JP3221964B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉等の原
子炉の炉心部に装荷される燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉等の原子炉の炉心部に多
数の燃料集合体１が装荷されて炉心が構成される。従来
の燃料集合体は図１０の斜視図で示すように基本的に構
成され、角筒状の燃料チャンネル２内に、核燃料を収容
した多数の燃料棒３と核燃料を収容しないウォータロッ
ド４とが整列配置されて収容される。各燃料棒３とウォ
ータロッド４は上下端部を上部タイプレート５および下
部タイプレート６でそれぞれ固定し、中間部をスペーサ
７により間隔保持している。スペーサ７は軸方向に適宜
間隔を置いて複数個設置される。

【０００３】燃料チャンネル２内に配列される燃料棒３
等はスペーサ７により正方格子状に間隔をおいて整列保
持され、このスペーサ７で燃料棒３等の水平方向の振動
を拘束している。

【０００４】燃料棒３等を正方格子状に間隔をおいて保
持するスペーサ７は、設計に際して、まず燃料棒３相互
の間隔を適正に保持すること、次いで燃料棒３の熱膨脹
余裕を有すること、燃料集合体１の組立が容易であるこ
と、燃料棒３との接触面積を最小限とすること、原子炉
の冷却材の流れの変化と制限を最小限とすること、スペ
ーサ７の燃料棒３に及ぼす熱的影響を最小限にするこ
と、派生する中性子の吸収を最小にすること、および運
転時の原子炉条件に耐え得る充分な機械的強度を保持す
ること等が考慮される。

【０００５】従来からこれらのスペーサに対する設計要
求を満足させるために、様々なスペーサが提案されてい
る。その代表的なスペーサとして特開昭５９−６５２８
７号公報に開示されたものがある。

【０００６】このスペーサ７は図１１および図１２に示
すように構成されている。スペーサ７はほぼ矩形のセル
枠８内に多数の筒状セル９が整列配置され、各セル９，
９間は環状のスプリング１０で支持される。各セル９内
は燃料棒挿通路１１を形成している。

【０００７】燃料棒挿通路１１を形成する筒状セル９
は、図１３の斜視図に示すように、横断面がほぼ円形
で、側面にコ字状切欠１２が形成される一方、この切欠
１２により形成されるフック部１３に環状スプリング１
０が介装され、この環状スプリング１０により、図１４
に示すように燃料棒挿通路１１内に案内される燃料棒
３，３に押圧力を付与し、この押圧力で燃料棒３，３を
保持している。環状スプリング１０は弓形状の膨出部を
要する矩形リング状に形成され、中央部に燃料棒３と押
圧接触し、保持可能な突出部１４を備えている。

【０００８】筒状セル９は燃料チャンネル２内に案内さ
れる冷却材の流れを整流にするために設けられ、このセ
ル９によりスペーサ７での冷却材の流れの乱れを最小限
とし、燃料棒３からの冷却材による熱除去能力を高め、
スペーサ７での冷却材の圧力損失を最小限に保つように
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料集合体内に
多数の燃料棒３やウォータロッド４を格子状に間隔保持
して整列配置するスペーサ７が設けられるが、このスペ
ーサ７に備えられる円筒状の筒状セル９は側面に特殊な
形状の切欠１２が形成されるため、この切欠１２が冷却
材の流れを乱すこととなり、筒状セル９の設置目的に反
して冷却材の整流化効果を減少させている。

【００１０】また、円筒状の筒状セル９は側面に軸方向
に大きく延びるコ字状の切欠１２を形成しているため、
セル９の高さ方向（軸方向）中央部をかなりの部分に亘
って切り欠くこととなる。この切欠１２の存在により、
筒状セル９は機械的・物理的強度が低下する。この強度
を確保するため、セル部材を肉厚構造としたり、筒状セ
ル９の高さを高くする対策が必要となる。この結果、筒
状セル９による冷却材の圧力損失が増大したり、セル加
工が複雑となる一方、筒状セル９の部材量が多くなり、
製造コストのアップ要因となっていた。

【００１１】さらに、スペーサ７に備えられる筒状セル
９間を連結する偏平なリング状プレートスプリング１０
は細長いほぼ矩形の複雑なリング状に折曲加工されて成
形されるが、スプリング１０の上下端部は、冷却材の流
れに直角になっていることから、この部分で冷却材の流
れに乱れを生じさせる一方、スプリング１０の組付や組
立も複雑なものとなっていた。

【００１２】従来の燃料集合体に組み込まれるスペーサ
７では筒状セル９の加工が複雑で多大な加工時間を要す
る一方、筒状セル９とスプリング１０の組付が複雑で困
難性を有するため、歩留りが悪く、加工コストが嵩む等
の問題があった。

