JPH0631755B2 - ワイヤスペ−サ型燃料集合体の製造方法 - Google Patents

ワイヤスペ−サ型燃料集合体の製造方法

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JPH0631755B2
JPH0631755B2 JP61284639A JP28463986A JPH0631755B2 JP H0631755 B2 JPH0631755 B2 JP H0631755B2 JP 61284639 A JP61284639 A JP 61284639A JP 28463986 A JP28463986 A JP 28463986A JP H0631755 B2 JPH0631755 B2 JP H0631755B2
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格 柴原
健男 浅賀
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/336Spacer elements for fuel rods in the bundle
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ワイヤを螺旋状に巻き付けた多数の燃料要素
を束ねてラッパ管内に収納する構造のワイヤスペーサ型
燃料集合体を製造する方法に関し、更に詳しくは、隣接
燃料要素のスペーサワイヤと擦れ合って燃料被覆管表面
に擦り痕が発生するのを確実に防止できるように核燃料
集合体の各部寸法を決定できる方法に関するものであ
る。
[従来の技術] ワイヤスペーサ型燃料集合体は、多数の燃料要素が下端
部で固定され、上部は個々の燃料要素に巻き付けられた
ワイヤによって互いに間隔を保つようにしてラッパ管内
に収納される構造をなしている。
例えば第3図に示すように、断面が六角形状のラッパ管
10内に、多数の燃料要素12が三角格子状に配列さ
れ、燃料要素12の下端部以外はその外周に螺旋状に巻
き付けられたワイヤ14によって隣接する燃料要素との
間隔が一定に保たれ、それらの間が冷却材の流路を形成
している。
スペーサとして働くワイヤ14によって互いに支持し合
っている燃料要素12では、第4図に示すように冷却材
の流れにより生じる振動によって、燃料被覆管表面と隣
接する燃料要素のスペーサワイヤとの接触部が擦れ合い
燃料被覆管の表面に擦り痕を生じることがある。
燃料被覆管表面に擦り痕が発生すると、被覆管の肉厚が
減少し、場合によっては燃料被覆管の破損の要因となる
可能性がある。このため擦り痕の発生を極力防止する必
要がある。
その方法としては、従来、燃料要素束内部の自由間隙P
/Rを小さくして燃料要素12を動き難くすると共に、
燃料要素12に巻き付けるスペーサワイヤ14の巻き付
けピッチLを小さくして燃料要素間の支持点数を増加さ
せる方法がある。ここで燃料要素内部の自由間隙は次式
で与えられる(第5図参照)。
P/R=(A−B)/N =(燃料要素束とラッパ管の間隙) /(集合体内リング数) [発明が解決しようとする問題点] ワイヤスペーサ型燃料集合体の高速炉での使用実績につ
いて、擦り痕の発生の有無の観点から上記燃料要素束内
部の自由間隙P/Rとワイヤ巻き付けピッチLとの2次
元座標で整理すると第6図に示すようになる。大部分の
核燃料集合体については擦り痕の発生の有無の範囲を整
理できるものの一部の核燃料集合体については整理しき
れない。つまりP/RとLの因子だけで寸法決定したの
では擦り痕の発生を防止し得ない場合が生じる。このよ
うに燃料要素の健全性を十分確保し得るような合理的な
核燃料集合体の設計手法は未だ確立されていないのが従
来技術の実情である。
本発明の目的は、上記のような従来技術のもつ問題点を
解決し、燃料要素の擦り痕の発生を確実に防止して十分
な健全性を確保し、使用寿命を改善でき、核燃料集合体
の製造の能率を向上させることができるような方法を提
供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、多数の燃料要素が規則的に配列され各々の燃
