JPH01180497A - 核燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、核燃料集合体、特に沸騰水型原子炉用核燃料
集合体の改善に関するものである。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉に従来装荷されている燃料集合体は一般
に第５図に示す如く小さい円筒形ペレットをジルカロイ
等の丈夫な合金製金属管に詰め込んだ燃料棒（１）を複
数個のスペーサ（５）により所要本数、束ねたものを単
位として燃料棒上部端栓（３）に介装した押えばね（６
）で伸びを吸収せしめて把手をもつ上部タイプレート（
７）と、下部タイプレート（８）との間でナツト（９）
などにより結合して組み立てられており、チャンネルボ
ックス０ω内に収められると共に、これにはウォータロ
ッド（２）という中空円筒管が燃料棒の束の中心部に１
本乃至２本用いられ、その下部端栓（４）が同じく下部
タイプレート（８）に保持されている。

ところで、従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体では中央
部の１〜２本の燃料棒をほぼ同じ外径および内径のウー
タロッドにしていたためその剛性は燃料棒と同程度であ
り、地震時等の集合体横方向荷重作用時の応力が問題に
なることは殆どなかった。

しかし、上記のような燃料集合体では集合体内の水平方
向の出力分布は一様ではなく、冷却水による中性子減速
効果の大きい周辺部の出力は高く中央部の出力は低い傾
向がある。

そこで、これを改善するため最近においては第５図に示
すように燃料棒の大きさより稍太径のウォータロッドが
採り入れられ、８×８燃料では２×２＝４本分の、９×
９燃料では４本又は９本分の燃料棒を１本の太径ウォー
タロッドと置き換えられることが考えられていた。

ところが、このようにした場合、太径ウォータロッドは
燃料棒と比べて剛性が著しく大きいために地震等の集合
体横方向荷重作用時に支持点の第１スペーサ（最下部）
に働く荷重および細径となる下部端栓（４）に発生する
応力が許容出来ない程、大きくなる。

そのため、更にこの対策として第６回に示すような第１
スペーサより下部（２）′を細径にして剛性を小さくす
ることが考えられているが、このような構造においても
、なお、下記の如き問題が存在する。即ち、 （１）　　第１スペーサにかかる荷重および下部端栓に
発生する応力を低くするには第１スペーサより下の細径
部分が長いほどよい。

しかし、第１スペーサに近いところで流路面積が変わる
と、ウォータロッドまわりの燃料棒に水力振動が生じ、
スペーサとのフレッティングで被覆管に破損が生じる恐
れがある。

（２）°　燃料集合体下部の水の流れが上の方のドライ
アウト（熱焼損）性能に影響を与え、ドライアウト予測
のための実験が複雑になり、開発コストの増加、ドライ
アウト予測信頼性の低下につながる。

（３）ウォータロッド材質は燃料棒又はスペーサと同じ
ジルカロイ材が用いられるが、材質は高価であり、また
高純度の高価なヘリウムのような不活性ガス雰囲気中で
の溶接が必要となる。そして、溶接個所は下部端栓−細
径部分、細径部分−太径部分と２個所あり、ともに上記
不活性ガス雰囲気中の溶接のため製造期間、コストがか
かる。

などである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は畝上の如き実状に対処し、それら従来技術の問
題点を打開することを課題とし、特に太径のウォータロ
ッドを備えた燃料集合体において下部端栓のすぐ上のウ
ォータロッド太径部の構成を改変して同太径部と略同じ
大きさのベローズを設けることにより前記第１スペーサ
にかかる荷重および下部端栓に発生する応力を解消し、
併せて流路断面積を殆ど変化させずドライアウト特性も
より精確に予測可能ならしめることを目的とする”もの
である。

（問題点を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明の特徴とするところは
、前記太径ウォータロッドを備えた沸騰水型原子炉用燃
料集合体において、該ウォータロッドの冷却水が流入す
る下部端栓のすぐ上、換言すれば太径ウォータロッド本
体と下部端栓の間にウォータロッド外径又は外寸と略同
じ大きさの可撓性ベローズを設けた構成にある。

ここで、太径ウォータロッドは通常ジルカロイでできて
いるが、可撓性ベローズの材質としてはステンレスが最
適であり、それより下部の下部端栓もステンレスで十分
である。

そして、ウォータロッドとベローズとの接合はベローズ
の上側フランジをステンレスとジルカロイの圧着構造と
することにより容易に溶接可能であり、またベローズお
よび下部端栓の溶接は通常のＴＩＧ溶接などで十分であ
る。

