JPS58179390A - 原子炉燃料集合体 - Google Patents

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、原子炉炉心、特に加圧水型原子炉炉心の外周
部においてバッフル流の影響を受ける炉心バッフル板つ
なぎ部分近傍に装荷して該バッフル流の影響を防止する
のに適した原子炉燃料集合体に関するものである。

従来の加圧水型原子炉は通常、原子炉容器内に熱遮蔽を
介して炉心槽を収設し、この炉心槽内に燃料集合体を照
射履歴によって３種類に分類して所要数装荷し、その周
囲をバッフル板をつぎ合わせることによって取り囲み構
成している。

ところが、このような炉心構成にあって原子炉の炉心を
囲む前記バッフル板のつなぎ目から横流れジェット流が
炉心内に流れ込み、これによって該つなぎ口近傍の燃料
棒が共鳴振動を起し、燃料棒と支持格子との接触部で被
覆管に貫通孔があき、内部の核分裂生成物ば冷却水中に
漏れたり、燃料棒がステンレス製バッフル板や隣接する
燃料棒と衝突し、被覆管が破損し、二酸化ウランや核分
裂生成物も冷却水中に漏出するという事故が発生してい
る。

そのため、従来、このような横流れジェット流に起因す
る燃料棒の共鳴振動を防止するべく、原子炉のバッフル
板の隙間を機械的にかしめる等して狭小化することが実
施されて来たが、このような機械的かしめたけでは充分
でなく、殊に高温高圧条件下で、かつ、中性子の多量な
照射を受ける環境での使用を考慮すれば原子炉運転中に
再び構造材の変化が起り支持格子の保持力の低下、燃料
棒の曲がりによるバッフル板ギャップと燃料棒の距離が
短かくなったりして、許容限度を超えるバッフル流が生
起する可能性も充分、予想され、依然として異常振動、
破損への危惧は解消されるに至っていない。

これは勿論、加圧水型原子炉炉心の構成上、高速増殖炉
や沸騰水型原子炉燃料と異なり、パンフルの構造自体に
起因することも否定できないが、しかし、燃料集合体の
設計面からも十分、検討すべき余地が残されている。

もとより、かといって従来より、かかる燃料集合体の構
造の改良が行われなかったというわけではなく、バッフ
ル板のつなぎ部分近傍の燃料棒位置に燃料棒に代え、ス
テンレス俸を使用すること等も検討されて来た。

しかし、燃料棒の代りにステンレス俸を使用するときに
、例えば３ループの原子炉で少くとも集合体当り７２本
、１リージョン当り２８８本の燃料棒を代える必要が生
じ、通常、３リージヨンに分割さｎていることから合計
８６４本の相当数に上り、ステンレスが中性子を吸収す
るためかなり大きなロスを免れないのみならず、燃料が
炉心中央部へ移った場合には核的に問題が残り、余り好
適であるとは云えない。

ところで、従来より一般に炉心構成においてはバッフル
板つなぎ目に面する燃料集合体は通常、新たに原子炉に
装荷された、所謂、新燃料が配置される。

そして、この新燃料は、その位置で約１年間の１照射サ
イクルの間、燃焼された後、内部領域に移されて引続き
照射を受け、通常のＰＷＲ原子炉の場合、３サイクルの
燃焼を達成して燃料寿命を終える。

しかして、最近のかかるＰＷＲ型原子炉燃料では、 （１）余分な中性子吸収を生じ得るような材料を原子炉
に持ち込まず、中性子経済を向上させる。

（２）燃料の流動抵抗を減じ、冷却材のポンプ動力を節
約する。

との観点から燃料集合体の外套管、即ち流路チャンネル
を設けず、燃料集合体表面に燃料がむき出しになった状
態で原子炉に装荷されるのが通常となっている。

そして、これが前記のバッフル板隙間からの冷却材の横
流れジェット流による燃料破損発生の１つの原因となっ
ている。

そこで、叙上の如き各種実状に鑑み、本発明者らは、そ
れら各問題を解決すべく、かねてより鋭意研究を行ない
、バッフル板つなぎ目に面する位置に装荷する新燃料構
造体の構造的改良を試み、さきにバッフル板つなぎ目に
面する位置に装荷する燃料集合体外周の一部に上下ノズ
ル間に延在する被看板を設けた構成、ならびに横流れジ
ェット流が炉心内に流入する位置近傍の燃料棒重量を他
部の燃料棒重量より軽減させた構成などを提案した。

本発明に、更にそれらの提案を発展させ、より丁業的に
有利で、かつ実用的な振動防止手段を提供せんとするも
ので、特に燃料集合体の支持格子間＆４（スパン）の少
くとも１ケ所において複数の燃料棒を同時に束ね得る保
護遮蔽板を燃料棒に取り付け、バッフルジェット流を遮
蔽し共鳴振動をより効果的に防止することを特徴とする
。

