JPH06273555A

JPH06273555A - 燃料集合体及び水ロッドの製造方法

Info

Publication number: JPH06273555A
Application number: JP5058338A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kurosaki; 英樹黒▲崎▼; Junjiro Nakajima; 潤二郎中島; Hajime Umehara; 肇梅原; Shozo Nakamura; 昭三中村; Satoshi Sugano; 智菅野; Koji Nishida; 浩二西田; Taisuke Bessho; 泰典別所; Masatoshi Inagaki; 正寿稲垣; Osamu Yokomizo; 修横溝; Yuichiro Yoshimoto; 佑一郎吉本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3161138B2; DE4409385A1

Abstract

(57)【要約】【構成】水ロッド１を構成する上昇管３を、連結部４の
下部を構成する結合部材の下側に溶接し、下降管５を結
合部材内に設けた孔部に挿入した状態で下降管５の上端
部を結合部材に溶接にて取り付ける。その後、連結部４
の上部に相当する蓋部を連結部の上に接合する。連結部
４内には、上昇管５内の冷却材上昇通路１３と下降管５
内の冷却材下降通路１４を連絡する通路が形成される。【効果】上昇管と下降管との間の間隙の幅が狭いときで
も、簡単に、上昇管及び下降管と結合部材との溶接部を
上昇管及び下降管の全周にわたって形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料集合体に係り、特
に沸騰水型原子炉に適用して核燃料物質の消費を節約す
るのに好適な燃料集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料サイクルの始めに炉心を流れる冷却
水流量を少なくし、燃料サイクル途中からその冷却水流
量を増やし、核燃料物質の有効活用を図る燃料集合体が
特開昭63−73187号公報の図１〜図４に示されている。
この燃料集合体は、特開昭63−73187 号公報の図１４に
示されているように燃料サイクル初期で水ロッド内に蒸
気層を形成し、燃料サイクル末期においては水ロッド内
を冷却水で充満させるものである。

【０００３】更に、特開昭63−73187 号公報は、図１７
に、冷却水上昇管及び冷却水下降管を有して逆Ｕ字状に
形成された水ロッドを図示する。冷却水上昇管と冷却水
下降管とは、連結管で結合されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例における水
ロッドを組立てる場合は、冷却水上昇管と冷却水下降管
とを連結管に溶接で接合することが考えられる。これら
を溶接する場合は、例えば、冷却水上昇管と連結管とを
外側から全周にわたって溶接し、その後、冷却水下降管
と連結管との溶接が外側から行われる。

【０００５】しかしながら、冷却水上昇管と冷却水下降
管との間の間隙の幅が狭いと、冷却水上昇管側における
冷却水下降管と連結管との溶接が行えなくなる。これ
は、冷却水上昇管と冷却水下降管との間の間隙の幅が狭
いので、その間隙に溶接トーチまたは溶接棒が挿入でき
なくなるためである。従って、冷却水上昇管と冷却水下
降管とを上記の溶接が可能な程度に離す必要がある。こ
れは、冷却水上昇管及び冷却水下降管を個々に接合する
連結管の両端での軸心間の距離を増大させることにな
る。

【０００６】本発明の目的は、水ロッドの上昇管路とそ
の下降管路との間の間隙の幅が狭いときでも、簡単に、
上昇管路及び下降管路と結合部材との溶接部を上昇管路
及び下降管路の全周にわたって形成できる燃料集合体を
提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、上昇管路内の固形物
による冷却材上昇通路の閉塞を防止できる燃料集合体を
提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、燃料経済性を更に増
大できる燃料集合体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
本発明の特徴は、下部タイプレートの燃料支持部よりも
下方の領域から供給された冷却材を上方に導く冷却材上
昇通路を内部に有する上昇管路、及び前記上昇管路の外
側に位置し、前記冷却材上昇通路によって導かれた冷却
材を下方に導いて前記燃料支持部よりも上方の領域に吐
出する冷却材下降通路を内部に有する下降管路を含む水
ロッドを備えた燃料集合体であって、前記上昇管路及び
前記下降管路のうちの一方の管路が結合部材内に挿入さ
れてこの管路の上端部が前記結合部材と溶接され、他の
管路が前記結合部材の下側に溶接されており、前記結合
部材との間に前記冷却材上昇通路と前記冷却材下降通路
とを連絡する連絡通路を形成する蓋部材が、前記結合部
材に取り付けられたことによって達成される。

【００１０】本発明の他の目的は、前記冷却材上昇通路
内に前記冷却材上昇通路を遮断する、上方に向かって突
出した管状部を前記冷却材上昇通路内に配置して前記上
昇管路に設け、前記管状部の側壁に形成された開口を介
して前記管状部より上方の前記冷却材上昇通路と前記管
状部より下方の前記冷却材上昇通路とが連通されている
ことによって達成される。

