JPH0221552B2 - - Google Patents

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JPH0221552B2
JPH0221552B2 JP56041854A JP4185481A JPH0221552B2 JP H0221552 B2 JPH0221552 B2 JP H0221552B2 JP 56041854 A JP56041854 A JP 56041854A JP 4185481 A JP4185481 A JP 4185481A JP H0221552 B2 JPH0221552 B2 JP H0221552B2
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JP
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guide tube
fuel assembly
end part
fixed
zirconium alloy
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
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    • G—PHYSICS
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    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
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    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
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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、具体的
には、軽水で冷却する原子炉用の燃料集合体に関
する。
さらに具体的には本発明は、前述のの燃料集合
体の案内管の改良に関し、その原子炉用の燃料集
合体の構造の詳細を以下に簡潔に述べることとす
る。
公知の軽水炉の燃料集合体の詳細は、ウエスチ
ングハウス・エレクトリツク・コーポレーシヨン
（Westinghcose Electric Corporation）が出願
したフランス特許第1536527号および第7018102号
に記載されている。これらフランス特許に記載さ
れた形式の燃料集合体においては、原子炉の核燃
料は炉心に配置された多数の燃料棒に分散され、
隣接する多数の燃料棒からなる集合体はほぼ矩形
の断面を有する。核燃料集合体の長さは数メート
ルあり、各集合体は堅い機械的なフレームを有し
ていて上部炉心プレートと下部炉心プレートの間
に保持される。このフレームは上端部品、下端部
品および幾つかの案内管を有する。上端部品と下
端部品には冷却水を導入および排水するオリフイ
スが形成されていて冷却水を通過させ、冷却水は
底から最上部まで垂直に循環する。案内管は上端
部品と下端部品に取付具を介して固定されること
によつて燃料集合体の強度と安定性を保証してい
る。各燃料集合体に沿つて幾つかの支持用グリツ
ドが案内管に固定され、これらのグリツトはその
断面が矩形であるセルが形成されており、実際の
燃料棒の通過と横方向の支持を可能としている。
この実際の燃料棒は上端部品と下端部品に接触す
ることなく、グリツドに、言わば摩擦によつて懸
下される。
燃料集合体に関する機械的な支持機能に加え
て、案内管は連鎖反応を食い止めるためにいつで
も使用することができる制御棒を収容する働きを
もつことも公知である。制御棒は様々な理由によ
つて原子炉の運転を速やかに停止したいとき、上
端部品を横切つて燃料集合体に配置された案内管
内に可能な限り迅速に挿入され、上端部品はこの
ために穴を有している。
従来、燃料集合体の上下の端部品はステンレス
鋼がインコネル、つまり、比較的中性子を吸収す
る材料で作られた。一方、案内管はそれよりはる
かに好ましい中性子特性を有するジルコニウム合
金で作られた。
前述の公知の燃料集合体においては、案内管に
制動装置を設ける必要もあり、この制動装置は原
子炉の急速な運転停止時に、それぞれの案内管内
で落下する制御棒を、その移動が終る直前で速度
をかなり減速することを可能とする。従来の構造