ここで、前記保護遮蔽板を取り付ける部分は燃料集合体
の外周の一部分のみで足り、通常、炉心バッフル板つな
ぎ目に対向する個所を含みその近傍部に設けられる。

しかも、取り付けに際しては、通常、バッフル流が流入
する個所は略定まっており、大体、１〜２ケ所程度であ
るので、その部分を重点的に遮蔽すれば足り、従って、
燃料集合体の支持格子間の少くとも１ケ所に設けること
で充分、所期の効果は達成される。勿論、すべての支持
格子間隔に設けることも何ら差支えない。

しかして、本発明において使用するこの保護遮蔽板はそ
の特色として、１本の燃料棒を遮蔽するだけでなく、２
本以上の複数の燃料棒を一体に抱持して束ね、遮蔽する
ものであることが肝要である。

これは、複数の燃料棒を束ねることにより、振動に対す
る抵抗力をより増大させる利点を有することによる。

なお、前記保護遮蔽板はその材料としては、ステンレス
鋼、ジルコニウム合金等で作ることが可能であり、特に
後者は燃料とステンレス製バッフル板との距離を一定以
上に保つスペーサーの役割を果す面から僅かに中性子経
済上、有利である。

又、保護遮蔽板の厚みに、燃料集合体と炉心バッフル板
間のノミナル距離１１１１１１１以下であることが好ま
しく、α４〜０．６　ｆｉｌｍが好適である。

更に本発明における保護遮蔽板の燃料棒軸方向の長さ、
即ち軸方向の遮蔽長さは、一般には支持格子間隔と同じ
であればバッフル流による振動防止には十分であるが、
保護遮蔽板を取り付けた燃料集合体をその後、炉心内部
へ移動させた場合、熱的にも、核的にも支障を生じるた
め移動前に除去する必要があるので、保護遮蔽板の長さ
が長いと廃棄物の量が多くなり必ずしも得策でもない。

そこで最適な保護遮蔽板の長さを決めるため、特にパラ
メトリックに試験を行った。

なお、この試験では、保護遮蔽板が炉内への装荷時及び
炉内での中性子照射による把握力の緩和により支持格子
間隔内で軸流により上方へ摺ることも予測されるので、
このような移動の想定の下に保護遮蔽板が支持格子間隔
の上端の位置にある場合と中央の位置にある場合の試験
をした。

その結果は第４図（保護遮蔽板が上端にある場合）、第
５図（保護遮蔽板が中央にある場合）に図示する通りで
、Ｌ＝１／（ｔ（但しＬは保護遮蔽板の長さ、ｔけ支持
格子間隔長である。）で２倍の流速のジェット流が吹き
付けない限り不安定振動を起さない、換言すれば、たと
え保護遮蔽板が移動しても板の長さくＬ）がスパン長（
ｔ）のに以上あれば共鳴振動発生流速が２倍以上になる
ことが判明した。

一方、第５図から、保護遮蔽板の長さくＬ）に関係なく
、共鳴振動発生流速は２倍となるが、その時の流水振動
振幅は保護遮蔽板の長さが大きい程、小さいことが判明
した。

従ってこれらを総合すれば保護遮蔽板の長さＬは％を以
上あればバッフル横流れによる燃料破損の可能性が殆ん
どなくなることとなり、本発明ではこれを好ましい範囲
としている。

なお、保護遮蔽板は、前述したように炉心構成において
取外す必要が生じる。即ち、１照射サイクル後、炉心の
内部へ同燃料集合体を移動するに際し取り外さなければ
ならないので、保護遮蔽板は燃料棒に対し着脱自在に取
り付は可能とすることが設計上、好適である。そのため
弾性的、又は非弾性的方式の何れであってもよいが、好
ましい態様として弾性的に着脱可能な機構が採用される
。

−以下、更に添付図面にもとづいて本発明燃料集合体の
実施例を説明する。

第１図は本発明に係る構成を有する燃料集合体の１例で
あり、上下ノズル（１）　（２）間において、支持格子
（３）によって所要の数並列支持された多数の燃料棒（
４）よりなる燃料集合体の一側面で、全部の支持格子間
に、支持格子間隔長７（４）よりも小なる長、さくＬ）
をもつ保護遮蔽板（５）が図では２本の燃料棒（４）に
跨ってこれを一体として束ねる如く取り付けられている
。

勿論、図ではすべての支持格子間に設けているが、実際
にバッフル流の流入する個所は前述の如く１〜２個所で
あるので、これを防止するに足る少くとも１個所以上で
あれば良いことは前述の通りである。

第２図は上記の如き燃料集合体をバッフル板つなぎ目に
装荷した状態の要部を拡大して示し、バッフル板（９）
のつなぎ目、即ちバッフル板￥　−？　ｙ　フ（１０）
に対向して保護遮蔽板（５）が位置する如く装荷されて
おり、燃料棒（４）は２本１体として夫々、板本体（６
）から突出したフィンガー（７）によって弾性突起（８
）を介して抱持されて振動に対する強力な抵抗力を有し
ている。

