JPH06230160A - Ｐｗｒ燃料集合体 - Google Patents
Ｐｗｒ燃料集合体Info
- Publication number
- JPH06230160A JPH06230160A JP50A JP3741993A JPH06230160A JP H06230160 A JPH06230160 A JP H06230160A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 3741993 A JP3741993 A JP 3741993A JP H06230160 A JPH06230160 A JP H06230160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- fuel rod
- fuel
- fuel assembly
- ion beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＰＷＲ燃料集合体において、燃料棒被覆管の
一部を表面改質することにより、下部ノズルの脚部間等
から流出していた冷却水中の異物に対し、該異物による
燃料棒のフレッティング摩耗を軽減し、リークを未然に
防止する。 【構成】 多数の燃料棒１を支持格子２で収束し、かつ
その上下部に上部ノズル３と下部ノズル４を固定してな
る燃料集合体において、上記燃料棒１の外殻をなす被覆
管６の下部外表面を、イオンビームにより他の部分より
硬度を増大せしめた構成を特徴としている。
一部を表面改質することにより、下部ノズルの脚部間等
から流出していた冷却水中の異物に対し、該異物による
燃料棒のフレッティング摩耗を軽減し、リークを未然に
防止する。 【構成】 多数の燃料棒１を支持格子２で収束し、かつ
その上下部に上部ノズル３と下部ノズル４を固定してな
る燃料集合体において、上記燃料棒１の外殻をなす被覆
管６の下部外表面を、イオンビームにより他の部分より
硬度を増大せしめた構成を特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷ
Ｒ）にて使用される燃料集合体に係り、詳しくは、下部
ノズルの脚部間を通り流出する冷却水中の異物に対し、
これに起因するフレッティング摩耗を軽減させる異物対
策燃料棒を備えたＰＷＲ燃料集合体に関するものであ
る。
Ｒ）にて使用される燃料集合体に係り、詳しくは、下部
ノズルの脚部間を通り流出する冷却水中の異物に対し、
これに起因するフレッティング摩耗を軽減させる異物対
策燃料棒を備えたＰＷＲ燃料集合体に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】加圧水型原子炉にて使用される燃料集合
体は、多数の燃料棒を並列し、かつシンブル管等を混入
して複数の支持格子で支持せしめた燃料束部と、それを
固定する上部ノズルと下部ノズルとで構成されている。
そして、上記下部ノズルは、燃料集合体の骨格となる上
記シンブル管を固定する複数のシンブルスクリュー穴と
冷却水を流通させる多数の流水孔とを有する四角形のプ
レートと、該プレートのコーナー部から垂下し、下部炉
心板との間に所定の間隔を設けて上記プレートを支持せ
しめる４本の脚部とによって構成されている。
体は、多数の燃料棒を並列し、かつシンブル管等を混入
して複数の支持格子で支持せしめた燃料束部と、それを
固定する上部ノズルと下部ノズルとで構成されている。
そして、上記下部ノズルは、燃料集合体の骨格となる上
記シンブル管を固定する複数のシンブルスクリュー穴と
冷却水を流通させる多数の流水孔とを有する四角形のプ
レートと、該プレートのコーナー部から垂下し、下部炉
心板との間に所定の間隔を設けて上記プレートを支持せ
しめる４本の脚部とによって構成されている。
【０００３】一方、上記加圧水型原子炉においては、冷
却水は、上記下部炉心板に設けられた大径の流水穴より
燃料集合体の下部ノズルに至り、この下部ノズルに至っ
た冷却水は、下部ノズルのプレートにあけられた前記大
小多数の流水孔より燃料集合体内へ流入し、支持格子・
燃料棒の間を通って上部ノズルに至る。そして、上部ノ
ズルの流水孔を通過した冷却水は蒸気発生器等を経て下
部炉心板へ至り循環する。
却水は、上記下部炉心板に設けられた大径の流水穴より
燃料集合体の下部ノズルに至り、この下部ノズルに至っ
