JPH01212389A - 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、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に適
用するのに好適な燃料集合体に関する。

〔従来の技術〕 従来の燃料集合体の構造を第１１図に基づいて説明する
。燃料集合体３１は、上部タイプレート３２、下部タイ
プレート（図示せず）、複数の燃料棒３６およびチャン
ネルボックス７からなっている。燃料棒３６の上下端部
は、上部タイプレート３２および下部タイプレート（図
示せず）に設けられた燃料保持用ボスのボス穴に挿入さ
れてサポートされる。スペーサ（図示せず）が、燃料棒
３６相互間を所定の間隔に保持している。キャンネルボ
ックス７は、燃料棒３６の束の外側を取囲んでいる。チ
ャンネルボックス７の上端の２つのコーナに設けられる
クリップ８が、上部タイプレート３２の四隅に設けられ
るポスト３３の内、対角線上に存在する一対のポスト３
３の上端に載置される。１つのポスト３３には、ネジ穴
３５が設けられる。チャンネルファスナ３９が、チャン
ネルボックス７の１つのコーナ部に設置される。チャン
ネルファスナ３９は、チャンネルボックス７のグリップ
８を貫通してネジ穴３５に取付けられる結合ネジ１ｏに
よってポスト３３に固定される。

チャンネルボックス７も、結合ネジ１０によって、ポス
ト３３．すなわち、上部タイプレート３２に固定される
。ハンドル３４は、上部タイプレート３２に設けられる
。

また、燃料棒３６は複数個の燃料ペレットを密封された
被覆管内に充填したものである。燃料棒３６は、上下端
に上部端栓１３および下部端栓（図示せず）を溶接して
密封した構造となっている。核燃料の燃焼にともなって
核分裂生成物が燃料ペレット内に蓄積されるが、気体上
の核分裂生成物（ＦＰガス）の一部は燃料ペレット外へ
放出される。その放出率が燃焼が進むほど、また燃料ペ
レットの温度が高いほど大きくなる。被覆管内の空間に
放出されたＦＰガスは燃料棒３６の内圧を高めて被覆管
に発生する応力を高めたり、変形を大きくしたりするだ
けでなく、燃料ペレットと被覆管との間の熱伝導性を悪
化させるので燃料ペレットの温度が高まりさらにＦＰガ
ス放出を促進するといった燃料健全性に対して好ましく
ないフィードバックを生じる。これを防止するために従
来の燃料棒３６は、ガスプレナムと呼ばれる。

ＦＰガスをためておく空間を内部に設け、設計燃焼度内
では燃料棒内圧が過大にならないように設計されている
。しかしながら、燃料経済性の向上を目的として燃焼度
をより大きくできる高燃焼度の燃料集合体の開発が進め
られている。このような高燃焼度の燃料集合体は、燃料
枠内のＦＰガス量がより多くなり、ガスプレナムの容積
をより大きくする必要がある。

ガスプレナムの容積を増す手段として、特開昭６２−１
４８８８６号公報に種々の構造が示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭６２−１４８８８６号公報に示されている構
造は、比較的複雑なものであり、製造性の面では全く配
慮がなされておらず、容易に製造することはできない。

また、構成部品数が多くなっているので１Ｍ子炉内での
ルースパーツとなる可能性が高い。

本発明の目的は、簡単な構造で高燃焼度においても高い
信頼性が得られる燃料集合体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、チャンネルボックスの上部タイプレートへ
の取付は位置が上部タイプレートの燃料棒挿入孔の延長
線上からずれていることにより達成される。

〔作用〕

チャンネルボックスの取付は位置と上部タイプレートの
燃料棒挿入孔の位置がずれているので、燃料棒上端部が
上記取付は位置と干渉することがなく、燃料棒内のガス
プレナムの長さを長くできる。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に適用する本発明の好適な一実施例であ
る燃料集合体を第１図及び第２図に基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体１は、上部タイプレート２．下部
タイプレート（図示せず）、上部タイプレート２及び下
部タイプレートに両端部が保持される多数の燃料棒６、
これらの燃料棒６相互間を所定間隔に保持してこれらの
燃料棒６を束ねる燃料スペーサ（図示せず）及びチャン
ネルボックス７を有している。チャンネルボックス７は
、横断面が実質的に正方形の筒状体である。

