JP4215865B2 - 支持格子の外ストラップ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉に使用される核燃料集合体を構成する支持格子に関するもので、特に支持格子の外ストラップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば軽水炉の原子炉に使用される核燃料集合体は、上部ノズルと下部ノズルの間に複数の支持格子が所定間隔で配設され、計装用管及び複数の制御棒案内管が各支持格子と上部ノズル及び下部ノズルにそれぞれ固定され、更に各支持格子の格子空間に多数の燃料棒が挿入されて保持されている。支持格子は、薄板帯状の内ストラップを格子状に交差させ、外側面をなす四辺の部分には薄板帯状の外ストラップが配設されていて、内ストラップ同士そして内ストラップ及び外ストラップで仕切られた多数の格子空間には燃料棒などが挿通されて保持されている。
図３に示す支持格子１の格子空間２において、隣接する二つの壁面３ａ，３ａからはディンプル４，４がそれぞれ突出し、ディンプル４に対向する二つの壁面３ｂ，３ｂにはスプリング５，５がそれぞれ突出している。対向する二対のディンプル４，４及びスプリング５，５で燃料棒６を支持するようになっている。
【０００３】
このような支持格子１を構成する薄板帯状の内ストラップと外ストラップは例えばジルカロイ合金で作られており、図４に示す内ストラップ８においては、その短手方向（図中、矢印Ａ方向）に延びるスプリング５が一方の壁面から突出して形成され、しかも内ストラップ８の長手方向（Ａ方向に直交する方向：以下同じ）に所定間隔で配列されている。スプリング５の短手方向の両側にはスプリング５とは反対側の壁面から突出するディンプル４，４が設けられ、同様に長手方向に配列されている。
隣接する２つのスプリング５，５の間には内ストラップ８，８同士を格子状に組むためのスリット１０が短手方向の下端縁から中央付近までそれぞれ延在しており、しかもスプリング５，５間の短手方向中央部には、例えば略長方形のキー窓１１がスリット１０に連通して形成されている。また内ストラップ８のスリット１０と反対側の上端縁には所定間隔でベーン１２…が所定角度で折り曲げられて形成されている。
【０００４】
また図５に示す外ストラップ９には、その短手方向（矢印Ａ方向）に延びるスプリング１３が一方の壁面から突出して形成され、しかも外ストラップ９の長手方向に所定間隔で配列されている。スプリング１３，１３間の外ストラップ９の短手方向中央部には、例えば略長方形のキー窓１４…が形成され、同様に長手方向に配列されている。
このような内ストラップ８と外ストラップ９が組み込まれてなる支持格子１について、図３に示す格子空間２…内に燃料棒６…を挿入すると、スプリング５，１３やディンプル４が擦過して燃料棒６にスクラッチを生じるという問題がある。
そのために、支持格子１について外ストラップ９のキー窓１４から内ストラップ８のキー窓１１を通して一列の格子空間２…内に略棒状のキー部材を挿入して各スプリング５，１３を格子空間２内から後退する方向に押圧して撓ませた予撓みを与えた状態で、格子空間２内に燃料棒６を挿通すれば、ディンプル４やスプリング５，１３と擦過することなく挿入できる。これをスクラッチレスローディングという。
【０００５】
このようなキー部材による格子空間２内のスプリング５，１３の予撓みの付与方法の一例について説明する。
図６において、支持格子１の各格子空間２内で各キー窓１１，１４を通して、断面略長方形をなす棒状のキー部材１６をスプリング５（１３）に近接する位置にそれぞれ挿入する。挿入に際しては、キー部材１６の断面長方形の長手方向をスプリング５の長手方向に略平行に配設して（図６図示）、例えばキー部材１６を図中で矢印Ｂで示す方向に略９０°回転させることで、スプリング５の中央突出部５ａより若干下の部位を押して格子空間２内から退く方向に撓ませることができる。そして、９０°回転させた状態でキー部材１６を保持すれば、ディンプル４やスプリング５に接触することなく燃料棒６を挿入できるスペースが格子空間２内に確保できる。
