JPH03205591A - 核燃料集合体のフレッティング防止保護装置 - 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】 本発明は、一般に、核燃料集合体に関し、特に、異物に
より生じるフレッティング損傷から核燃料棒の被覆管の
下端部分を保護するためのスリーブの形態をとる保護装
置に関するものである。

運生狡盃二五』 様々な運転条件の下で冷却材が循環される原子炉容器及
びその関連系統から、異物をすべて確実に除去するため
の努力が、原子炉の冷却材循環系を構或する部品の製造
、設置及び保守の作業中においても絶えずなされている
。確実に異物を除去するため入念な処理が実施されてい
るが、このような除去を行う目的で適用される保護措置
にも拘わらず、いくらかの切屑や金属粒子が冷却材循環
系中になお隠れたままになっていることか゛経験から分
かっている。殆どの異物は、恐らく蒸気発生器の修理又
は交換の後に■次系に残ったと考えられる金属旋削片で
ある。

特に、最下部の格子に引つｔ４・かった異物によって燃
料棒に損傷か生しることは、近年幾つかの原子炉て指摘
されている。プラント始動時に、下部炉心支持板にある
冷却祠流道口から、燃料集合体の下部ノズルの流通穴を
通って異物が侵入する。

この異物は、燃料集合体の最下部の支持格子内における
、卵入れ枠形状をした格子のセル壁と燃料棒被覆管の下
端部分との間の間隙で留まる傾向がある。流れている冷
却材によって異物は微小運動を生じ、その結果、燃料棒
被覆管を摩耗して貫通孔を形戊する恐れがある。このよ
うに、異物による燃料棒の損傷は、燃料棒の外面と接触
した異物のフレッテイングによって生じる燃料棒被覆管
の貫通孔をいう。

異物が原因となって燃料棒に与える損傷の問題を解決す
るための従来の基本的な手段は、燃料集合体の下部ノズ
ル領域に配置される異↑勿フィルター又は異物トランプ
を考案することであった。或る設計の異物フィルターに
おいては、異物の大部分を最下部の格子の領域に達しな
いようにする機能を有しているか、それでもなお、いく
らかの異物が通り抜けてフレッテイング損傷を生しさせ
る恐れがあった。

従って、異物に起因する核燃料棒の損傷を回避する新た
な手段がなおも必要とされている。新しい手段は、原子
炉の構或部品の現在の構造や作動に適合することがてき
、また、原子炉の運転サイクル全体にわたり効果が持続
しなければならない。

更に、かかる手段は、原子炉の費用を高めることとなる
が、少なくともそのような弊害を全体的にみれば上回る
利益を提供するものでなければならない。

＆甥【月生ヱ 本発明は、前記の必要性を満足するように設計された核
燃料棒被覆管のための保護装置を提供する。本発明の手
段は、異物を漉し分けたり捕獲するというものてはなく
、異物の接触によるフレッティング損傷の問題かある危
険位置において燃料棒被覆管の表面を保護するというも
のである。特に、本発明の保護装置は、格子セルを貫く
上向きの冷却材流れに随伴される異物が、燃料棒被覆管
の下端部分に損傷を起こすような接触をしないように、
該下端部分を保護する。

本発明の保護装置は、燃料集合体を貫く冷却材の上向き
の流れに沿って延びる燃料棒と、この上向きの冷却材流
れに対して横向きに延びる格子とを有する核燃料集合体
で用いられる。格子は、上向きの冷却材流れの一部を受
け入れるセルを有しており、その流れは、セルの内部を
その下端から上端へと上昇する。燃利棒は被覆管を有し
、この被覆管の下端部分は、格子のセルを上端から下端
へと下向きに貫き、セルの下端から下方に間隔を置いて
配置された被覆管の下端まで延ひている。

本発明の保護装置は、燃料棒被覆管の下端部分の周囲に
配置され且つこの下端部分と同範囲で延びる中空のシー
スないしはスリーブの形態をとり、上向きの冷却材流れ
に随伴される異物に燃料棒被覆管の下端部分が接触しな
いようにし、もってこの下端部分のフレッテイングを防
止するようになっている。より詳細には、スリーブは、
格子セル内をその上端と下端との間て延びている上部部
分と、格子セルの下端から燃料棒被覆管の下端まで椙子
セルの下方に延ひる下部部分とを有している。

