前記止め金機構は、止め金と、該止め金と摩擦係止
部材との間に位置する止め金用ばねとを有し、前記止め
金は、前記摩擦係止部材の複数の爪部の先端を束ねて切
欠き円環状板ばねを縮径状態に拘束でき軸方向の変位に
よって前記爪部を解放する止め輪と、該止め輪から軸方
向に延びるステムと、該ステムの他端に設けた受け板と
からなる。ここで摩擦係止部材は、例えば、切欠き円環
状板ばねの爪部形成位置とは反対側の端部に、燃料ペレ
ット押さえ用のコイルばねに当接する台座部を、円周の
１箇所で接続するように設けた構造とするのが好まし
い。
原子炉燃料棒の被覆管内面に圧接可能な摩擦係止部材
と、該摩擦係止部材を縮径状態から開放する止め金機構
と、前記摩擦係止部材と燃料ペレットとの間に介在して
プレナムスプリングとして機能する燃料ペレット押さえ
用のコイルばねとからなる。前記摩擦係止部材は、開放
状態で原子炉燃料棒の被覆管内径よりも大きな外接円径
を有する切欠き円環状の板ばねと、その軸方向の一端部
から内径方向に一体的に突設した複数の爪部を有する。
また前記止め金機構は、止め金と、該止め金と摩擦係止
部材との間に位置する止め金用ばねとを有し、前記止め
金は、前記摩擦係止部材の複数の爪部の先端を束ねて切
欠き円環状板ばねを縮径状態に拘束でき軸方向の変位に
よって前記爪部を解放する止め輪と、該止め輪から軸方
向に延びるステムと、該ステムの他端に設けた受け板と
からなる。ここで摩擦係止部材は、例えば、切欠き円環
状板ばねの爪部形成位置とは反対側の端部に、燃料ペレ
ット押さえ用のコイルばねに当接する台座部を、円周の
１箇所で接続するように設けた構造とするのが好まし
い。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明における原子炉燃料棒の基
本構成は、従来のものとほぼ同様であるが、上部ガスプ
レナムに組み込むプレナムスプリング装置として、燃料
棒の端部に対してばね反力を作用させる従来型に代え
て、被覆管内面との摩擦力によってばね反力をとるよう
な構造を採用している。ばね反力を、上部ガスプレナム
内の下方寄りの位置でとることで、コイルばねの長さを
短くでき、プレナムスプリング装置の体積を低減してい
る。
本構成は、従来のものとほぼ同様であるが、上部ガスプ
レナムに組み込むプレナムスプリング装置として、燃料
棒の端部に対してばね反力を作用させる従来型に代え
て、被覆管内面との摩擦力によってばね反力をとるよう
な構造を採用している。ばね反力を、上部ガスプレナム
内の下方寄りの位置でとることで、コイルばねの長さを
短くでき、プレナムスプリング装置の体積を低減してい
る。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に係る原子炉燃料棒とそれに組
み込むプレナムスプリング装置の一実施例を示す説明図
である。同図において、Ａは燃料棒の一部分を示し、Ｂ
はプレナムスプリング装置を拡大して示している。また
図２はプレナムスプリング装置の平面図であり、図３は
その縦断面図である。原子炉燃料棒１０の構成は、基本
的には上記のように従来のものとほぼ同様である。被覆
管１２内の一部の領域に多数の燃料ペレット１４が積み
重ねられていて、該被覆管１２の両端が上部端栓１６と
下部端栓（図示せず）とで密封されている。燃料ペレッ
ト１４の上部に、該燃料ペレットから放出される核分裂
生成ガスを蓄積する空間である上部ガスプレナム２０が
形成され、該上部ガスプレナム２０内に燃料ペレット１
４を押さえるプレナムスプリング装置３０が組み込まれ
ている。このプレナムスプリング装置３０は、上部ガス
プレナムの内部下方（できるだけ下側の位置）の被覆管
内面にばね力により圧接可能な摩擦係止部材３４と、該
摩擦係止部材３４を縮径状態から開放する止め金機構３
６と、燃料ペレット１４と摩擦係止部材３４の間に介在
する燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８とを具備し
ている。このコイルばね３８は、従来のプレナムスプリ
ングと同等の機能を果たすものであり、燃料棒の製造か
ら原子炉での燃焼開始までの比較的低温の条件下で、燃