クリップ８が、チャンネルボックス７の上端の対向する
一対のコーナ部に取付けられている。

上部タイプレート２の詳細構造を第３図及び第４図にて
説明する。上部タイプレート２は、燃料保持部２１．燃
料保持部２１に取付けられたハンドル４及びハンドル４
に設けられたチャンネルボックス支持用ボス１６を有す
る。燃料保持部２１は、燃料棒６の上部端栓が挿入され
るボス穴１４を有する燃料保持用ボス２２、及び隣接す
る燃料保持用ボス２２を結合しているウェブ２４から構
成される。燃料保持用ボス２２は、格子状に配置される
。２つの燃料保持用ボス２２及び２つのウェブ２４に囲
まれて冷却水吐出口２５が形成される。ハンドル４の２
本の脚部４Ａは、燃料保持部２１、すなわち隣接する燃
料保持用ボス２２に取付けられている。ハンドル４が取
付けられている。

燃料保持用ボス２２のボス穴１４は、ハンドル４の脚部
４Ａにて塞がれることがなく、上方に開口している。ハ
ンドル４は、燃料保持部２１の対向する一対のコーナ部
を結ぶ１つの対角線に沿って配置されている。チャンネ
ルボックス支持用ボス１６が、上記対角線上で２本の脚
部４Ａの側面に設けられている。各々のチャンネルボッ
クス支持用ボス１６は、各脚部４Ａから該当する脚部４
Ａに最も近い燃料保持部２１のコーナ部側へ突出してい
る。各チャンネルボックス支持用ボス１６の下面は燃料
保持部２１の上面から離れた位置にあり、各チャンネル
ボックス支持用ボス１６の上面は同じレベルにある。一
方のチャンネルボックス支持用ボス１６に、ネジ穴５が
設けられている。

ネジ穴５は、ボス穴１４の延長線上には位置していなく
冷却水吐出口２５の延長線上の位置にある。

各チャンネルボックス支持用ボス１６に取付けられる２
つのガイドリブ１８が、ボス穴１８の上端を塞ぐことな
く燃料保持部２１の側面（すなわち上部タイプレート２
の側面）に向って延びている。

ガイドリブ１８は、その下端部が燃料保持部２１の上面
に取付けられる。ガイドリブ１８の上面は。

チャンネルボックス支持用ボス１６から燃料保持部２１
の側面に向って傾斜している傾斜面１８Ａとなっている
。

チャンネルボックス７の各クリップ８は、対応するチャ
ンネルボックス支持用ボス１６の上端面に載置される。

チャンネルボックス６の重量は、チャンネルボックス支
持用ボス１６にて支えられる。ネジ穴５を有するチャン
ネルボックス支持用ボス１６上に載置される一方のクリ
ップ８には孔が設けられ、この孔を通して結合ネジ１ｏ
がネジ穴５内に挿入される。結合ネジ１０をネジ穴５と
係合することによって、チャンネルボックス７がチャン
ネルボックス支持用ボス１６、すなわち上部タイプレー
ト２に取付けられる。図示されていないが第１１図に示
すチャンネルファスナ３９が結合ネジ１ｏによってチャ
ンネルボックス７の１つのコーナ部に取付けられる。

本実施例における燃料棒６は、第５図の左側に示すよう
に、上下端が密封された被覆管１２内に多数の燃料ペレ
ット１１を充填したものである。

密封された被覆管１２内の上端部、すなわち燃料ペレッ
ト充填領域の上方に、ガスプレナム１５が形成される。

１３は被覆管１２の上端部に取付けられる上部端栓であ
る。

本実施例では、燃料保持部２１を構成しているすべての
燃料保持用ボス２に設けられたボス穴１４は、上方↓こ
開口している。このため、燃料棒６の熱膨張によって生
じる上部端栓１３上端の上方への移動は何等阻害される
ことがない。

ガスプレナム１５の容積は、燃料棒６の内径が同一であ
る場合、ガスプレナム１５の長さにほぼ比例する。この
ガスプレナム１５の長さＱＰは第５図に示すとおり次の
ように表わすことができる。