なお、上記可撓性ベローズの位置としては第１スペーサ
より下部であることが肝要で、特に下部端栓のすぐ上で
あることが最も好ましく、その長さとしては約１０ｍｍ
とすることで約１ｆｆＩＩｍの芯ずれを吸収できること
から１０ｍｍ前後、７〜１．５ＩｎＩ１１位が好適範囲
である。

（作用） 軟土の如く太径のウォータロッドの下部に可撓性ベロー
ズを設けることにより、地震等の集合体横方向荷重作用
時に下部端栓とウォータロッド太径部との間の撓み量９
曲がり角度を殆どこの部分で吸収し、第１スペーサおよ
び下部端栓にそれぞれ過大な荷重及び応力が生じること
がない。

又、下部タイプレートのすぐ上では一般に冷却水は下部
タイプレートのボス間冷却水流入孔を通って、元々、相
当に乱れており、ベローズ表面の凹凸が原因で燃料棒に
余計な流力振動を生じることはない。

（実施例） 以下、更に添付図面を参照し、本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明に係る燃料集合体の１例を示し、燃料棒
（１）をスペーサ（５）により所要本数束ねたものを単
位とし、燃料棒上部端栓（３）に介装した押えばね（６
）で燃料棒（１）の製造時の長さのバラツキや燃料中の
伸びを吸収せしめて上部タイプレート（７）と下部タイ
プレート（８）との間でナツト（９）などにより結合し
て組み立てられていて、チャンネルボックス００）内に
収められる点共に、太径のウォータロッド（２）が前記
燃料棒の束の中心部に挿入され、その下部端栓（４）が
下部タイプレート（８）に保持されていることは第５図
、第６図に示す従来の燃料集合体の構成と何ら異なると
ころはない。

しかしながら、第１図に示す上記実施例にあってはウォ
ータロッド（２）の下部に本発明の要部とする可撓性の
ベローズ（１０が冷却水の流入する下部端栓（９）のす
ぐ上に設けられている。

第２図は同ベローズ部分の拡大図であり、第１スペーサ
（５）下方における太径のウォータロッド（２）の下部
で、下部タイプレート（８）のすぐ上にウォータロッド
太径とほぼ同じ大きさのベローズ（１１）がウォータロ
ッド太径部と下部端栓（４）との間に介設されていて、
夫々は互いに接合されると共に、ウォータロッド（２）
の下部端栓（４）は下部タイプレート（８）のボス（８
ａ）によって保持されている。そして、ここの場合、冷
却水は下部タイプレートのボス（８ａ）間の冷却水　流
入孔０りを通って流入されるようになっている。

なお、ベローズの材質としてはステンレスが好適であり
、それより下の下部端栓もステンレスで十分であること
は前述の通りである。

第３図、第４図は軟土の構成における太径のウォータロ
ッド（２）と可撓性ベローズθ１）との接合態様を示し
、ウォータロッド（２）はジルカロイ材であるがベロー
ズＯＤは上記の如くステンレスよりなる。

従ってベローズＯＤの上側フランジ０３）をステンレス
材θ滲とジルカロイ材協う圧着構造（ａ）、例えば第４
図（イ）　（ＩＩ）に示す如き圧着構造（ａ）とすれば
ベローズ０１）とウォータロッド（２）は容易に溶接す
ることががき、このようにすればベローズおよび下部端
栓（４）の接合は通常のＴＩＧ溶接によって十分、可能
であるので、面倒な不活性ガス雰囲気中の溶接は太径上
、頗る有利となる。

次に上記本発明の構成を沸騰水型原子炉用燃料集合体の
８×８燃料につき従来構造と対比した結果を述べる。

８×８燃料は燃料棒直径約１２ｎｍ、肉厚約０．９閣で
あり、ウォータロッドは外径的３５ｍｍ、肉厚的１ｍ１
Ｉである。

また、下部タイプレート上面より第１スペーサまでは約
５００Ｍある。

そして、燃料集合体バンドル部のように多数の燃料棒と
、ウォータロッドが軸方向に略等間隔の７個のスペーサ
で平行に保持された構造ではその全体の曲げ剛性は個々
の曲げ剛性の総和に略等しい。このバンドル部はチャン
ネルボックスによって被覆されており、その剛性はバン
ドル部よりも大きい。

