JPH06289173A - 燃料集合体用の円状のスペーサ - Google Patents

燃料集合体用の円状のスペーサ

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JPH06289173A
JPH06289173A JP5093829A JP9382993A JPH06289173A JP H06289173 A JPH06289173 A JP H06289173A JP 5093829 A JP5093829 A JP 5093829A JP 9382993 A JP9382993 A JP 9382993A JP H06289173 A JPH06289173 A JP H06289173A
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Hideji Yoshimuta
秀治 吉牟田
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 [目的] 燃料棒を支持する多くのリング素子を同心円
状に配列するスペーサとして、補強リングや補強カバー
を用いずにリング素子の数を容易に変更できるようにす
ると共に冷却材の流れを妨げないようにする。 [構成] 燃料集合体の燃料棒fをばね部11aと突部
11bとで支持する短管状のリング素子11の総数Nが
N=6×Σiで表され、この式の配列層を示すiに0か
らn(図では4)までの数を入れて得られる本数のリン
グ素子11を、中心角が60度の角度範囲で半径方向の
配列層を4とした部分を配列単位Aとして同心円状に配
設し、各層のリング素子11群の間に仕切リング13を
それぞれ配設すると共に周囲部を外周板12で包囲して
全一体に形成し、リング素子の間に余分な補強管や補強
バーを設けることなく、冷却材の流れを妨げない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は燃料集合体用のスペー
サ主としてリング素子を同心円状に配設するタイプのス
ペーサの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】新型転換炉やカナダ重水炉用の燃料集合
体では、図9のように所要数の燃料棒fと中心部に配置
される水管w(但し、水管は燃料棒の数が少ないときに
は用いない場合もある)が、複数層に同心円状に配設さ
れ、上端は冠状の上部タイプレートTaで束ねられると
共に下端は臼状の下部タイプレートTbに嵌挿支持さ
れ、又、それらの軸方向の途中は十段程度に配設される
スペーサSによって燃料棒相互の間隔を一定に保つよう
に支持され、その外側には圧力管が被嵌されて炉心のカ
ランドリヤ管中に装荷され、炉の運転中には冷却材が圧
力管中に送られ、沸騰を伴う熱交換作用によって熱を外
部に取出すようにしている。
【0003】ところで、この種の燃料集合体に用いられ
ている上記スペーサSは、BWR型燃料集合体のスペー
サのように縦,横の区画板によって格子状に形成するわ
けにいかず、図10のように所要の直径(1cmないし2
cm程度)と高さ(3cmないし4cm程度)の短管状のリン
グ素子1を燃料棒fと同数だけ、燃料棒fと同じく複数
層(図では3層)に分けて同心円状に配設し、その周囲
を円形の外周板2で囲った形体になされている。
【0004】又、リング素子1は一般にインコネル又は
ジルコニウム合金製で、図11のように周面に切割りを
施し内側に折曲げるか又は別物として取付けるかした弾
性ばね部1aと、内側に突出させた複数の突部1bが設
けられて、そのばね部1aと突部1bによって燃料棒f
を保持するようになされており、そられのリング素子1
同士及び外層のリング素子1と外周板2とはスポット溶
接して全一体的に結合されている。
【0005】そして、上記スペーサSは集合体として中
心部に水管wが配設される場合には、その水管wによっ
て所定高さ位置に保持され、水管を用いない場合には、
燃料棒の間に複数のスペーサタイロッドが配設され、こ
れによって所定高さ位置に保持される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のように多数のリ
ング素子を複数層に分けて同心円状に配設して組付ける
スペーサでは、すべての素子の直径を同じにして、同層
間及び異層間でリング素子同士を接触させることは幾何
学的に困難で、そのため外層のものから内層のものに向
かって若干ずつ直径が異なるように形成されていて、異
層のリング素子の間に隙間ができてしまうので、従来で
は図10のように隙間に補強リング3を介在させたり、
異層のリング素子同士をつなぐT字形の補強バー4を介
在させたりしていて、構成が複雑になるばかりでなく、
内部を上昇する冷却材の妨げとなり圧力損失が大きくな
ってしまう。
【0007】又、最近では燃料集合体としての大きさを
変えることなく、集合体の燃焼度を増加させると共に運
転余裕を持たせるために、燃料棒の本数を増やして燃料
棒単位当たりの出力を下げるやり方が行われているが、
この場合、燃料棒が正方配置される沸騰水型原子炉用の
集合体であれば、7×7→8×8→9×9というやり方
で容易にこれに応じられるが、同心円状に配置される燃
料集合体では上記のように配列からくる制限が大きく困