では、案内管の制動作用を得るために、案内管の
異なる直径を有する２つの部分を、その円錐部を
結合することによつて、案内管に下部、例えば最
下部のグリツドの上のある高さの一部を狭くした
くびれ部を形成していた。このくびれ部の上には
前記のオリフイスが配置され、制御棒の落下時に
飛び散る水を案内管から除去できるようにしてい
た。
上述の構造には次の列挙する幾つかの重大な次
点がある。
第１に、案内管をほぼ円錐形の狭い部分で接続
するために、案内管を２つの異なる直径の部品か
ら製造しなければならないが、この製造は困難で
あり、特に精密な機械加工と生産制御を必要とす
る。さらに、このような案内管では、制御棒の制
動は、その落下の最終段階で行われ、しかも、
徐々に生ずるのではなく狭い部分を通るとき比較
的急激に生ずるので、制御棒にとつて非常に有害
な場合もある。
本発明は、軽水炉の燃料集合体の案内管の改良
に関し、この改良された案内管は簡単な手段によ
つて前記の従来の欠点を回避することが出来ると
同時に、決して無視することのできないいくつか
の補足的な利点を有する。
本発明による改良の特徴は、制御棒の落下の最
終時点に至る前に案内管内の水圧を徐々に吸収す
るように、案内管内の対応する制御棒を制動する
装置が案内管の直径を制限する手段から構成され
ていて、案内管の高さの下部全体に広がつてお
り、案内管自体に作られたオリフイスと協働する
構成にしたことである。
本発明の１つの重要な態様に従うと、案内管直
径縮小手段は、通常、案内管に結合されるジルコ
ニウム合金製の内側スリーブから構成され、これ
は、製造時に一端から他端まで直径が一定である
管から作ることが可能である。
さらに、本発明に従う案内管直径制御手段が案
内管の下部の一部、例えばその高さの下から７分
の１の領域に配置すると、得られる制御棒の制動
は、制御棒の落下の最終段階において、公知の装
置よりもはるかにゆるやかに行うことが可能とな
る。
本発明の一実施例に従うと、各案内管用の案内
管直径制限手段は、案内管に点溶接された連続的
なジルコニウム合金製の内側スリーブによつて構
成され、その内径はオリフイスの大きさに関連し
て計算された大きさであり、その中の空隙内を対
応する制御棒が通過することが可能できる。
第２の実施例に従うと、各案内管用の案内管直
径制限手段は、各々について案内管に溶接または
波形付けされて固定され、案内管の高さの下部全
体に分布する、ジルコニウム合金で作つた管状の
部材からなる、不連続な内側スリーブによつて構
成され、その内径はオリフイスの大きさに関連し
て計算された大きさであり、この中に空隙内を対
応する制御棒が通過することが可能である。
燃料集合体の各案内管は、上端部品に作られた
環状みぞを有するオリフイス内での膨出によつて
連続的に、または、前記上端部品に作つた円錐端
穴内に固定された金属製プラグによつて上端部品
に固定される。
本発明の他の重要な態様に従うと、内側スリー
ブに波形付けした部分を設け、波形付けされた部
分を利用して連結されたプラグを分解可能な機械
手段によつて、下端部品に結合し、これによつて
案内管を集合体の下端部品に固定する。
次に本発明を添付図面を参照して具体的にその
実施例で説明する。
第１図は軽水炉の公知の構造の燃料集合体の全
体を示すもので、これの容器は参照数字１で指示
されている。容器１は上部内部装置と下部内部装
置からなり、燃料集合体は下部内部装置に懸下さ
れている。上部内部装置は上部プレート２と、こ
れにスペーサで連結された下部プレート４より成
る。下部内部装置ははめ輪３と、溶接で接合した
下部プレート５より成る。プレート４と５の間に
配置されていて、プレート５に載つているのは符
号６で示す燃料集合体であり、この集合体は７の
ような幾本かの位置決めピンによつて軸方向にす
きまを生ずるようにプレート４と５の間に保持さ
れている。燃料集合体６の構造は上端部品８と下
端部品９を具備し、案内管１０によつて補強され
間隔を置かれている。本発明は特にこの案内管に
適用される。燃料棒１１は、この棒が通過するよ
う断面が矩形であるセルを形成する支持用グリツ
ド１２によつて所定位置に保持され、グリツド１
２自体は案内管１０に連結されている。すでに説
明したように案内管１０は中空であり、そして連
鎖反応を抑制すると共に必要なときはいつでも原
子炉を急速に運転停止するために使用する制御棒
を収容するように構成されている。
第１図に示している集合体は温度が約300℃で
あり、取入れ口１３と出口１４の間で炉心内を循