【００１１】本発明の他の目的は、燃料スペーサは内部
に燃料棒が挿入される複数の円筒部材を有しており、前
記上昇管路は複数の前記燃料棒が配置可能な領域に配置
され、前記下降管路は前記上昇管路に対向する複数の円
筒部材であって相互に隣接する前記円筒部材の間に配置
されたことによって達成される。

【００１２】

【作用】上昇管路及び下降管路のうちの一方の管路が結
合部材内に挿入されてこの管路の上端部が結合部材と溶
接され、他の管路が結合部材の下側に溶接されているの
で、上昇管路と下降管路との間の間隙の幅が狭いときで
も、簡単に、上昇管路及び下降管路と結合部材との溶接
部を上昇管路及び下降管路の全周にわたって形成でき
る。

【００１３】冷却材上昇通路内に冷却材上昇通路を遮断
する、上方に向かって突出した管状部を冷却材上昇通路
内に配置して上昇管路に設け、管状部の側壁に形成され
た開口を介して管状部より上方の冷却材上昇通路と管状
部より下方の冷却材上昇通路とが連通しているので、冷
却材上昇通路内の固形物は、その開口を閉塞せず、管状
部と上昇管路の間に形成される領域に沈降する。

【００１４】上昇管路を複数の燃料棒が配置可能な領域
に配置して下降管路を上昇管路に対向する複数の円筒部
材であって相互に隣接する円筒部材の間に配置している
ので、上昇管路内の冷却材上昇通路の横断面積を大きく
でき、冷却材上昇通路内の蒸気領域の容積及び液相の冷
却材の内の増大に伴うスペクトルシフトの効果をより向
上できる。このため、燃料経済性がより増加する。

【００１５】

【実施例】沸騰水型原子炉に適用する本発明の好適な一
実施例である燃料集合体を図１及び２に基づいて説明す
る。

【００１６】本実施例の燃料集合体１６は、水ロッド
１，燃料棒１７，上部タイプレート１８，下部タイプレ
ート１９及び燃料スペーサ２０を有する。燃料棒１７の
上下端部は、上部タイプレート１８及び下部タイプレー
ト１９によって保持される。燃料スペーサー２０は、燃
料集合体１６の軸方向に複数個配置され、隣接した燃料
棒１７相互間の間隙を適切な状態に保持している。燃料
スペーサー２０は、水ロッド１にて保持される。チャン
ネルボックス２１は、上部タイプレート１８に取り付け
られ、燃料スペーサー２０で保持された燃料棒１７の束
の外周を取り囲んでいる。下部タイプレート１９は、上
端部に燃料棒支持部１２を有し、しかも燃料棒支持部１
２の下方で内部に空間２２を有する。燃料棒支持部１２
が、燃料棒１７及び水ロッド１の下端部を支持してい
る。

【００１７】水ロッド１は、下部端栓２，上昇管３，連
結部４，下降管５及び上部端栓６を備える。これらの部
品によって構成される水ロッド１は、ジルコニウム合金
製である。

【００１８】上昇管３は、太径管部３Ａ，太径管部３Ａ
よりも外径が小さい細径管部３Ｂ及びテーパ部３Ｃを有
する。テーパ部３Ｃは、内部に貫通孔７を有し、外側に
テーパを形成している。太径管部３Ａの下端は、テーパ
部３Ｃの上端部に溶接にて接合される。細径管部３Ｂの
上端は、テーパ部３Ｃの下端部に溶接にて接合される。
細径管部３Ｂの下端は、下部端栓２に溶接にて接合され
る。太径管部３Ａの上端は、連結部４に溶接にて接合さ
れる。下降管５は、上昇管３と平行に配置され、その上
端が連結部４に溶接にて接合される。上部端栓６は、連
結部４の上端に取り付けられる。

【００１９】水ロッド１が燃料支持部１２に保持された
状態における下部端栓２を、拡大して図３に示す。下部
端栓２は、通路２Ａが内部に形成され、冷却材流入口９
が下部端栓２の下端部に設けられる。冷却材流入口９
は、下部端栓２の側壁に設けられ、通路２Ａに連通され
る。下部端栓２は、上端部に、上端が密封された突出部
２Ｂが形成される。開口１０が突出部２Ｂの側壁に横向
きに設けられる。突出部２Ｂは、細径管部３Ｂ内で細径
管部３Ｂと同心状に配置され、細径管部３Ｂと下部端栓
２との溶接部よりも上方に位置する。このため、クラッ
ド溜り部１１が、細径管部３Ｂと下部端栓２との間に環
状に形成される。このクラッド溜り部１１は、開口１０
よりも下方に位置する。