た冷却水は、下部ノズルのプレートにあけられた前記大
小多数の流水孔より燃料集合体内へ流入し、支持格子・
燃料棒の間を通って上部ノズルに至る。そして、上部ノ
ズルの流水孔を通過した冷却水は蒸気発生器等を経て下
部炉心板へ至り循環する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記冷却水の循環の過
程において、前記した異物は、上記下部ノズルプレート
の流水孔によって、その大部分が捕捉されるが、一部が
下部ノズルから逃れて外に流出することもあり、このた
め、上記下部ノズルの流水孔を小さくしたりフィルター
を装着したりすることが試みられている。
程において、前記した異物は、上記下部ノズルプレート
の流水孔によって、その大部分が捕捉されるが、一部が
下部ノズルから逃れて外に流出することもあり、このた
め、上記下部ノズルの流水孔を小さくしたりフィルター
を装着したりすることが試みられている。
【０００５】また、内部に燃料ペレットのない下部端栓
を長く形成し、燃料棒の代わりにこの部分で摩耗を受け
るようにするようなことも試みられてはいるが、異物の
大きさや形状は一様ではなく、上記下部ノズルの流水孔
を通り抜けたり、また、該ノズルのプレートの側方から
逃れて外に流出するものもある。
を長く形成し、燃料棒の代わりにこの部分で摩耗を受け
るようにするようなことも試みられてはいるが、異物の
大きさや形状は一様ではなく、上記下部ノズルの流水孔
を通り抜けたり、また、該ノズルのプレートの側方から
逃れて外に流出するものもある。
【０００６】そして、この流出した異物は、そのまま通
り抜けるものもあるが、一部はその最下部の支持格子の
中に引っかかり固定される場合が多い。その場合、流動
する冷却水によって異物が燃料棒被覆管と接触したまま
微小震動を繰り返し、これによってフレッティング摩耗
を発生させる。
り抜けるものもあるが、一部はその最下部の支持格子の
中に引っかかり固定される場合が多い。その場合、流動
する冷却水によって異物が燃料棒被覆管と接触したまま
微小震動を繰り返し、これによってフレッティング摩耗
を発生させる。
【０００７】本発明は、叙上の如き実状に対処し、特に
燃料棒被覆管の一部を表面改質することにより、下部ノ
ズルの脚部間等から流出していた冷却水中の異物に対
し、該異物による燃料棒のフレッティング摩耗を軽減
し、リークを未然に防止することを目的とするものであ
る。
燃料棒被覆管の一部を表面改質することにより、下部ノ
ズルの脚部間等から流出していた冷却水中の異物に対
し、該異物による燃料棒のフレッティング摩耗を軽減
し、リークを未然に防止することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明のＰＷＲ燃料集合体の特徴は、前述の如く多数
の燃料棒を支持格子で収束し、かつその上下部に上部ノ
ズルと下部ノズルを固定してなる燃料集合体において、
上記燃料棒の外殻をなす被覆管の下部外表面を、イオン
ビームにより他の部分より硬度を増大せしめたところに
ある。
る本発明のＰＷＲ燃料集合体の特徴は、前述の如く多数
の燃料棒を支持格子で収束し、かつその上下部に上部ノ
ズルと下部ノズルを固定してなる燃料集合体において、
上記燃料棒の外殻をなす被覆管の下部外表面を、イオン
ビームにより他の部分より硬度を増大せしめたところに
ある。
【０００９】また、上記被覆管のイオンビームによる硬
化範囲は、燃料集合体最下部の支持格子を中心とする、
上下に夫々約１００mm程度の、合わせて約２００mm程度
が適当である。なお、ここでいう硬度は、ビッカース硬
度のことをいう。
化範囲は、燃料集合体最下部の支持格子を中心とする、
上下に夫々約１００mm程度の、合わせて約２００mm程度
が適当である。なお、ここでいう硬度は、ビッカース硬
度のことをいう。
【００１０】
【作用】上記本発明の燃料集合体においては、前述の如
く下部ノズルから逃れて冷却水中に流出した異物を対し
ても、最下部支持格子付近の被覆管の外表面を硬化させ
て耐磨耗性を向上させることにより、上記異物によるフ
レッティング磨耗を軽減することが可能である。
く下部ノズルから逃れて冷却水中に流出した異物を対し
ても、最下部支持格子付近の被覆管の外表面を硬化させ
て耐磨耗性を向上させることにより、上記異物によるフ
レッティング磨耗を軽減することが可能である。