スリーブの上部部分には、周方向に適宜間隔を置き軸線
方向に延びる複数のスロットが画戒されており、これに
より、セルの側壁の燃料棒係合要素がスロットを通って
突出し、セルを貫通して延びている燃料棒被覆管の下端
部分と係合することができる。

更に、スリーブは、燃料棒被覆管の下端部分から分離し
ており、ろう付けや溶接などにより格子セルに取り付け
られている。燃料棒は、被覆管の下端に取り付けられた
下部端栓を有し、また、スリーブの下縁は被覆管の下端
と同じ高さに配置され、燃料棒の下部端栓がスリーブの
下縁から下方に突出するようにしている。また、スリー
ブの上縁は格子セルの上端と同じ高さに配置される。

スリーブの肉厚は燃料棒被覆管の肉厚よりも大きいのか
好ましい。更に、スリーブの材料は、燃料棒被覆管の材
料よりも堅い。

本発明の上記及び他の特徴や利点は、本発明の実施例が
図示された図面に沿って、以下の詳細な説明を読むこと
により、当業者にとって明らかになるであろう。

ロの詳　な言明 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同一又は相当部分を示している。また、以下の説明に
おいて、「前方］、「後方ｊ、「左方」、「右方」、「
上方」、「下方ｊ等の語は、便宜上の言葉であり、限定
的な語として理解されるべきものではない。

全体的な説明 図面、特に第１図を参照すると、従来の原子炉用核燃料
集合体が立面図て、垂直方向に短縮した形で、総括的に
符号１０て示されている。核燃料集合体１０は、基本的
に、原子炉（図示しない）の炉心領域における下部炉心
板（図示しない）上に当該燃料集合体を支持するための
下部構造、即ち下部ノズル１２と、この下部ノズル１２
から上方に向かって突き出して縦方向に延びる多数の案
内管、即ち案内シンプル１４とを備えている。更に、燃
料集合体１０は、案内シンプル１４に沿って軸方向に互
いに隔てられた複数の横向きの格子１６と、これらの格
子ｌ６により互いに横方向に隔てられ支持された細長い
燃料棒１８の組織化された配列とを備えている。また、
燃料集合休１０は、その中心に配置されている計装管２
０と、案内シンプル１４の上端に取り付けられた上端構
造、即ち上部ノズル２２とを有している。このような構
成部品の配列により、燃料集合体１０は、その構成部品
を損傷させることなく普通に取り扱うことのできる一体
ユニットを形成ずる。

上述のように、燃料集ｂ体１０における所定配列の燃利
棒１８は、燃料集合木１０内の長手方向に沿って間隔を
おいて配置された複数の格子１６によって、相互に間隔
をおいて保持されている。各燃料棒１８は管状の外側被
覆管２３を備えている。この被覆管２３は、多数の核燃
料ペレット２４を収容し、また、燃料棒１８を密閉すべ
くその両端が上部及び下部端栓２６、２８によって閉し
られている。一般に、プレナムばね３０が上部端栓２６
とペレット２４との間に配置され、燃料棒１８内でペレ
ット２４を緊密に積み重ねた状態で維持する。核分裂性
物質がら戒る燃料ペレット２４は、原子炉の核反応出力
の発生を担っている。水又はホウ素含有水のような液体
の冷却材が、炉心内で発生される熟を抽出して有用な仕
事を行わせるために、炉心の燃料集合体間を上方に圧送
される。

核分裂過程を制御するために、燃料集合体１０内の所定
の位置に配置された案内シンプル１４内で、多数の制御
棒３２が往復動ずるようになっている。

詳細には、上部ノスル２２は制御棒クラスタ制御機横３
４を備えており、この制御機横３４は、複数のフルーク
若しくはアーム３８が半径方向に延設された円筒形めわ
し部材３６を有している。各アーム３８は制御棒３Ｚに
相互連結されており、案内シンプル１４内て垂直方向に
制御棒３２を動かし、もって燃料集合体１０内の核分裂
過程を制御するように、制御機構３４を駆動させること
ができる。

