JPH07280976A - 原子炉用燃料集合体の格子構造 - Google Patents

原子炉用燃料集合体の格子構造

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JPH07280976A
JPH07280976A JP7099910A JP9991095A JPH07280976A JP H07280976 A JPH07280976 A JP H07280976A JP 7099910 A JP7099910 A JP 7099910A JP 9991095 A JP9991095 A JP 9991095A JP H07280976 A JPH07280976 A JP H07280976A
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JP
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lattice
lattice structure
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cell
fuel assembly
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JP7099910A
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English (en)
Inventor
Peter H Beuchel
ハリー ビューチェル ピーター
Yu C Lee
チェン リー ユー
James A Sparrow
アラン スパロー ジェームズ
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • 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
    • G21C3/34Spacer grids
    • G21C3/356Spacer grids being provided with fuel element supporting members
    • G21C3/3563Supporting members formed only by deformations in the strips
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

(57)【要約】 【目的】 核燃料集合体の周りの冷却水の圧力又は流量
が実質的に変化しても、燃料棒を所望の位置に保持する
格子構造を提供する。 【構成】 格子構造は、複数の相互連結状態の薄い金属
ストラップ(4)で構成され、「卵仕切りカゴ」に似た
相互連結状態の開いた格子セルから成る構造的ネットワ
ークを形成する。金属ストラップは、格子セルの幅に一
致して一定間隔で、対をなす互いに間隔を置いて位置す
る実質的に平行なスロット付きバネ状突起(7)と、こ
れら互いに間隔を置いて位置する実質的に平行なスロッ
ト付き突起(7)の間に設けられた実質的にX字形のバ
ネ状突起(8)とを備える。細長い燃料棒は、不均衡な
力が燃料集合体に加わっても、これら突起によりセル内
に保持状態で支持されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉に関する。本発
明は特に、原子炉の炉心内に用いられる核分裂性燃料棒
を保持状態で支持するのに用いられる格子(又は、グリ
ッド)構造に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】大抵の
原子炉は、燃料として、上部炉心支持板と下部炉心支持
板との間で互いに離隔して平行な列の状態に配列して支
持された核分裂性物質から成る細長い棒を使用してい
る。支持板内における健全性を得るために、燃料棒をグ
ループ分けし、各グループの燃料棒を、炉心支持板間に
配置する前に一体の燃料集合体として形成する。
【0003】より詳細に説明すると、従来、各グループ
の燃料棒は一般に、枠体又は格子(グリッド)を互いに
間隔を置いた状態で支持する際に、互いに離隔した平行
な状態に配列されていた。格子は、複数の相互連結状態
の金属ストラップ又は帯金で構成され、「卵仕切りカ
ゴ」に似た相互連結状態の開いた格子セルから成る構造
的ネットワークが構成される。
【0004】1968年4月23日にアンドリュー氏等
に付与され、本出願人に譲渡された米国特許第3,37
9,617号及び第3,379,619号は、燃料棒及
びこれと関連した管状燃料棒シンブルを弾性バネ状保持
手段で格子構造の選択されたセル又は開口内に保持状態
で支持するのに用いられる格子構造に係る数種類の公知
設計を記載している。米国特許第3,379,617号
は特に、燃料棒を開いた格子セルの中心に整列状態で保
持するためにディンプル及びスロット付きの突起の使用
を開示している。
【0005】実際上は、従来型燃料棒格子支持構造は、
稼働中、特に、炉心内の燃料集合体を包囲するのに用い
られる冷却水又は冷却材の圧力又は流量の変動の際、燃
料集合体内に生じる不均衡な力及び曲げ応力に起因して
燃料棒をいつでも所望の整列状態に保持するとは限らな
いということが分かった。或る特定の状況では、冷却水
の圧力及び流量が燃料集合体の振動を引き起こす場合が
あり、これにより整列状態が変化するだけでなく、燃料
棒の保護クラッディングのフレッチングによる摩耗が生
じやすくなる。
【0006】燃料の有効寿命が長くなったことに起因し
て、燃料棒を格子セル内に保持状態で支持する従来型格
子構造で用いられるディンプル及び他のバネ状保持手段
は疲労亀裂を生じることが予想される。通常、燃料棒支
持装置の疲労亀裂を防止するために燃料集合体支持構造
全体を交換する必要がある。かかる交換はコスト高を招
き、また交換にあたり、疲労破損を防止するために燃料
交換の際、保守時間が別途必要になる。
【0007】したがって、本発明の目的は、燃料集合体
の周りの冷却水の圧力又は流量が実質的に変化しても、
燃料棒を所望の整列状態及び所望の位置に保持する原子
炉用燃料集合体の格子構造を提供することにある。
【0008】本発明のもう一つの目的は、格子構造が不
均衡な力及び曲げ能力を受けても、燃料棒を所望の整列
状態及び所望の位置に保持する原子炉用燃料集合体の格
子構造を提供することにある。
【0009】本発明のさらにもう一つの目的は、格子構
造内、格子構造内に保持された燃料棒の周りの冷却水の
流量条件を良くする原子炉用燃料集合体の格子構造を提
供することにある。
【0010】本発明の別の目的は、保守が容易であっ
て、且つ既存の原子炉用燃料集合体への適合が容易であ