また支持格子１は略正方形板状に形成されており、各格子空間２では図３に示すように隣接する二つの壁面３ｂ，３ｂにスプリング５，１３が突出して形成されているために、格子状に形成された多数の格子空間２…に対して燃料棒６が挿通可能になるように各スプリング５，１３を撓ませるには、支持格子１において、外ストラップ９，９のキー窓１４，１４及び内ストラップ８…のキー窓１１…を通して縦方向と横方向にキー部材１６…を挿入して互いに直交させる必要がある。
そのため、キー部材１６は内ストラップ８及び外ストラップ９の長手方向寸法よりも若干長く形成されており、支持格子１の縦方向と横方向とで、挿入されるキー部材１６が短手方向にずれている必要がある。そのため、各キー窓１１，１４は略長方形状に形成されている。
尚、このようなキー部材１６の挿入方法は、例えば特開平６−１３８２８７号公報に記載されている。
【０００６】
またスプリングに予撓みを付与する別の方法として、図７に示す方法がある（特公平７−９７１５１号公報参照）。
この方法では、まず、格子空間２内に図示しないたわませ治具の周方向に分割されたスリーブを挿入し、更にスリーブ内にテーパピンを挿入することで分割されたスリーブが外側に押圧されて拡径するから、分割されたスリーブで、格子空間２内のスプリング５（１３）が格子空間２内から後退する方向にたわませられる。
この状態で、各キー窓１４，１１を通して図７に示すようにＬ字型の補助部１７が所定間隔で設けられたキー部材１８を挿入して略９０°回転させることで、キー部材１８と補助部１７とで、撓んだ状態のスプリング５と、スプリング５を打ち抜いた孔部５Ａ及びキー窓１１の間のリブ１９とを挟持する。そして、たわませ治具を引き抜けば図７に示す状態となり、燃料棒６を擦過することなく挿入可能になる。
ここで、キー部材１８はスプリング５を押圧し、補助部１７はリブ１９を押圧することになる。尚、図７ではスプリング５とディンプル４は１つを除いて省略されている。
【０００７】
ところで、支持格子１を構成する内ストラップ８及び外ストラップ９の材質として、スプリング５，１３の弾性を考慮すれば、スプリング特性の良好なインコネルが好ましい。他方、中性子経済の向上、被爆量低減の観点からジルカロイ合金の適用が望まれている。しかしながらインコネルの材料の耐力が約１１０kg／mm² であるのに対して、ジルカロイでは材料の耐力が約２５kg／mm² であり、ジルカロイ合金は材料の耐力がインコネルの約１／４程度しかない。
そのため、ストラップ８，９を形成する場合、各ストラップ８，９をジルカロイで製作して、スプリング５，１３については同一材料で打ち抜きによって一体形成するか、或いはスプリング５，１３のみをインコネルで製作してジルカロイ製のストラップ本体に形成した打ち抜き窓部にブリッジして両端をストラップ本体と結合する構成をとっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの構成のストラップ８，９を採用しても、スプリング５，１３のための打ち抜き孔部とキー窓１１，１４との間にジルカロイ製のリブ１９、２０が形成されており、キー部材１６，１８の挿入によってスプリング５，１３を撓ませた際、予撓みによる反力をストラップ８，９のリブ１９，２０で受けるために、材料耐力の小さいジルカロイ製のリブ１９，２０が塑性変形を受けやすいという欠点がある。特に図７に示す構造では、キー部材１８の補助部１７で直接リブ１９が押圧されるために一層塑性変形しやすいという欠点が生じる。リブ１９，２０が塑性変形すると、分断されて異物として燃料集合体内に飛散する可能性があり、好ましくない。
【０００９】
本発明は、上述のような実情に鑑みて、燃料棒の挿入に際してスプリングを予め撓ませても、その応力で塑性変形することのないようにした外ストラップを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る支持格子の外ストラップは、スプリングの打ち抜き孔とキー窓との間にリブが設けられていて薄板帯状をなす外ストラップにおいて、キー窓は梁部によって短手方向に分割されて形成されていることを特徴とする。
