JPH0718297U - 強化ｐｗｒ用原子燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＰＷＲ用原子燃料集合体の各段支持格子がも
っているストラップ板厚寸法を、厚薄適切に配設するこ
とで、地震に対する衝撃強度を向上すると共に、冷却材
に対する圧力損失をも低減可能とする。 【構成】 燃料棒１４等を弾持している複数段配置の支
持格子１５中、地震による発生衝撃力の大きい長手方向
中央箇所の所望数が厚手なストラップ板厚のストラップ
厚肉域支持格子１５Ｄで形成され、残余の長手方向上方
および下方箇所が薄手のストラップ板厚によるストラッ
プ薄肉域支持格子１５ｄで形成される。ストラップ厚肉
域支持格子１５Ｄ、ストラップ薄肉域支持格子１５ｄの
中でストラップ板厚寸法の違ったものを、地震による発
生衝撃力の大小に対応させて使い分けることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ＰＷＲ用原子燃料集合体にあって、これを構成する支持格子につき 改善を加えることによって、地震に対する強度を、冷却材に対する圧力損失の増 大なしに向上させるようにした強化ＰＷＲ用原子燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】

既知のＰＷＲ用原子燃料集合体Ａは、図４に示されているように、上部ノズル １と下部ノズル２との間に、所要本数の制御棒シンブル管３を引き揃えの状態に て縦装連設すると共に、下部ノズル２の上位から上部ノズル１の下位まで所要本 数の燃料棒４を、これまた引き揃えの状態で立装し、これらの制御棒シンブル管 ３と燃料棒４とを、長手方向へ所定間隔だけ離して施された複数個の支持格子５ によって支持するようにしたものである。

【０００３】 そして、上記の支持格子５は図５（Ａ）（Ｂ）に例示した通り、外板６ａ、縦 帯板６ｂ、横帯板６ｃによるストラップ６により、格子状にて挿入セル６ｄが多 数区画され、これに挿入された燃料棒４等が、ストラップ６に設けられている弾 支部６ｅによって支持されるようになっている。図中６ｆは外板６ａに設けたガ イドベーンである。

【０００４】 上記ＰＷＲ用原子燃料集合体Ａにあっては、地震に際して隣設相互の上記燃料 集合体が衝突したり、当該燃料集合体と炉心バッフル（外枠）とが衝突すること となり、この結果、上記の支持格子５は大きな衝撃力を受ける。 この際、ＰＷＲ用原子燃料集合体Ａの耐震強度は、主として燃料棒４等を束ね ている支持格子５の衝撃強度に支配されることから、地震により受ける衝撃力よ りも大きな衝撃強度を、当該支持格子に持たせないときは、原子炉の緊急停止に 必要な図示しない制御棒を、制御棒シンブル管３に挿入するのが困難となったり 、さらには、挿入不能となってしまうことになる。

【０００５】 このため、衝撃強度を充分に大きくすることで、その安全性を確保することが 要求されることとなり、この要請を充足させるため、これまでも前記の支持格子 ５にあって、これを構成するストラップ６の板厚を増加させることが実施されて いる。すなわち、図６（Ａ）のようにストラップの板厚を増大させれば、支持格 子の衝撃強度を可成りの勾配にて直線的に大きくすることができる。

【０００６】 しかし、上記従来例によるときは、複数個（６〜９個）の支持格子５について 、これらの板厚を一律に大きくしていた結果、確かに地震時の衝撃強度は充分に 大となるものの、ストラップの板厚を増大させれば、図６（Ｂ）に例示する如く 、冷却材に対する圧力損失（流水抵抗）が可成り増すこととなり、このため冷却 材の供給のために、大容量の冷却用ポンプを設備しなければならなくなり、費用 とスペースが嵩むだけでなく、上記幅長の増大によって材料費、加工費も大とな り、当該材料がインコネルの如き中性子吸収材であるときは、中性子経済の点か らも損失が大きくなる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は上記地震に対する衝撃強度向上に係るこれまでの問題点を解消するた め、地震に際し従来の原子燃料集合体が、地震波に対し、どのような挙動を示す かにつき着目してこれを精査した結果、地震により隣接する原子燃料集合体相互 または炉心バッフルと衝突することとなるが、この場合、原子燃料集合体におけ る長手方向（軸心線方向）の中央箇所に位置する支持格子か、当該支持格子の上 下に隣接されている支持格子をも含めた１〜３個程度のみの当該格子が、相対的 に大きな衝撃を受けていることを確認し得た。