料要素に巻き付けたワイヤによって相互の間隔が保持さ
れてラッパ管内に収納される構造の核燃料集合体の製造
方法にかかわるものである。
擦り痕の発生は燃料要素の振動が要因であることから、
燃料要素の振動にかかわると考えられる因子を検討した
結果、燃料要素の曲げ剛性が擦り痕発生に関与している
ことが判明した。即ち燃料要素の曲げ剛性が大きいほど
燃料要素はたわみ難くなり擦り痕の発生が抑制される。
本発明はこのような知得に基づきなされたものである。
前記のような目的を達成するため本発明では、燃料要素
束内部の自由間隙P/R(但しPは燃料要素束とラッパ
管の間隙,Rは集合体内リング数)と、燃料要素のたわ
み易さL/I(但しLはワイヤ巻き付けピッチ,Iは
燃料被覆管の断面2次モーメント)との2次元座標上で
燃料要素の擦り痕発生の有無を整理して無発生の領域を
求め、その擦り痕無発生領域に収まるように核燃料集合
体の各部寸法を定めるようにしたワイヤスペーサ型燃料
集合体の製造方法である。
更に簡便な方法としては、P/R×L/I≦90000 に
なるように燃料集合体の各部の寸法を定める方法があ
る。
[作用] このようにP/RとL/Iの二つの因子を用いること
によって、ワイヤスペーサ型燃料集合体の擦り痕の発生
状況をこれら2因子を直交座標とする2次元の図で簡単
に表示でき、且つ擦り痕発生の範囲を明確に整理するこ
とができる。
この擦り痕発生状況を示すマップに基づき擦り痕の無発
生領域に核燃料集合体の各部寸法、側ちラッパ管の内対
面寸法、燃料被覆管の外径および内径、ワイヤスペーサ
の外径およびその巻き付けピッチを求めることができ、
擦り痕の発生しない健全性の高い核燃料集合体を極めて
容易に製造することが可能となる。
またP/R×L/I≦90000 という条件が満たされれ
ば擦り痕の発生を防止できる。
[実施例] 燃料要素の曲げ剛性を表す指標としては燃料被覆管の断
面2次モーメントを用いるのが適切であると考えられ
る。この断面2次モーメントIは、燃料被覆管の外径を
Do,内径をDiとすると で表される。因に第6図において整理しきれなかった燃
料集合体の燃料要素は断面2次モーメントIの大きな燃
料被覆管を使用したものであった。このことから燃料要
素束内部の自由間隙P/Rとワイヤスペーサ巻き付けピ
ッチLに加えて燃料被覆管の断面2次モーメントIを考
慮して擦り痕の発生状況を整理するのが有効である。
さて上記3因子の中でワイヤスペーサの巻き付けピッチ
Lは、互いに隣接する燃料要素相互の支持点数を示す指
標となる。即ちワイヤスペーサ巻き付けピッチLが小さ
いほど燃料要素の支持点が増加し、支持間距離が相対的
に小さくなって燃料要素がたわみ難くなる効果が生じる
と考えられる。これらのことから燃料要素のたわみ易さ
を表す指標として前記LとIを統合して用いる。
燃料要素のたわみ易さを表す具体的な指標は、例えば両
端を支持した支点間距離α・L(但しαは定数)の梁で
単位荷重当たりの梁のたわみ量で表すことができる。こ
のことから燃料要素のたわみ易さはL/Iで表すのが
適切であると考えられる。
そこで前記第6図に示したのと同じデータを用いてP/
RとL/Iとの2次元座標により擦り痕の発生状況を
整理したところ、第1図に示すような結果が得られた。
この第1図から明らかなように、上記の2因子を用いる
ことによって擦り痕の発生の有無を明確に区分しうるこ
とが判る。従って第1図を利用すれば、例えば燃料被覆
管の曲げ剛性およびワイヤスペーサ巻き付けピッチに応
じてワイヤスペーサ外径を調整し、擦り痕が発生しない
領域に核燃料集合体の寸法を求めることができる。
なお、その他の諸因子として燃料要素の長さ、冷却材の
流速、温度、照射期間等についても合わせて検討した
が、何れの因子も前記P/RとL/Iに比べて優位な
影響因子ではないことが確認された。
更により簡便な方法としては、第2図に示すように無次
元因子P/R×L/Iを取って、同じく無次元数であ
り燃料集合体内の冷却材の流動状態を表す代表値である
レイノルズ数に対して整理する方法がある。これによっ
