JPS58184579A - 核燃料棒組立体 - 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】 技術分野 本発明は隣接する核燃料組立体を間隔をおいてきっちり
と保持するための構造に係るものである。

更に具体的にいえば本発明は、原子炉容器の蓋を正しい
位置へ降ろしたとき燃料組立体から横方向に突出して隣
りの燃料組立体に係合するスプリングの構造に係るもの
である。

背景技術 最近の加圧水型原子炉内には普通２００本程０燃料組立
体が収容されている。各燃料組立体は８×８×１６０イ
ンチ（２０×２０×４１０センチメートル）程度の外側
寸法を有する燃料棒のアレーがら成って暫・る。中性子
経済を最大とするためもつとも望ましいことは燃料組立
体のすべての構成要素をジルカロイからつくるというこ
とである。これと対照的に、燃料組立体を支持している
原子炉容器の内部構造は３０４型ステンレス鋼からつく
られているのが普通である。

原子炉の運転中、−・、燃料組立体にか＼る力は燃料組
立体を僅かに横方向に歪ませようとする。この歪みの総
量の上限は燃料組立体間の横方向の隙間の総計である。

全部ジルカロイでつくられている組立体はステンレス鋼
やインコネルでつくられている組立体よりもそのような
歪みに敏感である。

その理由は、ジルカロイの膨張係数は組立体の上端と下
端とを位置ぎめする構造体の膨張係数よりも小さく、室
温から動作温度に上がるとき横方向の隙間を５０％も増
大させてしまうからである。

歪みは燃料の再装填を面倒なものとし、そして燃料組立
体間の水の通る間隙を不均一なものとすることにより出
力密度に変動を生ぜしめるので歪みは好ましいものでは
ない。

一つのやり方として燃料組立体の縦方向に沿って異なる
高さの平面レベルで格子の構造を変えて隣接燃料組立体
間の位置関係をきっちりさせ崩さないようにする。これ
に対し本発明は格子の材料や形を変えて解決しようとい
−うのではな（、原子炉容器の蓋をするときに作動され
て横方向に力を働かすスプリングを用いて必要な不変性
ゼ得ようとするものである。原子炉運転中燃料組立体間
に機械的支持を与え、そして検査や燃料組立体の取替え
のとき燃料組立体をスプリング接触から解放する位置に
スプリングを設ける。

発明の開示 本発明では各燃料組立体に渦管な設け、この渦管の下の
方に孔をあけそして渦管内にスプリングを取付けこのス
プリングは渦管の内側を棒が降りて（るとその棒に係合
して孔から突出するようにしている。

更に本発明では、燃料組立体を取付ける容器内に配置し
た上方案内構造体との接触によりスプリングん動棒が位
置決めされるようにしている。

本発明の他の目的、利点、特徴は以下の説明から当業者
には明らかとなろう。

最良の実施例 総説 炉心内で核燃料組立体を横方向に支持するための構造を
開示する。燃料組立体の支持体は炉心の幾つかの平面領
域において間隔をおいて配置されている。更に、炉心の
上方案内構造体を配置することによって支持が自動的に
行なわれる。更に詳しくいえば、上方案内構造体は燃料
組立体内で本発明の実施例と容器の蓋との間のリンクと
して配置されている。

横方向の支持を実行しているのはリーフスプリングであ
って、これらのスプリングは上方案内構造体を着座させ
るとき燃料組立体ホールドダウンプレートが押し下げる
棒により作動させられる。

これらのスプリングと棒とは各燃料組立体の４本の渦管
のそれぞれに収容されている。それ故、渦管とそれらの
棒とはあらかじめ燃料棒に対して意図された位置におか
れる。これらの渦管は外側の一辺％インチの正方形であ
り、内側の一辺が２％４インチの正方形であって、壁厚
は２４ミル程度である。各渦管の外面はそれの耐摩耗性
を高めるため「バフ」酸化されている。他の鋼鉄やイン
コネルよりも高い張力強度、照射によるストレス弛緩に
対する高い耐性ｉ良好な溶接性、そして小さい中性子吸
収断面を有するＡＭ−３５０という材料が、・１ らリーフスプリングをつくり、その厚みは２５−３５ミ
ル程度とする。少なくとも２つのスプリング取付法を開
示しており、その一方は押し棒へ取付けるのであり、他
方は渦管へ取付けるのである。