【００１３】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、スペーサでの冷却材の圧力損失を減少させ、冷
却能力を向上させるとともに、スペーサの加工コストダ
ウンを図ることができる燃料集合体を提供することにあ
る。

【００１４】本発明の他の目的はスプリングの成形や加
工を容易にしてスペーサ内への筒状セルとスプリングの
組付を簡単かつ能率的に行ない得るようにし、加工コス
トを低減させた燃料集合体を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料集合体
は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載し
たように、燃料チャンネル内に多数の燃料棒を収容し、
収容される各燃料棒を整列配置して間隔を保持するスペ
ーサを設けて構成される燃料集合体において、前記スペ
ーサは、セル枠内に整列配置されて燃料棒を挿通させる
多数の筒状セルと、上記筒状セルに支持されて燃料棒を
押圧保持するスプリングとからなり、前記スプリングは
２枚のプレート状スプリング部材を向い合せ両端部を接
合して構成されかつこの２枚のプレート状スプリング部
材により形成される間隙の内部のみを隣接する筒状セル
同士の接触側面が通るように設けられ、スプリングの両
端部に形成される接合部のうち少なくとも一方は、筒状
あるいはボックス状接合部でかつ２枚のスプリング部材
の端部を折り曲げ重ね合せて面接合させたものである。

【００１６】

【００１７】

【作用】この燃料集合体は、燃料チャンネル内に収容さ
れる多数の燃料棒等の間隔保持をスペーサで行ない、こ
のスペーサは、２枚のプレート状スプリング部材を向い
合せ、この両端部を接合した接合構造に構成したので、
スプリングの形状や構造が簡素化されるとともに、隣接
する筒状セル同士を保持し、組み立てるために、筒状セ
ルの側面に特殊形状の切欠を形成する必要がなく、筒状
セルとスプリングの組付や組立が簡素化され、簡単かつ
能率よく行なうことができる。

【００１８】一方、筒状セルは中間部に特殊形状の切欠
を形成する必要がないので、筒状セルの形状が簡素化さ
れるとともに筒状セルの機械的・物理的強度の維持を図
ることができる。また、筒状セル内で冷却材の流れに乱
れを生じさせることがないので、冷却材をスムーズに案
内することができ、冷却能力が向上する。さらに、スプ
リングの両端部は重ね合せて接合したものであるため、
加工が容易であり、スプリングの曲げ量が減少するた
め、応力の残留量も小さく、またスプリングの両端部に
冷却材の流れに直角な部分や段部を殆ど形成しなくてよ
いから、この部分で冷却材の流れを乱すことが少なく、
冷却材の圧力損失を小さく抑えることができる。したが
って、スペーサによる冷却材の圧力損失が小さくなり、
冷却材による熱除去能力が向上し、熱水力特性が良好と
なる。

【００１９】また、スプリングはスプリング部材の両端
部に形成される接合部の少なくとも一方を、筒状あるい
はボックス状接合部でかつ２枚のスプリング部材の端部
を折り曲げ重ね合せて面接合することにより、機械的・
物理的強度を向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係る燃料集合体の一実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。

【００２１】本発明の燃料集合体は、スペーサの構造を
除いて図１０および図１１に示す燃料集合体と基本的に
異ならないので同一符号を付して説明を省略する。

【００２２】燃料集合体１内に組み込まれるスペーサ１
５は、多数の燃料棒３とウォータロッド４を間隔保持し
ており、このスペーサ１５はセル枠１６内に多数の筒状
セル１７が整列配置され、隣接する筒状セル１７同士の
接触面がスプリング２０により保持されて構成される。
筒状セル１７は、図１に示すようにほぼ円筒状に構成さ
れる一方、筒状セル１７の側面に特殊形状の切欠を従来
の筒状セルのように設ける必要がなく、切欠が設けられ
ていない。筒状セル１７に切欠を構成しないことによ
り、この部分を流れる冷却材に乱れが生じるのを防止で
きる。

【００２３】また、隣接する筒状セル１７同士を保持す
るスプリング２０は弓形あるいはく字状をなす一対の湾
曲プレート状スプリング部材２１，２２で構成され、２
枚のスプリング部材２１，２２の両端部を重ねて溶接等
で接合して接合部２３，２４を構成しており、スプリン
グ２０は全体として縦長の偏平なリング状に構成され
る。スプリング２０は、図２に示すように、隣接する筒
状セル１７，１７同士の重ね合された接触側面が２枚の
スプリング部材２１，２２により形成される間隙の内部
のみを通るように設けられる。すなわち、スプリング２
０は、隣接する筒状セル１７，１７同士の重ね合された
接触側面を跨いで両側から挟持するように配設され、中
間に燃料棒３を押圧保持する中央突出部２５が形成され
る。筒状セル１７内に挿通される燃料棒３等は、上記中
央突出部２５のばね力と筒状セル１７の上下部にそれぞ
れ形成される内方突起２６により点支持されて収納保持
される。

