JPH067183B2

JPH067183B2 - 原子燃料集合体

Info

Publication number: JPH067183B2
Application number: JP63047852A
Authority: JP
Inventors: 禎彦鷲見; 光洋横手; 淳好森島; 至横田
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd; Kansai Denryoku KK
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH01221697A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は原子燃料集合体、特に加圧水型原子炉用原子燃
料集合体に係り、詳しくは運転時の押えばねのばね力を
低下させることなく、原子炉停止時の押えばねの歪レベ
ルを低下させる上記原子燃料集合体に関するものであ
る。

（従来の技術）従来の原子燃料集合体は第６図(イ)(ロ)に示す如く多数の
燃料棒(11)を並列し、かつ制御棒案内管(12)などを混入
して複数の支持格子(13)で支持せしめた燃料支持部と、
それを固定する上下部ノズル(14)(15)から構成されてお
り、上部ノズル(14)には原子炉運転中の流体力による同
集合体の浮き上がりを防止するために押えばね（リーフ
スプリング）(16)が第６図ないし第８図のように四辺に
取り付けられている。

このリーフスプリング(16)は一般的構成として第７図，
第８図の如く厚板材を曲げ加工することによって作ら
れ、上部ノズル(14)にボルト(17)で取り付けられ、その
取付部にはその結合部を覆い、取付ボルト(17)を保護す
る目的でクランプ(18)が取り付けられている。

なお、このとき、第７図の如くクランプ(18)と上部ノズ
ル(14)が一体のものもあるが、リーフスプリング(16)の
取付ボルト(17)がクランプ(18)の取付けを兼ねている場
合もある。（第８図参照）つまり、このリーフスプリング(16)の形状は少ないスペ
ースの中に燃料集合体の構成要素を収め、さらに安全性
を確保するための要素を収めるのに適した形状である。
また、第７図，第８図に示すようにリーフスプリングは
ばねの変移にもとづく荷重による表面応力がなるべく平
均化されるようにテーパー形状(19)に加工されている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、近時、原子力発電の経済性向上を目指して燃
料の改良研究が種々実施されており、その中で燃料の高
燃焼度までの使用は有効な方策と考えられ、近い将来、
燃焼度48,000Mwd/tまで、次のステップとしては55,000M
wd/tまで燃焼可能な燃料を開発することが具体的な目標
として一般に認識されるようになって来ている。

そして、このような状況に即し、燃料を高燃焼度まで使
用する場合は現行設計燃料にさらに検討しなければなら
ない項目の一つとして燃料集合体の伸び量の増加があ
る。燃料棒被覆管や制御棒案内管が燃料の燃焼中に中性
子照射によって軸方向に伸びた結果、燃料集合体の全長
が増加する。この全長の増加量、即ち、伸び量は燃料の
燃焼度に依存し、燃焼度が増加すると、この伸び量も増
加する。

この結果、集合体全長の伸び量だけ集合体上部と、上部
炉心板の距離は短くなる。

ところが、従来の燃料集合体にあっては前述のようにそ
の上部に押えばね、即ちリーフスプリングが取り付けら
れている。

そこで、集合体伸び量が増加すると、このリーフスプリ
ングの変位量も大きくなる。さらに原子炉停止時には原
子炉温度低下によって炉心寸法が小さくなり燃料集合体
上部と上部炉心板の距離はさらに短くなり、その結果、
リーフスプリングの変位量も大きくなる。

かくて、燃料の高燃焼度化に伴って燃料集合体上部のリ
ーフスプリングに要求される許容変位量はさらに大きく
なる。また、押え力として必要なばね力は非常に大きい
のでばね定数の大きなリーフスプリングが必要となり、
一方で上記の如く変位量が非常に大きくなるので、特に
燃焼末期の原子炉停止時にはリーフスプリングに発生す
る歪量は非常に大きくなる。そして、この歪量がある値
を越えると、破損に至り、次サイクルでの使用が不可能
となる。

殊に前述した従来の燃料集合体の場合、リーフスプリン
グの取付部近傍の曲げ加工部において曲げ形状に由来す
る表面応力の増加が起こり、この部分が他の部分より応
力，歪レベルが高くなる。

燃料の高燃焼度化を考えた場合、集合体伸び量の増加に
対応して集合体全長を予め短くすることが考えられる
が、その場合、集合体上部と上部炉心板との距離が長く
なり、必然的にリーフスプリングの高さを高くすること
になる。