【０００８】 すなわち、図７にあってＬ₁ 、Ｌ₂ ‥‥‥Ｌ₉ が支持格子５の位置（高さ）を 示しており、Ｌ₁ とＬ₉ の位置（最高位と最低位）にある支持格子５は、地震に より受ける発生衝撃力ＩＰ₁ 、ＩＰ₉ が極めて小さく、順次ＩＰ₂ 、ＩＰ₈ 、Ｉ Ｐ₃ 、ＩＰ₇ のように各発生衝撃力は大となって行き、Ｌ₄ とＬ₆ の位置におけ る発生衝撃力はＩＰ₄ 、ＩＰ₆ の如く可成り大となり、高さ方向中央箇所である Ｌ₅ の位置にある支持格子５の衝撃力ＩＰ₅ が最大となっている。

【０００９】 上記の事実に基づき、本考案によるときは、全支持格子につき、そのストラッ プ板厚を大きくするのではなくＬ₅ 、Ｌ₄ 、Ｌ₆ の位置にある支持格子５だけに つき、ストラップ板厚の大なるものを採択するが、残余の支持格子はストラップ 板厚の小さな支持格子とするのであり、これにより、満足すべき衝撃強度が得ら れるようにすると共に、流水抵抗の増加をも抑制しようとしている。

【００１０】 すなわち、従来のものにあっては、図７の如く位置Ｌ₅ における支持格子５の 発生衝撃力ＩＰ₅ よりも、当該支持格子の衝撃強度を比較的小さな衝撃余裕分Ｓ ₁ だけ大きくしているが、他の位置Ｌ₄ 、Ｌ₆ の発生衝撃力ＩＰ₄ 、ＩＰ₆ にお ける衝撃余裕分Ｓ₂ 、Ｓ₃ は上記のＳ₁ より大きくなり、順次位置Ｌ₃ 、Ｌ₇ 、 Ｌ₂ 、Ｌ₈ 、Ｌ₁ 、Ｌ₉ 、における支持格子となるにつれ、その衝撃余裕分は大 となって行き、Ｌ₉ で最大衝撃余裕分Ｓｎに達することとなり、このような衝撃 余裕分の過剰性が、圧力損失を無駄に増加させているということになることに着 目し、その長手方向中央箇所における１個から３個程度の支持格子だけのストラ ップ板厚を大きくすると共に、残余の支持格子を適度に肉薄とすることで、満足 すべき耐震強度が得られるようにし、この際、僅かな材料費、加工費の付加だけ で、圧力損失や中性子経済の問題についても、実質的に支障のないようにするの が、その目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記の目的を達成するため、請求項１では上部ノズルと下部ノズルと の間に、所要本数の制御棒シンブル管を引き揃えの状態にて連設すると共に、下 部ノズルと上部ノズルの下位との間にあって、所要本数の燃料棒を縦向き引き揃 えの状態で介装し、当該燃料棒と上記制御棒シンブル管とを、これらの長手方向 へ所定間隔だけ離して施された複数個の支持格子によって支持されるようにした ＰＷＲ用原子燃料集合体において、上記複数個の支持格子中、上記燃料棒の長手 方向中央箇所における所望数がストラップ厚肉域支持格子、残余がストラップ薄 肉域支持格子により形成されていることを特徴とする強化ＰＷＲ用原子燃料集合 体を提供しようとしている。

【００１２】 さらに、請求項２にあっては、上記請求項１におけるストラップ厚肉域支持格 子が最大厚肉支持格子と、その上下各段に位置し、かつ、最大厚肉支持格子より も薄肉である次厚肉支持格子とにより構成され、ストラップ薄肉域支持格子が、 上記の各次厚肉支持格子の上下各段に位置した厚手薄肉支持格子と、これよりも 上下各段寄りの薄手薄肉支持格子とにより構成されていることを、その内容とし ている。

【００１３】

【作用】

請求項１による強化ＰＷＲ用原子燃料集合体にあっては、長手方向中央箇所の 支持格子が、従来のものよりストラップ板厚の大きなストラップ厚肉域支持格子 によって形成されているので、地震に際しての衝撃強度を確保することができ、 しかも、残余の上方箇所と下方箇所の支持格子は、従来の支持格子よりもストラ ップ板厚の小さなストラップ薄肉域支持格子のものとなっているので、圧力損失 の点でも従来のものと対比して同等以下に低減することが可能となる。

【００１４】 請求項２によるときは、ストラップ厚肉域支持格子が、最大厚肉支持格子とそ の上下各一段の次厚肉支持格子とにより構成されているから、それだけストラッ プ厚肉域支持格子による圧力損失を低減できると共に、ストラップ薄肉域支持格 子も、上下各段寄りに薄手薄肉支持格子を配設し、夫々その下段と上段とに、厚 手薄肉支持格子を配するようにしたので、当該ストラップ薄肉域支持格子にあっ ても、その圧力損失を低減することができる。

