JPS58140678A - 核燃料集合体用スペ−サ - Google Patents

核燃料集合体用スペ−サ

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JPS58140678A
JPS58140678A JP57023143A JP2314382A JPS58140678A JP S58140678 A JPS58140678 A JP S58140678A JP 57023143 A JP57023143 A JP 57023143A JP 2314382 A JP2314382 A JP 2314382A JP S58140678 A JPS58140678 A JP S58140678A
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JP
Japan
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spacer
fuel assembly
nuclear fuel
spring
weight
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JP57023143A
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English (en)
Inventor
三島 良績
直明 高橋
林 清純
堂本 一成
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Original Assignee
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Publication date
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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
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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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
    • G21C3/34Spacer grids
    • G21C3/348Spacer grids formed of assembled non-intersecting 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核燃料集合体を形成する多数本の燃料棒を支
持するスペーサに関し、特に、中性子吸収の少ないばね
性を有する特殊ジルコニウム合金より成るスペーサ構造
の敗良に関りるものである。
核燃料集合体を形成する多数本の燃料棒を支持するスペ
ーサは、隣接する燃料棒の狭い間隔を適正に保つための
保持装置であり、燃料棒を保持する際、該燃料棒の半径
方向の振動及び軸方向の曲りを防止し、かつ該スペーt
すと燃料被覆管の間の摩耗腐良を生じないものであるこ
とが肝要である。
従来、炉型に応じて各種のスペーサが提案されている。
例えば第1図に示すような沸騰水型軽水炉(BWR>用
の燃料集合体ぐは、多数の燃料棒1が、中間部を複数個
のスペーサ2で、またL端部と下端部をそれぞれ上部固
定部3と下部固定部4で固定されて支持される。そして
、スペーサ2は、第2図A、Bに示すように、外側に位
置する外周板6に対して格子状になるように縦横に骨組
格子板7を交差結合して組立てられている。格子板7に
は、第2図Bに示すように、打ち出し加工により固定突
起8を打出しておき、他方、格子板7の交差部には、縦
に細長い四角柱状ランタン(ちょうちん)型の板ばね構
造部9を機械的に取付けて燃料棒1を弾性的に支持する
ようになっている。スペーサ2の材質は、外周板6及び
格子板7にはジルカロイ−4が、又、板ばね構造部9に
は、優れたばね特性を有するインコネルが使用され、機
械的に取付けられている。これは中性子吸収が小さく、
耐食性に優れたジルカロイ−4がばね特性に劣り、その
うえ、ばね特性に優れたインコネルとは溶接による接合
が不可能なためである。このため、スペーサ組立時に多
数のランタン型の板ばね構造部9を機械的に取付けるた
めの作業が複雑になるし、また、ランタン型板ばね構造
部9を機械的に取付けるため、取付は状態が不安定で精
度を確保することが難しく、さらに、原子炉で使用中に
説Sする。、可能性がある等の欠点を有する。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消して
、中性子経済を向上し、製造技術の簡略化を図り、製造
コストを低減化できるようにした核燃料集合体用スペー
サを提供することにある。
即ち本発明は、核燃料集合体を形成する多数本の燃料棒
を支持するスペーサにおいて、ニオブを5〜25壷量%
含有するとともに、クロムと鉄のいずれか又は双方をそ
れぞれ0.1〜1重量%含有するジルコニウム合金から
なるスペーサ枠体にばね部を一体的に打出し形成し、こ
れら枠体を点溶接または“ろう付け°゛で組立てた核燃
料集合体用スペーサである。
本発明で「ばね部」とは、枠体から直接打出された板ば
ね状の部材であって、燃料棒を圧迫するためのばね突起
を有し、必要によりさらに燃料を固定保持するための固
定突起を有する。
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。第3図
A、B、Cは、本発明に係る沸騰水型原子炉用核燃料集
合体のスペーサを示すものである。このスペーサ12は
、従前同様、最外部に位置する外周板16と、該外周板
16に対して格子状になるように縦横に交差結合して組
立てられる格子板17とからなる。そして格子板17に
はばね部が打出し加工によって一体的に形成されるが、
本例におけるばね部は固定突起18と板ばね突起19と
有する。本発明では、これら縦横に配列される格子板1
7は、ばね性を有する特殊ジルコニウム合金で製作され
る。
この特殊ジルコニウム合金は、ニオブを5〜25重量%
含有するとともに、クロムと鉄のいずれか又は双方をそ
れぞれ0.1〜1重量%含有するジルコニウム合金であ
る。このような特殊加工した格子板17は、外周板16
に点溶接または“ろう付け”されることによってスペー
サに組立てられる。
これにより、スペーサ12を中性子吸収の小さいジルコ
ニウム合金のみで構成することができ、それ故、中性子
経済を向上させることができる。また、板ばね突起19