２枚又は３枚のリーフスプリングが各渦管内に取付けら
れており、各スプリングはスペーサグリッド位置にある
。スペーサグリッド位置にはどこでも最大４枚のスプリ
ングがあり、各隅部に一つｙつ、北、東、南そして西を
向いている。いずれの渦管においても・スプリングの方
向は交互になっていて、もし下方のスプリングが北を向
いているとその上の次のスプリングは西を向き、そして
頂部の（すなわちその次の）スプリングは北を′向くと
いうようになっている。

各燃料組立体にスプリングがかける横方向の支持荷重は
、格子レベル当り１５０−４００ポンドの範囲にあり、
スプリングの差の軸方向の膨張を制限することにより、
　ＢＯＬ高温スプリング負荷は変化しない。格子のスト
レス弛緩、クリープそして伸長のため負荷は時間の関数
として変化するが、そ□１□ の結果としての負荷の減少は許容し得る程度である。然
しなから、全システムの横方向のスプリング特性を最適
化するにはかなりの分析的な努力を必要とする。

燃料組立体の構造に本発明を適正に災施すると次の利点
を期待できる。

１、燃料組立体の屈曲は、そのような屈曲に伴なう不利
と一緒に取除かれる。

２、燃料組立体間の均一な間隙又は間隔を保持して付加
的なパワーを出せるようにし、又燃料故障を生じるよう
な作用が発生するおそれをなくす。

３、燃料組立体を取扱うための優良な案内装置が可能と
なり、そして案内装置の周りの燃料棒の摩損を排除する
。

４、燃料組立体は渦管そして横方向の力を発生するスプ
リングにより大いに強化される。

５、多数のスペーサ格子を排除することができ、しかも
燃料組立体の完全性を損なうことがない口 ６、特殊な格子を使用するよりも地震によ（耐え、そし
て格子による圧力降下は減少せしめられる。

７、薄壁の案内管にすることができる。

８、すべての状態においてＣＢＡは急速に緊急停止する
。

９、ボトム　ロック　ダウン　システムは更に容易に収
容されるようになる。

第１図を参照する。切開いて示す核燃料容器１内の典型
的な構造は多数の隣接核燃料組立体３がら成る炉心２、
燃料組立体の頂部のスプリング負荷したホールドダウン
プレートにのる燃料組立体アライメントプレート及び上
方の案内構造組立体５を含む。炉心の燃料組立体に入り
込む制御棒は図面を複雑にするため示してはいない。

容器１の入口６を通して炉心２により加熱する水を容器
に注入する。この水の注入は囲い７により容器内を下方
へ炉心の周りに案内される。容器１内で懸架されている
炉心２の下端で水をうけとり、水は水温を高める燃料組
立体を通って上っていく。加熱された水にせよ、蒸気に
せよ、その流体の流れは炉心の上端から放出され、そし
て出口８を出る。

第１図は容器１内の炉心の正しい配置を示す。

この炉心はそれの支持部で上方案内構造体５により保持
されており、上方案内構造体の重量は下向きに炉心の上
方端に向いている。本発明は炉心２の燃料組立体３のた
めに設けられた構造物に係るものである。