のフレッーインク　止 前述したように、椙子１６のうち最下部の椙子ｌ６Ａに
引っ掛かった異物によって燃料棒に損傷が生しることは
、近年幾つかの原子炉て指摘されている。異物の粒子か
燃料集合体１０を通る冷却材の上昇流により振動される
。振動が生ずると、異物の粒子は燃料棒ｌ８の被覆管２
３を摩耗し貫通穴を生じさせ、損傷させる恐れがある．
本発明の目的は、燃料棒被覆管２３の下端部分２３Ａを
覆って延びる格子取付式フレッティング防止保護装置４
０を使用することにより、最下部の格子１６Ａの位置の
燃料棒被覆管２３が異物と接触しないようにすることで
ある。尚、本発明を詳紺に説明する前に、最下部の格子
１６ＡのｆｆＩ戊（池の椙子と同一てある）を簡潔に説
明する。

第２図〜第４図から分がるように、格子１６Ａは互いに
組み合わされた内測ストラップ４２を含んでおり、これ
らスｌ・ラップ４２は複数のセル４４を形或ずるように
設計された卵入れ枠形状をしている。

大部分のセル４４はそれぞれ、１本の燃料棒１８を受け
入れ、他の少数のセルは制御棒案内シンプル１４を受け
入れる。燃料集合体１０を貫く冷却材の上昇流は、格子
１６Ａのセル４４を、その下端４４Ａがら入って上端４
４Ｂから出るように通り抜ける。格子１６Ａのセル４４
は、下部端栓２８のやや上方に位置する燃料棒１８の軸
線方向位置て燃料棒１８を受け入れて保持するが、この
セル４４は、通常、格子組みの内側ストラップ４２の母
材中に形或された比較的堅固な突起、即ちディンプル４
８及び比較的弾力のあるばね４６を用い、燃料棒１８を
セル４４内５で保持するために必要なばね力を生じさせ
ている。また、内側ストラップ４２は一般にたわみやす
く、燃料棒１８が格子セル４４を貫通して配置されたと
き、幾分歪曲する。

図示実施例の格子１６Ａにおいて、燃料棒１８が入って
いる各セル４４の隣合う２つの側壁５ｏにはそれぞれば
ね４６があり、且つ、これらの各ばね４６と向き合った
当該セル４４の隣合う２つの側壁５０のそれぞれには２
つのディンプル４８がある。各格子セル４４のばね４６
及びディンプル４８は、当該セル４４を貫通して延びる
燃料棒１８と摩擦係合ないし接触している。

ここて第５図〜第９図を参照すると、本発明のフレッテ
ィング防止保護装置４０の各〃は中空の管状のシースな
いしスリーブの形態をとっている。

中空のスリーブ４０は、燃料棒被覆管２３の下端部分２
３Ａを囲繞して該下端部分２３Ａと同じ範囲（長さ）で
延びており、上向きの冷却材流れに随伴される異物が下
端部分２３Ａに接するのを防止し、これによって被覆管
２３の下端部分２３Ａのフレッ，テイングを防止するよ
うになっている。

より詳細に説明すると、スリーブ４０は、一の格子セル
４４をその下端４４Ａから上端４４Ｂにかけて延ひる上
部部分５２と、格子セル４４の下方にその下端４４Ａか
ら燃料棒被覆管２３の下端２３Ｂまで延びる下部部分５
４とを有している。スリーブ４０の上部部分５２には、
周方向に適宜間隔を置き軸線方向に延びる複数のスロッ
ト５６か画成されている。尚、このスロット５６の数は
４つで、互いに９０度の角度で配置されるのが良い。ス
ロット５６により、燃料棒係合用のばね４６及びディン
プル４８がセル４４の側壁５０から該スロッ■・５６を
通って突出し、セル４４を貫通して延びている燃料棒被
覆管２３の下端部分２３Ａと係含てきる。スリーブ上部
部分５２のスロット５６は、スリーブ４０の上縁４０Ａ
で開口している。スリーブ４０は、燃料林被覆管２３の
下端部分２３Ａからは分離されており、ろうイ１け又は
溶接等により格子セル４０の側壁５０に取着されて格子
１６Ａに取り付けられている。