キー窓が短手方向に分割されて形成されているために、キー窓とスプリングの打ち抜き孔部との間のリブに相当する部分が短くなり、しかも分割されたキー窓とキー窓との間に梁部に相当する補強部が形成されることになり、補強できる。従って、外ストラップの材質が材料耐力の小さいジルカロイであってもリブの塑性変形を効果的に抑制できる。
また、支持格子の外側に外ストラップが組み込まれた状態で、縦と横方向の一方の一対の外ストラップでは分割された複数のキー窓の１つを通してキー部材が挿入されてスプリングを押圧して予撓みを与え、縦と横方向の他方の一対の外ストラップでは分割された複数のキー窓の他の１つを通してキー部材が挿入されてスプリングを押圧して予撓みを与えることができる。
尚、内ストラップのキー窓は、外ストラップの分割された複数のキー窓のうち、キー部材が挿入されるいずれか一方に対応するキー窓が形成されていればよく、このキー窓も従来のものよりも小さくできて、キー窓とスプリングの打ち抜き孔部との間のリブを補強できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１及び図２により説明するが、上述した従来技術と同一の部分には同一の符号を用いて説明する。図１は発明の実施の形態による外ストラップに関するもので（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、図２は内ストラップの要部平面図である。
図１に示す支持格子１の外ストラップ３０はジルカロイ合金からなり、その本体３１は薄板帯状とされている。この外ストラップ３０は、本体３１の短手方向（Ａ方向）に略板状のスプリング３２が形成されており、スプリング３２はその長手方向の両端部３２ａ，３２ａが本体３１から打ち抜かれることなく連結され、両側部３２ｂ，３２ｂで打ち抜かれていて、全体に本体３１の面から突出して中央部３２ｃが最も突出し、この中央部３２ｃで燃料棒６を弾性的に押圧できるようになっている。そのため、スプリング３２もジルカロイ合金で形成されている。
しかもスプリング３２は外ストラップ３０と内ストラップ４１とで格子空間２を仕切った際に１つの壁面の中央に位置するように所定の間隔で本体３１の長手方向に配列されている。
【００１２】
また隣り合う各二つのスプリング３２，３２の間にはその短手方向に分割された一対のキー窓３３ａ，３３ｂがそれぞれ形成されている。一対のキー窓３３ａ，３３ｂは、本体３１のスプリング３２…の中央部３２ｃ…を結ぶ長手方向に沿う中心線Ｌに対して上下両側に分離されて線対称に形成されている。
そして、一対のキー窓３３ａ，３３ｂとその両隣のスプリング３２，３２の打ち抜き孔３４，３４との間にはそれぞれ短手方向にリブ３５ａ，３５ａとリブ３５ｂ，３５ｂが各一列に分離して形成されている。しかも一方のリブ３５ａ，３５ａ間と他方のリブ３５ｂ，３５ｂ間を結んでキー窓３３ａ，３３ｂを分離する梁部３６が形成され、両側の各リブ３５ａ，３５ａとリブ３５ｂ，３５ｂに連結して強化されている。
尚、外ストラップ３０が支持格子１に組み込まれて、キー窓からキー部材を差し込む際、上下いずれか一方のキー窓３３ａまたは３３ｂからキー部材が差し込まれることになる。
また、外ストラップ３０の本体３１において、短手方向の上端縁３１ａには所定間隔でベーン３８…が形成され、各ベーン３８は図１（Ａ）に示すように本体３１に対して所定角度に折り曲げられている。また本体３１の短手方向の下端縁３１ｂには所定間隔でタブ３９が形成されている。キー窓３３ａ、３３ｂの短手方向両側には各端縁３１ａ，３１ｂに開口しない小スリット４０ａ，４０ｂ…がそれぞれ設けられ、内ストラップ４１の両側の溶接タブが嵌合するようになっている。
【００１３】