【００２４】この場合、スプリング２０は図３（Ａ）お
よび（Ｂ）に示すように、弓形あるいはくの字状等の湾
曲形状をした２枚のプレート状スプリング部材２１，２
２を対向させて上下端部を張り合せて溶接接合した接合
構造であるので、成形加工が容易で加工時間を短縮でき
加工コストを下げることができる。また、スプリング２
０の上下端部に冷却材の流れに直交する面や段部が殆ど
形成されず、しかもスプリング２０は縦長の偏平リング
状に形成されるので、冷却材の流れにほぼ平行であり、
流れの乱れが生じない。したがって、スペーサ１５での
冷却材の圧力損失が減少し、冷却能力が従来より向上す
る。

【００２５】図４ないし図６は本発明の燃料集合体に備
えられるスペーサ１５Ａの他の実施例を示すものであ
る。

【００２６】このスペーサ１５Ａはセル枠１６内に整列
配置されるほぼ円筒状の筒状セル１７の上下両端部に矩
形あるいは円弧状のように単純形状の切欠２８を形成
し、この切欠２８に図５および図６に示すように偏平な
プレート状スプリング２０Ａが跨ぐように装着される。
切欠２８の幅はスプリング２０Ａの上下端部の接合部の
幅より若干大きく形成され、その軸方向長さは従来の筒
状セル９に設けられる切欠に較べ充分に短かく、筒状セ
ル１７の機械的・物理的強度を損うことが少ない。この
切欠によりスプリング２０Ａが筒状セル１７の円周方向
へずれるのを防止し、スプリング２０Ａを正しい位置に
装着できる。

【００２７】スプリング２０Ａは、図２に示すスプリン
グ２０と長さを異にする点を除いて構造や形状は実質的
に異ならないので、同一符号を付して説明を省略する。
スプリング２０Ａの上下両端部に形成される接合部２
３，２４は筒状セル１７の切欠２８内に納められてい
る。図４ないし図６には筒状セル１７の両端部に切欠２
８，２８を形成した例を示したが、この切欠２８，２８
はいずれか一方に形成するだけでもよい。

【００２８】図７は、スペーサに備えられるスプリング
の変形例を示すものである。

【００２９】図７の（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示さ
れるスプリング２０Ｂは、弓形あるいはくの字状をなす
２枚のプレート状スプリング部材２１，２２の上下両端
部に形成される接合部３０，３１を改良したものであ
る。プレート状スプリング部材２１，２２は両端部の左
右いずれかの側方を切り欠いて突き合せ接合用の接合段
部（切欠面）を形成し、２枚のスプリング部材２１，２
２を対向させて重ね合せたとき、両端部が交差して面一
となるように接合段部を溶接等で一体に接合したもので
ある。スプリング部材２１，２２の両端部を交差させて
面一となるように一体に接合することにより、冷却材の
流れに交差する部分が非常に少なく、冷却材の乱れをよ
り一層防止できる一方、スプリング部材２１，２２の材
料の節約を図ることができる。

【００３０】図８（Ａ）および（Ｂ）はスプリングの第
２変形例を示すものである。

【００３１】この変形例に示されたスプリング２０Ｃ
は、弓形あるいはくの字状をなすプレート状スプリング
部材２１，２２の上下両端部の板厚を厚くして接合部３
３，３４の機械的・物理的強度を増加させたものであ
る。この実施例では、対向する２２枚のスプリング部材
２１，２２の上下両端部を双方とも肉厚構造としている
が、いずれか片方だけを肉厚構造としたものでもよい。
肉厚はスプリング部材２１，２２のいずれか一方の板厚
を厚くすることにより構成してもよい。

【００３２】図９（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）はスプリ
ングの第３変形例を示すものである。