難である。
【0008】そこで、この発明は、リング素子を同心円
状に配列するスペーサとして、補強リングや補強バーを
用いずに構成を簡素化して、冷却材の流れを均一にし、
しかも、リング素子の数を容易に変更ができるようにす
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的のもとにこの発
明は、燃料棒を支持する短管状のリング素子を半径方向
の複数層に分けて同心円状に配設し、その周囲部を円形
の外周板で包囲するスペーサとして、総数Nが、N=6
×Σiで表され、その配列層を示すiに0からnまでの
数を入れて得られる本数のリング素子を、中心角が60
度の角度範囲で半径方向に複数層をなす部分を配列単位
として同心円状に配設し、各層のリング素子群の間及び
中心部には所要肉厚の仕切リングをそれぞれ配設し、各
層のリング素子を円周方向に接触させると共に内外の仕
切リング及び外周板に接触させて一体に形成したことを
特徴とし、又、総数Nが、N=8×Σiで表され、その
配列層を示すiに0からnまでの数を入れて得られる本
数のリング素子を、中心角が45度の角度範囲で半径方
向に複数層をなす部分を配列単位として同心円状に配設
し、各層のリング素子の間及び中心部には所要肉厚の仕
切リングをそれぞれ配設し、各層のリング素子を円周方
向に接触させると共に内外の仕切リング及び外周板に接
触させて一体に形成したことを特徴としている。
【0010】
【実施例】図1ないし図3はこの発明に係るスペーサS
の一例を示すもので、図1はその平面,図2は図1のX
−X線に沿って一部を切断した側面,図3は図1のA部
分即ちリング素子11の配列の単位をなす部分の平面を
それぞれ示しており、所要の直径と高さのリング素子1
1はインコネル又はジルコニウム合金からなり、その周
面には、周面に切割を施して内側に曲げるか又は別物と
して取付けるかした弾性ばね部11aと内側に突出させ
た複数の固定突部11bが設けられ、それらの弾性ばね
部11aと固定突部11bによって燃料棒fを支持する
ようになされており、このようなリング素子11の後述
の関係式によって得られる本数のものが、半径方向に複
数層(図1では4層)に分けて同心円状に配設され、そ
の周囲部はリング素子11と同じ材質で円形格子状に形
成された外周板12で包囲され、外側層のリング素子1
1群と内側層のリング素子11群との間及び中心部に
は、リング素子11と同じ材質で、高さをほぼ同じくす
る仕切リング13がそれぞれ内外のリング素子11群に
接する状態に配設され、各層におけるリンク素子11同
士,外周板12と最外層のリング素子11及び各仕切リ
ング13と各層のリング素子11はスポット溶接によっ
て結合され、全一体になされている。
【0011】図1ないし図3の第1の実施例において
は、リング素子11の半径方向の配列層数が4で、中心
角が60度の角度範囲を配列単位Aとなしており、その
ため、上記スペーサS内に配設されるリング素子11の
総数Nは、配列単位Aに含まれるリング素子11の全数
を6倍したもの、即ちN=6×Σi(但し、iは配列層
で、0から4までの数)で算出される本数になってい
る。
【0012】そして、この場合の各層におけるリング素
子11の半径は次のようにして決められる。通常、新型
転換炉では圧力管の内寸法によって燃料集合体の外寸
法、即ちスペーサSの外寸法が制限されるため、最外層
のリング素子11の半径から先に決めていく。そのやり
方を図5,図6を参照して説明する。
【0013】第1の実施例では、最外層即ち4層目のリ
ング素子11は60度の角度範囲に4個配列されるの
で、その円周方向のピッチは15度であり、外周板12
の内径をR,リング素子11の半径をr4 ,スペーサS
の中心からリング素子11の中心までの距離をL4 とす
ると、外周板12の内径Rは上記理由から分かってお
り、そして、R=r4 +L4 として表され、又リング素
子11の半径r4 はr4 =L4 ×sin 7.5°として表
され、これらL4 =r4 /sin 7.5°,R=r4+r4
/sin 7.5°,R=r4 (1+1/sin 7.5°)
となり、これから4層目のリング素子11の半径r4
決めることができる。
【0014】又、3層目のリング素子11の半径r3
決定する場合には、図6のようにリング素子11の円周
方向のピッチは20°になり、かつ外周板12の内径R
に相当するものは中心部から4番目の仕切リング13の
内径Rb であり、これは外周板12の内径Rから即知の
最外層のリング素子11の直径と仕切リング13の肉厚
tを差引くことにより容易に得ることができ、これと3
層目のリング素子11の半径r3 との関係は、スペーサ
の中心から3層目のリング素子の中心までの距離L3
媒介として、Rb =r3 (1+1/sin 10°)として
表され、これからリング素子11の半径r3 を決めるこ
とができる。2層目,1層目のリング素子の円周方向の
ピッチはそれぞれ30度,60度になるが、上記と同様
にしてその半径r2 ,r1 を順次に決めることができ
る。
【0015】かくて、各層のリング素子11は円周方向
においてリング素子同士が接触すると共に半径方向にお
いては内外の仕切リング13及び外周板12に接触する
