JPH01245190A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体に関するもので
、詳しくは太径円管または大寸角管のウォータロッドが
、下から数えて少なくとも第１スペーサとの支持の状態
および上下部端栓部を除いた外形がどうなっているかに
関するものである。

［従来の技術］ 従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体では、中央部の中性
子減速効果を高めて核特性を改善するため、中央部の燃
料棒数本分が１本の太径円管または大寸角管ウォータロ
ッドに第４図に示すように置き換えられている。同図に
おいて、１は燃料棒、２はウォータロッド、３はスペー
サ、４は燃料捧押さえバネ、５は上部タイプレート、６
は下部タイプレート、７はチャンネルボックスである。

スペーサ３によるウォータロッド２の支持方法の一例を
第５図に示すが、２方向の固定支持突起３ｄに太径円管
ウォータロッド２を押しつけるように、２方向の弾性支
持体３ｃが設けられている。

地震のように任意の横方向より荷重がかかる場合は、方
向によってはウォータロッドのスペーサ３に対しての偏
心が許容されない。

燃料バンドル部はチャンネルボックス７内面に接触する
まで変位できるが、ウォータロッド２は、剛性が燃料棒
のそれに比して著しく大きいため、支持点である下より
数えて第１スペーサに働く荷重およびウォータロッド下
部端栓に働く応力が許容できない程大きくなり、燃料集
合体の健全性上問題となることがあった。なお、第５図
にさいて、３ａは燃料棒用弾性支持体。

３ｂは燃料棒用固定支持体である。

［発明が解決しようとする；！！ｌ１題コ本発明は、太
径円管または大寸角管ウォータロッドの剛性が大きく、
スペーサとの支持間隔を、従来の燃料棒とほぼ同じ径の
ウォータロッドの場合より大きくできることを考慮した
ものしても全方向に弾性的に行ってスペーサに対する偏
心を許容することで、第１スペーサに働く荷重およびウ
ォータロッド下部端栓に働く応力を著しく低減する沸騰
水型原子炉用燃料集合体を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、正方形状に配列された燃
料棒と、このうち４本以上の燃料棒配列空間を占める上
下部端栓を除いた外形が軸方向に−様な太径円管または
大寸角管ウォータロッドが、軸方向に間隔をおいて設置
された複数個のスペーサを貫通し、これらの上下部に上
部および下部タイプレートが装着され、これらを覆うよ
うにチャンネルボックスが装着された燃料集合体におい
て、少なくとも下から数えて第１スペーサではウォータ
ロッドがスペーサに対して相対変位できるように支持し
ていないようにするか、または弾性的に支持しているよ
うにした。

［作用コ 太径円管または大寸角管ウォータロッドは、剛性が大き
く、スペーサとの支持間隔を燃料棒と同じにする必要が
ないので、少なくとも下から数えて第１スペーサ３Ａ（
後述の第２図参照）では太径円管または大寸角管ウォー
タロッドを支持しないか、支持しても弾性的に支持すれ
ばウォータロッドに対する偏心を許容できる。

下部タイプレート６（第４図および後述の第２図参照）
より太径円管または大寸角管ウォータロッドを支持する
スペーサまでの支持間隔が大きくなるほど、支持スペー
サに働く荷重が著しく減小する・ウォータロッド下部端
栓に働く曲げ応力は、支持スペーサに働く荷重が一定の
もとではスペーサとの支持間隔が大きくなると増加する
傾向にあるが、支持スペーサに働く荷重の減小が著しい
ため、結果としては減小する。

［実施例］ （第１実施例） 第１実施例として太径円管ウォータロッドを用いた沸騰
水型原子炉用燃料集合体の８×８燃料で説明する。（第
１図参照） ８ｘ８燃料は燃料棒外径約１２ｍｍ、被覆管肉厚約０．
９ｍｍ　であり、中央部４本の燃料棒と置き換えられた
太径円管ウォータロッド２の外径は約３０ｍｍ、肉厚約
１ｍｍである。

下部タイプレート上面より数えて第１スペーサ３Ａまで
、第１スペーサ３Ａより第２スペーサ３Ｂまでは約５０
０ｍｍである。（第２図または第４図参照）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
方向にはぼ等間隔の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
にほぼ等しくなる。このバンドル部はチャンネルボック
スによっておおわれており、チャンネルボックスの剛性
はバンドル部全体より大きい。

チャンネルボックスとスペーサの間隔は製造時で片側約
０．３５ｍｍ、チャンネルボックスと下部タイプレート
の間隙は製造時で約０．２５ｍｍである。チャンネルボ
ックスは、燃焼時の冷却材圧力が内側の方が大きいこと
などにより、外側にクリープ変形を生じ、最大片側約２
ｍｍも外側に変形する。