【００２０】下部端栓２は、下部タイプレート１９の燃
料支持部１２の下面に設けられたボス３１に形成された
孔部３２内に挿入される。孔部３２は、下端が密封され
ている。ボス３１の側壁には、孔部３２に達する開口３
３が横向きに設けられる。下部端栓２の外径は、孔部３
２の内径と実質的に同じである。下部端栓２内でこれの
軸方向に延びる通路２Ａの下端はボス３１の底部で塞が
れた形になる。開口３３は、水ロッド１が燃料集合体の
燃焼度の増加に伴って放射線による照射成長をすること
を考慮した場合、下部端栓２の冷却材流入口９より上方
側に余裕をもたせ、大きめにしたほうが好ましい。更
に、核燃料の燃焼等のために下部端栓２と燃料支持部１
２との位置関係が製造時と変わる可能性があることを考
慮すると、開口３３は、冷却材流入口９より下方側にも
余裕をもたせたほうが好ましい。冷却材上昇通路１３
は、下部端栓２及び上昇管３内に形成される。すなわ
ち、冷却材上昇通路１３は、通路２Ａ，開口１０，細径
管部３Ｂ内の空間、貫通孔及び太径管部３Ａ内の空間を
含む。冷却材流入口９は、燃料支持部１２よりも下方に
位置し、空間２２に連通する。

【００２１】下降管５は、下端が密封され、下端部の側
壁に吐出口１５が設けられる。吐出口１５は、燃料支持
部１２より上方に位置する。冷却材下降通路１４が、下
降管５内に形成される。吐出口１５は、冷却材下降通路
１４に連通し、燃料支持部１２より上方で燃料棒１７相
互間に形成される冷却材通路２３に連通する。

【００２２】連結部４は、図４に示すように、連結部下
部４Ａ及び連結部上部４Ｂを有する。連結部下部４Ａと
連結部上部４Ｂは、溶接にて接合される。太径管部３Ａ
及び下降管５は、連結部下部４Ａに溶接される。連結部
４内に形成される通路２４は、冷却材上昇通路１３と冷
却材下降通路１４とを連絡する。このため、水ロッド１
は、図１に示すような逆Ｕ字状をしている。

【００２３】２９Ａは連結部下部４Ａと上昇管３との溶
接部、２９Ｂは連結部下部４Ａと下降管５との溶接部、
及び２９Ｃは連結部下部４Ａと連結部上部４Ｂとの溶接
部である。

【００２４】燃料スペーサ２０は、図５に示すように、
正方格子状に配置された円筒状の複数の丸セル２５を有
する。丸セル２５は相互に溶接にて接合される。丸セル
２５は、内側に突出した２つの剛性支持部２５Ａを有す
る。弾性支持部材２６が、隣接する丸セル２５に設けら
れる。各々の丸セル２５内に挿入された燃料棒１７は、
２つの剛性支持部２５Ａ及び弾性支持部材２６によって
３点で支持される。

【００２５】２つの水ロッド１及び１ａが、燃料スペー
サ２０の中央部で丸セル２５間に形成された領域に挿入
される。水ロッド１の上昇管３と水ロッド１ａの上昇管
３ａは、燃料スペーサ２０の１つの対角線上に位置しか
つ互いに隣接して配置される。水ロッド１の下降管５
は、上昇管３に隣接した丸セル２５であって互いに隣接
した丸セル２５Ｅと丸セル２５Ｆとの間に位置する。水
ロッド１ａの下降管５ａも、同様に、上昇管３ａに隣接
した丸セル２５であって互いに隣接した２つの丸セルの
間に位置する。下降管５及び５ａが隣接した丸セル２５
間に配置されるので、燃料棒１７が７本配置可能な領域
内で水ロッド１及び１ａの各太径管部３Ａの外径を大き
くできる。これは、太径管部３Ａ内における冷却材上昇
通路１３の横断面積を増大させることにつながる。ま
た、下降管５及び５ａは、上昇管３及び３ａが位置する
上記対角線と直交する、燃料スペーサ２０の他の対角線
の方向で、互いに逆の方向に位置する。

【００２６】上昇管３は、上昇管３または上昇管３ａに
対向する複数の丸セル２５に取り付けられた剛性支持部
材２７Ａ及び２７Ｂ、及び隣接する丸セル２５に取り付
けられた架橋部材に設けられた弾性支持部材２８Ａの３
点で支持される。上昇管３ａは、剛性支持部材２７Ａ及
び２７Ｂ、及び隣接する丸セル２５に取り付けられた架
橋部材に設けられた弾性支持部材２８Ｂの３点で支持さ
れる。このように支持された上昇管３と上昇管３ａとは
互いに接触しない。

【００２７】下降管５（外径約５mm）は、軸方向の複数
個所で、図示されていないが支持部材によって上昇管３
の太径管部３Ａに支持されている。下降管５と太径管部
３Ａとの間には、狭い間隙が形成される。下降管５ａも
同様に上昇管３ａの太径管部３Ａに支持される。

【００２８】水ロッド１及び１ａの下降管内の冷却材下
降通路の横断面積は、上昇管内の冷却材上昇通路（太径
管部の部分で）のそれの１／２５よりも小さい。このた
め、燃料集合体１６は特開平2−1590 号公報の第１５図
の実線及び第１６図の実線及び一点鎖線に示したような
特性が得られ、燃料集合体１６を炉心に装荷した沸騰水
型原子炉は炉心に供給する冷却水流量を調節することに
よってその公開公報の図１に示した運転を行うことがで
きる。