しかし、取付スペースに制限があること、他の燃料集合
体に干渉しないことを条件に考えれば、現行のスプリン
グ形状に大きな変更を加えずにリーフスプリングの高さ
を高くすると、更に曲げ部の表面応力，歪は大きくな
る。さらに曲げ部にはその曲げ量によっては加工時に微
細なクラックが発生する可能性があり、使用時、そのよ
うな部分が部品の中で最も厳しい応力状態になることは
望ましくない。

また、一方、取付ボルトにはリーフスプリングの反力が
軸力として加わり、燃焼末期の炉心停止時には非常に大
きな軸力が初期締付力に加わることになる。そして、こ
の場合、軸力は引張応力であり、応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）に対して不利な条件となる。

かくして、以上のような状況に鑑み、高燃焼時の燃料集
合体の機械的健全性を保障するためには総括して原子炉
停止時のリーフスプリング、即ち燃料集合体の上部ノズ
ルに取り付けられた押えばねの歪レベルを低下させるこ
とが重要な課題となる。

本発明は叙上の如き実状をふまえ、これに対処すること
を課題とし、就中、現行の燃料設計，製造技術を基と
し、従来における燃料集合体の押えばね取付部の改善策
を見出すことにより原子炉運転時の押えばねのばね力を
低下させることなく原子炉停止時の押えばねの歪レベル
を低下させることを目的とするものである。

（問題点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特徴とするところ
は、原子燃料集合体において、上部ノズルに取り付けら
れた押えばねのうち、板ばね構造のスプリングにおい
て、実質的にその取付部を曲げ加工することなく平面の
みで構成し、その部品を燃料集合体軸線に対して斜めに
取り付けることにある。

また、上記構成の原子燃料集合体のスプリング取付にお
いて、該スプリングを上部ノズルと一体成形または溶接
によって一体化されたクランプとボルトとによって上部
ノズルに固定するにあたり、スプリング反力をクランプ
で支え、ボルトはスプリングの移動止めとなすことにあ
る。

更に上記構成の原子燃料集合体において、上記移動止め
ボルトにスプリングの固定の役割を与えるものとして、
ボルトをその頭部下面をスプリング上面に接して取り付
けること、換言すれば、上記構造をもつ原子燃料集合体
におけるその押えばねの取付において、該押えばねを上
部ノズルと一体でない固定部品に平均応力として引張応
力を与えることなく固定せしめる点にある。

（作用）上記の如き構成からなる原子燃料集合体はその押えばね
のスプリングが曲げ加工部を有せず、かつ引張応力を支
えることなく取り付けられ、曲げ形状に由来する表面応
力の増加が起こることはなく、スプリングの表面応力，
歪の低減を実現し、クラックによる破損防止はもとよ
り、燃焼末期の原子炉停止時の歪レベルを低下させて高
燃焼度時の燃料集合体の機械的健全性を従来型のものに
比し一層保証することが可能となる。

（実施例）以下、更に本発明の具体的実施例を添付図面にもとづい
て説明する。

第１図は本発明の要部をなす上部押えばねを示し、図に
おいて(1)は上部ノズル、(2)は上部押えばね（リーフス
プリング）で、このリーフスプリング(2)は曲げ加工す
ることなく、上部ノズル(1)に取り付けられている。ス
プリング(2)は従来同様、テーパー加工が施されてお
り、荷重が作用した場合にその応力分布がなるべく平均
化されるように形状が決定されている。

そして、スプリング(2)の固定はクランプ(3)とボルト
(4)によってなされているが、ボルト(4)は基本的にスプ
リングの移動止めの役割だけで軸力は作用しない。即
ち、スプリング(2)はその取付部に平面状態でボルト(4)
は燃料集合体軸線に対して斜めに取り付けられている。
このとき、ボルト(4)は回り止めを施しており、スプリ
ングの反力はクランプ(3)に生じる。

なお、クランプ(3)は従来のようにボルトによって固定
されておらず、上部ノズル(1)と一体成形あるいはクラ
ンプ(3)を上部ノズル(1)と溶接によって一体化してい
る。