料ペレット１４と被覆管１２の熱膨張差を吸収する。
み込むプレナムスプリング装置の一実施例を示す説明図
である。同図において、Ａは燃料棒の一部分を示し、Ｂ
はプレナムスプリング装置を拡大して示している。また
図２はプレナムスプリング装置の平面図であり、図３は
その縦断面図である。原子炉燃料棒１０の構成は、基本
的には上記のように従来のものとほぼ同様である。被覆
管１２内の一部の領域に多数の燃料ペレット１４が積み
重ねられていて、該被覆管１２の両端が上部端栓１６と
下部端栓（図示せず）とで密封されている。燃料ペレッ
ト１４の上部に、該燃料ペレットから放出される核分裂
生成ガスを蓄積する空間である上部ガスプレナム２０が
形成され、該上部ガスプレナム２０内に燃料ペレット１
４を押さえるプレナムスプリング装置３０が組み込まれ
ている。このプレナムスプリング装置３０は、上部ガス
プレナムの内部下方（できるだけ下側の位置）の被覆管
内面にばね力により圧接可能な摩擦係止部材３４と、該
摩擦係止部材３４を縮径状態から開放する止め金機構３
６と、燃料ペレット１４と摩擦係止部材３４の間に介在
する燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８とを具備し
ている。このコイルばね３８は、従来のプレナムスプリ
ングと同等の機能を果たすものであり、燃料棒の製造か
ら原子炉での燃焼開始までの比較的低温の条件下で、燃
料ペレット１４と被覆管１２の熱膨張差を吸収する。
【００１１】ここで摩擦係止部材３４は、開放状態で原
子炉燃料棒の被覆管内径よりも大きな外接円径を有する
切欠き円環状板ばね４０と、その軸方向の一端（ここで
は上端）から内向きに一体的に突設した複数の爪部４２
を有する。各爪部４２は、先端がＬ字型に下向きに折れ
曲がった形状であり、ここでは３方向から中央に向かっ
て一体的に突設されている。また摩擦係止部材３４に
は、切欠き円環状板ばね４０の爪部形成位置とは反対側
の端部（ここでは下端）に、燃料ペレット押さえ用のコ
イルばね３８に当接する台座部４４が、円周の１箇所で
連続するように設けられている。
子炉燃料棒の被覆管内径よりも大きな外接円径を有する
切欠き円環状板ばね４０と、その軸方向の一端（ここで
は上端）から内向きに一体的に突設した複数の爪部４２
を有する。各爪部４２は、先端がＬ字型に下向きに折れ
曲がった形状であり、ここでは３方向から中央に向かっ
て一体的に突設されている。また摩擦係止部材３４に
は、切欠き円環状板ばね４０の爪部形成位置とは反対側
の端部（ここでは下端）に、燃料ペレット押さえ用のコ
イルばね３８に当接する台座部４４が、円周の１箇所で
連続するように設けられている。
【００１２】前記止め金機構３６は、止め金４６と、該
止め金４６と摩擦係止部材３４との間に位置する止め金
用ばね４８とを有する。この止め金用ばね４８は、燃料
棒の製造前に止め金機構３６を機能させるためのもので
あり、コイルばねを用いている。止め金４６は、前記摩
擦係止部材３４の複数の爪部４２の先端を束ねて切欠き
円環状板ばね４０を縮径状態に拘束でき軸方向の変位に
よって前記爪部４２を解放する止め輪５０と、該止め輪
５０から軸方向上向きに延びるステム５２と、該ステム
５２の上端に設けた受け板５４とからなる。止め輪５０
は皿状であり、その内周壁で前記爪部４２の折れ曲がり
先端部を束ねるようになっていて、底部中央にステム５
２が立設される。なお、前記燃料ペレット押さえ用のコ
イルばね３８は、摩擦係止部材３４の台座部４４の下面
にスポット溶接などにより固定するのが望ましい。
止め金４６と摩擦係止部材３４との間に位置する止め金
用ばね４８とを有する。この止め金用ばね４８は、燃料
棒の製造前に止め金機構３６を機能させるためのもので
あり、コイルばねを用いている。止め金４６は、前記摩
擦係止部材３４の複数の爪部４２の先端を束ねて切欠き
円環状板ばね４０を縮径状態に拘束でき軸方向の変位に
よって前記爪部４２を解放する止め輪５０と、該止め輪
５０から軸方向上向きに延びるステム５２と、該ステム
５２の上端に設けた受け板５４とからなる。止め輪５０