【００１１】そして、上記イオンビームによる表面改質
は、例えば従来の硬質クロームメッキなどのように、メ
ッキ層の分だけ外径が大きくなって流出抵抗が増大する
ことがなく、被覆管外表面の寸法をほとんど変化させず
に、また、耐食性についても未処理のものと同等かそれ
以上に保って、被覆管の外表面の硬度を上げることが可
能である。
は、例えば従来の硬質クロームメッキなどのように、メ
ッキ層の分だけ外径が大きくなって流出抵抗が増大する
ことがなく、被覆管外表面の寸法をほとんど変化させず
に、また、耐食性についても未処理のものと同等かそれ
以上に保って、被覆管の外表面の硬度を上げることが可
能である。
【００１２】
【実施例】以下、さらに添付図面を参照して、本発明の
実施例を説明する。図５は本発明実施例のＰＷＲ燃料集
合体を示す正面図であり、このものは、多数の燃料棒１
を、一部にシンブル管５を骨格として折り混ぜながら、
複数の支持格子２により収束せしめて燃料束を形成する
と共に、この燃料束の上下部に夫々、上部ノズル３と下
部ノズル４とを、前記シンブル管５を介して固定してな
る基本構成を有している。また、上記燃料棒１は、全長
約４m のジルカロイ−４またはジルカロイ−２からなる
被覆管と、これに充填される燃料ペレットとプレナムス
プリング、ならびに被覆管の上下を封じる上部端栓と下
部端栓とを有する既知の形態を有している。
実施例を説明する。図５は本発明実施例のＰＷＲ燃料集
合体を示す正面図であり、このものは、多数の燃料棒１
を、一部にシンブル管５を骨格として折り混ぜながら、
複数の支持格子２により収束せしめて燃料束を形成する
と共に、この燃料束の上下部に夫々、上部ノズル３と下
部ノズル４とを、前記シンブル管５を介して固定してな
る基本構成を有している。また、上記燃料棒１は、全長
約４m のジルカロイ−４またはジルカロイ−２からなる
被覆管と、これに充填される燃料ペレットとプレナムス
プリング、ならびに被覆管の上下を封じる上部端栓と下
部端栓とを有する既知の形態を有している。
【００１３】一方、この実施例の燃料棒１は全て、図１
に示すように、下端部から約２００mm程度、好ましくは
最下部の支持格子２ａの上下方向中間部を中心として、
上下に夫々約１００mm程度の範囲Ｌにおいて、その被覆
管６の外表面が、イオンビームによって他の部分の被覆
管より約１０〜４０％程度硬度が上げられている（同図
における７は下部端栓を示す。）
に示すように、下端部から約２００mm程度、好ましくは
最下部の支持格子２ａの上下方向中間部を中心として、
上下に夫々約１００mm程度の範囲Ｌにおいて、その被覆
管６の外表面が、イオンビームによって他の部分の被覆
管より約１０〜４０％程度硬度が上げられている（同図
における７は下部端栓を示す。）
【００１４】こうしたイオンビームによって、燃料棒被
覆管６の外表面を硬化させる方法としては、単独で改質
処理を行うインオプレーティング法とイオン注入法、あ
るいはイオン蒸着とイオン照射を組み合わせるイオンビ
ームミキシング法などがあり、下記に夫々説明する。
覆管６の外表面を硬化させる方法としては、単独で改質
処理を行うインオプレーティング法とイオン注入法、あ
るいはイオン蒸着とイオン照射を組み合わせるイオンビ
ームミキシング法などがあり、下記に夫々説明する。
【００１５】 インオプレーティング法 蒸着粒子の一部をイオン化すると共に、静電界で強制的
に加速し、図２に示すように基板表面に照射して膜を形
成する。蒸着層の厚さは２０μｍ以下である。
に加速し、図２に示すように基板表面に照射して膜を形
成する。蒸着層の厚さは２０μｍ以下である。
【００１６】 イオンビームミキシング法 図３に示すように、添加したい粒子を基板上に蒸着した
後に、不活性ガスイオンを照射して、薄膜原子と基板原
子を混合させ合金化する。また基板への蒸着と同時にガ
スイオン注入する方法もこれに含む。なお、上記不活性
ガスは殆ど抜けてしまう。蒸着層の厚さは２０μｍ以下
である。
後に、不活性ガスイオンを照射して、薄膜原子と基板原
子を混合させ合金化する。また基板への蒸着と同時にガ
スイオン注入する方法もこれに含む。なお、上記不活性
ガスは殆ど抜けてしまう。蒸着層の厚さは２０μｍ以下
である。
【００１７】 イオン注入法 図４に示すように、高真空中で添加を目的とする粒子を
イオン化し、高エネルギー（数１０kv〜数MeV)で加速