【００２９】冷却材上昇通路１３及び冷却材下降通路１
４を内部に有する水ロッド１及び１ａを備えた燃料集合
体１６内に供給する冷却水の量を変化させた場合に、水
ロッド１及び１ａ内の流体の流動状態は、特開昭63−73
187 号公報の図１４(ａ)，(ｂ)及び(ｃ)に示されたよう
に変化する。

【００３０】すなわち、燃料集合体１６は、沸騰水型原
子炉の炉心に装荷されている。炉心に供給される冷却水
の流量は、図示されていないが、再循環ポンプの回転数
を制御することによって、調節される。冷却水は、下部
タイプレート１９の空間２２内にまず導かれる。この冷
却水の大部分は、燃料支持部１２に設けられた貫通孔３
０を通って、燃料支持部１２の上面よりも上方に形成さ
れた冷却材通路２３内に流入し、燃料棒１７を冷却す
る。残りの一部の冷却水は、開口３３及び冷却材流入口
９を介して水ロッド１の冷却材上昇通路１３内に流入す
る。水ロッド１ａに対しても同様である。

【００３１】冷却材上昇通路１３内における流体の流動
について説明する。冷却材上昇通路１３の一部である通
路２Ａに導かれた冷却水は、開口１０，細径管部３Ｂ及
びテーパ部３Ｃ内を経て太径管部３Ａ内に達する。燃料
集合体１６内に供給される冷却水流量が少ないときに
は、冷却材上昇通路１３、特に太径管部３Ａ内に存在す
る冷却水は、核燃料の核分裂で発生するγ線の照射によ
って加熱される。燃料集合体１６内に供給される冷却水
流量が少ないときには、その冷却水は蒸気になり、特開
昭63−73187 号公報の図１４(ａ)のように、冷却材上昇
通路１３内に蒸気領域が形成される。このため、液面が
冷却材上昇通路１３内に形成される。発生した蒸気は、
通路２４及び冷却材下降通路１４を通って吐出口１５か
ら冷却材通路２３内に吐出される。給水流量が増加する
に伴って、冷却材上昇通路１３内の液面が上昇して蒸気
領域が減少し、やがて特開昭63ー73187号公報の図１４
(ｂ)の状態を経て最後には図１４(ｃ)の状態、すなわち
冷却材上昇通路１３及び冷却材下降通路１４内がすべて
冷却水で充満した状態になる。これによって、燃料サイ
クルの初期と末期との間で、燃料集合体１６内のボイド
率の変化幅を大きくできるので、スペクトルシフトの効
果を大きくでき、１つの燃料サイクルの期間を大幅に伸
ばすことができる。冷却材上昇通路１３及び冷却材下降
通路１４内がすべて冷却水で充満した状態になるのは、
燃料サイクルの末期近くであり、燃料サイクルの大部分
では冷却材上昇通路１３内に蒸気領域が形成される。こ
のため、特開昭63−73187 号公報の図４のように水ロッ
ドの冷却材下降通路が冷却材上昇通路を取り囲むように
配置される場合には、冷却材下降通路と冷却材上昇通路
との間に配置された管壁は、蒸気に接触することになっ
て冷却が不十分になり温度が高くなる。本実施例は、上
昇管３と下降管５が逆Ｕ字を形成するように配置されか
つ上昇管３と下降管５の間に前述したように間隙が存在
するので、上昇管３及び下降管５とも周囲が冷却水通路
２３を上昇する冷却水によって冷却される。このため、
上昇管３及び下降管５の温度は低くなり、特開昭63−73
187 号公報の図４の水ロッドで生じる問題を解消でき
る。

【００３２】以上のように、燃料集合体１６内に供給さ
れる冷却水流量を調節することによって水ロッド１内で
液面が形成される状態から液面が形成されない状態に移
行するのは、燃料支持部１２が冷却水通路２３に対して
抵抗になっており、燃料支持部１２に設けられた全貫通
孔３０の合計横断面積がそのような液面の移動が可能な
ように設定されているからである。すなわち、全貫通孔
３０の合計横断面積が、冷却材上昇通路１３の上端のレ
ベルと吐出口１５のレベルとの差に対応する静水頭に対
応して設定されているからである。燃料支持部１２に設
けられた全貫通孔３０の合計横断面積は、冷却水通路２
３の横断面積よりも小さい。このような構成を有する燃
料支持部１２は、冷却水通路２３に対して抵抗となる。