は皿状であり、その内周壁で前記爪部４２の折れ曲がり
先端部を束ねるようになっていて、底部中央にステム５
２が立設される。なお、前記燃料ペレット押さえ用のコ
イルばね３８は、摩擦係止部材３４の台座部４４の下面
にスポット溶接などにより固定するのが望ましい。
【００１３】これらのプレナムスプリング装置３０で用
いる部品は、燃料棒の使用条件下で化学的に安定な材料
で作製する。燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８、
切欠き円環状板ばね４０、止め金用ばね４８について
は、燃料棒の製造から原子炉での燃焼開始までの比較的
低温の条件下で安定したばねとしての機能を維持できる
材料を使用する。特に切欠き円環状板ばね４０は、燃焼
開始後の高温下では熱緩和などによりばねとしての機能
を失う材料とする。具体的には、例えばステンレス鋼
（ＳＵＳ３１６）等が好適である。
いる部品は、燃料棒の使用条件下で化学的に安定な材料
で作製する。燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８、
切欠き円環状板ばね４０、止め金用ばね４８について
は、燃料棒の製造から原子炉での燃焼開始までの比較的
低温の条件下で安定したばねとしての機能を維持できる
材料を使用する。特に切欠き円環状板ばね４０は、燃焼
開始後の高温下では熱緩和などによりばねとしての機能
を失う材料とする。具体的には、例えばステンレス鋼
（ＳＵＳ３１６）等が好適である。
【００１４】燃料棒の製造時、被覆管１２に燃料ペレッ
ト１４を装填した後、このプレナムスプリング装置３０
を挿入する。当初、摩擦係止部材３４の切欠き円環状板
ばね４０は止め金機構３６によって縮径状態となってい
るために、スムーズに被覆管１２内に挿入できる。被覆
管１２内の所定の位置まで達して燃料ペレット１４に突
き当たった時に、受け板５４に軸方向の力を加えて更に
若干押し込むと、止め金用ばね４８は圧縮変形し、それ
によって止め金機構３６が解放される。つまり止め金４
６が下がって止め輪５０から爪部４２の先端が外れ、切
欠き円環状板ばね４０は開放状態へ向かって拡開するよ
うに変形する。これによって切欠き円環状板ばね４０
は、そのばね力によって被覆管１２の内面に密着し、軸
方向の変位に対しては摩擦によって抵抗を受けるため、
その位置で固定されることになる。つまり摩擦係止部材
３４が被覆管内面との摩擦力によって固定されて、燃料
ペレット押さえ用のコイルばね３８のばね反力を支える
ことになる。
ト１４を装填した後、このプレナムスプリング装置３０
を挿入する。当初、摩擦係止部材３４の切欠き円環状板
ばね４０は止め金機構３６によって縮径状態となってい
るために、スムーズに被覆管１２内に挿入できる。被覆
管１２内の所定の位置まで達して燃料ペレット１４に突
き当たった時に、受け板５４に軸方向の力を加えて更に
若干押し込むと、止め金用ばね４８は圧縮変形し、それ
によって止め金機構３６が解放される。つまり止め金４
６が下がって止め輪５０から爪部４２の先端が外れ、切
欠き円環状板ばね４０は開放状態へ向かって拡開するよ
うに変形する。これによって切欠き円環状板ばね４０
は、そのばね力によって被覆管１２の内面に密着し、軸
方向の変位に対しては摩擦によって抵抗を受けるため、
その位置で固定されることになる。つまり摩擦係止部材
３４が被覆管内面との摩擦力によって固定されて、燃料
ペレット押さえ用のコイルばね３８のばね反力を支える
ことになる。
【００１５】燃料棒の製造から原子炉内での燃焼開始ま
での間、切欠き円環状板ばね４０は被覆管１２内面に密
着し続け、その摩擦力によって、燃料ペレット押さえ用
コイルばね３８の反力を支えることで、燃料ペレット１
４が過度の衝撃などによって移動しないように固定する
機能を果たす。また、この間に、燃料ペレット１４と被
覆管１２との間に若干の熱膨張差が生じる可能性がある
が、燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８が、その熱
膨張差を吸収する。
での間、切欠き円環状板ばね４０は被覆管１２内面に密