し、固体基板に直接打ち込んで添加する。蒸着層の厚さ
は全くなく、また注入層の厚さは２〜３μｍ以下であ
る。
イオン化し、高エネルギー（数１０kv〜数MeV)で加速
し、固体基板に直接打ち込んで添加する。蒸着層の厚さ
は全くなく、また注入層の厚さは２〜３μｍ以下であ
る。
【００１８】しかして、上記に述べた方法によって、ジ
ルカロイ−４またはジルカロイ−２からなる被覆管の表
面に、Ｎ，Ｏ等を注入あるいはミキシングしたところ、
ビッカーズ硬度の増加が顕著に認められた。
ルカロイ−４またはジルカロイ−２からなる被覆管の表
面に、Ｎ，Ｏ等を注入あるいはミキシングしたところ、
ビッカーズ硬度の増加が顕著に認められた。
【００１９】また、金属イオンであるFe ,Cr ,Tiを注入
あるいはミキシングしても、硬度の添加が認められ、さ
らに耐食性も向上していることが分かった。すなわち、
Ｎ，Ｏイオンで、ジルコニウム合金を改質することによ
って、被覆管の表面に、Zr−N , Zr−O のセラミックス
化合物が形成され、これにより被覆管表面の硬度が増加
する。
あるいはミキシングしても、硬度の添加が認められ、さ
らに耐食性も向上していることが分かった。すなわち、
Ｎ，Ｏイオンで、ジルコニウム合金を改質することによ
って、被覆管の表面に、Zr−N , Zr−O のセラミックス
化合物が形成され、これにより被覆管表面の硬度が増加
する。
【００２０】また、Fe ,Cr ,Ti等の金属イオンを注入し
て炉外腐食試験を実施したところ、未処理材より耐食性
の向上が認められ、さらに、硬度増加も同時に確認され
た。
て炉外腐食試験を実施したところ、未処理材より耐食性
の向上が認められ、さらに、硬度増加も同時に確認され
た。
【００２１】なお、本発明のイオンビームを利用した表
面硬化処理法とは異なるが、同じ目的を達成するには下
記の方法もあり、参考までに記述する。
面硬化処理法とは異なるが、同じ目的を達成するには下
記の方法もあり、参考までに記述する。
【００２２】・溶射 金属材料を溶融し、基板の表面に溶融状粒子として噴射
し、被覆や肉盛をす方法。膜厚は、１０mm以下と厚め
で、薄膜とする必要がある。また、多孔質、密着性が悪
い等の欠点もある。
し、被覆や肉盛をす方法。膜厚は、１０mm以下と厚め
で、薄膜とする必要がある。また、多孔質、密着性が悪
い等の欠点もある。
【００２３】更に、うまくセラミック質の硬度層が形成
できれば使える方法として、
できれば使える方法として、
【００２４】・ＣＶＤ(Chemicul Vapour Deposition :
化学蒸着法) 気相同士の反応（熱分解、還元、化合等）で硬質の固体
を基板上に析出させる方法。熱 CVD ,プラズマ CVD ,光
CVD ,がある。大面積、多量の品物を一度に、均一かつ
高品質に成膜できる利点がある。膜厚は20μm 以下であ
る。
化学蒸着法) 気相同士の反応（熱分解、還元、化合等）で硬質の固体
を基板上に析出させる方法。熱 CVD ,プラズマ CVD ,光
CVD ,がある。大面積、多量の品物を一度に、均一かつ
高品質に成膜できる利点がある。膜厚は20μm 以下であ
る。
【００２５】・拡散浸透法 材料表面に他の元素を熱化学的に拡散浸透させ、硬質に
改質させる。基板との結合は良好，厚い膜（〜500 μm)
を安定して形成できる。
改質させる。基板との結合は良好，厚い膜（〜500 μm)
を安定して形成できる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＰＷＲ燃
料集合体は、多数の燃料棒を支持格子で収束し、かつそ
の上下部に上部ノズルと下部ノズルを固定してなる燃料
集合体において、上記燃料棒の外殻をなす被覆管の下部
外表面を、イオンビームにより他の部分より硬度を増大
せしめたものであり、下部ノズルの捕捉から逃れて冷却
水中に流出して最下部支持格子に捕捉された異物に対し
ても、最下部支持格子付近の被覆管の外表面を硬化させ
て耐磨耗性を向上させることにより、上記異物によるフ
レッティング磨耗を軽減することが可能であり、さら
に、上記イオンビームによる表面改質は、従来の硬質ク
ロームメッキ等のように、メッキ層の分だけ外径が大き
くなって流出抵抗が増大することがなく、被覆管外表面
の寸法や形状をほとんど変化させずに、また、耐食性に
ついても未処理のものと同等かそれ以上に保ちながら、