第２図乃至第４図は上記の如く構成さた本発明押えばね
の特性を従来のものと対比して示す。

即ち、第２図によれば本発明（実線）に比し従来のもの
（点線）では曲げ部の表面応力，歪が大きいことが分か
る。一方、第３図はスプリングの表面歪分布を従来の曲
げ部のあるスプリングの表面歪（点線）と比較して示し
ているが、本発明（実線）では曲げ部がないことに起因
して表面歪は大きく低減することができる。なお、この
とき、第４図の如くスプリングの反力は従来（点線）に
比し、本発明（実線）では僅かに低下するが、その大き
さは使用上、別段、問題はない。更に、塑性加工部が部
品上の最大応力、歪発生部となることも防ぐことができ
る。

しかも、上記本発明の押えばねによればスプリングの反
力をクランプで支えている構造であるため、ＳＣＣ問題
となる大きな引張応力を生じる部品をなくすことが可能
であり、ＳＣＣに対して頗る安全な構造と伝える。

第５図は上記本発明の押えばね構成の他の実施例であ
り、スプリングの固定態様を変更した１例として移動止
めボルト(4)にスプリングの固定の役割を与えたもので
ある。この場合、ボルト(4)のねじ頭部下面がスプリン
グ(2)上面に接しているためボルト(4)には軸力が生じる
が、圧縮応力であり、応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対して
格別問題はない。そして、この場合も基本的にはクラン
プ(3)に反力が作用する。

（発明の効果）本発明は以上のように原子燃料集合体において、上部ノ
ズルに取り付けられた板ばね構造スプリングを実質的に
その取付部を平面のみとなし、その部品を燃料集合体軸
線に対して斜めに取り付けたものであり、従来の如き曲
げ部を有しないことから表面応力歪は大きく低減し、更
に大きな変位量に対し、従来型のものより、一層、健全
性を保証することができる。また、曲げ加工がないため
使用時の最弱部分と塑性加工部が一致するのを避けるこ
とができるので、該加工によって発生する可能性のある
クラックによる破損を解決することができる。

請求項２に記載する上部ノズルと一体的なクランプを設
けることによりスプリングの反力を該クランプで支える
こととなり、ＳＣＣで問題となる大きな引張応力を生じ
る取付ボルト等の部品をなくすことが可能となり、ＳＣ
Ｃに対してより安全を確保することができる。

また、請求項３に記載するねじ頭部下面がスプリング上
面に接するようにすることによりボルトには軸力が生じ
るが、圧縮応力であり、引張応力を与えることなく固定
できるので、基本的にクランプに反力が作用しＳＣＣに
対して同様に問題を解決することができる。

かくして、本発明燃料集合体は燃料の高燃焼度化に求め
られる高燃焼度時の機械的健全性を保障し、原子力発電
の経済性向上にその利用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明燃料集合体要部の１例を示す上部押えば
ね部の一部切欠正面図、第２図はリーフスプリング表面
の歪分布図、第３図は同じくリーフスプリングの変位と
表面最大歪との関係を示す図表、第４図は反力−変位の
関係を示す図表、第５図は本発明における上部押えばね
部の他の実施例を示す一部切欠正面図、第６図(イ)(ロ)は
原子燃料集合体構成の各例を示す正面図、第７図(イ)(ロ)
は従来の上部押えばね部の構成を示す正面図及び同部分
拡大図、第８図(イ)(ロ)は従来の上部押えばね部の他の構
成例を示す正面図および同部分拡大図である。 (1)…上部ノズル， (2)…押えばね（リーフスプリング）， (3)…クランプ， (4)…ボルト，

フロントページの続き (72)発明者横田至兵庫県宝塚市山本丸橋１丁目５番30―403 (56)参考文献特開昭62−129788（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−104192（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の燃料棒を複数の支持格子で支持し、
上下ノズルで固定すると共に、上部ノズルに押えばねを
取着してなる原子燃料集合体において、上記上部ノズル
に取り付けられた押えばねのうち、板ばね構造のスプリ
ングを実質的にその取付部を曲げ加工することなく平面
のみで構成し、その部品を燃料集合体軸線に対して斜め
に取り付けてなる原子燃料集合体。
【請求項２】請求項１記載の原子燃料集合体において、
スプリングを上部ノズルと一体成形又は溶接によって一
体化されたクランプとボルトとによって上部ノズルに固
定し、スプリング反力をクランプで支えると共にボルト
によりスプリングの移動を阻止せしめた原子燃料集合
体。
【請求項３】請求項１記載の原子燃料集合体において、
スプリングを上部ノズルと一体でないスプリング移動止
めボルトによりそのボルト頭部下面をスプリング上面に
接せしめてボルトに平均応力として引張応力を与えるこ
となく上部ノズルに固定せしめた原子燃料集合体。