着し続け、その摩擦力によって、燃料ペレット押さえ用
コイルばね３８の反力を支えることで、燃料ペレット１
４が過度の衝撃などによって移動しないように固定する
機能を果たす。また、この間に、燃料ペレット１４と被
覆管１２との間に若干の熱膨張差が生じる可能性がある
が、燃料ペレット押さえ用のコイルばね３８が、その熱
膨張差を吸収する。
【００１６】原子炉での燃焼開始後の高温下では、熱緩
和などにより切欠き円環状板ばね４０のばね力が弱まり
摩擦が緩和されて、被覆管１２との間での摩擦係止状態
（固定状態）が解除される。その結果、燃焼開始後の熱
や核反応により燃料ペレット１４の体積膨張が生じて
も、燃料棒に異常な応力を発生させることはない。
和などにより切欠き円環状板ばね４０のばね力が弱まり
摩擦が緩和されて、被覆管１２との間での摩擦係止状態
（固定状態）が解除される。その結果、燃焼開始後の熱
や核反応により燃料ペレット１４の体積膨張が生じて
も、燃料棒に異常な応力を発生させることはない。
【００１７】図１に示す本発明と図７に示す従来技術と
を比べれば明らかなように、本発明のプレナムスプリン
グ装置は上部ガスプレナム内の下方（燃料ペレットの極
く近傍）に装着できるために、その体積を従来のプレナ
ムスプリングに比べて大幅に小さくできる。原子炉の種
類や燃料棒のタイプにもよるが、新型転換炉用燃料棒の
例では、プレナムスプリング装置の体積を従来のプレナ
ムスプリングの数分の一（計算結果によると約１／７）
以下にできる。これによりガスプレナムの容積が増大
し、図４の矢印ａで示すように、従来技術よりも１割程
度内圧を低減できる。あるいは燃料棒内圧到達値が同じ
であれば１割程度多くの核分裂生成ガスを溜めることが
できるようになり、より長く燃焼させることができる。
図４の評価例では、矢印ｂに示す分だけ（概ね２〜３割
程度）高燃焼度化が可能と見積もられている。
を比べれば明らかなように、本発明のプレナムスプリン
グ装置は上部ガスプレナム内の下方（燃料ペレットの極
く近傍）に装着できるために、その体積を従来のプレナ
ムスプリングに比べて大幅に小さくできる。原子炉の種
類や燃料棒のタイプにもよるが、新型転換炉用燃料棒の
例では、プレナムスプリング装置の体積を従来のプレナ
ムスプリングの数分の一（計算結果によると約１／７）
以下にできる。これによりガスプレナムの容積が増大
し、図４の矢印ａで示すように、従来技術よりも１割程
度内圧を低減できる。あるいは燃料棒内圧到達値が同じ
であれば１割程度多くの核分裂生成ガスを溜めることが
できるようになり、より長く燃焼させることができる。
図４の評価例では、矢印ｂに示す分だけ（概ね２〜３割
程度）高燃焼度化が可能と見積もられている。
【００１８】上記実施例のプレナムスプリング装置にお
いて、摩擦係止部材の台座部は無くてもよい。その場
合、燃料ペレット押さえ用のコイルばねの外径を大きく
しておいて、切欠き円環状板ばねの下端で押さえるよう
にする。燃料ペレット押さえ用のコイルばねと切欠き円
環状板ばねとは一体でなくてもよいが、燃料棒への組み
込みを容易にするためには一点溶接で取り付けておく構
造とするのがよい。
いて、摩擦係止部材の台座部は無くてもよい。その場
合、燃料ペレット押さえ用のコイルばねの外径を大きく
しておいて、切欠き円環状板ばねの下端で押さえるよう
にする。燃料ペレット押さえ用のコイルばねと切欠き円
環状板ばねとは一体でなくてもよいが、燃料棒への組み
込みを容易にするためには一点溶接で取り付けておく構
造とするのがよい。
【００１９】次に、本発明に係るプレナムスプリング装
置の組み立て状況について図５及び図６により説明す
る。なお図面を簡略化するために、燃料ペレット押さえ
用のコイルばねは図示するのを省略している。
置の組み立て状況について図５及び図６により説明す
る。なお図面を簡略化するために、燃料ペレット押さえ
用のコイルばねは図示するのを省略している。
【００２０】図５に示す例では、開放状態での切欠き円
環状板ばね４０の切欠き幅ｃを、止め輪５０の外径ｄよ
りも大きくしておく。（あるいは、切欠き円環状板ばね
を強制的に若干拡開するすることで、その切欠き幅が止
め輪の外径よりも大きくできるようなものでもよい。）