前述したように、燃料棒１８の下部端栓２８は、被覆管
２３の下端２３Ｂにしっかりと取り付けられている。被
覆管２３の下端部分２３Ａと同じ範囲（長さ）て延びて
いるスリーブ４０は、その下縁４０Ｂか被覆管２３の下
端２３Ｂと同し高さに配置され、第６図及び第９図から
分かるように、燃料棒ｌ８の下部端栓２８がスリーブ４
０の下縁４０Ｂから下方に突出するようになっている。

このように、スリーブ４０の下縁４０Ｂが燃料集合体１
０の下部ノズル１２の上方に間隔をおいて配置される場
合、下部ノズル１２から燃料棒１８間を上昇する冷却材
流れの配分を、スリーブ４０が干渉したり妨げたりする
ことはない。また、スリーブ４０の上縁４０Ａは、格子
セル４４の上端４４Ｂと同じ高さに配置されている。

スリーブ４０は、その肉厚が燃料棒被覆管２３よりも厚
いほうか好ましく、例えば被覆管２３の肉厚の２倍の厚
みがあると良い。更に、スリーブ４０は、燃料棒被覆管
２３の材料、例えばジルカロイなどより堅いインコネル
のような材料から形戒することができる。

本発明と本発明に付随する多くの利点は以上の説明から
理解されるであろう。また、本発明の精神及び範囲を逸
脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲にするこ
となく、形態、構成及び配列に関して種々の変更が可能
であり、よって、以上に述べた形態は、単に本発明の好
適な実施例にすぎないことは明らかてあろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従ったフレッティング防止保護装置
を組み込んている核燃料集合体の側面図であり、明瞭化
のために一部を切り欠き、部分的に断面図で示した図、
第２図は、第■図の燃料集合体の燃料棒支持椙子のうち
の一つを示す拡大部ラ了平面図、第３図は、第２図の３
−３線に沿っての格子の軸方向断面部分図、第４図は、
第２（７ｌの４−４線に沿っての格子の軸方向断面部分
図、第５図は、格子セル内にフレッティング防止保護装
置及び燃料棒か取り付けられているところを示す第２図
と同様な格子の部分平面図、第６図は、第５図の６−６
線に沿っての軸方向断面部分図、第７図は、本発明のフ
レッティング防北保護装置を示す拡大側面図、第８図は
、第７図の８−８線に沿ってのフレッティング防止保護
装置の断面図、第９図は、第１図の燃料集き体の下部を
、一部の構成部品を省略して示す側面図てある。図中、
１０・・・核燃料集合体　　１６・・・↑３子１日・・
燃料棒　　　　　２３・・・被覆管２３Ａ・・下端部分 ４ｏ・フレッティング防止保護装置（スリーブ）４４・
・セル　　　　　　４４Ａ・・・セルの下端４４Ｂ・セ
ルの上端　　５２・・スリーブの上部部分５４・・スリ
ーブの下部部分 「ＩＧ． ２ ＦＩＧ． ３ ＦＩＧ． ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上向きの冷却材流れを受け入れるようになっている核燃
   料集合体であり、前記上向きの冷却材流れに沿って延び
   る細長い燃料棒と、前記上向きの冷却材流れに対して横
   向きに延びる格子とを備えており、前記格子がセルを有
   し、前記セルがその下端から上端へと貫流する前記上向
   きの冷却材流れの一部を受け入れるようになっており、
   前記燃料棒が被覆管を有し、前記被覆管の下端部分が前
   記セルを前記上端から前記下端へと下向きに貫通して、
   前記セルの前記下端の下方に間隔を置いて配置される前
   記被覆管の下端まで延びている前記核燃料棒集合体にお
   いて用いられるフレッティング防止保護装置であって、 （ａ）前記被覆管の前記下端部分を前記上向きの冷却材
   に随伴された異物による接触から防護して、前記下端部
   分のフレッティングを防止するように、前記下端部分の
   周囲に配置され且つ前記下端部分と同範囲で延びる中空
   のスリーブ、 から成り、 （ｂ）前記スリーブが、前記セル内を前記上端と前記下
   端との間で延びている上部部分を有し、（ｃ）前記スリ
   ーブが、前記セルの前記下端から前記被覆管の下端まで
   前記セルの下方に延びる下部部分を有している、 核燃料集合体のフレッティング防止保護装置。