このため、下部タイプレートのウォータロッド下部端栓
義金ボス６ａ（第４図参照）中心を通るバンドル部標準
中心軸と、スペーサでのウォータロッド中心とのずれは
最大約６．５ｍｍに達する。

第１図に本発明の第１の実施例として、第５図の従来ス
ペーサよりウォータロッド支持用の固定支持突起３ｄお
よび弾性支持体３ｃを取り除き、さらにウォータロッド
のスペーサに対する偏心を許せるようにスペーサ格子板
の一部を変更したスペーサを示す。この場合、スペーサ
とウォータロッドの間隙は片側約３ｍｍを確保できる。

第１スペーサ３Ａおよび第２スペーサ３Ｂに働く荷重Ｆ
、、Ｆ、　　は第２図に示すモデルにより次式で概略計
算できる。

１：、　＝　７（ｑ６　Ｘ　ｄｔ　−３ｏｘｃＬｘ　、
ＩＦｉ＝　　−二、　　（３０ＸｔＬ、−／ＩＸ　ｄＬ
　）７ム ここで Ｅ：ウォータロッド材質ヤング率（ジルカロイ−２で２
８６°Ｃの値は約８３００　ｋ　ｇ／ｍｒｒｔ）工：ウ
オータロッド断面二次モーメント（約９６００　ｍ　ｍ
≠） Ｌ：支持点間距離（下部タイプレートより第１スペーサ
まで、および第１スペーサより第２スペーサまで、とも
に約５００ｍｍ） ｄ、：第１スペーサにおけるウォータロッド中心の標準
中心軸よりの変位（ｍ　ｍ　） ｄ：第２スペーサにおけるウォータロッド中心の標準中
心軸よりの変位（ｍｍ） まず、従来燃料の場合を考えると、下より数えて第１お
よび第２スペーサは従来のものであり、ウォータロッド
はスペーサに対しての偏心が許容されない。このため上
述したように第１および第２スペーサにおけるウォータ
ロッド中心とバンドル部標準中心軸との変位はｄ、＝ｄ
、＝６．５ｍｍ　となり、この結果、第１スペーサに働
く荷重は約３９ｋｇ、第２スペーサに働く荷重は反対方
向に約１１ｋｇとなる。

またウォータロッド下部端栓に働く曲げ応力は下部端栓
細径部の径を１３ｍｍとして約４１ｋｇ／ｍｍ”　　に
もなり、スペーサ荷重、下部端栓曲げ応力とも許容され
る値ではない。

次に本発明の実施例の場合、第１スペーサのみ、第１図
に示すようにウォータロッドの支持（よ をなくし、第２スペーサそのままとしている。

第１スペーサにおけるウォータロッド中心のバンドル部
標準中心軸よりの変位は、ウォータロッドがスペーサ内
で３ｍｍ動けることよりｄ、＝６．５−３．０＝３．５
ｍｍ　となる、第２スペーサにおけるウォータロッド中
心のバンドル部標準中心軸よりの変位ｄ２は６．５ｍｍ
のままとする。この場合の第１スペーサに働く荷重は約
ｔ３ｋｇｔ第２スペーサに働く荷重は反対方向約２ｋｇ
となる。またウォータロッド下部端栓に働く曲げ応力は
約１８ｋｇ／ｍｍ”　となる。

従来８Ｘ８燃料と比較してスペーサに働く荷重は’／３
以下、ウォータロッド下部端栓に働く曲げ応力はＩ／λ
以下になり、ともに問題となる程ではなくなる。

（第２実施例） 第２の実施例として、大寸角管ウォータロッドを用いた
沸騰水型原子炉用燃料集合体の９Ｘ９燃料で説明する。

９ｘ９燃料は燃料捧外径約１１ｍｍ、被覆管の肉厚的０
．８ｍｍであり、中央部９本の燃料棒と置き換えられた
大寸角管ウォータロッドの外寸は約３７ｍｍ、肉厚約０
．７ｍｍである。

スペーサ位置、チャンネルボックス等の構造部材の寸法
は８Ｘ８燃料のままとする。

第３図に本発明の第２の実施例として、従来スペーサよ
りウォータロッド支持用の固定突起３ｄおよび弾性支持
体３ｃを取り除いたスペーサを示す。

大寸角管ウォータロッド２の貫通する桝目の内寸は約４
３ｍｍであり、ウォータロッド外寸約３７ｍｍより対辺
方向には片側３ｍｍ、対角方向には約４．２ｍｍ　の間
隙を確保できる。