まず止め金４６のステム５２に止め金用ばね４８を巻装
する。次に、止め金用ばね４８をやや押し縮めた状態で
止め輪５０を切欠きの部分から切欠き円環状板ばね４０
内に組み入れ、該板ばね４０をやや縮径させて爪部４２
の先端を束ねて止め輪５０の内壁に引っ掛ける。これに
よって組み立てが完了する。
環状板ばね４０の切欠き幅ｃを、止め輪５０の外径ｄよ
りも大きくしておく。（あるいは、切欠き円環状板ばね
を強制的に若干拡開するすることで、その切欠き幅が止
め輪の外径よりも大きくできるようなものでもよい。）
まず止め金４６のステム５２に止め金用ばね４８を巻装
する。次に、止め金用ばね４８をやや押し縮めた状態で
止め輪５０を切欠きの部分から切欠き円環状板ばね４０
内に組み入れ、該板ばね４０をやや縮径させて爪部４２
の先端を束ねて止め輪５０の内壁に引っ掛ける。これに
よって組み立てが完了する。
【００２１】図６に示す例では、止め金を、ステム付の
止め輪７０と受け板７４の別部品とし、ねじ止めで結合
可能な構造とする。また摩擦係止部材も、切欠き円環状
板ばね６０と台座部６４を別部品としておく。まず、切
欠き円環状板ばね６０の下方からステム付きの止め輪７
０を入れ、前記板ばね６０をやや縮径させて爪部６２を
止め輪７０に引っ掛ける。止め金用ばね４８を摩擦係止
部材の爪部６２上に載せ、受け板７４をステム７２の頂
部にねじ止めする。そして、切欠き円環状板ばね６０の
下端に台座部６４を溶接により取り付ける。台座部を用
いずに直接、燃料ペレット押さえ用のコイルばねを一点
溶接で取り付けてもよい。このようにして組み立てが完
了する。
止め輪７０と受け板７４の別部品とし、ねじ止めで結合
可能な構造とする。また摩擦係止部材も、切欠き円環状
板ばね６０と台座部６４を別部品としておく。まず、切
欠き円環状板ばね６０の下方からステム付きの止め輪７
０を入れ、前記板ばね６０をやや縮径させて爪部６２を
止め輪７０に引っ掛ける。止め金用ばね４８を摩擦係止
部材の爪部６２上に載せ、受け板７４をステム７２の頂
部にねじ止めする。そして、切欠き円環状板ばね６０の
下端に台座部６４を溶接により取り付ける。台座部を用
いずに直接、燃料ペレット押さえ用のコイルばねを一点
溶接で取り付けてもよい。このようにして組み立てが完
了する。
【００２２】なお、切欠き円環状の板ばねとしては、上
記のＳＵＳ３１６鋼のような熱緩和材料の他、形状記憶
合金やバイメタルなどを使用し、燃焼開始後は温度変化
によって変形させて被覆管内壁との圧接状態を解除する
構成も可能である。
記のＳＵＳ３１６鋼のような熱緩和材料の他、形状記憶
合金やバイメタルなどを使用し、燃焼開始後は温度変化
によって変形させて被覆管内壁との圧接状態を解除する
構成も可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、上部ガスプレナムに組
み込むプレナムスプリング装置の体積を従来のプレナム
スプリングの体積に比して大幅に小さくできるので、そ
の分、ガスプレナムの容積が増大し、溜めることのでき
るガス量を多くできる。このことにより、 燃料棒の内圧が低減されるので、燃料破損の可能性が
少なくなり、安全性が向上する。 核分裂生成ガスの生成量が多い高燃焼度燃料の実現が
容易となる。 容積の増加分だけガスプレナムを小形化して、燃料集
合体を小形化することも可能となる。 などの効果が得られる。これらはいずれも発電コストの
低減につながるが、特にはコストへの効果が大きい。
み込むプレナムスプリング装置の体積を従来のプレナム
スプリングの体積に比して大幅に小さくできるので、そ
の分、ガスプレナムの容積が増大し、溜めることのでき
るガス量を多くできる。このことにより、 燃料棒の内圧が低減されるので、燃料破損の可能性が
少なくなり、安全性が向上する。 核分裂生成ガスの生成量が多い高燃焼度燃料の実現が
容易となる。 容積の増加分だけガスプレナムを小形化して、燃料集
合体を小形化することも可能となる。 などの効果が得られる。これらはいずれも発電コストの
低減につながるが、特にはコストへの効果が大きい。
【図１】本発明に係る原子炉燃料棒とそのプレナムスプ