Ｑｐ＝ｈ　　ｈｓ　　Ｑｅ　　Ｑｂ　　Ｑｃ　　　　−
（１）ここで、 ｈ　は燃料集合体下端からチャンネルボックス上端まで
の高さ。

ｈｓは燃料集合体下端から燃料ペレット充填領域の上端
までの高さ。

Ｑｅは組立長さ（ガスプレナム上端から上部タイプレー
トの燃料保持用ボス下面までの長さ）。

Ｑｂは上部タイプレートの燃料保持用ボスの高さ。

Ｑｃは上部タイプレートの燃料保持用ボス上端からチャ
ンネルボックス上端までの高さ これらのうちＱｃ　を除く各項目は以下に述べるように
変更するのは得策ではない。

チャンネルボックス上端高さｈを従来より高くすること
は、緊急炉心冷却系（ＥＣＣＳ）のスプレー水の燃料集
合体への給水性を悪化させる可能性があるため安全性上
好ましくない。また、燃料ペレット充填領域の上端高さ
ｈ５を下げると、燃料棒６内のウラン装荷量が減るので
、燃料経済上好ましくない。組立長さＱｅは、燃料集合
体内の燃料棒の伸び差を吸収するために必要であり、燃
焼度を増そうとすると、むしろ多く必要となる。

燃料保持用ボス高さＱｂも上部タイプレートの強度上、
小さくするのは好ましくない。

以上のことよりガスプレナムの長さ（ｌｐを増すために
は上部タイプレートの燃料保持用ボス上端からチャンネ
ルボックス上端までの高さＱｃを低くすることが必要と
なる。従来例の燃料集合体は、高さＱｃが、チャンネル
ボックスを上部タイプレートのポスト３に取付ける結合
ネジの長さと燃料棒の上部端栓長さとによって規定され
ている。すなわち、結合ネジと燃料棒の上部端栓とは、
上部タイプレートのポスト３にほぼ同一軸上に配置され
るため、各々の必要な長さの和以上の長さを有すること
がポストに要求される。

本実施例では、結合ネジ１ｏと燃料棒６の上部端栓１３
がいかなる長さであってもまた燃料棒６の熱膨張によっ
て上部端栓１３の上端が上方に移動しても、燃料棒６と
結合ネジ１０とを相互に干渉することのない位置に配置
しているので、すなわち、ネジ穴５に取付けた結合ネジ
１０とボス穴１４に挿入された燃料棒６の上部端栓１３
の各軸心が一致していなく、上部端栓１３の真上に結合
ネジ１ｏが配置されているのでＱｃ　を小さくすること
が可能となり、それだけガスプレナムの長さを長くする
ことができる。すなわち、本実施例によれば、従来例の
ような長いポスト３が不要になるので、チャンネルボッ
クス７の上端高さｈ及び燃料ペレット充填領域の高さｈ
ｓ等を変えることなくガスプレナム１２の長さＱＰを長
くできるので、第６図に示すように燃焼度の増加にとも
なう燃料棒内圧の増加を抑制できる。従って本実施例の
燃料集合体は、従来の燃料集合体より燃焼度を大きくで
きるが燃料棒の健全性を維持しうる。また１本実施例の
燃料集合体におけるチャンネルボックス７の固定方法は
基本的に従来の燃料集合体と同等であり、部品数も同等
であるのでルースパーツの危険性も少ない。さらにチャ
ンネルボックス支持用ボス１６は、上部タイプレート２
と一体化して鋳造等で製作できるので製造性にも優れて
いる。燃料集合体１の下端からハンドル４の上端までの
高さは従来例と同じであり原子炉圧力容器の高さも変ら
ない。

このように本実施例は、従来の燃料集合体と軸方向長さ
が同じであるが、チャンネルボックス７の上端と上部タ
イプレート２の燃料保持部２１の下面との間の長さを２
０〜８０ｍｍの範囲にでき、それらの間の長さを従来の
燃料集合体よりも短くできる。その分、本実施例では燃
料棒６内のガスプレナム長さを長くできる。

次にガイドリブ１８の機能について説明する。

燃料集合体１は、定期検査を行うための原子炉の運転停
止時に燃料棒６の間隔等の測定が行われる。

このため、燃料集合体１からチャンネルボックス７が取
外され、燃料棒６の間隔等の測定後、チャンネルボック
ス７が上部タイプレート２に取付けられる。その際、第
７図に示されるように、チャンネルボックス７が、上方
より上部タイプレート２に向って降ろされる。ガイドリ
ブ１８の傾斜面１８Ａが燃料保持部２１の側面に向って
傾斜しているので、チャンネルボックス下端があるガイ
ドリブ１８の傾斜面１８Ａに接触した後、チャンネルボ
ックス２の下端はチャンネルボックス２が下降するに伴
ってガイドリブ１８の傾斜面１８Ａにより燃料保持部２
１の側面側に向ってガイドされる。このため、燃料ハン
ドル（煙流集合体１からチャンネルボックス７を取外し
た構成）へのチャンネルボックス７の装着が短時間にス
ムーズに行われる。