【００３３】この変形例に示されたスプリング２０Ｄ
は、対向する２枚のプレート状スプリング部材２１，２
２の上下両端部をコ字状にそれぞれ成形してこのコ字状
部を組み合せ、角筒状あるいはボックス状接合部３６，
３７を構成したものである。スプリング２０Ｄの上下両
端部に形成される角筒状接合部３６，３７の重ね合せ面
を溶接等で接合することにより、接合面積が大きく、機
械的・物理的強度を増加させることができる。スプリン
グ２０Ｄに形成される角筒状接合部３６，３７は、上下
いずれか一方に形成してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る燃料集
合体においては、燃料チャンネル内に収容される多数の
燃料棒の間隔保持をスペーサで行ない、このスペーサ
は、２枚のプレート状スプリング部材を向い合せ、この
両端部を接合した接合構造に構成し、上記２枚のスプリ
ング部材により形成される間隙の内部のみを隣接する筒
状セル同士の接触側面を通るように設けられ、スプリン
グ両端部の少なくとも一方を筒状あるいはボックス状接
合部でかつ２枚のスプリング部材の端部を折り曲げ重ね
合せて面接合したので、スプリングの形状や構造が簡素
化されるとともに、スプリングの面接部の機械的・物理
的強度を向上させることができ、隣接する筒状セル同士
を保持し、組み立てるために、筒状セルの側面に特殊形
状の切欠を形成する必要がなく、筒状セルとスプリング
の組付や組立が簡素化され、簡単かつ能率よく行なうこ
とができる。

【００３５】一方、筒状セルは中間部に特殊形状の切欠
を形成する必要がないので、筒状セルの形状が簡素化さ
れるとともに筒状セルの機械的・物理的強度の維持を図
ることができる。また、筒状セル内で冷却材の流れに乱
れを生じさせることがないので、冷却材をスムーズに案
内することができ、冷却能力が向上する。さらに、スプ
リングの両端部のうち少なくとも一方は筒状あるいはボ
ックス状接合部を構成し、面接合にて重ね合せ接合した
ものであるため、加工が容易であり、スプリング部材同
士の接合強度を向上させることができ、さらに、スプリ
ングの両端部に冷却材の流れに直角な部分や段部を殆ど
形成しなくてよいから、この部分も冷却材の流れが乱さ
れず、冷却材の圧力損失を小さく抑えることができる。
したがって、スペーサによる冷却材の圧力損失が小さく
なり、冷却材による熱除去能力が向上し、熱水力特性が
良好となる。

【００３６】

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体に備えられるスペーサ
の筒状セルを示す斜視図。

【図２】本発明に係る燃料集合体に備えられるスペーサ
の要部拡大縦断面図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は図２に示すスペーサに組
み込まれるスプリングをそれぞれ示す図。

【図４】本発明に係る燃料集合体に備えられるスペーサ
の他の実施例を示すもので、筒状セルの斜視図。

【図５】本発明に係る燃料集合体に備えられるスペーサ
他の実施例を示す要部拡大縦断面図。

【図６】図５に示されるスペーサの筒状セルとスプリン
グの組付状態を示す斜視図。

【図７】（Ａ）はスペーサに組み付けられるスプリング
の第１変形例を示す図、（Ｂ）および（Ｃ）は上記スプ
リングを構成するスプリング部材をそれぞれ示す側面
図。

【図８】（Ａ）および（Ｂ）はスペーサに組み付けられ
るスプリングの第２変形例を示す図。

【図９】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）はスペーサに組み
付けられるスプリングの第３変形例を示す正面図、側面
図および平面図。

【図１０】代表的な燃料集合体を一部破断して示す斜視
図。

【図１１】図１０の燃料集合体に備えられるスペーサの
平面図。

【図１２】図１１に示すスペーサの一部を破断して示す
側面図。

【図１３】図１２に示すスペーサに組み付けられる筒状
セルの斜視図。

【図１４】図１２に示されるスペーサとスプリングの組
立状態を示すスペーサの部分的な断面図。

【図１５】スペーサに組み付けられるスプリングと燃料
棒との関係を示す図。

【符号の説明】

１ 燃料集合体 ２ 燃料チャンネル ３ 燃料棒 ４ ウォータロッド ５ 上部タイプレート ６ 下部タイプレート ８，１６ セル枠 １５．１５Ａ スペーサ １７ 筒状セル ２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ スプリング ２１，２２ スプリング部材 ２３，２４，３０，３１，３３，３４，３６，３７ 接
合部 ２５ 中央突出部 ２６ 内方突起 ２８ 切欠

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料チャンネル内に多数の燃料棒を収容
   し、収容される各燃料棒を整列配置して間隔を保持する
   スペーサを設けて構成される燃料集合体において、前記
   スペーサは、セル枠内に整列配置されて燃料棒を挿通さ
   せる多数の筒状セルと、上記筒状セルに支持されて燃料
   棒を押圧保持するスプリングとからなり、前記スプリン
   グは２枚のプレート状スプリング部材を向い合せ両端部
   を接合して構成されかつこの２枚のプレート状スプリン
   グ部材により形成される間隙の内部のみを隣接する筒状
   セル同士の接触側面が通るように設けられ、スプリング
   の両端部に形成される接合部のうち少なくとも一方は、
   筒状あるいはボックス状接合部でかつ２枚のスプリング
   部材の端部を折り曲げ重ね合せて面接合してなることを
   特徴とする燃料集合体。