JP3399676B2 - 燃料集合体の積出用シム - Google Patents

燃料集合体の積出用シム

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JP3399676B2 JP33215094A JP33215094A JP3399676B2 JP 3399676 B2 JP3399676 B2 JP 3399676B2 JP 33215094 A JP33215094 A JP 33215094A JP 33215094 A JP33215094 A JP 33215094A JP 3399676 B2 JP3399676 B2 JP 3399676B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は全般的に積出用シムに関
し、特に積み出し中において動きをロックする必要があ
るほぼ平行に配列された多数の棒を含んでいる核燃料集
合体あるいは別の製品を積み出す際に利用される積出用
シムに関する。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉形原子炉用の最近の燃料集合体は
製造工場から目的地まで一般に水平にした状態で特別な
コンテナで積み出される。或る燃料集合体の設計では、
燃料棒を横方向に支え相互に間隔を隔てるために利用さ
れ且つ原子炉運転中に燃料棒を固定位置に維持するスペ
ーサ格子の中で積み出し中に燃料棒が動くことにより引
き起こされる摩擦腐食を防止することが要求されてい
る。相互に接触する燃料棒とスペーサとのごくわずかな
繰り返し相対運動でも燃料被覆管に摩擦腐食が生じてし
まうので、燃料積み出し中並びに原子炉運転中において
そのような相対運動を最小にすることが望まれる。
【０００３】原子炉の炉心は、典型的には燃料集合体に
集合された燃料棒の形をした核燃料を含んでいる。核分
裂反応の制御を可能にする炉心を形成するために、複数
群の燃料集合体がマトリックスの形に配置されている。
個々の燃料棒は、被覆管で覆われている燃料ペレットの
積層体の形をしている燃料を含んでいる典型的には直径
が約０．４インチで長さが８〜１５フィートの細長い部
材である。燃料集合体を構成する燃料棒は、垂直方向に
二つの平行なエンドプレート、即ち上側タイプレートと
下側タイプレートによって支えられる長手方向に延びる
複数の部材を形成するために集合される。これらのプレ
ートは普通はロッドあるいは別の構造物で互いに結合さ
れている。
【０００４】燃料集合体あるいは燃料バンドルは別の燃
料棒以外の機能部材も含んでいる。例えば加圧水形原子
炉では、核分裂率を制御するのに役立つ制御棒、炉心内
計装管、スペーサ捕捉棒、冷却減速材が下側タイプレー
トから燃料集合体を通してあるいはその上部の中に入り
上側タイプレートの出口に流れることを許すことによっ
て燃料集合体内における中性子減速材を減少するウォー
タロッドあるいはウォータチャネルに対する通路を形成
するための案内管がそれに該当する。隣接する燃料棒の
相互間の間隙および燃料棒と燃料棒以外の機能部材との
間の間隙は、その中を通して冷却材および又は減速材が
循環するチャネルを作り出している。
【０００５】加圧水形原子炉、沸騰水形原子炉、高温ガ
ス形原子炉あるいは他の形式の原子炉のいずれの原子炉
における燃料集合体も、燃料棒を固定した位置に保持す
る働きをし、理想的にはその振動をなくし、通常運転中
および他の原子炉運転状態において曲がりや別の動きを
阻止する働きをする。棒の相互間の間隔を維持し横方向
に支える働きをするスペーサあるいはスペーサ格子は典
型的には燃料棒の種々の軸方向の熱膨張を許すように設
計されている。従ってスペーサおよびスペーサ構成要素
は一般的に燃料棒に固く接続されることはない。スペー
サはスペーサセルから構成され、各スペーサセルは、所
望の棒相互間の間隔を維持しかつ燃料棒をその所定の横
方向位置に維持するために固定接触点と弾性ばねとの組
合せ体を含んでいる。燃料被覆管に必ず接触しているば
ねおよび突起は燃料棒の僅かな半径方向の動きも許して
いるので、燃料棒に摩擦腐食が生ずることがある。
【０００６】スペーサあるいはスペーサ格子におけるば
ねは、それが使用開始時に燃料棒に加わる最大力をもた
らす多数の設計基準を満足するように設計されている。
最大荷重は被覆管における局部応力および燃料集合体へ