リング装置の一実施例を示す説明図。
リング装置の一実施例を示す説明図。
【図２】プレナムスプリング装置の平面図。
【図３】プレナムスプリング装置の縦断面図。
【図４】本発明の原子炉燃料棒による高燃焼度化の効果
を説明する概念図。
を説明する概念図。
【図５】プレナムスプリング装置の組立工程の一例を示
す説明図。
す説明図。
【図６】プレナムスプリング装置の組立工程の他の例を
示す説明図。
示す説明図。
【図７】従来技術の一例を示す説明図。
１０ 燃料棒 １２ 被覆管 １４ 燃料ペレット １６ 上部端栓 １８ 下部端栓 ２０ 上部ガスプレナム ３０ プレナムスプリング装置 ３４ 摩擦係止部材 ３６ 止め金機構 ３８ 燃料ペレット押さえ用のコイルばね ４０ 切欠き円環状板ばね ４２ 爪部 ４４ 台座部 ４６ 止め金 ４８ 止め金用ばね ５０ 止め輪 ５２ ステム ５４ 受け板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−78293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−125587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−8484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−184576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−202892（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−52192（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭42−3920（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】 被覆管内の一部の領域に多数の燃料ペレ
ットが積み重ねられていて、該被覆管の両端が上部端栓
と下部端栓とで密封され、燃料ペレットの上部に該燃料
ペレットから放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間
である上部ガスプレナムが形成され、該上部ガスプレナ
ム内に燃料ペレットを押さえるプレナムスプリング装置
が設けられている構造の原子炉燃料棒であって、 前記プレナムスプリング装置は、上部ガスプレナム内下
方の被覆管内面にばね力により圧接可能な切欠き円環状
板ばねを有する摩擦係止部材と、その切欠き円環状板ば
ねを縮径状態から開放して前記摩擦係止部材を被覆管内
面に固定させる止め金機構と、前記被覆管内に積み重ね
られている燃料ペレットと前記摩擦係止部材の間に介在
する燃料ペレット押さえ用のコイルばねとを具備し、 前記摩擦係止部材は、開放状態で原子炉燃料棒の被覆管
内径よりも大きな外接円径を有する切欠き円環状の板ば
ねと、その軸方向の一端部から内径方向に一体的に突設
した複数の爪部を有し、 前記止め金機構は、止め金と、該止め金と摩擦係止部材
との間に位置する止め金用ばねとを有し、 前記止め金は、前記摩擦係止部材の複数の爪部の先端を
束ねて切欠き円環状板ばねを縮径状態に拘束でき軸方向
の変位によって前記爪部を解放する止め輪と、該止め輪
から軸方向に延びるステムと、該ステムの他端に設けた
受け板とからな ることを特徴とする原子炉燃料棒。 - 【請求項２】 原子炉燃料棒の被覆管内面に圧接可能な
摩擦係止部材と、該摩擦係止部材を縮径状態から開放す
る止め金機構と、前記摩擦係止部材と燃料ペレットとの
間に介在してプレナムスプリングとして機能する燃料ペ
レット押さえ用のコイルばねとを具備し、 前記摩擦係止部材は、開放状態で原子炉燃料棒の被覆管
内径よりも大きな外接円径を有する切欠き円環状の板ば
ねと、その軸方向の一端部から内径方向に一体的に突設
した複数の爪部を有し、 前記止め金機構は、止め金と、該止め金と摩擦係止部材
との間に位置する止め金用ばねとを有し、 前記止め金は、前記摩擦係止部材の複数の爪部の先端を
束ねて切欠き円環状板ばねを縮径状態に拘束でき軸方向