【００１５】

【実施例】

本考案を図１乃至図３によって詳記すると、前記従来例と同じく、上部ノズル １１、下部ノズル１２、制御棒シンブル管１３、燃料棒１４、そして複数の支持 格子１５とによって構成されており、本考案では上記各支持格子１５のストラッ プ板厚が、その長手方向における配装位置によって、以下の如き寸法差を以て形 成されている点で相違している。

【００１６】 図示の実施例では、９個の支持格子１５により組み上げられた強化ＰＷＲ用原 子燃料集合体が例示されており、上記燃料棒１４の長手方向中央箇所に、図示例 では３個だけ、すなわち位置（高さ）Ｌ₄ 、Ｌ₅ 、Ｌ₆ に組み付けられたものが 、ストラップ厚肉域支持格子１５Ｄによって形成され、そのストラップ板厚が他 の箇所における支持格子１５よりも厚手と大きくなっている。

【００１７】 さらに、同上長手方向の上方箇所に、図示例では３個、すなわち位置Ｌ₁ 、Ｌ ₂ 、Ｌ₃ に組み付けられた支持格子１５と、同上長手方向の下方箇所に図示例で は３個、すなわち位置Ｌ₇ 、Ｌ₈ 、Ｌ₉ に組み付けられた支持格子１５とがスト ラップ薄肉域支持格子１５ｄによって形成され、そのフラップ板厚が、上記のス トラップ厚肉域支持格子１５Ｄのストラップ板厚よりも薄くなっている。

【００１８】 ここで、図１の実施例にあっては、上記のストラップ厚肉域支持格子１５Ｄも 、またストラップ薄肉域支持格子１５ｄの何れもが、夫々同一肉厚に形成されて いるのではなく、ストラップ厚肉域支持格子１５Ｄが、位置Ｌ₅ の最大厚肉支持 格子１５Ｄ₁ と、その上下段の位置Ｌ₄ 、Ｌ₆ にあり、最大厚肉支持格子１５Ｄ ₁ よりも薄肉に形成されている次厚肉支持格子１５Ｄ₂ とによって構成されてい る。さらにストラップ薄肉域支持格子１５ｄにあっても、上記の各次厚肉支持格 子１５Ｄ₂ の上下各段の位置Ｌ₃ 、Ｌ₇ にある厚手薄肉支持格子１５ｄ₁ と、こ れよりも上下各段寄りの位置Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₈ 、Ｌ₉ にある薄手薄肉支持格子１ ５ｄ₂ とにより構成されている。

【００１９】 さて、本考案を実施するに際し、図７によって説示した通り、ＰＷＲ用原子燃 料集合体を装荷する原子炉についての地震動応答解析により、地震時にあって当 該原子燃料集合体に発生する衝撃力を図２のように求めることができる。ここで 位置Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ 、Ｌ₅ 、Ｌ₆ 、Ｌ₇ 、Ｌ₈ 、Ｌ₉ における各支持格 子１５の各発生衝撃力がＩＰ₁ 、ＩＰ₂ 、ＩＰ₃ 、ＩＰ₄ 、ＩＰ₅ 、ＩＰ₆ 、Ｉ Ｐ₇ 、ＩＰ₈ 、ＩＰ₉ であった場合、各段における支持格子１５に要求される衝 撃強度は、上記の各衝撃力に安全のための衝撃余裕分を見込んだものであればよ い。

【００２０】 すなわち、図１の実施例によるときは、図２にあって位置Ｌ₅ の支持格子１５ については、その衝撃強度がＰ₁ となるように、地震に際しての発生衝撃力に衝 撃余裕分Ｓ₁ を加え、当該衝撃強度Ｐ₁ を満足するようにストラップ厚肉域支持 格子１５Ｄ中の最大厚肉支持格子１５Ｄ₁ につき、そのストラップ板厚を決定す ることができる。同様にして、位置Ｌ₄ 、Ｌ₆ の支持格子１５については、その 衝撃強度がＰ₂ となるように夫々の衝撃余裕分をＳ₂ 、Ｓ₃ となし、これを満足 させるように次厚肉支持格子１５Ｄ₂ のストラップ板厚を決定し得る。

