JPH0214673B2

JPH0214673B2 -

Info

Publication number: JPH0214673B2
Application number: JP60036731A
Authority: JP
Inventors: Deuitsudo Batsuchaa Jooji
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1990-04-09
Also published as: ES8703032A1; US4587094A; KR850006761A; EP0154229B1; DE3570002D1; KR920007736B1; EP0154229A3; ES540546A0; JPS60203890A; EP0154229A2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は原子炉用の燃料集合体に関し、特に内
部の加圧ガスを封止するための改良型端栓を有す
る燃料棒に関するものである。

当該技術で周知のように、燃料棒を内部から加
圧すれば、原子炉の総効率を高め燃料棒の有効寿
命を延ばすことができる。この加圧燃料棒の概念
は米国特許第3677894号明細書に記載されており、
同明細書は、熱分解可能な物体を内部に有し、該
物体が加熱されるとガスを発生して内部から加圧
する燃料棒を開示している。

燃料棒を加圧する別の方法は、その製作過程で
端栓の一つにガス入口オリフイスを設け、燃料棒
に加圧した不活性ガスを充填した後、続いて該ガ
ス入口オリフイスを溶接し封止することである。
かかる形式の端栓は米国特許第4075454号明細書
に開示されている。該明細書に記載された端栓の
ガス入口オリフイスは半径方向に延びて、機械加
工した端栓中央の領域（キヤビテイ）につなが
り、燃料棒の内部と直接に流体連絡している。燃
料棒に加圧ガスを充填した後、端栓を燃料棒の端
部に溶接する際に、ガス入口オリフイスを溶接金
属で封止し閉じる。これは、端栓中央にキヤビテ
イを機械加工するのが高価につく他に、熔融固化
もしくはピイールバツク（peel−back）の問題
のためガス入口オリフイスを封止するのが非常に
困難である。また、かかる封止は、適切な封止を
確保するべく時間のかかる高価な検査作業を必要
とする。別の形式の端栓がドイツ特許第1238589
号明細書に記載されており、該端栓においては、
後から周溶接が続く燃料棒加圧のため、端栓の縮
径部に平らな部分を持つているようである。この
ドイツ特許の端栓に構造及び作用が類似する更に
別の端栓に、円周方向に隔置されて軸方向に延び
る４個の小さな溝のある縮径部を有し、該溝が縮
径部の軸方向全長にわたつて延びるものがある。
縮径部の全長にわたつて延びる加圧用の平らな部
分又は溝を有する端栓は、この端栓が被覆管の端
部と金属同士完全に接触していないので、周溶接
によつて封止することが困難である。即ち、平ら
な部分又は溝が空所を画成し、該空所が溶接中に
おける適切な熱の消散を阻止して、管壁の熔融固
化になるからである。

製作段階において燃料棒を加圧するのに使用さ
れる最も一般的な端栓構造は、小さな軸方向の孔
を備えた、米国特許第4003788号明細書に記載さ
れている端栓である。この構造においては、最初
に端栓を周溶接によつて被覆管の端部に気密に封
止し、その後、燃料棒を加圧された溶接室に入
れ、そこで加圧ガスを軸方向の孔を介して燃料棒
内に入れてから、該孔の開口を例えば米国特許第
3677894号、第3677894号、第3677894号明細書記
載の方法のどれかで熔着し閉じる。端栓の端部に
あるこのガス入口開口（通路）を閉じるために一
般的に採用されている方法は周知のTIG（タング
ステン不活性ガス）方法であつて、ガス入口開口
は、そこを横断する熔融溶接部を造る短い持続時
間（約２秒）の溶接パルスによつて封止される。
この溶接作業中、熔融材料がアーク“ブラスト”
によつて通路内に押し込められ、端部を封止する
と共に通路内に延入するナゲツトをしばしば一連
の滴体として造る。適切な溶け込みと思われるも
のが、確実に、通路の壁に熔着された高強度の溶
接部であるようにすることは非常に難しい。非破
壊的手段による封止溶接部の検査は困難であり、
また、要求される高価なアーク検査装置は信頼性
及び有効性がぎりぎりの程度のものである。加え
て、電極の近接とアークにより生ずる乱れとは、
溶接部が熔融したタングステンによつて汚染され
るようになる確証済みの可能性をもたらす。

本発明の主な目的は、加圧用の孔を後から封止
溶接せずに燃料棒を加圧することを可能にすると
共に、熔融固化の危険を実質的に伴うことなく端
栓の周溶接を可能にする、改良型の端栓を備えた
核燃料棒を提供することである。