の挿入中における燃料棒の損傷のような観点によって規
定されている。しかし燃料集合体の積み出し中に負わさ
れるような非常に異なった種類の荷重を同時に受け入れ
る要件を満足することは必ずしも実用的でない。典型的
には燃料集合体の積み出しにより生ずる荷重は燃料棒の
多方向加速度を含んでいる。
【０００７】或る種の燃料集合体は、個々の燃料棒間あ
るいは非燃料部材との間の間隙あるいは間隔が一定して
いるように配列されている燃料棒および燃料棒以外の機
能部材を有している。そのような燃料集合体を積み出し
中において保護する一つの方法は、包装中にすべての燃
料棒間にシムを挿入することである。これらのシムは一
般に燃料棒あるいは部材の列の間における呼び間隙に対
応した厚みを有している。
【０００８】しかし或る種の燃料集合体の設計は、燃料
棒相互間および燃料棒と燃料集合体の燃料棒以外の機能
部材との間の間隔を同じにすることを必要としていな
い。この種の燃料集合体は、種々の外径の燃料棒、燃料
棒の矩形、三角形あるいは六角形の配列、燃料棒相互間
の可変性間隔、燃料棒と内側ウォータチャネルとの可変
性間隔、および／又は燃料棒とウォータ管あるいはウォ
ータロッドとの可変性間隔を有する。加えて、燃料集合
体の一平面内における燃料棒相互間の間隔あるいは燃料
棒と別の燃料棒以外の機能部材との間の間隔が、燃料棒
直径の軸方向変化により他の平面におけるそれに比べて
変化する。更に部分長の燃料棒の使用も、燃料集合体の
内部における種々の平面における燃料棒間の間隔に影響
を及ぼす。
【０００９】燃料集合体におけるこのような設計上の要
点の一つあるいは複数個を含有することは、燃料設計の
一つあるいは複数の性能的特徴を最適にするけれども、
積み出し中における摩擦腐食に対する燃料棒の保護は可
能だとしても極めて複雑となり、コストも時間もかか
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃料
棒相互間および／又は燃料棒と燃料集合体の燃料棒以外
の機能部材との間の種々に寸法づけられた間隙に合わせ
ることのできる従来に比べて優れた積出用シムを提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、燃料棒以外の機能部材並びに核燃料棒を備えている
燃料集合体内における互いに平行な燃料棒をロックする
ための主フォーク状部材とロック用フォーク状部材とか
ら成る積出用シムであって、主フォーク状部材が燃料集
合体内における燃料棒の一つと燃料棒以外の機能部材と
の間に挿入するための互いに平行な複数個の可撓性の歯
を有し、これらの歯が基材から延び、これらの歯の少な
くとも一つが基材まで延びる中空部分を持つように形成
され、ロック用フォーク状部材が少なくとも一つの中空
歯に挿入するための少なくとも一つのリブを有し、この
リブがウェブから延び、主フォーク状部材の基材および
複数個の歯の少なくとも一つの中空部分の中にはまり込
むように形成され、少なくとも一つのリブが少なくとも
一つの中空歯の中に挿入されたとき、少なくとも一つの
中空歯および挿入された少なくとも一つのリブが燃料棒
の一つおよび燃料棒以外の機能部材をロックする剛体と
なることによって解決される。
【００１２】
【実施例】以下図面に示した実施例を参照して本発明を
詳細に説明する。
【００１３】本発明は次の二つの状態に適応できる燃料
集合体に関する。その一つは、燃料集合体のスペーサ格
子が燃料棒とスペーサ格子との相対運動を阻止できない
状態である。水平の燃料棒に作用する重力によって引き
起こされるこの相対運動は、燃料棒および／又はスペー
サ格子に摩擦腐食を生じさせる。もう一つは、燃料棒の
外側面間の間隙および／又は燃料棒と燃料集合体の燃料
棒以外の機能部材との間の間隙が一様でなく、その上に
これらすべての間隙を充填する単純な一体形の積出用シ
ムの挿入が許されない状態である。
【００１４】図１において１０は沸騰水形原子炉の燃料
集合体であり、これは細長い燃料棒１１、１２、１３を
有しているが、図１では燃料棒１１、１２しか見えてい
ない。燃料棒１１、１２、１３は異なった外径を有して
いる点で互いに相違している。燃料棒の直径の差異は図
を簡単にするため一定の比例に応じて寸法通りには描か
れていない。同様に図１に示されている燃料棒の配列は
９×９形であり、これは一例として選択されたものであ