の変位によって前記爪部を解放する止め輪と、該止め輪
から軸方向に延びるステムと、該ステムの他端に設けた
受け板とからなることを特徴とする原子炉燃料棒のプレ
ナムスプリング装置。 - 【請求項３】 摩擦係止部材は、切欠き円環状板ばねの
爪部形成位置とは反対側の端部に、燃料ペレット押さえ
用のコイルばねに当接する台座部を、円周の１箇所で接
続するように設けた構造をなしている請求項２記載の原
子炉燃料棒のプレナムスプリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08191505A JP3083258B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 原子炉燃料棒及びそのプレナムスプリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08191505A JP3083258B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 原子炉燃料棒及びそのプレナムスプリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1020061A JPH1020061A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3083258B2 true JP3083258B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=16275775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08191505A Expired - Fee Related JP3083258B2 (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 原子炉燃料棒及びそのプレナムスプリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3083258B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE518236C2 (sv) | 2001-06-08 | 2002-09-10 | Westinghouse Atom Ab | Bränslestav för en nukleär anläggning och plenumfjäder inrättad att anordnas i en bränslestav |
| US7290319B2 (en) | 2006-01-11 | 2007-11-06 | General Electric Co. | Methods for installing a fuel pellet locking retainer in a nuclear fuel rod |
| US8666018B2 (en) | 2011-01-06 | 2014-03-04 | Westinghouse Electric Company Llc | Nuclear fuel rod plenum spring assembly |
| JP6568348B2 (ja) * | 2014-10-27 | 2019-08-28 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心 |
| CN114038583B (zh) * | 2021-11-17 | 2023-11-21 | 中国核动力研究设计院 | 一种全陶瓷燃料棒 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP08191505A patent/JP3083258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1020061A (ja) | 1998-01-23 |
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