なお、燃料棒を抱持するフィンガー（７）をもつ保護遮
蔽板（５）の具体例が第３図に示される。

図示の保護遮蔽板（５）は上下が梢内方に屈曲し、隣接
燃料棒の挿入に支障のないように形成した、所要長さの
少くとも２本の燃料棒を遮蔽するに足る幅をもつ板本体
（６）からなっており、縦方向、横方向に適宜リブで補
強し、その内面に各燃料棒を上下において抱え込むフィ
ンガー（７）が隣接した燃料棒用フィンガー（７）間で
、かつ、又１個の燃料棒のフィンガーの互いに対向する
抱持部材間で何れも上下位相をずらして設けられている
。これは隣接抱持される燃料棒と、フィンガー（７）及
び隣接フィンガー同志の干渉による影響を避けるためで
ある。

しかも、板本体（６）には、更に熱水力的な影響を少な
くし、冷却材の流れを円ａならしめるための複数個の窓
孔（１１）を設けている〇 なお、図中（８）ハ第２図に図示した如き保持用突起で
ある。

従って、このような保護遮蔽板（５）では、燃料集合体
形成後においても容易に所定の個所に取り付は可能であ
り、又、取外しも容易で、操作性は極めて勝れている。

かくして上記の如き保護遮蔽板を具えた燃料集合体を採
用し、これを炉心バッフル板のつなぎ目に対向個所を含
み、その近傍に配置することにより、現在問題となって
いるバッフ　／ｌ／横流れジェット流による燃料の破損
の可能性を殆んど解消し、該部分に位置する燃料棒を保
護して安全運転を円滑に行なうことを可能とすると共に
、前述の実験結果より明らかなようにスパン間に装架さ
れる保護遮蔽板が装荷時、又は炉内で下方又は上方にず
れた場合でもバッフル横流れジェット流による振動を十
分防止することができる顕著な効果を発揮する。

しかも本発明燃料集合体では複数の燃料棒を束ねて一体
として遮蔽するため複数本同時の振動が起ることになり
振動に対する抵抗力をより一層強力とし、バッフル横流
れ流による影響を減殺して燃料棒の共鳴振動を一段と防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明燃料集合体の１例を示す斜視図、第２
図は、同要部平面図、第３図は、保護遮蔽板の１例を示
す一部省略、内面図、第４図乃至第５図は、保護遮蔽板
長さの共鳴振動発生に対する影響を示す図表である。 （４）・・・・・・・・・・・燃料棒、（５）・・・・
・・・・・・・保護遮蔽板。 （６）・・・・・・・・・板本体、（７）・・・・・・
・・・・・フィンガー。 （９）・・　−・くンフル板。 （ＴＯ）−−・−・バッフル板つなき目　　１１１゛　
　　　窓孔。 ”ｆ　ｉｉ’Ｆ　出願人’＋ｉＩＶ　’Ｑ　ｉ”ｔ　Ｉ
’、　ｒ　ｐ１式ζ′！？１代理人　弁理（：　　　宮
　　　イ・　　　奉第１図 第２１＜１ 第４図 保護ｙＩＡ遮蔽沃Ｏ五さ 第３図 第５図 ４８１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　原子炉炉心バッフル板のつなぎ目位置に装荷する
   燃料集合体であって、該集合体は、その外周面で支持格
   子間の少くとも１ケ所に複数の燃料棒を束ねてバッフル
   つなぎ目からの横流れジェット流を遮蔽する保護遮蔽板
   を有していることを特徴とする原子炉燃料集合体。 ａ　保護遮蔽板が炉心バッフル板のつなぎ目に対向する
   個所を含み、その近傍部に設けられた特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉燃料集合体。 ８、　保護遮蔽板が燃料棒に着脱自在かつ弾性的に取り
   付けられた特許請求の範囲第１項又は第２項記載の原子
   炉燃料集合体。 ４、　保護遮蔽板の燃料棒軸方向の遮蔽長さが支持格子
   間隔の楠以上である特許請求の範囲第１項第２項又は第
   ８項記載の原子炉燃料集合体。 ５、　保護遮蔽板が複数の燃料棒に対して遮蔽できる拡
   がりをもつ板本体の内面に前記複数の燃料棒を夫々別個
   に抱え込む各々少くとも上下複数個のフィンガーを有し
   て作られており、各上下複数個のフィンガーによって複
   数の燃料棒を夫々抱持してそれら複数の燃料棒を束ねて
   遮蔽している特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れか
   に記載の原子炉燃料集合体。 ６、　複数の燃料棒に対して遮蔽できる拡がりをもつ保
   護遮蔽板の板本体が複数個の窓孔を有している特許請求
   の範囲第５項記載の原子炉燃料集合体。