【００３３】前述したように、下降管５及び５ａを隣接
した丸セル２５間に配置することによって太径管部３Ａ
内の冷却材上昇通路１３の横断面積を大きくできるの
で、太径管部３Ａ内に蒸気領域が形成されるときにはそ
れだけプルトニウムの生成量が増大し、燃料サイクル末
期近くで冷却材上昇通路１３及び冷却材下降通路１４内
が冷却水（減速材）で充満されたときにはそのプルトニ
ウムを始めとした核分裂性物質の核分裂を活発化させる
ことになる。これによって、燃料集合体１６の横断面中
央での反応度がより向上し核燃料の有効利用が図れる。
すなわち、スペクトルシフトによる燃料経済性向上の効
果をより増加できる。下降管５及び５ａは上昇管３及び
３ａが位置する上記対角線と直交する他の対角線の方向
で互いに逆の方向に位置するので、下降管５及び５ａ内
が蒸気で満たされた場合でも、蒸気領域が燃料集合体の
横断面で局所的に集中することがなくバランス良く配置
でき、燃料集合体横断面における核燃料の不均一な燃焼
を防止できる。

【００３４】また、特開昭63−73187 号公報の図４に示
された水ロッドは、冷却材流入口が冷却材上昇通路の下
端に１つ設けられている。このため、冷却材流入口が、
冷却水と共にながれてくるクラッド等の固形物によって
塞がれる可能性がある。冷却材流入口の直径が小さいほ
どその確率が大きくなる。本実施例では、冷却水流入口
９が冷却材上昇通路の軸方向に対して直角になるように
設けられており、かつ下部端栓２の周方向に複数設けら
れているので、冷却水流入口９に流入する冷却水はその
直前で直角方向に曲がらなければならなくまた複数の冷
却水流入口９がクラッド等によって塞がれる確率は、特
開昭63−73187 号公報の図４に示された水ロッドよりも
著しく小さくなる。更に、下部端栓２の軸方向に冷却水
流入口９が設けられていないので、下端を閉じることに
より炉心冷却材流れ方向に対して開口部を有しないた
め、流れによる動圧の影響を抑制することができ、動圧
の変動による水ロッド内の液位の変動を著しく抑制でき
る。

【００３５】前述したように、燃料サイクルの大部分で
は冷却材上昇通路１３内に蒸気領域が形成されるので、
冷却材上昇通路１３内に存在する冷却水が濃縮され、冷
却水中に含まれているクラッドが凝集して沈降すること
が考えられる。沈降するクラッドによって開口１０が閉
塞しないように、開口１０は、横向きに設けられると共
に細径管部３Ｂ内に形成される通路の底面よりは上方に
位置させている。沈降したクラッドは、細径管部３Ｂと
突出部２Ｂとの間に形成されるクラッド溜り部１１内に
徐々に堆積される。クラッド溜り部１１の容積は、燃料
集合体１６の寿命期間中に堆積するクラッドの量を想定
して決められている。

【００３６】次に、本実施例における上昇管３，連結部
４及び下降管５の組立の工程を図６に基づいて説明す
る。連結部下部４Ａは、図６(Ａ)及び図６(Ｄ)に示すよ
うな貫通孔４Ｅ及び４Ｆを有し、貫通孔４Ｅと貫通孔４
Ｆとの間の側壁の上端が形成された連結部下部４Ａの上
端よりも低くなっている。貫通孔４Ｅの内径は、貫通孔
４Ｆのそれよりも大きい。図６(Ｄ)は、図６(Ｃ)のＸ−
Ｘ断面図である。

【００３７】まず、このような構造の連結部下部４Ａの
貫通孔４Ｅを取り囲む側壁の下端部に上昇管３、すなわ
ち太径管部３Ａの上端部を太径管部３Ａの全周に渡って
溶接にて取り付ける(図６(Ａ))。連結部下部４Ａと太径
管部３Ａは、溶接部２９Ａを介して接合されている。そ
の後、下降管５の上端部を連結部下部４Ａの貫通孔４Ｆ
内に挿入し、連結部下部４Ａの貫通孔４Ｆを取り囲む側
壁と下降管５上端部の全周を上方からの溶接にて接合す
る(図６(Ｂ))。連結部下部４Ａと下降管５は、溶接部２
９Ｂを介して接合されている。連結部下部４Ａは、上昇
管３及び下降管５の各上端部でこれらを結合する結合部
材である。最後に、連結部上部４Ｂが、連結部下部４Ａ
の貫通孔４Ｅ及び下降管５内の冷却材下降通路１４を被
うように連結部下部４Ａ上に設置される。このような状
態で、連結部下部４Ａの上端部が、連結部上部４Ｂに、
全周に渡って溶接にて取り付けられる(図６(Ｃ))。連結
部下部４Ａは、溶接部２９Ｃを介して連結部上部４Ｂと
一体化されている。連結部上部４Ｂは、冷却材上昇通路
１３及び冷却材下降通路１４の上方を被う蓋部材であ
る。上部端栓６は、連結部上部４Ｂに溶接にて取り付け
られる。