燃料組立体３ 第２図を参照する。燃料組立体３の一つを、それが炉心
２内で配向されているようにして斜視図で示している。

多数の燃料棒１ｏが正方形断面のフレームワーク内でグ
ループに分けられている。

横方向の力により燃料棒がずれないようにするため燃料
組立体の長さに沿って幾つかのスペーサ格子を設けると
よい。これらのスペーサ格子の設計と配置とは本発明の
実施例の部分ではな（、すべての燃料組立体に通常含ま
れるものとしてこ＼に′ｉ′″Ｌ　？、：　Ｋ　！ぎ７
゛・　　　　７・、、い燃料棒のアレイの四隅の各々に
正方形管１２が取付けられているが、その場所はもし正
方形管が取付けられていなげれば燃料棒が占めている場
所である。これらの正方形管から本発明はスプリング構
造体を横方向に突出又はのばして隣りの燃料組立体の正
方形管の外面に係合させようとしているのである。燃料
組立体の長さに沿って選択された垂直部所で作用するこ
のスプリング力が本発明の究極の目的を遂行して燃料組
立体間の寸法の不動性を維持する。

第２図は燃料組立体の上方端のフロープレート１３を示
している。炉心の頂部から放出される加熱水又は蒸気の
通路として適当な孔をフロープレートにあげておく。Ｃ
ＥＡ管１４はフローグレー）１３により上にのび、そし
てホールドダウンプレー）１５を貫通している。ＣＢＡ
の制御棒はこれらの管内に示されていない。図面を不必
要に複雑とするからである。スプリング１６は各Ｃ’Ｂ
Ａ管１４の上方端の周りに示され、フロープレート１３
とホールドダ材：、ンプレート１５との間をのび、ホー
ルドダウンプレート１５はスプリング負荷されている状
態で垂直に動（。

燃料組立体の各正方形陽管内にある押し俸１７の上端は
ホールドダウンプレート１５に取付けられている。ホー
ルドダウンプレート１５の従来の形状を変えて押し棒１
７の上方端へ適当に取付けれるようにして、上方案内構
造体がホールドダウンプレート１５を押し下げ、それに
つれて押し棒は管を下降していってスプリングを作動さ
せる。

第２図を補充するものとして示されている第３図は燃料
組立体の上端の構造を分解して示している。フロープレ
ート１３の各隅の孔を通って押し棒１７は、往復ホール
ドダウンプレート１５へ取付はうしているので、往復動
する。スプリング１６が取囲んでいるロッキングポスト
はＣＥＡ案内管の上方端を形成している。ホールドダウ
ンプレート１５はスプリングのカに抗して垂直に動き、
ロッキングポストはホールドダウンプレートの孔を通る
。これらの２枚の図面に示されている組立体は、ホール
ドダウンプレー）１５が動がされるとき燃料組立体の渦
管内で押し棒を作動する。

第４図は燃料組立体３の一つの隅の断面図である。第４
図は正方形の渦管１２の拡大断面を示している。更にこ
の図は、管１２内の押し棒１７を示している。この構成
の最終目的は管１２から横方向へスプリング２０を突出
させて燃料組立体３の隣りの燃料組立体内に取付けられ
た隣りの正方形管１２の側面に係合させることにある。

勿論この構成を燃料組立体の各隅に設ける。各隅の構成
の差は４枚のスプリング２０の突出方向である。

燃料組立体の各側面からスプリングを突出させて隣りの
燃料組立体に係合させるようにする。このようにして、
炉心のすべての燃料組立体は相互にしっかりとロックし
合うのである。

押し棒とスプリング組立体 第５．６図は燃料組立体３０代表的な正方形隅管な示す
。第５図は孔２２を含む正方形管１２０部分を示す。ス
プリング２０を管の内側に取付けて、それの中央部分は
押し棒の下降により孔２２から横方向に突出するように
する。

正方形管１２の壁へスプリング２０を取付けるのに多（
の方法がある。第５図は現在量も簡単と思われているも
のを示しており、それではスプリング２０の端２３を孔
より上の管の内壁ヘリベットで固定し、そしてループ２
４の形をつ（る。孔２２に配置されているスプリング２
０のあらかじめ曲げた中央部分２５にループ２４が続が
っていく。この中央部分２５の先のループ２６はループ
２４と同じである。スプリング２０は端２７で終り、こ
の端は管の内壁ヘリベットで固定されてもよいし、固定
されていなくてもよい。第５図の位置ではスプリングは
、押し棒１７がループ２４．２６を歪ませると孔２２か
らぐっと突出するような状態である。第６図では押し棒
１７は管内を押し下げられてスプリング２０のループ２
４．２６に衝合して、隣りの燃料組立体の表面に係合す
る程度にスプリングの中央部分２５を管の孔から押し出
している。