る原子炉用燃料集合体の格子構造を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、複数本
の鉛直に設けられる細長い燃料棒を受け入れて保持する
ようになった複数の開いた矩形セルの壁を形成する複数
の互いに連結された金属ストラップから成る原子炉用燃
料集合体の格子構造であって、セルの2つの壁は各々、
セル内へ突出した一対の互いに間隔を置いて位置する実
質的に平行なバネ状突起を有し、セルの他の2つの壁は
各々、前記互いに間隔を置いて位置する実質的に平行な
突起の鉛直方向中間でセル内へこれまた突出した実質的
にX字形バネ状突起を有し、細長い燃料棒を前記突起に
よりセル内に保持状態で支持できるようになっているこ
とを特徴とする格子構造にある。
【0012】
【実施例】図1は、核燃料集合体のための本発明による
格子構造1の平面図であり、複数本の燃料棒2を格子構
造1の選択された格子セル3内に保持した状態で示して
いる。
【0013】図2は、本発明の格子構造1の部分等角図
であり、格子セル3のうち幾つか、及び格子構造1の製
作に用いられる格子ストラップ4の相互連結状態を示し
ている。図1及び図2に示すように、格子構造1は、ジ
ルコニウム合金、即ち、インコネル又はステンレス鋼製
の複数の金属ストラップを相互に連結してボール紙製の
「卵仕切りカゴ」に似た相互連結状態の正方形又は矩形
格子セルから成る構造的ネットワークを形成したもので
ある。金属格子ストラップ4の幅の約半分に至り、金属
ストラップ4の長さに沿って規則正しい間隔を置いて設
けられたスロット5により、平行な格子ストラップ4の
一グループが、同様にスロットが設けられている平行な
格子ストラップ4の第2のグループと直角に交差した状
態で組み付けられ、それにより図1に示すような一連の
相互に連結された矩形又は正方形の開口した格子セル3
を形成できる。相互連結状態の格子ストラップ4には、
格子構造1の周囲を形成し、ここの格子ストラップ4の
端に連結された周囲格子ストラップ6が連携している。
組立て後、格子ストラップ4,6を互いに溶接又はロウ
付けして一体の構造的に強い格子構造1を形成する。
【0014】図2、図3及び図4に示すように、格子ス
トラップ4は、格子セル3の幅に一致して一定間隔で、
対をなす互いに間隔を置いて位置する実質的に平行なス
ロット付きバネ状突起7と、これら互いに間隔を置いて
位置する実質的に平行なスロット付き突起7の間に設け
られた実質的にX字形のバネ状突起8とを備える。図4
及び図5に最も良く示されているように、水平のスロッ
ト付きバネ状突起7は特定の格子ストラップ4の一方の
面から突出し、実質的にX字形のバネ状突起8は特定の
格子ストラップ4の他方の面から突出している。
【0015】図3に最も良く示すように、本発明の格子
ストラップ4を相互に連結して格子構造1及び格子セル
3がいったん形成されると、各格子セル3は、各々、格
子セル3内へ突出した一対の互いに間隔を置いて位置す
る実質的に平行なスロット付きバネ状突起7を備えた2
つの壁と、各々、互いに間隔を置いて位置する実質的に
平行なスロット付きバネ状突起7の鉛直方向中間でその
セル内へ突出した実質的にX字形のバネ状突起8を一つ
備えた他の2つの壁とを有し、それにより燃料棒2を、
4つの水平なスロット付きバネ状突起及び2つのX字形
バネ状突起8との接触により、格子セル3内に保持状態
で支持できる。
【0016】水平バネ状突起7とX字形バネ状突起8の
対角線方向脚部14との組合せは、冷却水の圧力又は流
量の変化に起因して燃料集合体支持構造に内に生じる不
均衡な力又は振動に耐えることができ、また、かかる状
況の間でも燃料棒2を運動させずに正しい整列状態にし
っかりと保持し続けることになろう。水平のスロット付
きバネ状突起7は、そのスロットを炉心内の冷却材の実
質的に鉛直方向の流れに対し直角にして配置され、従来
設計の場合よりも圧力降下を小さくして従来よりも冷却
材の非常に効率的な流れを生じさせる。X字形バネ状突
起8は、格子セル3内に生じている不均衡な捩じりトル
ク力の発生のおそれを著しく軽減する。というのは、本
発明の設計では、バネ状突起8の半分が突起8の開口の
左側から対角線方向に動いている間、それと同時にバネ
状突起8の残りの半分が突起8の開口の右側から対角線
方向に動き、それにより格子構造内における不均衡な半
径方向トルク力を減少させる傾向があるからである。バ
ネ状突起7,8の設計により、格子構造1の寿命全体に
わたり一定且つ正確なバネ力及び撓みが得られ、燃料棒
の保護クラッディングのフレッチングによる摩耗が防止
される。
【0017】図4及び図5に示すように、格子ストラッ
プ4の平らな表面に隣接する突起7,8の部分は全て、
格子ストラップ4及び突起7,8内の応力除去領域とな
り、突起7,8の早期疲労亀裂を阻止する円形又は曲線
状の切欠き9を備えている。図5に示すように、実質的
にX字形のバネ状突起8の中央部粉12の頂縁10及び
底縁11は、面取りされ、或いは厚さが段々薄くなるよ
う鋳造又はコイニングされていて、格子セル3内への燃
料棒2の挿入取出しを容易にすると共に炉心内の冷却材
の流れに対するこの中央部分12の水力学的な抵抗を小
さくしている。
【0018】また、図4及び図5に示すように、X字形
バネ状突起8は、その4つの脚部14の周りに形成され
た実質的に三角形の切欠き13を有していて、多量の冷
却材が格子セル3に流入して格子セル3内に保持されて
いる燃料棒2の外部を冷却するようにしている。
【0019】
【図面の簡単な説明】
【図1】核燃料集合体のための本発明の格子構造の平面
図である。
【図2】原子炉用燃料集合体のための本発明の格子構造
を部分等角図であり、格子セル及び格子構造の製作に用
いられる格子ストラップの相互連結状態を示す図であ
る。
【図3】本発明の格子セルの一つの部分等角図であり、
格子セルの壁に形成され、燃料棒を保持状態で支持する
のに用いられるバネ状突起の構成を示す図である。
【図4】本発明の格子セルの代表的な単一壁の等角図で
ある。
【図5】図4に示すV−V線における断面図である。
【符号の説明】
1 格子構造 2 燃料棒 3 格子セル 4,6 金属ストラップ 7,8 バネ状突起 9,13 切欠き 14 脚部
フロントページの続き (72)発明者 ユー チェン リー アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 29223 コロンビア スイート・ガム・ロ ード 220 (72)発明者 ジェームズ アラン スパロー アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 29212 コロンビア ビシップゲイト・ロ ード 101