次に、図２に示す内ストラップ４１はジルカロイ合金からなり、薄板帯状の本体４２を有している。この内ストラップ４１にも同様に短手方向にスプリング４３が両側部を打ち抜いて形成され且つ長手方向両端で連結されている。しかもスプリング４３は本体４２の一方の壁面から突出して形成されていて、本体４２の長手方向に沿って所定間隔で多数配列されている。本体４２の各スプリング４３の短手方向（Ａ方向）で上下に分離した位置にはそれぞれディンプル４４，４４が打ち抜きで形成されている。ディンプル４４は本体４２に対してスプリング４３と反対方向に突出して形成されている。
尚、内ストラップ４１の長手方向には、所定間隔で（図では二つのスプリング４３，４３置き）スプリング４３の設けられていない領域４５が存在するが、この領域４５は、支持格子１を組み立てた際、制御棒案内管または計装用管が配設される格子空間２に相当する壁面をなす。
そして、本体４２の短手方向の一端縁、例えば上端縁４２ａから隣り合うスプリング４３，４３間の中央部まで短手方向に延びるスリット４７が形成され、スプリング４３の設けられていない領域４５とスプリング４３との間にも同様に上端縁４２ａから中央部までスリット４７がそれぞれ設けられている。
【００１４】
内ストラップ４１の本体４２には、各スリット４７の延長上であって、スリット４７から分離してキー窓４８が形成されている。このキー窓４８は各スプリング４３の長手方向中央部４３ａを結ぶ本体４２の長手方向の中心線Ｌに対してスリット４７と反対側に位置しており、従来の内ストラップ８のキー窓１１の半分程度の短手方向長さを有するものである。
そして、複数の内ストラップ４１…についてスリット４７，４７同士を直交状態に対向させてスリット４７，４７同士を互いに嵌合させて格子状に組み込むことで、交差する二枚の内ストラップ４１，４１のキー窓４８，４８も短手方向にずれた位置で互いに直交すると共に、他方の内ストラップ４１のスリット４７と直交することになる。
しかも、組み立てられた支持格子１に関して、縦または横方向の二対の外ストラップ３０…のうち、一方の一対の外ストラップ３０，３０と平行な各内ストラップ４１…はキー窓４８が外ストラップ３０の一方のキー窓、例えば下側のキー窓３３ａと直線上で重なることになる。また、縦または横方向の他方の一対の外ストラップ３０，３０と平行な各内ストラップ４１…はキー窓４８が外ストラップ３０の他方のキー窓、例えば上側のキー窓３３ｂと直線上で重なることになる。
また内ストラップ４１の本体４２において、その上端縁４２ａには１つ置きのスリット４７の延長上に重ねてベーン４９…が形成され、各ベーン４９は本体４２に対して所定角度傾斜して形成されている。内ストラップ４１のキー窓４８の両隣とスプリング打ち抜き部との間のリブ５０ａ，５０ｂが短く形成されている。
【００１５】
本実施の形態による支持格子１の外ストラップ３０と内ストラップ４１は上述のように構成されているから、多数の内ストラップ４１…をスリット４７，４７で互いに嵌合させて格子状に組み込み、更に外側の四辺にそれぞれ外ストラップ３０を組み込んで支持格子１を製作する。
この状態で、上述の従来技術で説明したように支持格子１について、キー部材１６を挿入して外ストラップ３０のスプリング３２…，多数の内ストラップ４１…のスプリング４３…を格子空間２…から後退させるように押圧する。その際、四枚の外ストラップ３０…の内の縦横方向の対向する一対の外ストラップ３０，３０について、短手方向の一対のキー窓３３ａ，３３ｂのいずれか一方が内ストラップ４１のキー窓４８…と対向しており、直線上に連なっている。
【００１６】
そのため、例えば外ストラップ３０の下側のキー窓３３ａを通して、キー部材１６を挿入すると、この外ストラップ３０と平行な内ストラップ４１…のキー窓４８…を貫通して対向する他の外ストラップ３０の下側のキー窓３３ａまで到達する。この操作を同一の外ストラップ３０の各キー窓３３ａについてそれぞれ行い、これと同様な作業を、隣接する一対の外ストラップ３０，３０及びその間の内ストラップ４１…の各キー窓３３ｂ、４３…、３３ｂについても行う。