従つて、本発明は、核燃料及び加圧ガスを収納
する被覆管と、前記核燃料及び加圧ガスを収納し
た前記被覆管の両端部を封止する封止手段とを備
え、少なくとも、該両端部の一方に関連した封止
手段が、前記被覆管の端部に挿入されるようにな
つている本体部を有する端栓から構成されている
核燃料棒組立体において、前記本体部は前記被覆
管の前記端部に表面同士が封止状態に接触した圧
力ばめの関係で嵌合するような横断面形状及び寸
法値を有すると共に、前記本体部は、その外周面
上に、該本体部の内端から、該本体部の内端及び
外端のほぼ中間の位置まで延びる、平坦部の形態
の切欠き表面部分を有し、該切欠き表面部分は、
前記被覆管の隣接する内壁部分と協働して、前記
本体部を前記被覆管の前記端部に部分的にのみ挿
入した時に該被覆管を加圧するためのガス入口オ
リフイス及び通路を画成しており、前記本体部が
その完全挿入位置にある時に前記被覆管の前記端
部が表面同士の封止状態の接触により前記ガス入
口オリフイスを封止することを特徴とするもので
ある。

これから詳細に説明する好適な実施例において
は、端栓は本体部と一体にその近くに形成された
肩部を有し、該肩部は、棚部を画成するように本
体部よりも横断面が大きくなつていて、本体部が
被覆管の前記端部に完全に挿入されたときに、該
棚部が被覆管の隣接端に当接して被覆管と端栓と
の間に突合せ接続部を形成する。

上述したことから明らかなように、本発明を実
施する核燃料棒組立体は溶接又は熔融により閉じ
る必要のある加圧用の孔を持つておらず、端栓本
体部の平坦部によつてもたらされるガス入口オリ
フイスは、部分的に挿入された本体部を被覆管内
に完全に挿入する際に、自動的に封止される。更
に、平坦部は本体部の内側部にのみ設けられてい
て、本体部の残部、即ち外側部の周面は平滑であ
り中断されていないので、外側部は、端栓が完全
に挿入されたときに被覆管と実質的に全面に渡つ
て面接触し、それにより溶接中に突合せ接続部か
ら逃げる熱の伝導を向上させ、今まで生じていた
前述の熔融固化の問題を軽減する。

本発明は、添付図面に例示したその好適な実施
例に関する以下の説明から一層容易に明らかとな
ろう。

以下の説明において、図中、同一符号は同一又
は対応部分を示しており、また、「前側」、「後
側」、「左側」、「右側」、「上方」、「下方」等の用
語
は便宜上使用されているものであつて、限定的な
用語と解釈されるべきではない。

図面、特に第１図において、そこに符号１０で
総括的に示された核燃料集合体は、原子炉（図示
せず）の炉心領域にある下部炉心支持板（図示せ
ず）上に該核燃料集合体を支持するための下端構
造、即ち下部ノズル１２と、該下部ノズル１２か
ら上方へ長手方向に延びる多数の制御棒案内筒又
はシンブル１４と、案内シンブル１４に沿つて軸
方向に隔置された複数の横向き支持格子１６と、
互いに関して横方向に隔置されて支持格子１６に
支持された燃料棒（核燃料棒組立体）１８のよう
な細長い棒の列と、該燃料集合体１０の中央に配
置された計装管２０と、総括的に符号２２で示さ
れた上端構造、即ち上部ノズル２２とを有する。
該上部ノズル２２は案内シンブル１４の上端に取
着されて、核燃料集合体の諸構成要素を損傷する
ことなく通常のように取り扱いできる一体の集合
体を形成する。

上部ノズル２２は横方向に延びるアダプタ板２
４を含んでおり、その周縁からは側壁２６が上方
に延びて囲い又はハウジングを形成している。側
壁２６にある環状の上部フランジ２８に適当に取
着されているのは複数の板ばね３０（第１図には
１個のみを示す）であつて、該板ばね３０は上部
炉心支持板（図示せず）と通常の態様で協働し
て、熱膨張等による燃料集合体の長さ変化は許容
するが冷却材が上向きに流れている間に燃料集合
体が液圧によつて持ち上がるのを防止する。環状
フランジ２８によつて画成された開口内に配置さ
れているのは通常の棒クラスタ集合体３２であつ
て、これは制御棒３６の上端に接続された半径方
向に延びる支柱３４を有し、制御棒３６が通常の
態様で制御棒案内シンブル１４内を上下に移動す
るのを可能にしている。