【００３８】本実施例に用いられる水ロッド１は、上記
したように、下降管５が貫通孔４Ｆに挿入されて下降管
５の上端部が溶接部２９Ｃを介して連結部下部４Ａに取
り付けられる。従って、下降管５の全周を、簡単に連結
部下部４Ａに溶接することができる。上昇管３、特に太
径管部３Ａと下降管５との間に形成される間隙の幅が狭
くても、下降管５全周の連結部下部４Ａへの溶接が簡単
にできる。下降管５は、図５に示すような配置になって
おり、下降管５と太径管部３Ａとの間に形成される間隙
の幅をあまり広くできない。この間隙の幅を大きくする
と、太径管部３Ａの外径を小さくしなければならない。
これは、太径管部３Ａ内の冷却材上昇通路１３の横断面
積の減少につながるので、前述したスペクトルシフトの
効果を低減させることになり、燃料経済性の向上の度合
いが少なくなる。図５において、下降管５及び５ａは、
これらを対応する太径管部３Ａに支持する支持構造部材
（図示せず）が隣接する丸セル２５にぶつかるので、上
記の配置位置から、隣接する丸セル２５間に形成される
間隙内に更に深く移動させることはできない。図６の組
立て方法で得られた図４の太径管部３Ａ及び下降管５と
連結部下部４Ａとの溶接構造では、太径管部３Ａと下降
管５との間の間隙の幅を狭くでき、太径管部３Ａの外径
を大きくできる。このため、冷却材上昇通路１３の横断
面積が増大し、それだけスペクトルシフトの効果による
燃料経済性の向上の度合いが大きくなる。

【００３９】ところで、水ロッド１は、地震等におい
て、燃料スペーサ２０を介して外力を受けるために、水
ロッド１に曲げモーメントが発生する。本実施例では、
水ロッド１の構造強度は、太径管部３Ａが支配してい
る。従って、水ロッド構造の健全性上、太径管部３Ａと
連結部下部４Ａとの溶接は一般的なものがよい。また、
本実施例の図６(Ｃ)のように、太径管部３Ａ上端部の内
側に連結部下部４Ａの下端部を挿入した状態で、太径管
部３Ａと連結部下部４Ａとの溶接を行った方が、逆に太
径管部３Ａの外側を連結部下部４Ａが取り囲むような状
態で太径管部３Ａと連結部下部４Ａとの溶接を行うより
も、連結部下部４Ａの大きさが小さくなり、連結部４の
コンパクト化の面からもよいことである。

【００４０】本実施例に用いられる水ロッド１及び１ａ
は、下部タイプレート１９の上面（燃料支持部１２の上
面）よりも上方に、太径管部３Ａよりも外径の小さい下
部端栓２及び細径管部３Ｂが配置されている。このた
め、上昇管３は、下端部付近、すなわち最も低いレベル
に配置された燃料スペーサ２０よりも低い部分で外径が
小さくなっている。この外径が小さい部分は、水ロッド
１及び１ａの軸方向全長の３〜４％である。下部タイプ
レート１９の上面から上方に向かって水ロッド１及び１
ａの軸方向全長の３〜４％の範囲で、水ロッド１及び１
ａの上昇管３の外径を小さくすることによって、地震時
において水ロッド１及び１ａの上昇管３に曲げ応力が加
わった場合においても、上昇管３の下端部における過大
な応力の発生を防止できる。

【００４１】前述の実施例で述べた上昇管３，連結部４
及び下降管５の組立て方法以外に以下に述べる組立て方
法でも、太径管部３Ａと下降管５との間に形成される間
隙の幅が狭いくても、上昇管３及び下降管５を連結部下
部４Ａに簡単に全周にわたって溶接することができる。

【００４２】その組立て方法は、連結部下部４Ａの貫通
孔４Ｅの内径を上昇管３の太径管部３Ａの外径に等しく
し、太径管部３Ａを貫通孔４Ｅ内に挿入して太径管部３
Ａの上端部を連結部下部４Ａに溶接するものである。下
降管５は、図６(Ａ)のように貫通孔４Ｆを取り囲む側壁
の一部を下降管内に挿入した状態で、連結部下部４Ａの
下面側で上記の側壁に溶接される。連結部下部４Ａの上
端部が、図６(Ｃ)のように、連結部上部４Ｂに全周に渡
って溶接にて取り付けられる。この第１の方法は、図６
で示した組立て方法を採用した場合に比べて、連結部４
が大きくなり、燃料集合体の圧力損失が増大する。これ
は、太径管部３Ａを貫通孔４Ｅ内に挿入しているため、
貫通孔４Ｅを取り囲む側壁が必要になるためである。ま
た、貫通孔４Ｆの内径が下降管５のそれよりも小さくな
る。

【００４３】図６の組立て方法及び上記の組立て方法
は、太径管部３Ａ及び下降管５の連結部下部４Ａに対す
る溶接部は軸方向にずれているので、一方の溶接が、他
方の溶接に悪影響を与えることはなく、また他方の溶接
に使われる管の該当する貫通孔(連結部下部４Ａ)への挿
入の阻害をもたらすことはない。

【００４４】前述の実施例で用いた水ロッドの下部端栓
の他の実施例を図７に示す。この下部端栓２Ｅは、下部
端栓２の下端を塞いだものである。すなわち、通路２Ａ
の下端は塞がっている。下部端栓２Ｅの図示されていな
い上部の構造は、下部端栓２と同じである。下部端栓２
Ｅは、下部端栓２と同じ効果を生じる。更に、下部端栓
２Ｅを用いることによって、ボス３１が不要となり下部
タイプレート１９の構造が単純化される。