る。燃料棒は下側タイプレート１４と上側タイプレート
１６との間に支持されている。燃料棒１１、１２、１３
は複数個のスペーサ格子１８を貫通しているが、図１に
は二つのスペーサ格子しか示されていない。スペーサ格
子１８は燃料集合体の長さ全体にわたって燃料棒１１、
１２、１３を部分的に支持し、それらの相対間隔を維持
すると同時に横振動を生じないようにする。図１に示さ
れている燃料集合体は燃料棒の配列の中央に配置された
断面正方形の中央ウォータチャネル２０と下側に配置さ
れた積出用シム３０を有している。
【００１５】図２は図１に示されている燃料集合体およ
び積出用シム３０の横断面図である。図１および図２に
は図を簡単にするために唯一つの積出用シムしか示され
ていないが、実際には各燃料集合体に対して複数個のシ
ムを利用することができる。本発明は図１に示されてい
る燃料集合体に関して説明するが、当該技術者にとって
は、本発明がいかなる形式の核燃料集合体にも利用で
き、即ち図１に示されている沸騰水形原子炉用燃料集合
体以外の核燃料集合体にも利用できることは容易に理解
できるであろう。
【００１６】積出用シム３０は二つのフォーク状部材か
ら成り、そのうち主フォーク状部材４０は図３に、ロッ
ク用フォーク状部材６０は図４に示されている。
【００１７】図３において主フォーク状部材４０は無負
荷状態で示されており、基材４１から延びている複数の
スロット付き歯４２、４３、４４、４５、４６、４７、
４８、４９から成っている。積出用シム３０は燃料集合
体１０の中にある燃料棒１１、１２、１３を歯４２〜４
９でロックする。それぞれの歯４２〜４９はスロット５
０を有する。このスロット５０は歯の先端を除いてその
全長にわたって延び、基材４１の壁を貫通している。
【００１８】図４に示されているロック用フォーク状部
材６０はウェブ６１から延びているリブ６２、６３、６
４、６５、６６、６７、６８、６９から成っている。リ
ブ６２〜６９は歯４２〜４９および基材４１におけるス
ロット５０の幅に対応した一様な厚みｔを有している。
【００１９】積み出しに対する燃料集合体の準備中にお
いて、主フォーク状部材４０は一個所あるいは数個所か
ら好適にはスペーサ格子の近くで燃料集合体の中に滑り
込まされる。それから個々の主フォーク状部材に対し
て、ロック用フォーク状部材６０が対応した歯４２〜４
９のスロット５０の中に各リブ６２〜６９を挿入するこ
とによって設置される。一旦ロック用フォーク状部材６
０が完全に主フォーク状部材４０の中に設置されると、
シム３０は摩擦力によって効果的に適所にロックされ、
図２に示されているように燃料棒の相互間および燃料棒
と非燃料構成要素との間に剛性材料体を形成する。図２
に示されている燃料集合体に対しては一つの積出用シム
３０しか示されていないが、燃料集合体の反対側から同
形の主フォーク状部材４０とロック用フォーク状部材６
０を反転した状態で設置することもできる。これは燃料
集合体の各燃料棒を燃料集合体の一つの軸方向高さにお
いてロックする働きをする。
【００２０】ロック用フォーク状部材６０の各リブ６０
−６９が主フォーク状部材４０のスロット５０の中に設
置されるまでは、主フォーク状部材４０の歯４２〜４９
は可撓性とばね弾性とを示し、燃料棒の相互間および燃
料棒とロック用フォーク状部材が一旦設置されると固定
される燃料棒以外の機能部材との間の種々の間隙を通過
することができる。
【００２１】歯４２〜４９の壁厚は例えば図３に示され
ているようにその長さに沿って変化している。すなわち
歯４２はスパンａにおいてはＷａの壁厚、スパンｂにお
いてはＷｂの壁厚、スパンｃにおいてはＷｃの壁厚およ
びスパンｄにおいてはＷｄの壁厚を有している。フォー
ク状部材６０のリブ６２〜６９は歯４２〜４９のスロッ
ト５０の中に挿入される。一旦リブが完全に歯の中に挿
入されると、シムは図２に示されているようなロック位
置に置かれる。
【００２２】壁厚Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄはリブの厚み
ｔと共に、各リブおよび各歯の全幅がその長さの関数と
して、互いに隣接する燃料棒１１、１２、１３間の個々
の間隙並びに燃料棒１１、１２、１３と、冷却減速材を
流すための手段であるウォータチャネル２０の外側壁と
の間の間隙に対応するように選択されている。そのよう
な間隙の例は図２に間隙ｇ1、ｇ2、ｇ3、ｇ4として示さ