このようにして、各キー部材１６…は互いに略直交する挿入方向に応じて異なる高さのキー窓３３ａ，３３ａ、４８…またはキー窓３３ｂ，３３ｂ、４８…に挿入される。
各キー部材１６…の挿入が終了した状態で、図示しない自動回転装置を用いて各キー部材１６…を略９０°回転させれば各スプリング３２…，４３…が格子空間２…から後退するように押圧される。
【００１７】
この時、各スプリング３２、４３が予撓みされるためにその撓みによる応力がキー窓３３ａ，３３ｂ、４８に隣接するリブ３５ａ，３５ｂ、５０ａ，５０ａに作用するが、外ストラップ３０にあっては、キー窓３３ａと３３ｂは二分割されており、しかも一方のキー窓３３ａまたは３３ｂのみを使用する。そのため、両隣のリブ３５ａ，３５ｂが短いために強度が高く応力に耐えて塑性変形を抑制できる。
また、内ストラップ４１にあってもキー窓４８が従来の半分の短手方向長さしかないから、スプリング予撓みの応力でキー窓４８の両隣のリブ５０ａ，５０ｂが塑性変形することがない。
【００１８】
上述のように本実施の形態によれば、外ストラップ３０のキー窓３３ａ，３３ｂが二分割されているから、キー窓３３ａ，３３ｂ両側のリブ３５ａ，３５ｂが短くて強度が高く、スプリング３２を予撓みさせた際に生じる応力で塑性変形することを確実に抑制できる。しかも内ストラップ４１についてもキー窓４３が外ストラップ３０の一方のキー窓３３ａまたは３３ｂと同等の大きさで形成されているから、スプリング４３を予撓みさせた際の応力で塑性変形することを確実に抑制できる。
【００１９】
尚、実施の形態では、外ストラップ３０と内ストラップ４１はスプリング３２，４３と共にジルカロイ合金で一体形成されているが、スプリング３２，４３だけをインコネルを材質として製造し、外ストラップ３０と内ストラップ４１の各打ち抜いた窓部に挟み込んで連結するようにしてもよい。この場合にもスプリングの予撓みによる反力はジルカロイからなる本体３１，４２のリブに伝達され得る。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る支持格子の外ストラップは、キー窓が梁部によって短手方向に分割されて形成されているから、キー窓とスプリングの打ち抜き孔部との間のリブに相当する部分が短くなり、しかも分割されたキー窓とキー窓との間に補強部に相当する梁部が形成されることになり、補強できる。従って、外ストラップの材質が材料耐力の小さいジルカロイであってもリブの塑性変形を効果的に抑制できる。また、支持格子の外側に外ストラップが組み込まれた状態で、分割された複数のキー窓の１つを通してキー部材が挿入されてスプリングを押圧して予撓みを与えるからリブに相当する部分の強度が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による支持格子の外ストラップを示すもので、（A）は平面図、（B）は側面図である。
【図２】 内ストラップの要部平面図である。
【図３】 従来の支持格子の格子空間を示す平面図である。
【図４】 図３に示す支持格子の内ストラップを示す要部平面図である。
【図５】 図３に示す支持格子の外ストラップを示す要部平面図である。
【図６】 支持格子の内ストラップのスプリングとキー部材とを示す内ストラップ部分の縦断面図である。
【図７】 別のキー部材によって内ストラップのスプリングに予撓みを与えて固定した状態を一部破断して示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１ 支持格子
３０ 外ストラップ
３３ａ，３３ｂ，４８ キー窓
３５ａ，３５ｂ，５０ａ，５０ｂ リブ
４１ 内ストラップ

Claims (1)

1. スプリングの打ち抜き孔とキー窓との間にリブが設けられていて薄板帯状をなす支持格子の外ストラップにおいて、前記キー窓は梁部によって短手方向に分割されて形成されていることを特徴とする外ストラップ。

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