を直接格子板17に設けることから、スペーサ組立時の
作業性を簡略化でき、原子炉内で使用中に脱落する部分
を無くすることができる。
また他の実施例として、第3図りに示すように、格子板
17に形成したばね部には板ばね突起19のみを形成し
ておいて、特に固定突起を設けずに燃料棒な平らな格子
板面に押付けるようにして保持させるようにしてもよい
次に本発明で用いられるばね性を有する特殊ジルコニウ
ム合金について説明する。前述の如く、このジルコニウ
ム合金は、ジルコニウムにニオブを5〜25重量%加え
たうえ、更にクロム、鉄の一方又は双方をそれぞれ0.
1〜1φ量%含有させた多元合金である。そしてこの合
金は、最終加工率及び熱処理条件を適正にすることによ
って、300″’3前後でのはね特性及び高温水中での
耐食性ならびに溶接性の良好な状態で使用できる。ばね
限界値の高い値を必要とする場合には、例えば、熱処理
条件として750℃で30分保持した後に、30分間炉
冷して640℃になってから15分間保持し、炉内急冷
して400℃で1峙1IIIWII効処理を行なえば、
ばね限界値(Kb値)が145〜150 klll/I
fのものを得ることができる。また、延性を増加させた
い場合には、上記の溶体化処廖を行なった後に、500
℃で15時間の過時効処理を行なうと、ばね特性<Kb
値)は約100kl)/Ill’までFがるが伸び率は
約5%となり、約5倍の延性を得ることができる。従っ
て上記両技術を上手に組合わせることによって、所望の
高ばね性と延性が得られるような処理条件を選定すれば
よい。
合金組成とその含有最のもつ意義は次の通りである。ニ
オブは引張強さ及びばね限界値を増加させる。しかしニ
オブ働増加は伸びおよび加工性を低下させることになる
ので、延性の必要性に応じてニオブ量を決定することが
必要となる。ニオブ添加量が5重量%未満では強度やぼ
ね限界値に対し充分な有効性が発現しないし、逆に25
重量%を超えるとばね性も延性も低下し好ましくないの
である。
クロム、鉄は溶接部の粗粒化阻止のためなので少量でよ
いが、増せば力学的特性およびばね特性、耐食性は若干
上り加工性は低下する。添加量の下限値は溶接後の結晶
粒度の著しい粗大化を阻止するために加えるべき最小値
であり、加えることにより耐食性も改善させうる。逆に
、上限値は延性に悪影響の出る値で、これ以上加えるこ
とは成形性、打抜き性の点で適当でない。
このように、クロム又は鉄を添加することによって溶接
性は極めて良好となり、例えば、クロムを0.2重量%
添加した場合は、点溶接後の結晶粒粗大化を防止するこ
とに著しい効果が認められた。
本合金の耐食性について、300℃及び450’Cの水
蒸気中で腐食試験をした場合の重量増加のデータを第4
図に水す。
zr−13,5重量% N b−0,2,重量%Cr合
金の場合(実線にて示す)、450℃の水蒸気中で12
00時間腐食試験した場合の重量増加は250so/c
lll’となるが、酸化膜の剥離〈いわゆる3 rea
k−away >は発生しない。これは使用湯度を30
0℃に換韓した場合には、5oooo 〜1ooooo
時間(燃料集合体の寿命の2倍以上)となるため充分使
用に耐える。なお、zr−13,5重量%Nb−0,2
重量%Fe合金の場合にもほぼ同様の特性を呈する。
また、熱中性子経済性の観点からみると、従来のインコ
ネルと比較し約1/20の熱中性子吸収断面積であるこ
とから、燃料棒の燃焼度も向上する。
この合金は、耐食性、打抜き加工性、溶接性はインコネ
ルとほとんど同じである。また、シルカ0イー2、また
は−4は、インコネルに比べてばね特性の点において劣
るか、本合金のばね特性は、インコネルとほぼ同等であ
る。従って前記のように、本合金をスペーサ材に用いる
と、中性子吸収断面積が小さいため中性子経済を向上さ
せることができ、ひいては、燃料コストの低減となる。
以上、最も一般的な沸騰水型原子炉の核燃料集合体用ス
ペーサを例にとって本発明について詳述したが、現在、
我が国で開発が進められている新型転換炉(ATR)の
スペーサを構成するリング素子に、従来用いられてきた
インコネルに代えて本発明のばね性を有する特殊ジルコ
ニウム合金を用いれば中性子経済を向上させることがで
きる点で有利である。
本発明は、前述したように、ばね性を有する特殊ジルコ
ニウム合金からなるスペーサ枠体に、ばね部を一体的に
形成したものであるから、スペーサを中性子吸収の小さ
いジルコニウム合金のみで構成することができ、それ故
、中性子経済を向上させることができるばかりでなく、
板はね突起を直接スペーサ枠体に一体的に設けることが
できるから、板ばね突起や固定突起の設置精度が良く、
ス々−サ組立時の作業性を簡略化でき、原子炉内で使用
中に脱落する虞のある部品は全、く無いなど、優れた効
果を秦しうるちのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は沸騰水型軽水炉の核燃料集合体の縦断面図、第
2図Aは第1図の核燃料集合体に用いる従来のスペーサ
平面図、第2図Bはその正面図、第3図Aは本発明に係
るスペーサの一実施例の平面図、第3図Bはその正面図
、第3図Cはその拡大平面図、第3図りは本発明の他の
実施例を示す拡大平面図、第4図は本発明で用いる合金
の腐食試験データの一例を示す図である。 1・・・核燃料棒、2.12スペーサ、6,16・・・
外周板、7.17・・・格子板、8.18・・・固定突
起、9・・・ランタン型板ばね構造部、19・・・板ば
ね突起。 特許出願人  動力炉・核燃料開発事業団代  理  
人     尾  股  行  離間        
茂  見     積同        荒  木  
友之助−1 113I!!lIC w3図0

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、核燃料集合体を形成する多数本の燃料棒を支持する
    スペーサにおいて、ニオブを5〜25重量%含有すると
    としに、クロムと鉄のいずれか又は双方をそれぞれ0.
    1〜1重−%含有するジルコニウム合金からなるスペー
    サ枠体にばね部を打出し加工によって一体的に形成し、
    この枠体を溶接又はろう付けで組立てた核燃料集合体用
    スペー+す。 2、スペーサ枠体がリング素子である特許請求の範囲第
    1項記載のスペーサ。 3、スペーサ枠体が格子板である特許請求の範囲第1項
    記載のスペーサ。
JP57023143A 1982-02-16 1982-02-16 核燃料集合体用スペ−サ Pending JPS58140678A (ja)

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