れている。従って例えばスパンａにおける歯４２の両側
に位置する燃料棒に対して、隣接する２本の燃料棒１１
の間の間隙は幅Ｗａ＋Ｗａ＋ｔの総合幅によって規定さ
れる。同様に歯４２のスパンｃの両側に位置する燃料棒
１２、１３に対しては、燃料棒間の間隙は幅Ｗｃ＋Ｗｃ
＋ｔの総合幅によって規定される。そして歯４７に沿っ
て位置する燃料棒１２と中央ウォータチャネル２０との
間の間隙は幅Ｗｈ＋Ｗｈ＋ｔの総合幅によって規定され
る。従って歯の外側輪郭はリブの厚みｔと一緒に、シム
３０に特に燃料集合体全体を通して寸法が変化している
間隙を規定し充填するために必要な厚みを持たせること
を可能にする。
【００２３】主フォーク状部材４０およびロック用フォ
ーク状部材６０はどのような材料からも作ることがでの
るが、好適には主フォーク状部材４０およびロック用フ
ォーク状部材６０はいずれも原理的には低密度のポリエ
チレンのような軟らかい合成樹脂から射出成形される。
各フォーク状部材４０、６０の有利な材料は、多数の燃
料集合体における燃料棒被覆管に対して利用されている
材料であるジルカロイよりも軟らかいので、摩擦あるい
は摩擦腐食はシムには生ずるが、燃料棒被覆管には生じ
ない。
【００２４】歯の長さおよび歯が基材４１および／又は
ウェブ６１と成す角度は、個々の燃料集合体の中におけ
る燃料棒の配列、寸法および幾何学的形状に左右され
る。図２に示されている燃料集合体において、中央ウォ
ータチャネル２０が幾つかの歯の長さあるいはスパンを
制限しているので、シム３０は一つだけでは燃料棒を一
つの軸方向位置において固定するために十分でない。
【００２５】積出用シム３０が燃料棒の配置形状に応じ
て基材４１およびウェブ６１と直角を成している歯およ
びリブを有するように示されているが、歯およびリブは
基材およびウェブに対して他の角度をもたせることもで
きる。更に歯４２〜４９は図３の形状において矩形とし
て示されているが、歯の表面領域は平らである必要はな
く、燃料棒および又は燃料棒以外の機能部材の形状に合
わせて輪郭づけることもできる。
【００２６】以上本発明を特にその有利な実施例につい
て図示し説明したが、本発明の思想および範囲を逸脱す
ることなしに形状および細部を種々に変更できることは
当該技術者において理解できるであろう。
【００２７】本発明によれば、燃料棒相互間および／又
は燃料棒と燃料集合体の燃料棒以外の機能部材との間の
間隙が種々に寸法づけられている燃料集合体に対する優
れた積出用シムが得られ、燃料集合体の積み出し中にお
ける燃料棒の摩擦腐食の発生を確実に防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料集合体の中に積出用シムが置かれ外側チャ
ネルが除去されて示されている沸騰水形原子炉用燃料集
合体の側面図。
【図２】図１における２−２線に沿った燃料集合体の断
面図で燃料集合体の中に置かれている本発明に基づく積
出用シムを示している。
【図３】図２における積出用シムの主フォーク状部材の
斜視図。
【図４】図２における積出用シムのロック用フォーク状
部材の斜視図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体 １１、１２、１３ 燃料棒 １４ 下側タイプレート １６ 上側タイプレート ２０ 中央ウォータチャネル ３０ 積出用シム ４０ 主フォーク状部材 ４１ 基材 ４２〜４９ 歯 ５０ スロット ６０ ロック用フォーク状部材 ６１ ウェブ ６２〜６９ リブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料集合体内における互いに平行な燃料
    棒をロックするための主フォーク状部材とロック用フォ
    ーク状部材とから成る積出用シムであって、主フォーク
    状部材が燃料集合体内における互いに平行な燃料棒の相
    互間に挿入するための互いに平行な複数個の可撓性の歯
    を有し、これらの歯が基材から延び、これらの歯の少な
    くとも一つが基材まで延びる中空部分を持つように形成
    され、ロック用フォーク状部材が少なくとも一つの中空
    歯に挿入するための少なくとも一つのリブを有し、この
    リブがウェブから延び、主フォーク状部材の基材および
    複数個の歯の少なくとも一つの中空部分の中にはまり込
    むように形成され、少なくとも一つのリブが少なくとも