【００２１】 さらに、同上図にあって、位置Ｌ₃ 、Ｌ₇ の支持格子１５については、その衝 撃強度がＰ₃ となるように、夫々の衝撃余裕分をＳ₄ 、Ｓ₅ となし、これを満足 するようにストラップ薄肉域支持格子１５ｄ中における厚手薄肉支持格子１５ｄ ₁ のストラップ板厚を決定する。 さらに、同様にして同上図にあって、位置Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₈ 、Ｌ₉ の支持格子 については、その衝撃強度がＰ₄ となるように、夫々の衝撃余裕分をＳ₆ 、Ｓ₇ 、Ｓ₈ 、Ｓ₉ となし、これを満足するように、ストラップ薄肉域支持格子１５ｄ 中における薄手薄肉支持格子１５ｄ₂ のストラップ板厚を決定することになる。

【００２２】 ここで、上記実施例における最大厚肉支持格子１５Ｄ₁ 、次厚肉支持格子１５ Ｄ₂ 、厚手薄肉支持格子１５ｄ₁ 、薄手薄肉支持格子１５ｄ₂ の寸法比としては 、例えば夫々１．２：１．０：０．８：０．５とすることで、衝撃余裕分を適正 化することができると共に、図３に示す如く従来例による場合には、高さに対す る累積圧力損失が破線Ｒ₀ のような状態になったのに対し、本考案による上記実 施例によるときは実線Ｒ₁ の如く低減させることができた。

【００２３】

【考案の効果】

本考案は上記のようにして構成されるものであるから、地震による発生衝撃力 に対し、充分対応できる衝撃強度を保有できるので、地震時における座屈を防止 でき、原子炉設置場所の選定についてもその幅を広げることができることとなる 。さらに、衝撃強度を増大させながら冷却材による圧力損失特性の改善を行うこ とができ、冷却材ポンプの負荷を低減できると共に、原子燃料集合体としての特 性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る強化ＰＷＲ用原子燃料集合体の一
実施例を示した略示正面図である。

【図２】図１の実施例にあって、地震時に段差をもって
位置している各支持格子の受ける発生衝撃力と衝撃強度
および衝撃余裕分の関係を示した図表である。

【図３】同上実施例による高さと累積圧力損失との関係
を、従来例と比較して示した図表である。

【図４】従来のＰＷＲ用原子燃料集合体を示した正面図
である。

【図５】（Ａ）は図４の支持格子を示した部分斜視図
で、（Ｂ）は同上の支持格子を示した部分平面略示図で
ある。

【図６】同上従来例に関し、（Ａ）はその支持格子にお
けるストラップ板厚に対する衝撃強度の変化を示した図
表で、（Ｂ）は同上板厚と冷却材の圧力損失係数との関
係を示した図表である。

【図７】同上従来例にあって、地震時に段差をもって位
置している各支持格子の受ける発生衝撃力と衝撃強度お
よび衝撃余裕分の関係を示した図表である。

【符号の説明】

１１ 上部ノズル １２ 下部ノズル １３ 制御棒シンブル管 １４ 燃料棒 １５ 支持格子 １５Ｄ ストラップ厚肉域支持格子 １５Ｄ₁ 最大厚肉支持格子 １５Ｄ₂ 次厚肉支持格子 １５ｄ ストラップ薄肉域支持格子 １５ｄ₁ 厚手薄肉支持格子 １５ｄ₂ 薄手薄肉支持格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 3/34 ＧＤＰ Ｈ ＧＤＰ Ｋ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部ノズルと下部ノズルとの間に、所要
   本数の制御棒シンブル管を引き揃えの状態にて連設する
   と共に、下部ノズルと上部ノズルの下位との間にあっ
   て、所要本数の燃料棒を縦向き引き揃えの状態で介装
   し、当該燃料棒と上記制御棒シンブル管とを、これらの
   長手方向へ所定間隔だけ離して施された複数個の支持格
   子によって支持されるようにしたＰＷＲ用原子燃料集合
   体において、上記複数個の支持格子中、上記燃料棒の長
   手方向中央箇所における所望数がストラップ厚肉域支持
   格子、残余がストラップ薄肉域支持格子により形成され
   ていることを特徴とする強化ＰＷＲ用原子燃料集合体。
2. 【請求項２】 ストラップ厚肉域支持格子が最大厚肉支
   持格子と、その上下各段に位置し、かつ、最大厚肉支持
   格子よりも薄肉である次厚肉支持格子とにより構成さ
   れ、ストラップ薄肉域支持格子が、上記の各次厚肉支持
   格子の上下各段に位置した厚手薄肉支持格子と、これよ
   りも上下各段寄りの薄手薄肉支持格子とにより構成され
   ている請求項１記載の強化ＰＷＲ用原子燃料集合体。