環する加圧熱水に含浸されているので、別の集合
体６は上向き冷却流内に浸されている。
第２図に示されているのは案内管１０であり、
これには本発明の第１の実施態様に従つて内側ス
リーブ１５が設けられ、このスリーブは案内管１
０のようにジルコニウム合金で作られ、電気接触
溶接によつて１６のような幾つかの点で案内管に
溶接されている。第２図の上部では、概略的に示
されているグリツド１２を案内管１０が通過する
様子を見ることができる。案内管１０を固定して
いるグリツド１２の、図面の平面に垂直な２枚の
小さなプレート１７と１８が断面で見ることがで
きる。
本発明に従つて、案内管１０にはオリフイス２
３が幾つか形成され、これらオリフイスは、点線
で示されている制御棒２４がスリーブ１５の内部
を下降するときに、案内管１０内にある冷却水を
排水するためにその高さ全体に分布されている。
第２図は同一の高さに２個のオリフイス２３を示
しているだけであるが、制御棒２４を徐々に制動
するのに望ましいものならばどんなオリフイス形
状および大きさの構造を取ることもできる。従つ
て、オリフイス２３を案内管１０の下部全体に分
布させることができるし、また、スリーブ１５が
始まる部分の上にまたは下にオリフイス２３を分
布することもできるし、もしくはその部分の上と
下の両方に分布させることもできる。オリフイス
２３の部は案内管１０内部の水の速やかな排水に
使用され、他の計算された大きさのオリフイス
は、案内管１０によつて構成される緩衝器内の水
の超過圧力を所定値に保つのに役立つ。
第２図はまた、本発明の興味ある特徴、つまり
下端部品９を案内管１０に接合する方法を示して
いる。この接合のために、ステンレス鋼製のプラ
グ２５は内側スリーブ１５の下部に据えられ、ス
リーブ１５は波形付けされた環状周辺うねり部２
６を有していて、プラグ２５が内側スリーブ１５
に対して軸方向に動かないようにしている。この
プラグ２５にはめねじ２７が形成されているの
で、ねじ２８のような適当な手段によつて、この
プラグを下端部品９に固定することができる。ね
じ２８は、下端部品に形成されている対応する穴
２９にはいる中実ねじか、あるいは、制御棒の落
下中にその軸に沿つて排水することができる袋ね
じであり得る。このねじはまた変形可能な端部は
め輪の回転を停止するために、そのはめ輪に設け
ることもできる。プラグ２５の別の構造例におい
ては、プラグ２５は、穴２９にはまりこの穴の出
口で下端部品９に溶接されたピンによつて延長さ
れる。
プラグ２５自体はジルコニウム合金で製造する
ことができる。この場合、プラグ２５を内側スリ
ーブ１５に溶接することができるので、前述の実
施例のようなうねり部２６を作る必要はない。次
にプラグを先の例のようにねじ込む。
内側スリーブ１５を有する案内管１０の下部構
造は、この案内管の内径を狭くし、そして原子炉
を速やかに運転停止するために、制御棒のかたま
りの落下の最終段階で制御棒の水圧緩衝器として
働く、ということが第２図から容易に理解されよ
う。案内管１０のある高さに設けられたオリフイ
ス２３は、通常の運転状態での冷却水の循環を保
証すると共に、制御棒の制動された落下時に案内
管１０の内部にある冷却水の一部を排除する。
第３図は本発明の実施例における上端部品８と
案内管１０の間の連結を示す。上端部品８を横切
る穴３５の内部には、穴３７だけでなく環状みぞ
３６が機械加工されている。案内管１０を穴３５
に配置した後、案内管が上端部品８の内部で軸方
向に固定されるよう、穴３５は環状みぞ３６や穴
３７と同一の高さでのロール加工やプレス加工に
よつてそれらの穴の形状に適合するように変形さ
れる。
第４図は案内管１０を上端部品８内部に固定す
る方法の別の例を示すもので、この場合穴３５は
フライス削りされた円錐形の端部で置換されてい
る。この実施例では、案内管１０は穴３８の端部
で拡がり、斜角面３９の形を取つている。従つて
案内管は、上端部品８にねじ込まれたか、はめ込
まれたステンレス鋼製のプラグ４０と上端部品８
とを外部溶接することにより、溶接点４１によつ
て軸方向に固定されている。
本発明の第２の実施例を示す第５図は第２図と
対応する構成部品を有するが、この場合、案内管
直径制限手段は、案内管１０に溶接されるかもし
くは波形付けされて作られるくびれ部を介して固
定されたな内側スリーブ４５や４６を幾つか有す
る。第２図と共通する第５図の構成部品は再び説
明せず、それらは同一の参照数字が付されてい
る。しかしこの場合も、幾つかのオリフイス２３
が設けられている。