    一つの中空歯の中に挿入されたとき、少なくとも一つの
    中空歯が少なくとも２本の平行な燃料棒をロックする剛
    体となることを特徴とする燃料集合体の積出用シム。
  2. 【請求項２】 燃料棒以外の機能部材並びに核燃料棒を
    有する燃料集合体内における互いに平行な燃料棒をロッ
    クするための主フォーク状部材とロック用フォーク状部
    材とから成る積出用シムであって、主フォーク状部材が
    燃料集合体内における燃料棒の一つと前記機能部材との
    間に挿入するための互いに平行な複数個の可撓性の歯を
    有し、これらの歯が基材から延び、これらの歯の少なく
    とも一つが基材まで延びる中空部分を持つように形成さ
    れ、ロック用フォーク状部材が少なくとも一つの中空歯
    に挿入するための少なくとも一つのリブを有し、このリ
    ブがウェブから延び、主フォーク状部材の基材および複
    数個の歯の少なくとも一つの中空部分の中にはまり込む
    ように形成され、少なくとも一つのリブが少なくとも一
    つの中空歯の中に挿入されたとき、少なくとも一つの中
    空歯および挿入された少なくとも一つのリブが燃料棒の
    一つおよび前記機能部材をロックする剛体となることを
    特徴とする燃料集合体の積出用シム。
  3. 【請求項３】 複数個の歯の少なくとも一つが中空部分
    を持つように形成された複数個の中空歯であり、少なく
    とも一つのリブが複数個の中空歯の中にはめ込まれるよ
    うに形成された複数個のリブであることを特徴とする請
    求項２記載の積出用シム。
  4. 【請求項４】 複数個の中空歯の少なくとも一つが厚さ
    の変化している少なくとも一つの壁を有していることを
    特徴とする請求項３記載の積出用シム。
  5. 【請求項５】 主フォーク状部材の歯が基材に対して直
    角に延び、ロック用フォーク状部材のリブがウェブに対
    して直角に延びていることを特徴とする請求項４記載の
    積出用シム。
  6. 【請求項６】 主フォーク状部材が合成樹脂材料で作ら
    れていることを特徴とする請求項５記載の積出用シム。
  7. 【請求項７】 合成樹脂材料がポリエチレンであること
    を特徴とする請求項６記載の積出用シム。
  8. 【請求項８】 ロック用フォーク状部材が合成樹脂材料
    で作られていることを特徴とする請求項７記載の積出用
    シム。
  9. 【請求項９】 合成樹脂材料がポリエチレンであること
    を特徴とする請求項８記載の積出用シム。
  10. 【請求項１０】 上側タイプレート、下側タイプレー
    ト、互いに間隔を隔てられ上側タイプレートと下側タイ
    プレートとの間にその棒端において保持されている複数
    個の燃料棒、これらの燃料棒を所定の配置形状に位置決
    めするため燃料集合体の長さ全体にわたって互いに間隔
    を隔てて取り付けられた複数個のスペーサ格子、冷却減
    速材を下側タイプレートから燃料集合体を通って上側タ
    イプレートの出口まで流れるようにする手段および互い
    に間隔を隔てられた燃料棒をロックするための積出用シ
    ムから成り、この積出用シムが主フォーク状部材とロッ
    ク用フォーク状部材とから成り、この主フォーク状部材
    が燃料棒の一つと冷却減速材を下側タイプレートから燃
    料集合体を通って上側タイプレートの出口まで流れるよ
    うにする手段との間に挿入される互いに平行な複数個の
    可撓性の歯を有し、これらの歯が基材から延び、これら
    の歯の少なくとも一つが基材まで延びる中空部分を持つ
    ように形成され、ロック用フォーク状部材が少なくとも
    一つの中空歯に挿入するための少なくとも一つのリブを
    有し、このリブがウェブから延び、主フォーク状部材の
    基材および複数個の歯の少なくとも一つの中空部分の中
    にはまり込むように形成され、少なくとも一つのリブが
    少なくとも一つの中空歯の中に挿入されたとき、燃料棒
    の一つおよび冷却減速材を流すための手段をロックする
    剛体となることを特徴とする核燃料集合体。
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