【００４５】上記の下部端栓２をスエージングしにより
製造した図８の下部端栓２Ｆを用いても良い。この場
合、下部端栓２Ｆの下端部には、通路２を塞ぐ丸板部材
が取り付けられる。図示されていないが、下部端栓２Ｆ
の上部には、下部端栓２で形成される突起部２Ｂが取り
付けられる。この下部端栓２によっても、下部端栓２Ｆ
と同様な効果が得られる。

【００４６】図９は、下部端栓の他の実施例である。こ
の実施例の下部端栓２Ｇは、下端に通路２Ａの開口９Ａ
を設けたものである。下部端栓２Ｇの上部の構成も、下
部端栓２の上部と同じである。下部端栓２Ｇは、開口９
Ａ付近で通路２Ａを取り囲む側壁の外側にテーパを形成
している。このテーパの形成は、冷却水と共に流れてく
るクラッド等の固形物で開口９Ａが目詰りすることを防
止できる。しかしながら、開口９Ａは冷却水の流れ方向
を向いているので、下部端栓２の開口９のように同圧の
影響を低減する効果は少ない。

【００４７】下降管５の吐出口１５付近の構造の他の実
施例を図１０に示す。図１の実施例では、水ロッドの外
側を流れる冷却水による動圧の影響を抑制するために下
降管５の側面に吐出口１５を設けている。しかし、冷却
材の流れによる動圧の影響を抑制するという点からは、
下降管５の下端部を図１０のように逆円錐状に拡大した
ヘッダ３５の上面に複数の開口１５Ａを図１１のように
設けると良い。冷却材下降通路１４内を下降してきた冷
却水または蒸気は、開口１５Ａから、冷却水通路２３内
での冷却水の流れ方向に沿って流出する。このように、
開口１５Ａからの流体の吐出方向と冷却水通路２３内で
の冷却水の流れ方向とが実質的に同じになることによっ
て、開口１５Ａからの流体の吐出がスムーズになる。

【００４８】図１０に示した下降管５の吐出口付近の他
の構造の例を図１２に示す。本構造例は、下降管５の下
端部に上面がか交換５から外側に向かって傾斜する傾斜
面が形成されたヘッダ３５Ａを設けたものである。ヘッ
ダ３５Ａの上部傾斜面に図１１と同様に４つの開口１５
Ｂが設けられている。

【００４９】図１に示す水ロッド１の他の実施例である
水ロッド１Ａを図１３に示す。この水ロッド１Ａは、下
降管５の下端に下方に延びる支持部３６を設けたもので
ある。この支持部３６は、下部タイプレート１９の燃料
支持部１２内に挿入される。このような構造にすること
により、下降管５の支持力が増大し、下降管５が冷却水
通路２３内を流れる冷却水流によって流動振動を生じる
可能性が少なくなる。燃料棒１７の放射線による照射成
長量は水ロッド１Ａのその量よりも大きいため、水ロッ
ド１Ａは燃料スペーサ２０を介して燃料棒１７との照射
成長量との差に応じて上方に移動する。上昇管３の下部
端栓２は、原子炉の運転中に上述した上方移動により燃
料支持部１２から抜けない程の十分な長さを有してい
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、上昇管路及び下降管路
のうちの一方の管路が結合部材内に挿入されてこの管路
の上端部が結合部材と溶接され、他の管路が結合部材の
下側に溶接されているので、上昇管路と下降管路との間
の間隙の幅が狭いときでも、簡単に、上昇管路及び下降
管路と結合部材との溶接部を上昇管路及び下降管路の全
周にわたって形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の燃料集合体に用いられる水ロッドの縦断
面図である。

【図２】本発明の好適な一実施例である燃料集合体の縦
断面図である。

【図３】図２の燃料支持部における水ロッドの下部端栓
挿入部の拡大縦断面図である。

【図４】図１の水ロッドの連結部付近の拡大縦断面図で
ある。

【図５】図２の燃料スペーサの平面図である。

【図６】水ロッドの連結部，上昇管及び下降管の溶接に
よる接続工程を示す説明図である。

【図７】水ロッドの下部端栓の他の実施例の縦断面図で
ある。

【図８】水ロッドの下部端栓の他の実施例の縦断面図で
ある。

【図９】水ロッドの下部端栓の他の実施例の縦断面図で
ある。

【図１０】水ロッドの下降管下端部付近の他の構造の縦
断面図である。

【図１１】図１０のXI−XI矢視図である。

【図１２】水ロッドの下降管下端部付近の他の構造の縦
断面図である。

【図１３】水ロッドの他の実施例における下部付近の縦
断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ…水ロッド、２…下部端栓、２Ｂ…突出部、
３，３ａ…上昇管、３Ａ…太径管部、４…連結部、４Ａ
…連結部下部、４Ｂ…連結部上部、５，５ａ…下降管、
９…冷却材流入口、１０…開口、１１…クラッド溜り
部、１２…燃料支持部、１３…冷却材上昇通路、１４…
冷却材下降通路、１５…吐出口、１６…燃料集合体、１
７…燃料棒、１８…上部タイプレート、１９…下部タイ
プレート、２０…燃料スペーサ、２２…空間、２７Ａ，
２７Ｂ…剛性支持部材、２８Ａ，２８Ｂ…弾性支持部
材、２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ…溶接部、３０…貫通孔。