て擦り痕の発生するP/R×L/Iの領域が一層明確
に区別できる。即ち、 P/R×L/I≦90000 を満足する条件であれば擦り痕の発生を防止できること
になる。
なお第2図では横軸にレイノルズ数を取って便宜的に図
示したが、他の因子で整理しても事情は同様であり、P
/R×L/Iによって擦り痕の発生の有無を簡便に判
断することができる。
このようにP/RとL/Iで擦り痕の発生状況を整理
し擦り痕の発生の有無を区分することによって、擦り痕
が発生しないように核燃料集合体の各部寸法、即ちラッ
パ管の内対面寸法、燃料被覆管の外径および内径、ワイ
ヤスペーサの外径およびワイヤスペーサの巻き付けピッ
チを簡単に定めることができる。
[発明の効果] 本発明はワイヤスペーサ型燃料集合体において燃料要素
の曲げ剛性を考慮し、P/RとL/Iとの2因子で整
理し各部の寸法を定める製造方法であるから、擦り痕が
発生しないような核燃料集合体を容易に設計製造でき、
使用寿命の改善を図ることができる効果がある。
具体的には例えば燃料被覆管の断面2次モーメントが大
きな燃料要素を用いた場合には、P/Rを従来技術に比
べて大きくすることが可能となり、またワイヤスペーサ
巻き付けピッチも大きくすることが可能となる。P/R
を大きくできることは核燃料集合体を組み立てる際に燃
料要素束とラッパ管内対面との隙間を大きく取れること
になるから組み立てが容易になるし、照射中に進行する
燃料要素束の膨れを上記隙間で吸収できるため核燃料集
合体の使用寿命を改善できることになる。またP/Rを
小さな値に制御する必要がある場合には、燃料被覆管の
外径やラッパ管の内対面寸法およびワイヤスペーサ外径
に必然的に存在する寸法のばらつきがP/Rに影響し、
場合によってはP/Rを小さくするため、従来技術では
外径の異なるワイヤスペーサを数種類準備して選択する
必要があったが、本発明によればこのような煩瑣な作業
は不要となる。
更に本発明ではワイヤスペーサ巻き付けピッチを大きく
できるため、核燃料集合体内部を流れる冷却材の流動抵
抗を小さくでき、冷却材を流すためのポンプ動力の削減
や冷却材内圧の低減が可能で、それによってラッパ管の
変形を抑え核燃料集合体の使用寿命を改善できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る方法により整理した擦り痕発生状
況の説明図、第2図はP/R×L/Iとレイノルズ数
で整理した擦り痕発生状況の説明図、第3図はワイヤス
ペーサ型燃料集合体の断面図、第4図はワイヤスペーサ
型燃料集合体における擦り痕発生のメカニズムを示す説
明図、第5図は燃料要素束内部の自由間隙の定義の説明
図、第6図は従来方法に基づく擦り痕発生状況の説明図
である。 10……ラッパ管、12……燃料要素、14……ワイ
ヤ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の燃料要素が規則的に配列され、各燃
    料要素に巻き付けたワイヤによって相互の間隔が保持さ
    れてラッパ管内に収納される核燃料集合体を製造する方
    法において、燃料要素束内部の自由間隙P/R(但しP
    は燃料要素束とラッパ管の間隔,Rは集合体内リング
    数)と、燃料要素のたわみ易さL/I(但しLはワイ
    ヤ巻き付けピッチ,Iは燃料被覆管の断面2次モーメン
    ト)との2次元座標上で燃料要素の擦り痕発生の有無を
    整理して無発生の領域を求め、その無発生領域に収まる
    ように核燃料集合体の各部寸法を定めるワイヤスペーサ
    型燃料集合体の製造方法。
  2. 【請求項2】P/R×L/I≦90000 になるように燃
    料集合体の各部寸法を定める特許請求の範囲第1項記載
    の製造方法。
JP61284639A 1986-11-29 1986-11-29 ワイヤスペ−サ型燃料集合体の製造方法 Expired - Lifetime JPH0631755B2 (ja)

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