このため、下部タイプレートとバンドル部の軸芯のずれ
は最大ｌｌｌｌ１弱である。

そこで、ウォータロッドが太径のまま（第５図参照）だ
とすると、第１スペーサに生じる荷重はウォータロッド
の断面二次モーメント１＃１５４ＱＱｍｍ’、ヤング率
は２８６°Ｃの値でＥ＃８３０Ｏｋｇ／＋ｎｎ＋２より
約２５ｋｇにもなる。また、下部端栓に生じる曲げ応力
は細径部分の径を８ｍｍ位として約６０ｋｇ／ｍａ＋”
になる。

一方、ウォータロッドを第１スペーサ下より細径にした
場合（第６図参照）は外径的１５ｍ、肉厚約１ｍｍとす
ると、第１スペーサに生じる荷重は約２ｋｇ、下部端栓
の曲げ応力は約４．５　ｋｇ／ｗ”となる。

これに対し、前記本発明構成を適用し、ベローズの長さ
を約１０閣とすることによりＩＭの芯ずれが可能となり
、しかもウォータロッド太径部の曲げ剛性と比べて遥か
に撓み易いベローズの構造により曲げも減少されるため
、第１スペーサおよび下部端栓に発生する応力もなくな
り、極めて効果的であることが確認された。

なお、上記対比例は８×８燃料の九個ウォータロッドに
ついて述べたが、９×９燃料やその他の太径ウォータロ
ッドでも同様である。また、太径ウォータロッドの断面
が４角形でもベローズの上側フランジ０３）を４角形に
することなどで同様の効果を得ることができる。

（発明の効果） 本発明は以上のように太径のウォータロッドを其備する
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、冷却水が流入す
る下部端栓のすぐ上にウォータロッド太径とほぼ同じ大
きさのベローズを設け、これにウォータロッド太径がつ
ながる構成となしたものであり、可撓性をもつベローズ
を介設したことにより地震等の集合体横方向荷重作用時
に下部端栓とウォータロッド太径部との間のたわみ量。

曲がり角度を殆どこのベローズ部分で吸収し、第１スペ
ーサおよび下部端栓に従来、生じ問題となりでいた過大
な荷重及び応力が生じることがないと共に、該ベローズ
を太径ウォータロッドの外径または外寸と略同じとして
いるため流路断面積は殆ど変わらず、従って燃料棒の流
力振動を助長することはなく、ドライアウト特性もより
精確に予測できる顕著な果を有する。

しかもベローズの上側フランジをステンレスとジルカロ
イの圧着構造とすればベローズとウォータロッドは溶接
可能となり、ベローズと下部端栓の溶接が通常のＴＩＧ
溶接で十分であることから、面倒な不活性ガス雰囲気中
の溶接は太径ウォータロッド本体とベローズ上側フラン
ジの上部に圧着したジルカロイ材間のみとなり、製造期
間、製造コストの面で頗る有利となる実際的効用が期待
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる燃料集合体の１例を示す一部省
略、一部切欠内部構造概観図、第２図は要部断面概要図
、第３図はベローズとウォータロッドの接合態様の１例
を示す断面概要図、第４図（イ）（ロ）はベローズ上側
フランジ部でのジルカロイ材とステンレス材の圧着接合
の各側を示す説明図、第５図および第６図は従前の沸騰
水型原子炉用燃料集合体の各側を示す一部省略、一部切
欠内部構造概観図である。 （１）　　・・・燃料棒。 （２）・・・ウォータロッド。 （４）・・・ウォータロッド下部端栓。 （７）・・・上部タイプレート。 （８）・・・下部タイプレート （１１）・・・ベローズ。 （ａ）　　・・・圧着部。 （１３）・・・上側フランジ。 第１図　　　　　第２図 第５図　　　　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上下タイプレート間に多数の燃料棒と、その一部に
   前記燃料棒より太径のウォータロッドを配列支持せしめ
   た沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記太径のウ
   ォータロッドの本体とその下部端栓との間に可撓性を有
   し、かつウォータロッド本体の外径または外寸と略同じ
   大きさのベローズを設けたことを特徴とする核燃料集合
   体。 ２、ウォータロッド本体がジルカロイ、ベローズおよび
   下部端栓がステンレス製である特許請求の範囲第１項記
   載の核燃料集合体。 ３、ウォータロッドとベローズとの接合部がジルカロイ
   とステンレスとの圧着構造であるベローズ上側フランジ
   を介した溶接であり、ベローズと下部端栓との接合部が
   通常のＴＩＧ溶接である特許請求の範囲第２項記載の核
   燃料集合体。 ４、ベローズの長さが７〜１５ｍｍである特許請求の範
   囲第１項、第２項又は第３項記載の核燃料集合体。