第５．６図のスプリング２０の形態と構造とは好ましい
ものであるが、押し棒！７の下降によって作動され管の
孔からスプリングの一部分を突出させて隣りの燃料組立
体に必要な力を働かせることができるのであれば他の形
態又は構造もよい。

第５．６図が全体として、そして又特定的に表わしてい
ることは、本発明の実施に当って正方形の隅管の壁にス
プリングを取付け、そして押し棒が管を下降してスプリ
ングに係合し、歪ませそして管内から横方向にスプリン
グを突出させるようにするということである。別のやり
方としては、スプリングを押し棒に取付けて、スプリン
グが横方向に作動されるようにしてもよい。第７．８図
は押し棒にスプリングを取付けた実施例を示している。

第７．８図は押し棒、スプリングそして管の構造を作動
前と作動後についてそれぞれ示している。

スプリングの取付は方は押し棒の端に示されているが、
容易に理解されることは棒に沿ってい（つかの場所に１
つ又はそれ以上のスプリングを取付け、セして管壁のそ
れに対応するい（つかの孔を出入りするようにでき・“
ろということである。

□ 第７．８図では正方形の隅管３０は管を下降する押し棒
３１と協働するものとして示されている。

リーフスプリング３２の上端を押し俸３１の下端へ取付
ける。スプリング３２の中央部分をあらかじめ曲げてお
く。孔３４の下に固い停止片３３を取付ける。第７図に
示す状態は、スプリング３２の下端が固い停止片３３に
係合し、押し俸をそれ以上下降させるとスプリングの中
央部分が屈曲して孔から突出して隣りの燃料組立体の表
面と衝合するようになるまで押し棒を下降させようとす
る状態である。

もし一つだけのスプリングしか正方形の隅管の長さに沿
って必要とされないのであれば、第７．８図の構成がよ
い。第７図の状態とその隣りの第８図の状態とを比較し
てみればスプリングが横方向に突出して本発明の目的を
達成しているものであることはすぐ理解されよう。押し
棒に複数のスプリングを一取付けることも可能であるが
、それについては詳述するまでもないことである。第７
．８図は、第５．６図に示したように管壁にスプリング
を取付ける代りに押し棒それ自体にスプリングを取付け
れることを十分に示している。

結　　　論 開示したことから明らかなことを貴官するのもある程度
有益であるかもしれない。実施例の特定の寸法と材料と
に気をとられて本発明の思想を看過してはならない。好
ましい実施例の細かい点から本発明の単純明快な対象を
見誤ることがあってはならない。

原子炉の炉心は、構成要素間の空間配置関係を崩そうと
する動水圧力、熱応力そして地震の力を５ける多くの部
分からつくられている。燃料組立体間の境界面でずれに
抵抗しようとするのが本発明である。更に廊しくいえば
、本発明は弾性スプリング構造体で支柱又は張り線をつ
（ろうとしているのである。

スプリング構造体を燃料組立体の長さに沿って配置する
。更に詳しくいえば、燃料組立体の隅に管を取付け、そ
してこれらの管の長さに沿って間隔を置いてあげた孔を
通してスプリング構造体を横方向に動かして隣りの組立
体と係合させる。炉心頂部に配置した重い上方構造体が
スプリング構造体を作動させ、すべてが原子炉容器内に
配置されると、スプリングは「肘」を出して隣りの燃料
組立体に衝合して燃料組立体全部を一体にし、反覆して
か＼る力に抵抗できるようにする。