第５図の実施例では、案内管１０の下部のプラ
グ２５はもはや内側スリーブに接続されておら
ず、内側スリーブはこの領域では存在せず、単に
案内管１０に直接固定されるか、溶接されてい
る。先に説明した構造におけると同様に、案内管
１０の幾つかの高さにオリフイス２３を形成して
いるので、制御棒２４の落下時に、案内管１０の
内部を満たす水に対して幾つかの制御された漏れ
位置が存在することによつて、水圧緩衝作用が好
適に行なわれる。各種の内側スリーブ４５や４６
の案内管１０の長手方向に沿つた離隔配置によつ
て、制御棒の落下の終焉段階でのゆるやかな制動
が保証される。排水オリフイス２３の数と位置だ
けでなく、不連続な内側スリーブ４５，４６の数
と長さも、所望の制動特性と所望の冷却水のリー
ク流速の関数として決定することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は軽水炉内の燃料集合体の設置状態を示
す断面図、第２図は本発明に従つて内側スリーブ
を有する案内管の第１の実施例の軸方向断面図、
第３図は本発明に従つて案内管の上部を固定する
方法を説明する図、第４図は本発明に従つて案内
管の上部を固定する別の方法を説明する図、第５
図は案内管直径制限手段が不連続な内側スリーブ
によつて構成されている本発明の第２の実施例の
断面図である。 ６…燃料組立体、８…上端部品、９…下端部
品、１０…案内管、１５…内側スリーブ、１６…
溶接点、２３…オリフイス、２４…制御棒。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 軽水炉の燃料集合体用の案内管において、前
    記集合体６は作動中に前記軽水炉１の炉心の冷却
    水に含浸され、前記案内管１０はジルコニウム合
    金より成り、前記案内管１０の２つの端部はステ
    ンレス鋼またはインコネルより成る上端部品８と
    下端部品９にそれぞれ固定され、前記案内管１０
    は前記軽水炉の急速な稼動停止時に案内管１０内
    を落下する制御棒を制動する制動装置を具備し、
    該制動装置は前記案内管１０の直径を制限する手
    段によつて構成されていて各案内管１０に点溶接
    されたジルコニウム合金製の内側スリーブ１５，
    ４５，４６から成り、前記案内管１０の内径は対
    応する制御棒２４の通過を可能とする空隙を形成
    する大きさであり、前記スリーブ１５，４５，４
    ６は各案内管１０の下端部分全体にのびており、
    案内管１０にはオリフイスが形成されていて、制
    御棒の落下の際に内側スリーブとオリフイスとが
    協働して案内管１０内の水圧を徐々に吸収するこ
    とを特徴とする、軽水炉の燃料集合体用案内管。 ２ 前記内側スリーブ１５，４５，４６が不連続
    であつて管状のジルコニウム合金部材で構成さ
    れ、各ジルコニウム合金部材は前記案内管にそれ
    ぞれ溶接または波形付けされて固定されていて前
    記案内管１０の全体の長さに対する下方部分をこ
    えてのびており、前記案内管１０の内径は対応す
    る制御棒の通過を可能とする空隙を形成する大き
    さである、特許請求の範囲第１項に記載の燃料集
    合体用案内管。 ３ 案内管１０の直径を制限する手段が案内管１
    ０の長さの約７分の１の下端部分の領域に分布し
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
    または第２項に記載の燃料集合体用案内管。 ４ 燃料集合体６の各案内管１０が上端部品に設
    けられた円錐形の穴３５によつて前記上部端部品
    ８に固定され、前記穴３５の内部では各案内管１
    ０が上端部品に固定されたステンレス鋼製のプラ
    グ４０によつて軸方向に固定されていることを特
    徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の燃料集
    合体用案内管。 ５ 燃料集合体６の各案内管１０は、内側スリー
    ブ１５，４５，４６に波形付けまたは溶接されて
    固定された金属プラグを、分解可能な機械手段に
    よつて下端部品９に連結することによつて、下端
    部品９に固定されていることを特徴とする、特許
    請求の範囲第１項に記載の燃料集合体用案内管。
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