フロントページの続き (72)発明者中村昭三茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者菅野智茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者西田浩二茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者別所泰典茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者稲垣正寿茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者横溝修茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者吉本佑一郎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料支持部を有する下部タイプレートと、
前記燃料支持部に下端部が保持された複数の燃料棒と、
前記燃料支持部よりも下方の領域から供給された冷却材
を上方に導く冷却材上昇通路を内部に有する上昇管路、
及び前記上昇管路の外側に位置し、前記冷却材上昇通路
によって導かれた冷却材を下方に導いて前記燃料支持部
よりも上方の領域に吐出する冷却材下降通路を内部に有
する下降管路を含む水ロッドを備えた燃料集合体であっ
て、前記上昇管路及び前記下降管路のうちの一方の管路が結
合部材内に挿入されてこの管路の上端部が前記結合部材
と溶接され、他の管路が前記結合部材の下側に溶接され
ており、前記結合部材との間に前記冷却材上昇通路と前
記冷却材下降通路とを連絡する連絡通路を形成する蓋部
材が、前記結合部材に取り付けられたことを特徴とする
燃料集合体。
【請求項２】前記燃料支持部よりも下方の領域から前記
冷却材上昇通路内に冷却材を導く冷却材流入口を、前記
上昇管路の側壁に設けた請求項１の燃料集合体。
【請求項３】前記冷却材下降通路の横断面積が前記冷却
材上昇通路のそれよりも小さい請求項１または２の燃料
集合体。
【請求項４】前記冷却材上昇通路内に前記冷却材上昇通
路を遮断する、上方に向かって突出した管状部を前記冷
却材上昇通路内に配置して前記上昇管路に設け、前記管
状部の側壁に形成された開口を介して前記管状部より上
方の前記冷却材上昇通路と前記管状部より下方の前記冷
却材上昇通路とが連通されている請求項１の燃料集合
体。
【請求項５】燃料支持部を有する下部タイプレートと、
前記燃料支持部に下端部が保持された複数の燃料棒と、
これらの燃料棒相互の間隔を保持する燃料スペーサと、
前記燃料支持部よりも下方の領域から供給された冷却材
を上方に導く冷却材上昇通路を内部に有する上昇管路、
及び前記上昇管路の外側に位置し、前記冷却材上昇通路
によって導かれた冷却材を下方に導いて前記燃料支持部
よりも上方の領域に吐出する冷却材下降通路を内部に有
する下降管路を含む水ロッドを備えた燃料集合体であっ
て、前記燃料スペーサは内部に前記燃料棒が挿入される複数
の円筒部材を有しており、前記上昇管路は複数の前記燃
料棒が配置可能な領域に配置され、前記下降管路は、前
記上昇管路に対向する複数の円筒部材であって相互に隣
接する前記円筒部材の間に配置されたことを特徴とする
燃料集合体。
【請求項６】前記上昇管路及び前記下降管路のうちの一
方の管路が結合部材内に挿入されてこの管路の上端部が
前記結合部材と溶接され、他の管路が前記結合部材の下
側に溶接されており、前記結合部材との間に前記冷却材
上昇通路と前記冷却材下降通路とを連絡する連絡通路を
形成する蓋部材が、前記結合部材に取り付けられた請求
項５の燃料集合体。
【請求項７】前記冷却材上昇通路内に前記冷却材上昇通
路を遮断する、上方に向かって突出した管状部を前記冷
却材上昇通路内に配置して前記上昇管路に設け、前記管
状部の側壁に形成された開口を介して前記管状部より上
方の前記冷却材上昇通路と前記管状部より下方の前記冷
却材上昇通路とが連通されている請求項５の燃料集合
体。
【請求項８】供給された冷却材を上方に導く冷却材上昇
通路を内部に有する上昇管路、及び前記上昇管路の外側
に位置し、前記冷却材上昇通路によって導かれた冷却材
を下方に導いて前記燃料支持部よりも上方の領域に吐出
する冷却材下降通路を内部に有する下降管路を含む水ロ
ッドを製造する方法において、前記上昇管路及び前記下降管路のうちの一方の管路が結
合部材内に挿入されてこの管路の上端部を前記結合部材
に溶接し、他の管路を前記結合部材の下側に溶接し、前
記結合部材との間に前記冷却材上昇通路と前記冷却材下
降通路とを連絡する連絡通路を形成する蓋部材を、前記
結合部材に取り付けることを特徴とする水ロッドの製造
方法。