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数本の鉛直に設けられる細長い燃料棒
    を受け入れて保持するようになった複数の開いた矩形セ
    ルの壁を形成する複数の互いに連結された金属ストラッ
    プから成る原子炉用燃料集合体の格子構造であって、セ
    ルの2つの壁は各々、セル内へ突出した一対の互いに間
    隔を置いて位置する実質的に平行なバネ状突起を有し、
    セルの他の2つの壁は各々、前記互いに間隔を置いて位
    置する実質的に平行な突起の鉛直方向中間でセル内へこ
    れまた突出した実質的にX字形のバネ状突起を有し、細
    長い燃料棒を前記突起によりセル内に保持状態で支持で
    きるようになっていることを特徴とする格子構造。
  2. 【請求項2】 X字形バネ状突起の中央部分の縁は、面
    取りされていることを特徴とする請求項1の格子構造。
  3. 【請求項3】 ストラップの平らな表面に隣接して位置
    する突起の部分には、湾曲形状の応力除去用切欠きが設
    けられていることを特徴とする請求項1の格子構造。
  4. 【請求項4】 格子ストラップの実質的に三角形の部分
    が、X字形バネ状突起の4本の脚部の各々の周りに切除
    されていることを特徴とする請求項1の格子構造。
JP7099910A 1994-04-04 1995-03-31 原子炉用燃料集合体の格子構造 Pending JPH07280976A (ja)

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US08/222,065 US5444748A (en) 1994-04-04 1994-04-04 Grid structure for supporting fuel rods in a nuclear reactor
US08/222065 1994-04-04

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EP (1) EP0676770B1 (ja)
JP (1) JPH07280976A (ja)
KR (1) KR100338912B1 (ja)
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