またチャンネルボックス支持用ボス１６の燃料保持部２
１への取付けをハンドル４の脚部４Ａを介して行ってい
るので、チャンネルボックス支持用ボス１６の取付は手
段を別に設ける必要がなく、上部タイプレート２の構造
が単純化される。

上部タイプレートの実施例を第８図により説明する。本
実施例の上部タイプレート２Ａは、前述した上部タイプ
レート２に設けられたガイドリブ１８の下端をチャンネ
ルボックス支持用ボス１６の下端と同じレベルにしたガ
イドリブ２６を、チャンネルボックス支持用ボス１６に
取付けたものである。ガイドリブ２６の下端は、燃料保
持部２１の上端から離れている。上部タイプレート２Ａ
の他の構造は、上部タイプレート２と同じ構造を有して
いる。ガイドリブ２６の上面は、ガイドリブ１８と同様
に傾斜面２６Ａとなっている。

傾斜面２６の延長線にあって傾斜面２６の下端に接する
ガイドリブ２６の側面２６Ｂは、上部タイプレート２Ａ
の燃料保持部２１の側面２１Ａの延長線上に位置してい
る。このような上部タイプレート２Ａを上部タイプレー
ト２の替りに用いてなる燃料集合体は、前述の燃料集合
体１と同じ効果を生じる。更にガイドリブ２６が短くな
っている分、上部タイプレート２Ａの鋳造性が上部タイ
プレート２よりも優れており、製造し易いという効果も
ある。

第９図および第１０図は、上部タイプレートの他の実施
例を示している。本実施例の上部タイプレート２Ｂは、
燃料保持部２１の相対する２つのコーナ部に設けられた
ポスト２７の上端部にチャンネルボックス支持用ボス１
６を取付けている。

チャンネルボックス支持用ボス１６は、上部タイプレー
ト２Ｂの燃料保持用ボス２２のボス穴１４の延長線上に
位置しないように設けられている。

チャンネルボックス支持用ボス１６に設けられたネジ穴
５は冷却水吐出口２５の延長線上にある。

ハンドル４の脚部４Ａも、第１図の実施例と同様にボス
穴１４の上方を塞いでいない。チャンネルボックス支持
用ボス１６は、第９図に示すようにハンドル４に取付け
られていない。チャンネルボックス支持用ボス１６には
、第１図の実施例と同様に、チャンネルボックス７の装
着性を良好にするためのガイドリブ１８が設けられ、ガ
イドリブ１８は燃料保持部２１の側面まで伸びている。

またポスト２７内は、燃料保持用ボス２２の機能を有し
、燃料棒６の上部端栓１３の上下動を阻害しないように
突き通しのボス穴１４Ａが設けられている。またポスト
２７の上面には、チャンネルボックス７の装着性をも阻
害しないように外側に向かって傾斜面が設けられている
。このような上部タイプレート２Ｂを有する燃料集合体
も前述の各実施例と同様な効果を生じる。しかしながら
、第１図の実施例に比べてチャンネルボックス支持用ボ
ス１６を燃料保持部２１に取付ける専用の構造体（すな
わちポスト２７）を必要とするので、上部タイプレート
２Ｂは上部タイプレート２に比べて構造が複雑になる。

また、第９図および第１０図においては、ハンドル４の
延長線上にある２つのコーナ部にポスト２７ならびにそ
れに付設するチャンネルボックス支持用ボス１６を配置
しているが、燃料保持部２１の他の２つのコーナ部隅に
これらを配置しても何らの効果を損うことがないのは明
らかである。