図示の燃料集合体１０は正方形に配列された燃
料棒１８を有する形式のものであつて、この正方
形列の中に制御棒案内シンブル１４が計画的に配
列されている。燃料集合体１０を形成するため、
横方向の支持格子１６を軸方向に隔置された所定
の位置で案内シンブル１４に取着し、燃料棒１８
を支持格子１６に挿通し、下部ノズル１２を案内
シンブル１４の下端に適当に取着し、次いで上部
ノズル１４を通常の態様で案内シンブル１４に取
り付ける。第１図に示した燃料集合体１０は通常
のものであり、本発明を実施例する燃料棒１８を
使用することのできる燃料集合体の一形式を単に
代表するものとして示されている。

第２図に最もよく示すように、燃料棒１８は、
ウラン235が濃縮されたUO₂のような、管状の被
覆管材即ち被覆管４０内に端と端とを接触させて
配設された複数の円筒形核燃料ペレツト（核燃
料）３８を含む。被覆管４０はジルコニウム合金
から造るのが好まししい薄肉の長い管である。被
覆管４０の両端部は、被覆管と同様の材料で形成
するのが好ましい上部端栓及び下部端栓（封止手
段）で閉じられており、被覆管内の核燃料及び加
圧された不活性ガスを封止する。符号４２で総括
的に示した上部端栓は本発明を実施しており、後
から詳細に説明する。下部端栓４４は通常の構造
のものであつて、周溶接等によつて所定位置に取
着されて入る。プレナム室４６はペレツト３８の
積重体の一端と上部端栓４２のような隣接の端栓
との間で被覆管４０内に設けられている。プレナ
ム室４６内でペレツト３８と上部端栓４２との間
に配置されたコイルばね４８は、ペレツト３８を
下部端栓４４に対して所定位置にぴつたり保持す
るように機能する。

前述したように、燃料棒１８は内部から加圧さ
れる。加圧されたた不活性ガスを被覆管４０内に
導入する方法は上部端栓４２の新規な構造及び形
状によつて決定される。しかし、端栓４２につい
て説明する前に、第３図に示した端栓５０のよう
な先行技術の端栓を参照することによつて、端栓
４２の有利な特徴を一層明確に理解し且つ知るこ
とができるものと思う。この従来の端栓５０は前
述した米国特許第40003788号明細書に開示されて
いるような形式のものである。該端栓は基本的に
は、上側本体部５２と、直径の小さい下側本体部
５４と、該上側本体部５２及び下側本体部５４を
貫いて延び燃料棒の内部から外部への流れの連絡
を可能にする軸孔５６とからなる。使用時には、
下側本体部５４が被覆管（図示せず）の端に圧入
され、周溶接が突合せ接続部を封止して、端栓を
被覆管の端に固着する。加圧した溶接室内におい
て、不活性ガスを軸孔５６から被覆管中に注入
し、その後軸孔の端を溶接で封止する。

第４図〜第７図から分かるように、本発明を実
施する端栓４２は、該端栓を貫通する軸孔を有し
ていない。即ち、端栓４２は、被覆管４０の内径
よりも直径の大きい上方肩部又は頭部５８と、該
肩部５８の直径よりも小さいが被覆管４０の内径
よりも若干直径の大きい、下方の円筒形本体部６
０とを有する一体構造のものであつて、該本体部
は圧力ばめ、即ち力ばめの関係で被覆管４０の端
に挿入可能である。図示の好適な実施例において
は、肩部５８の直径は被覆管４０の外径に実質的
に等しく、肩部５８及び下方の本体部６０の直径
差は被覆管４０の壁厚に大体等しいので、端栓４
２を被覆管４０の上端部内に圧入したときには、
肩部５８の下縁によつて画成された棚部６２が被
覆管４０の上縁６４と一緒に突合せ接続部を形成
する。