第１の実施例と同様に比較を行う。

ウォータロッドの断面二次モーメン約２２３００ｍｍ”
より、ウォータロッドのスペーサに対する偏心が許容さ
れない従来のスペーサだけで構成されている場合、ウォ
ータロッド中心とバンドル部標準中心軸との変位ｄ、＝
　ｄ、＝　６　、５ｍｍとなり、第１スペーサに働く荷
重は約９１ｋ　ｇ　＋第２スペーサに働く荷重は反対方
向に約２５ｋｇとなる。またウォータロッド下部端栓に
働く曲げ応力は下部端栓細径部の径を１３ｍｍとして約
９６　ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍＬ　　にもなり、スペーサ荷
重、下部端栓曲げ応力とも許容される値ではない。

次に本発明に従って、第１スペーサのみ、スペーサによ
るウォータロッドの支持をなくした場合を想定する。第
１スペーサにおけるウォータロット中心のバンドル部標
準中心軸よりの変位は、ウォータロッドがスペーサ内で
約４．２ｍｍ動けることよりｄ、＝６．５−４．２＝２
．３ｍｍとなる。第２スペーサにおけるウォータロッド
中心のバンドル部標準中心軸よりの変位ｄ２は６．５ｍ
ｍ　のままとする。この場合の第１スペーサに働く荷重
は約５ｋｇ、第２スペーサに働く荷重は方向は同じで約
２ｋｇ、ウォータロッド下部端栓に働く曲げ応力は約２
２ｋｇ／ｍｍＬとなる。

従来９Ｘ９燃料と比較してスペーサに働く荷重は７．以
下、ウォータロッド下部端栓に働く曲げ応力は１廓以下
になり、ともに問題となる程ではなくなる。

両実施例では、スペーサによるウォータロッド支持をな
くした場合について説明したが、支持弾性体だけでウォ
ータロッドのスペーサに対する適当な偏心量を前方向に
わたって許容すれば、その効果は同様になることは明ら
かである。

［発明の効果コ 従来燃料では、燃料棒数本分に相当する太径円管または
大寸角管ウォータロッドをスペーサの固定支持突起と弾
性支持体で支持してスペーサに対する偏心を許容してい
なかったため、地震時など横方向荷重が働いて燃料バン
ドル部と下部タイプレートの軸心がずれた時に、第１ス
ペーサに働く荷重とウォータロッド下部端栓に働く応力
が許容できない程大きくなっていた。

然るに本発明では、太径円管または大寸角管ウォータロ
ッドの支持方法で、少なくとも下から数えて第１スペー
サでは支持しないか、支持しても弾性的に行い、ウォー
タロッドのスペーサに対する偏心を許容することで、第
１スペーサに働く荷重およびウォータロッド下部端栓に
働く荷重およびウォータロッド下部端栓に働く応力を著
しく低減して、耐震性能の向上した沸騰水型原子炉用燃
料集合体を提供できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例スペーサの平面図、第２図
は燃料集合体の第１および第２スペーサにかかる荷重を
計算するためのモデル図。 第３図は本発明の第２実施例スペーサの平面図。 第４図は沸騰水型原子炉用燃料集合体の断面図。 第５図は従来型スペーサの平面図である。 １・・燃料棒、２・・ウォータロッド、３・・スペーサ
、４・・燃料棒押さえバネ、５・・上部タイプレート、
６・・下部タイプレート、６ａ・・ボス、７・・チャン
ネルボックス、３ａ・・燃料棒用弾性支持体、３ｂ・・
燃料棒用固定支持突起、３Ｃ・・ウォータロッド弾性支
持体、３ｄ・・ウォータロッド固定支持突起、３Ａ・・
第１スペーサ、３Ｂ・・第２スペーサ。 才３図 Ｘ４図　　　　　　　　才５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正方形状に配列された燃料棒と、このうち４本以上
   の燃料棒の配列空間を占める太径円管または大寸角管ウ
   ォータロッドが、軸方向に間隔をおいて設置された複数
   個のスペーサを貫通し、これらの上下部に上部および下
   部タイプレートが装着され、これらをおおうようにチャ
   ンネルボックスが装着された沸騰水型原子炉用燃料集合
   体において、 少なくとも下から数えて第１スペーサでは、ウォータロ
   ッドがスペーサに対して相対変位できるように相互に支
   持されていない沸騰水型原子炉用燃料集合体 ２、正方形状に配列された燃料棒と、このうち４本以上
   の燃料棒の配列空間を占める太径円管または大寸角管ウ
   ォータロッドが、軸方向に間隔をおいて設置された複数
   個のスペーサを貫通し、これらの上下部に上部および下
   部タイプレートが装着され、これらをおおうようにチャ
   ンネルボックスが装着された沸騰水型原子炉用燃料集合
   体において、 少なくとも下から数えて第１スペーサでは、ウォータロ
   ッドがスペーサに対して相対変位できるように相互に弾
   性的に支持されている沸騰水型原子炉用燃料集合体