前述した３つの実施例では、１つのチャンネルボックス
支持用ボス１６と相対する上部タイプレートのコーナ部
に他のチャンネルボックス支持用ボス１６を設けている
が、後者のチャンネルボックス支持用ボス１６の代わり
に、燃料棒上部端栓の上下動を阻害しない穴が設けられ
かつ前者のチャンネルボックス支持用ボス１６と同等の
高さを有するポスト２７を設けてもよい。また、２つの
チャンネルボックス支持用ボス１６が設けられていない
他の２つのコーナ部に、チャンネルボックス７の装着性
の向上等の目的のためのポスト２７等の構造を設けても
支障はない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、高燃焼度下においても
燃料棒内圧が低く抑えられて健全性に優れた燃料集合体
を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体の横
断面図、第２図は第１図の燃料集合体の平面図、第３図
は第１図の上部タイプレートの側面図、第４図は第１図
の上部タイプレートの平面図、第５図は第１図の燃料集
合体と従来の燃料集合体との構造比較図、第６図は燃焼
度と燃料棒の内圧との関係を示す特性図、第７図は第１
図の燃料集合体におけるチャンネルボックス装着動作を
示す説明図、第８図及び第１０図は上部タイプレートの
他の実施例の側面図、第９図は第１０図の上部タイプレ
ートの平面図、第１１図は従来の燃料集合体の縦断面図
である。 １・・・燃料集合体、２・・・上部タイプレート、４・
・・ハンドル、４Ａ・・・脚部、５・・・ネジ穴、６・
・・燃料棒、７・・・チャンネルボックス、８・・・ク
リップ、１０・・・結合ネジ、１４・・・ボス穴、１５
・・・ガスプレナム、１６・・・チャンネルボックス支
持用ボス、１８・・・ガイドリブ、２１・・・燃料保持
部。 第３図 ２−１＝＃Ｚイア°シート 第４図 ２−一一工舌ロタイ７’に−） ４−　八゛Ｊｌ”ｒし ５−ネジ久 ２１＝−席＃侃特岬 第５図 第６０ 畑Ｕ克崖 嘱７図 ２−）Ｃｍフイフ６Ｌ−ド アー・−テ〜ソオル４マンクス ｌフ−Ｃ乙車ナハ・ノトル 躬１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上部タイプレートと、下部タイプレートと、前記上
   部タイプレート及び前記下部タイプレートに上下端部が
   保持される複数の燃料棒と、前記燃料棒の束を取囲んで
   前記上部タイプレートに着脱可能に取付けられたチャン
   ネルボックスとを備えた燃料集合体において、前記チャ
   ンネルボックスの前記上部タイプレートへの取付け位置
   が、前記上部タイプレートに設けられて前記燃料棒の一
   部分が挿入される孔部の延長線上からずれていることを
   特徴とする燃料集合体。 ２、前記チャンネルボックスの上端と前記上部タイプレ
   ートとの間の長さが２０〜８０ｍｍである請求項第１項
   記載の燃料集合体。 ３、燃料保持部及び前記燃料保持部の上面に取付けられ
   たハンドルを有する上部タイプレートと、下部タイプレ
   ートと、前記燃料保持部及び前記下部タイプレートに上
   下端部が保持される複数の燃料棒と、前記ハンドルに設
   けられたチャンネルボックス支持手段と、前記燃料棒の
   束を取囲んで前記チャンネルボックス支持手段に設置さ
   れるチャンネルボックスと、前記燃料棒の一部分が挿入
   される前記燃料保持部の孔部の延長線上からずれた位置
   に配置されて、前記チャンネルボックスと前記チャンネ
   ルボックス支持手段とを結合する手段とを備えたことを
   特徴とする燃料集合体。 ４、前記孔部はすべて前記燃料保持部を貫通する孔であ
   る請求項第３項記載の燃料集合体。 ５、チャンネルボックスガイド手段が前記チャンネルボ
   ックス支持手段に設けられ、前記チャンネルボックスガ
   イド手段は、前記チャンネルボックス支持手段から前記
   燃料保持部の側面側に向つて傾斜しているガイド部を有
   している請求項第３項記載の燃料集合体。 ６、燃料棒が挿入される複数の孔部及び前記孔部間に配
   置された複数の冷却材通路を有する燃料保持部と、前記
   燃料保持部に設けられたハンドルと、前記燃料保持部に
   取付けられると共に、前記孔部の延長線上からずれた位
   置に配置された結合手段挿入用孔部を有するチャンネル
   ボックス支持手段とを備えた上部タイプレート。 ７、前記チャンネルボックス支持手段が前記ハンドルを
   介して前記燃料保持部に取付けられた請求項第６項記載
   の上部タイプレート。 ８、チャンネルボックスガイド手段が前記チャンネルボ
   ックス支持手段に取付けられ、前記チャンネルボックス
   ガイド手段は、前記チャンネルボックス支持手段から前
   記燃料保持部の側面側に向つて傾斜しているガイド部を
   有している第７項記載の上部タイプレート。