端栓４２の下側の本体部６０は、円筒形本体部
から弦状部分を取り除くことによつて形成するの
が好ましい、平坦部６６の形態の切欠き表面部分
をその外周面上に備えている（第５図参照）。平
坦部６６は本体部６０の下端６１で始まり、そこ
から上方へ本体部の下端６１及び上端６３のほぼ
中間の位置まで延びる。便宜上、平坦部６６を含
む下側本体部６０の部分は内側部６８と呼び、一
方、下側本体部の残部、即ち平坦部と上側肩部５
８との間の部分は外側部７０と呼ぶ。また、本体
部６０の下端６１及び上端６３は、それぞれ本体
部の内端及び外端とも呼ぶ。好適な実施例におい
ては、平坦部６６の水平な弦部の長さは下側本体
部６０の半径にほぼ等しく、平坦部の軸方向の高
さ（従つて、内側部６８の高さ）は下側本体部６
０の軸方向高さの約1/2であるが、これ等の寸法
は共に単なる設計上の問題であつて本発明にとつ
て特に重要なことではない。更に、下側本体部６
０の内側部６８及び外側部７０は等しい、、大体
において一定の直径を有することが好ましい。第
６図及び第７図から最もよく分かるように、平坦
部６６の上縁と外側部７０の隣接する下縁との間
に延在する中間表面７２は好ましくは垂直から約
25度の角度で傾斜している。

次に、特に第２図、第６図及び第７図を参照し
て燃料棒１８の組立方法を簡単に説明する。下側
端栓４４を被覆管４０の下端に溶接し、燃料ペレ
ツト３８を被覆管内に入れ、コイルばね４８を燃
料ペレツトの積重体の頂部に置き、その後上側端
栓４２を、下側本体部の内側部６８のみが被覆管
４０内にありその平坦部６６が被覆管４０の内壁
と端栓４２の下側本体部６０との間に外方に開口
する〓間７４を画成するような軸方向位置まで、
被覆管４０の上端内へ部分的に圧入する（力嵌め
する）。この〓間７４が不活性ガスを被覆管４０
内に導入するためのガス入口オリフイス及び通路
になる。燃料棒１８は、そこに部分的に挿入され
た端栓４２と共に、加圧された溶接室内に入れら
れ、該溶接室において被覆管を〓間７４から入つ
た不活性ガスで加圧し、しかる後、〓間７４が無
くなるように端栓４２を完全に挿入して、下側本
体部６０の外側部７０と被覆管４０の内壁とのの
間に、第７図に示すように金属同士の封止接触を
確立する。このように完全に着座した位置におい
て、上方肩部５８の下縁６２と被覆管４０の上縁
６４との間に形成された突合せ接続部が溶接によ
つて気密に封止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する燃料棒を使用する
ことのできる従来の燃料集合体を部分的に断面で
示す立面図、第２図は本発明を実施する燃料棒の
拡大断面図、第３図は加圧ガスを燃料棒内に導入
するための軸孔を有する従来の端栓の断面図、第
４図は第２図に示した燃料棒の上側端栓を、平坦
部の正面を示すように、第２図の位置から90゜回
転して示す拡大立面図、第５図は第４図の５−５
線断面図、第６図は、被覆管の上端に部分的に挿
入された端栓を示す、第４図の６−６線断面図、
第７図は、第６図に類似してはいるが、端栓の下
側本体部が被覆管の上端に完全に挿入されてい
て、上方肩部が被覆管の上端に当接して示されて
いる断面図である。１８……核燃料棒組立体（燃料棒）、３８……
核燃料（ペレツト）、４０……被覆管、４２……
端栓（封止手段）、４４……端栓（封止手段）、６
０……本体部、６６……平坦部、６１……本体部
の内端（下端）、６３……本体部の外端（上端）、
７４……ガス入口オリフイス及び通路（〓間）。

Claims

【特許請求の範囲】

１核燃料及び加圧ガスを収納する被覆管と、前
記核燃料及び加圧ガスを収納した前記被覆管の両
端部を封止する封止手段とを備え、少なくとも、
該両端部の一方に関連した封止手段が、前記被覆
管の端部に挿入されるようになつている本体部を
有する端栓から構成されている核燃料棒組立体に
おいて、前記本体部は前記被覆管の前記端部に表
面同士が封止状態に接触した圧力ばめの関係で嵌
合するような横断面形状及び寸法値を有すると共
に、前記本体部は、その外周面上に、該本体部の
内端から、該本体部の内端及び外端のほぼ中間の
位置まで延びる、平坦部の形態の切欠き表面部分
を有し、該切欠き表面部分は、前記被覆管の隣接
する内壁部分と協働して、前記本体部を前記被覆
管の前記端部に部分的にのみ挿入した時に該被覆
管を加圧するためのガス入口オリフイス及び通路
を画成しており、前記本体部がその完全挿入位置
にある時に前記被覆管の前記端部が表面同士の封
止状態の接触により前記ガス入口オリフイスを封
止することを特徴とする核燃料棒組立体。