斜上から本発明が本文に記載のすべての目的を達成し、
それに付随する利点を得るものであることを理解されよ
う。

ある特徴や組合せを他の特徴や組合せと関係なく利用し
てもよ（、そしてそのようなものは本発明の技術的思想
の範囲に屈するものである。

本発明の技術的思想の範囲内で多（の実施が可能である
ので、本文に説明しそして添付図に示した災施例を限定
的なものと解すべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した燃料組立体から成る第２図は
第１図の燃料組立体の一つの斜視図で１ ある。 第３図は第２図の燃料組立体の上端の分解斜視図である
。 第４図は第２図の燃料組立体の平面図である。 第５図と第６図とはスプリング動作を示す第２図の燃料
組立体の隅管の縦断面図である。 第７図と第８図とは別のスプリングの動作を示す縦断面
図である。 １・・核燃料容器、２・・炉心、３・・核燃料組立体、
５・・上方案内構造体、６・・入口、８・・出口、１０
・・燃料棒、１２・・正方形管、１３・傘フロープレー
ト、１４”−ＣＥＡ管、１５・・ホールドダウンプレー
ト、１６・・スプリング、１７；３１・・押し棒、２ｏ
・・スプリング、２２：３４・・孔、３２・リリーフス
プリング、３３・・停止片。 （１ 〕°ｆ　パ′　列・８・

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱しようとする水の通路に配置した核燃料棒組
   立体において、 核燃料棒組立体を垂直に支持するための方形のフレーム
   ワーク、 組立体の燃料棒と平行にフレームワークの各隅に取付け
   た渦管、 隣りの燃料組立体の渦管の外面に向いている各渦管の壁
   の少なくとも一つの孔、 少なくとも一つの管の孔を通って出て隣りの燃料組立体
   の渦管の外面と係合するよう作動するよう各渦管内に取
   付けられているスプリング構造体、 各渦管内を下降しヤ管内に取付けられたスプリング構造
   体と係合してスプリング構造体を作動する棒、及び 上方案内構造体がそれの作動位置にあるときスプリング
   構造体を作動する位置に棒を下降させるため棒と上方案
   内構造体との間を接続する手段 を含むことを特徴とする核燃料棒組立体。
2. （２）スプリング構造体を渦管に取付けた特許請求の範
   囲第１項に記載の核燃料棒組立体。
3. （３）スプリング構造体を棒に取付けた特許請求の範囲
   第１項に記載の核燃料棒組立体。
4. （４）スプリング構造体が板状であって、その両端の中
   間の部分で屈撓せしめられることにより孔から突出する
   ようにした特許請求の範囲第１項に記載の核燃料棒の組
   立体。
5. （５）各渦管に矩形の孔をあげた特許請求の範囲第１項
   に記載の核燃料棒の組立体。
6. （６）各渦管の孔がその渦管の一側に隣り合っている隣
   りの燃料組立体に向いている特許請求の範朋第１項に記
   載の核燃料棒の組立体。
7. （７）−辺が２０センチ（８インチ）程度の正方形横断
   面の核燃料棒組立体において、 少な（とも１つのジルカロのスペーサ格子：組立体の各
   隅にあって壁厚が０．６　ミ！Ｊ　（２４ミル）程度で
   組立体と同じ長さの正方形のジルカロイの管、 組立体から外方に隣りの組立体の表面に向いている各渦
   管の壁の孔、 管孔から横方向に突出して孔に面している渦管の表面と
   係合するよう中間部で屈撓する厚み０．６３−０．８７
   ５ミリ（２５−３５ミル）程度のＡＭ−３５０ステンレ
   ス鋼の平らなスプリング、 各渦管を下方にのびてその管内のスプリングを作動する
   ようになっている丸棒、及び上方案内構造体がそれの作
   動位置にあるとき棒を管内で下方へ移してスプリングを
   作動させるため棒の上端と上方案内構造体との間に設け
   たリンク を含むことを特徴とす仝核燃料棒組立体。