上記の如く被覆管の外表面の硬度を向上させるとの顕著
な効果を有するものである。
料集合体は、多数の燃料棒を支持格子で収束し、かつそ
の上下部に上部ノズルと下部ノズルを固定してなる燃料
集合体において、上記燃料棒の外殻をなす被覆管の下部
外表面を、イオンビームにより他の部分より硬度を増大
せしめたものであり、下部ノズルの捕捉から逃れて冷却
水中に流出して最下部支持格子に捕捉された異物に対し
ても、最下部支持格子付近の被覆管の外表面を硬化させ
て耐磨耗性を向上させることにより、上記異物によるフ
レッティング磨耗を軽減することが可能であり、さら
に、上記イオンビームによる表面改質は、従来の硬質ク
ロームメッキ等のように、メッキ層の分だけ外径が大き
くなって流出抵抗が増大することがなく、被覆管外表面
の寸法や形状をほとんど変化させずに、また、耐食性に
ついても未処理のものと同等かそれ以上に保ちながら、
上記の如く被覆管の外表面の硬度を向上させるとの顕著
な効果を有するものである。
【図１】本発明実施例の燃料集合体の燃料棒を示す部分
拡大図である。
拡大図である。
【図２】同実施例の燃料棒を表面改質させるイオンプレ
ーティング法の説明図である。
ーティング法の説明図である。
【図３】同イオンビームミキシング法の説明図である。
【図４】同イオン注入法の説明図である。
【図５】ＰＷＲ燃料集合体の全体図である。
１ 燃料棒 ２ 支持格子 ２ａ 最下部の支持格子 ３ 上部ノズル ４ 下部ノズル ５ シンブル管 ６ 被覆管 ７ 下部端栓
Claims (2)
- 【請求項１】 多数の燃料棒を複数の支持格子により収
束せしめて燃料束を形成すると共に、この燃料束の上下
部に夫々、上部ノズルと下部ノズルを固定してなる燃料
集合体において、上記燃料棒の被覆管の下部外表面を、
イオンビームによって他の部分より硬度を増大せしめた
ことを特徴とするＰＷＲ燃料集合体。 - 【請求項２】 上記被覆管のイオンビームによる硬化範
囲が、燃料集合体最下部の支持格子を中心とする、上下
に夫々約１００mm程度である請求項１記載のＰＷＲ燃料
集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06230160A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Ｐｗｒ燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06230160A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Ｐｗｒ燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06230160A true JPH06230160A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12497010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Withdrawn JPH06230160A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Ｐｗｒ燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06230160A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016045095A (ja) * | 2014-08-25 | 2016-04-04 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 燃料集合体 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP50A patent/JPH06230160A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016045095A (ja) * | 2014-08-25 | 2016-04-04 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 燃料集合体 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |