JPS59145994A - 原子炉用プリズム燃料要素 - 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】 本発明は一般に原子炉に使用する型式の燃料要素および
制御素子に関し、更に詳細にいえは、原子炉に使用する
プリズム燃料要素および制御要素に関する。各要素は一
端に隆起した密封フランジが形成され他端には補完する
密封凹所が形成され補完的に積重ねた関係にあると隣接
した炉心要素間を周辺密封関係にするようにしである。

原子炉技術、特に高温ガス冷却原子炉ではコラムに積重
ねた複数の炉心ブロックすなわち要素から成る原子炉の
炉心を設けろことが通例である。

炉心要素は燃料要素と制御要素かまたはそれらσ）糾合
わせから成るもので良い。本発明が関係する一般型式の
燃料ブロックすなわち要素θ）１例が米国特許第４，０
６０，４５０号に記載さＪｌ、この特許には大部分が黒
鉛から成り燃料棒または棒部分を選択的に収容し冷却材
が燃料要素を通過しやす（・ようにするほぼ円筒形の通
路すなわち溝を有する燃料要素すなわちブロックが示さ
れ記載されている。制御燃料要素はいく分似ているがま
た一般に制御棒、リバース停止パレットおよび出力棒用
の溝を含んでいる。更にまた、しはしは中心通路が設け
られ、この通路は燃料棒を完全にか部分的に延ひ燃料ブ
ロックを操作する燃料操作工具が入りやすいようにする
。はぼ平たし・端面を有するプリズム燃料要素および制
御燃料要素を使用する高温ガス冷却原子炉においては、
積重ねた要素間の界面に間隙が形成され冷却材の漏洩し
た流れが要素の冷却材溝を出入てきるようにすることが
ある。

隣接し、た積重ねた要素間に間隙が生じろと、渥洩燃料
は至近の冷却材溝を出入して流れ燃料要素内で／Ｇ冷却
材好ましくない状態で分布することになる。

本発明の主要な目的の１つは、新規な原子炉燃料要素ま
たは制御燃料要素すなわちブロックを提供することで、
この要素すなわちブロックの一端には隆起した密封フラ
ンジが形成され他端には補完する密封凹所が形成され、
従って、同様なプリズム燃料がほぼ垂直の関係に積重ね
られると燃料要素内に冷却材が好ましくない状態で分布
するのを防止するシールが形成されろ。

本発明の更に１つの堝′定の目的は、一端に隆起した周
辺審判フランジが形成され他端に補完ずろ審判凹所が形
成されているプリズム燃料要素または制御燃料要素を提
供することで、従って、積重ねた燃料要素間に流れ充満
空間と周辺シールとか形成され、１つの具体例では隆起
した密封フランジと補完する密封凹所とは積重ね／辷燃
利要素の間を選択的に並べやすいようにし、ぜん断負荷
に抵抗しまた燃料要素間の選択的配向識別を行う。

以下、本発明の実施例を図面を参服して詳細に説明する
。

添伺図面、特に第１図ないし第６図を参押すると、本発
明の１つの具体例が総体的に符号１０て示した燃料要素
の型式にしである。この燃料要素１０は高温ガス冷却原
子炉に従来使用された型式のものでプリズム形状のもの
であり、図示した具体例では６角形の外側面１２と両端
面とを有する６角形の燃料要素の形状をしていて、これ
ら両端面は６角形の燃料要素の長さ方向１ＦＪｌｌ線を
横切る平面に位置する頂面１４と底面１６とする。そわ
５ぞれ頂面１４および底面１６としたのは例示にすきず
あろ場合には川面と底面との呼称が前記したものとは逆
になるよう燃料要素を縦に逆さにすることもある。

燃料要素１０は黒鉛の如き従来技術の燃料要素材で作ら
れた６角形の周面１２を構成する平たい表面θ）それぞ
れに涜い長さ方向に形成されたほぼ半円筒形の複数の凹
所１２ａを有している。従って、複数の燃料要素が並置
した関係にして原子炉の炉心に積重ねられろと、向かい
合う側面と補完する凹所１２ａとがヘリウムの如き炉心
冷却流体が通る冷却材溝を形成する。

第２図には下部燃料要素１０と上部燃料要素１０′とし
て示しプこ２つの同じ燃料要素か部分的に示してあり、
これら燃料要素は上部要素１０′の下面１６が下部要素
１０の上面１４と並置関係となるよう軸線方向に並べて
積重ねである。各燃料要素すなわちブロックにはその長
さ方向にほぼ円筒形の孔すなわち盲孔２ｏが形成されほ
ぼ円筒形の燃料棒すなわちセグメント２２を収容し、各
燃料開口２゜は下端が閉じ理解できろように対応する燃
料棒を収容した後に上端が密閉されろ。各燃料要素には
貫通した６″ｉ′ぼ円筒形の複数の冷却側通路２６が燃
料棒２２と所定の並べた関係にして設けてあり、関係１
〜だ炉心の作用中ヘリウムの如き炉心冷却材が冷却材溝
２６を通過することにより燃料要素を所望程度冷却する
。燃料要素には上部燃料要素１０′にｄ、符号２８ａで
示し下部燃料要素１ｏにｄ、符号２８１〕でそれぞれ示
し工具孔と操作孔としてそれぞれ作用する中心開口すな
わち孔が形成さ」］。

でいろ。

本発明の１つの特徴によれは、燃料要素１Ｄの上端には
機械加工により符号３２で示した如ぎ隆起した周辺密封
フランジが形成さね、でし・ろ。密封フランジ６２は平
／？ｃい一ヒ面３２ａとほぼ直立の多角形の内側境界面
３２１〕とを有してし・ろ。而取りした表面すなわち斜
面３２ｃを表面ろ２ａ、３２ｂの交差面の内縁に設ける
ことが好ましい。密封フランジろ２は第６図に示した如
く外周に斜面ろ２ｄを形成することが好ましい。内側面
３２ｃｌの下縁は積重ね中応力が集中し炉心の作用中燃
料が通常運動するのを防止するよう形成された半径方向
わん曲部すなわち切取り面３２ｅを有している。゛燃オ
」要素１０（および１０′）の下面１６は総体的に符号
ろ６で示した多角形の密封凹所を有してし゛て、この密
封凹所ぽ機械加工で形成さね、図示した具体例でｄ、は
ぼ６角形の平／ζい基面３６ａと長さ方向に延びている
６角艙の周辺境界面ろ６　ｂとの形状にしである。表面
６６２．３６ｂ間にばｄぼ弧状の半径面すなわち切欠き
面３６ｃを形成して応力の集中を防止することが好まし
い。第２図と第３図とに示した具体例では、６角形の密
封７ランジ３２の高さは燃料要素の下面１６の周辺に形
成された基面３６ａにより形成した補完する密封凹所ろ
６の深さより僅かに犬て、従って、積重ねた関係にある
と表面３６ａは６角形フランジ６２の上面に着座する。

本発明の１つの特徴によれは、各燃料要素の上面を関係
した６角形の密」４フランジ６２から内方に機械加工し
て凹面１４ａを形成しこの凹面か真−にに積重ねた燃料
要素σ）下面１６と共働して充満空間ろ８を形成する。

このようにして、燃料要素をほぼ垂直に３１（シベで積
重ねろと、膚辺を密卦１した充満空間３８超玲却拐溝２
６間を炉心冷却材か制御さり、て横方向に流」１、ろよ
うにし、その結果炉心冷却材が積重ねた燃料要素にわた
りほぼ均−Ｖこ分布されることになる。密封フランジ３
２と補完ずろ密封凹所ろ６とは、燃料要素が積重ねた関
係にして組立てるとたとえ燃料要素すなわちブロックが
ケ（・に相対的に傾斜しても冷却材かｈ゛いに共伸力す
る燃料要素からりを方に流れるのを制限ずろンールを形
成するようにして形成さ」１．て℃・ろ。密＋１７ラン
ジ６２の６角形の内方境界面ろ２１〕と札′」］凹所６
６の補完ずろ６角形の夕１面３６（）との間Ｅｉｄ、燃
料要素を積重ねた関係にした時に一定した間隙が形成さ
れろようにすることがりｆましく、この間隙ｄ−約０．
０２インチであることが好ましい。充満空所６８ｄ、約
０．２５インチの高さで良い。

第４図と第５図とには本発明によるプリズム制商ｌ燃ヤ
１要素が総体的に符号４０で示してあイ）。制御燃料要
素４０幻、黒鉛で作ることかてき燃料要素１０に似た６
角形のプリズム構造を有している。

制御燃料尤素すなわちブロック４０は第４図に境界面４
２内に示した々Ｄ　＜長い燃料棒を所定に並べたものを
含むことができる。制御燃料要素４０はほぼ等しい直径
の６つの開口ずなわち溝４４．＋、４４１〕、４４ｃと
それより小さく・直径σ）溝４６とを有して（・で、こ
れら開口すなわち溝ｄ、制御燃料昔素の長さ方向にわ／
ζり延ひ原イ炉制御棒、リバース停止１−ペレットおよ
び出力棒を従来方法で導入しやすくする１、制御燃料要
素４ＤＶｃはまた中心の燃ネ・１操作孔すなわち開［コ
４８も公知の方法で形成されている。制御燃料要素４０
は６角形の周囲５０を有していて、この周＋ＭｉＫは燃
料要素１０に形成した前記凹所１２ａと同し目的で半円
筒形の長さ方向に延ひた凹所５０ａが形成されている。

制御燃料要素４０は端面に上方に隆起した６角形の周囲
密封フランジ５４を有していて、この端而は第４図に示
した如く制御燃料要素の上端として説明する。上方に隆
起した密封７ランジ５４は上面５４と、内側の６角形境
界面５４１〕と内方にテーパをイゴシた６角形の外側境
界面５４ｃとを有していて、これらの面は燃料要素１ｏ
の前記した６角形の密封フランジ３２を形成する面６２
ａ１６２１〕、３２ｃとそれぞれ似ている。面５４ａ、
５４１〕の交差個所には前記した斜面３２ｃに似ている
周辺斜面が形成されている。

制御燃料要素４０の底部端面は６角形の密封凹所５６を
有していて、この密封凹所は基面５６と６角形の内側境
界面５６ｂとにより形成されて℃・る。周囲のわん曲半
径面すなわち切欠き面５６Ｃを前記した密封凹所６６と
同様に面５６ａ、５６１）との交差個所に形成すること
が好ましい。

本発明の１つの特徴によれは、密封フランジ５４に半径
線６２で例示した如く、符号６０ａ、６０１）、６０ｃ
、６０ｄ、６０ｅで示したほぼ同じ半径の５つの角面が
形成されている。符号６Ｏｆで示した第６の角面は半径
線６４で示し／ζ如く犬きいわん曲半径を有している。

凹所５６も同様に複数の制御燃料要素すなわちブロック
４０を端と端をつないだ関係にして積重ねると積重ねた
制御燃料要素を適当に着座させるのに所定の配向を必要
とするような形状にしである。このことは溝４４　ａ−
ｃおよび４６を軸線方向に並べるため制御燃料要素には
特に望ましい。

制御燃料要素４０にはまた第４図に符号４４′ａ、４４
’））　−４４’ｃ　−４６’で示した如き密封陸部面
も設けてあり、これら密封面は開放した孔すなわち溝４
４ａ−ｃ−４６の周囲に延べている。密封陸部面は第５
図には種々の密封陸部面を代表するものとして示しであ
る。第５図を参照すると、陸部面は制御燃料要素の横方
向の平たい端面５０ｂから隆起していて積重ねたすぐ上
に位置して℃・る制御燃料要素の横方向の平たい底面５
０Ｃに係合して対応する開口すなわち溝４４ａ−ｃ、４
６の周囲の並置した底面を密封している。このようにし
て、制御棒、リバース停止ペレットおよび出力棒用の溝
が隣接した積重ねである制御燃料要素間に密封される。

隆起した密封面はまた積重ねた要素の端部間に充満空所
を形成する。

燃料要素１０の６角形密月フランジろ６に関して前記し
たように、制御燃料要素４０の上端に形成した６角形の
密封フランジ５４は基部端面から上方と考えられろ外方
にテーパをイ」シた６角形の内側境界面５４１）を有し
ていると好ましい。制御燃料要素４０の底面に形成され
た凹所５６の６角形の境界面５６１〕も同様にテーパが
イ；］シである。

このようにして、制御燃料要素の２つまたはそれ以上を
積重ねて組立てると、もし制御燃料要素か堡いに相対的
に僅かに傾斜しても制御燃料要素１の合わさる端部間の
周辺密封関係はそのままである。

従って、本発明によれは、互いに共働する端と端とを接
続した関係にして積重ねると端部を改良した密封関係を
有する原子炉用の燃料要素と制御燃料要素とを提供する
ものである。制御燃料要素の場合にｄ、積重ねた制御要
素に設けた６角形の密封フランジと互いに合わさる凹所
とを不規則にすることにより配向を明確にする。積重ね
た要素間で互いに係合する密封面を設けることにより一
方の要素すなわちブロックが他方の要素すなわちブロッ
クに相対的に傾斜て六ろようにし装入のため合わさる要
素を解放できるようにする。更にまた、積重ねた燃料要
素間に形成された充満空所の周囲には積重ねだ要素間に
所望の密封関係が保持されて積重ねた燃料要素内の冷却
相通路間に冷却棚を分布して冷却制が不児全に分布され
ないようにする。

本発明のな−ｒましし・具体例を例示して説明したが本
発明の広し・範囲内て本発明の原理を逸脱することなく
種々変更および変形できろことは胛解できよう。本発明
の種々の特徴が前記特許請求の範囲に記載されている。

【図面の簡単な説明】

第１図ｄ本発明に係る燃料要素すなわちブロックの遠見
斜視図、第２図は２つの積重ねた燃料要素を補完するよ
う密封した関係で示す拡大縦断部分図、第６図は２つの
積重ねた燃料要素間の密封関係を示す拡大詳細部分図、
第４図は本発明の制御・燃料要素の平面図、第５図は第
４図に示した型式であるが明確にするためテーノく伺き
密封面を離して示した拡大断面部分図である。 １０・・・ブロック　　　１２・・・・側壁１４．１６
・・・端　面　　６２・・　フランジろ６・・　凹所　
　　　ろ２１〕、３６ｂ・・・・・・境界面ろ８・・・
・充満空所　　　４０・・・・・制御燃料要素４４′ａ
、４６′・・・陵部 特Ｆ＋出願人　　ジーエイ・チクノロシーズ・インコー
ホレーテッド 図面の浄書（内容に変更なし） 本４圀 尾５図 ニック アメリカ合衆国カリフォルニア 州９２０２４リクアディア・エオル ス・アベニュー１６５２ 手続補正書（方式） ％式％ ろ、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 り　１イ　ンーエイ　プ７／ぴシ′−ス゛、う／づ−、
ｐｖ−７，、ド４代理人 ６、補正の対象

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉等に使用され長さ方向軸線を形成し該軸線
   をほぼ横切る両端面間に形成された正多角形状の周側壁
   を有するブロックから成るプリズム燃料要素において、
   端面の１つがその周囲に多角形の側壁とほぼ同様な多角
   形の平面形状にして形成された外方に延びる密封フラン
   ジを有し、他方の端面が多角形外面のほぼイ」近で周囲
   に形成さ」１゜た密封凹所を有し、密封フランジと密封
   凹所とが第１の燃料要素の密封フランジと第１の燃料要
   素に端部と端部とで接続して積重Ａつられた第２の燃料
   要素の密封凹所との間を補完密」λｊ関係にする表面部
   分を有していることを％徴とする原子炉用フリズム炉く
   利要素。、
2. （２）密封フランジと密封凹所とが２つまたはそれ以」
   二の数の燃料要素を密封して端と端とを接続して積重ね
   やすいような配向識別を要する不規則な平面形状を有し
   ている特許請求の範囲第１項のプリズム燃料要素。
3. （３）端面の少くとも１つにそのほぼ中上・に凹所が形
   成され積重ねた燃料要素間に所定の高さの流れ充満室を
   形成ｌ〜ている特許請求の範囲第１項のプリズム燃料要
   素。
4. （４）燃料要素が６角形の平面形状を何し、密封フラン
   ジと密封凹所とが同様な６角形平面形状を有している特
   許請求の範囲第１項のプリズム燃料要素。
5. （５）密計ｊフランジと密封凹所とが２つまたはそ」１
   ．す、上の数の燃料要素を頂部と底部とを積重ねた時補
   完するテーパ状係合面を形成するようテーパをイτ１し
   た内側境界面により一部分形成されている特許請求の範
   囲第１項のプリズム燃相−要素。
6. （６）　　ブロックＫ１−１：制御燃料要素を形成する
   よう複数の貫通した制御開口が形成され、制御燃料要素
   の両端面が制御燃料要素が頂部と底部とを接続して積重
   ねられると各制御開口の周囲に密封陵部を形成するよう
   に形成されている特許請求の範囲第１項のプリズム燃料
   要素。