ことになり、剛性が付与され、各リング素子11は燃料
棒fを支持し、かつ中心部の仕切リング13は水管wを
支持するために用いられる。但し、燃料棒の本数により
燃料集合体は中心部に水管を備えない場合もある。
【0016】図6はリング素子11の配列単位Aは上記
第1の例と同じ中心角を60度の角度範囲とするが、半
径方向の配列層数を5層とした変更例を示し、又、図7
は図4の配列状態をとるスペーサとして、内側一層目の
リング素子群を省略して、そこに太径の水管wを挿通で
きるようになし、燃料集合体の燃焼度を向上させるのに
役立つようにした例を示すものであり、更に図8は中心
角45度の角度範囲Bをリング素子11の配列単位し、
半径方向の配列層数を4層とした他の変更例であり、こ
の場合には、スペーサ内のリング素子11の総数Nは配
列単位B内の全数を8倍したもの、即ちN=8×Σi
(但しiは0から4)で得られる本数になる。
【0017】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、短管状のリング素子を同心円状に配列する
スペーサとして、リング素子の数を容易に増減させるこ
とができ、かつスペーサの組立てに当たり、各層のリン
グ素子群をスペーサの中心を回転中心として回転させて
配列状態を適宜に変えることができ、燃料集合体の設計
並びに燃焼度の向上をやり易くし、並列するリング素子
の間に補強リングや補強バーを介在させるこれまでのも
のに比べ、冷却材の流路面積を妨げることなく、冷却材
の流れを均一にすることができ、部品点数も少なく構成
が簡素化され、燃料棒を円状に配置する新型転換炉等の
燃料集合体に用いて役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るスペーサの一例の平面図。
【図2】図1のX−X線に沿った一部切断側面図。
【図3】図1の配列単位A部分の拡大平面図。
【図4】図1の場合において最外層のリング素子の半径
を決めるやり方を示す平面図。
【図5】図1の場合において3層目のリング素子の半径
を決めるやり方を示す平面図。
【図6】リング素子の配列層を5層とした変更例の単位
部分の平面図。
【図7】中心部に大径の水管を挿通できるようにした例
の単位部分の平面図。
【図8】中心角を45度の角度範囲とした変更例の単位
部分の平面図。
【図9】新型転換炉用の燃料集合体の一部を切除した斜
視図。
【図10】従来のスペーサの一例の平面図。
【図11】リング素子の構造とつながり状態を示す斜視
図。
【符号の説明】
11 リング素子 11a ばね部 11b 固定突部 12 外周板 13 仕切リング f 燃料棒 S スペーサ w 水管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料棒を支持する短管状のリング素子を
    半径方向の複数層に分けて同心円状に配設し、その周囲
    部を円形の外周板で包囲するスペーサにおいて、総数N
    が、N=6×Σiで表され、その配列層を示すiに0か
    らnまでの数を入れて得られる本数のリング素子を、中
    心角が60度の角度範囲で半径方向に複数層をなす部分
    を配列単位として同心円状に配設し、各層のリング素子
    群の間及び中心部には所要肉厚の仕切リングをそれぞれ
    配設し、各層のリング素子を円周方向に接触させると共
    に内外の仕切リング及び外周板に接触させて一体に形成
    したことを特徴とする燃料集合体用の円状のスペーサ。
  2. 【請求項2】 燃料棒を支持する短管状のリング素子を
    半径方向の複数層に分けて同心円状に配設し、その周囲
    部を円形の外周板で包囲するスペーサにおいて、総数N
    が、N=8×Σiで表され、その配列層を示すiに0か
    らnまでの数を入れて得られる本数のリング素子を、中
    心角が45度の角度範囲で半径方向に複数層をなす部分
    を配列単位として同心円状に配設し、各層のリング素子
    の間及び中心部には所要肉厚の仕切リングをそれぞれ配
    設し、各層のリング素子を円周方向に接触させると共に
    内外の仕切リング及び外周板に接触させて一体に形成さ
    せたことを特徴とする燃料集合体用の円状のスペーサ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109074878A (zh) * 2016-12-29 2018-12-21 Tvel股份公司 反应堆燃料组件
CN110085331A (zh) * 2014-09-16 2019-08-02 光桥公司 核燃料组件
WO2021251269A1 (ja) * 2020-06-12 2021-12-16 株式会社セフト研究所 スペーサー

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CN109074878B (zh) * 2016-12-29 2023-04-14 Tvel股份公司 反应堆燃料组件
WO2021251269A1 (ja) * 2020-06-12 2021-12-16 株式会社セフト研究所 スペーサー

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