JPS59184884A - 核燃料集合体 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は核燃料集合体、特にラッピングワイヤを設（ブ
た燃料ピンを複数個植設してなる核燃料集合体に関する
。

［発明の技術的背景とその問題点］ 高速増殖炉では、炉心の出力密度が軽水炉に比べて大き
いので、炉心冷却材として液体金属が用いられる。そし
て、炉心は燃料集合体、ブランケット燃料集合体、反射
体、制御棒等から構成されており、炉心の中心部に配置
される燃料集合体は多数の細い燃料ピンから構成され、
核燃料ビンの間隔を正しく保って、その間隙に冷ｉｌｌ
材が流入するようにしなければならない。

第１図は、従来の高速増殖炉用の燃料集合体の断面図を
示すもので、同図に示すように、燃オ゛３１集合体は上
部にハンドリングヘッド１を被着し、下部にエントラン
スノズル２を接続したラッパ管３内に設けた固定部材４
上に複数本の燃料ピン５を植設配置したものである。原
子炉容器内には前記の如ぎ燃料集合体が多数装荷されて
炉心を構成する。そして、高速増殖炉では単位燃利要素
当りの発熱量が大きいので、燃料集合体内にも多量の液
体金属冷却材を流通させる必要があり、このため液体金
属冷却材をエントランスノズル２に設けた流入孔７から
ラッパ管３内に植設された多数の燃料ピン５の間隙を通
ってハンドリング１の流出孔６へと多数の冷却材を流す
必要がある。

ところで、燃料ピン５は第２図に示すような形状をして
いる。すなわち、燃料ピン５の下部９はラッパ管３内に
設けた固定部材４に固定しており、また隣接する燃料ピ
ン５との間の間隔を保って冷ＮＩＵ流路を確保づるため
に燃料ピン５の周りに螺旋状にラッピングワイヤ８か巻
かれており、このラッピングワイヤ８の上端１０および
下＠１１は燃料ピン５の上部および下部の周囲に固定さ
れている。この燃れｌビン５にラッピングワイヤ８を巻
く作業は通常常温で行なわれている。

一方、原子炉運転時（よ、燃料ピン５の温度は５００℃
〜６００℃にも達するので、ラッピングワイヤ８は熱膨
張することになる。さらに長期間の燃料照射によりスウ
ェリング等のためラッピングワイヤ８は伸びることが予
測される。しかしながら、このようなラッピングワイヤ
８の熱膨張あるいはスウェリングによるラッピングワイ
ヤ８の伸びと燃料ピン５の伸びは必ずしも一様でなく、
一般的にはラッピングワイヤ８の伸びの方が燃料ピン５
の伸びより大きくなり、ラッピングワイヤ８のたるみ現
象が予測される。つまり、原子炉運転中、熱膨張あるい
はスウェリング等によりラッピングワイヤ８が伸びてた
るみが生ずると、ラッピングワイＡ７８の巻きピッチ群
がずれるようになり、最熱の場合にはラッピングワイヤ
８が隣接燃料ビン５どうしの間隔保持の役目を果さなく
なり、隣接燃料ビン５どうしが接触して冷却月流路をふ
さいで、この部分の燃料ピンを異常加熱するようになり
、遂には燃料ピン５が溶融するという事故につながる恐
れがある。さらに、ラッピングワイヤ８が昇温時の伸び
あるいはスウェリングによるゆるみが生じると、冷却材
の流れによってラッピングワイヤ８が振動することも考
えられる。そして、このような振動状態が長時間続くと
、ラッピングワイヤ８が振動による繰り返し応力を受け
、疲労し、切断する原因にもなることが予測される。

［発明の目的］ 本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、ラッピングワイヤの全部あるいは一部に昇温時転位
温度以上になると変形覆る形状記憶合金を用い、原子炉
運転中または長期間の照射運転のスウェリングによりラ
ッピングワイヤが伸びてゆるむ分だけ形状記憶合金の変
形による縮みしるで吸収づるようにしたラッピングワイ
ヤを有する燃料ピンから構成される核燃料集合体を提供
覆るにある。

［発明の概要］ 本発明は、上記目的を達成するために、上部にハシ１ヘ
リングを被着し、下部にエントランスノズルを接続した
ラッパ管内の固定部材にその外周にラッピングワイヤを
巻き付は固定した燃ねビンを複数個植設してなる核燃料
集合体において、昇温時による前記ラッピングワイヤの
伸びまたはスウェリングによる前記ラッピングワイヤの
伸びによる歪を吸収する吸収装置を前記燃料ピンに設（
ブたものである。このような吸収装置は、ラッピングワ
イヤの一部または全部に温度によって記憶する形状記憶
合金から構成されており、この形状記憶合金としては例
えばニチノールと呼ばれるニッケル・チタン系合金が用
いられる。そして、形状記憶合金は合金組成割合を変る
ことによって転位温度を変ることができる。例えば５０
０”Ｃを転位温度に設定すると５００　’Ｃ以上では結
晶が偽斜方品源から安定な三方晶偽立方系となり、短時
間に変形する。また、記憶合金は、疲労特性にも優れ転
位温度を境に変形するとぎ材料そのものの弾性率に比べ
弾性が飛躍的に増大するため張力等も大ぎい。形状記憶
合金の張応力は５００　’Ｃで２５．４ｋ（］／ｍｍで
あるため燃料ビン用のラッピングワイヤとして１０ｋｃ
＋の張力をかけても強度は十分耐えられる。

φ　１．２ｍｍなら引張応力は８．８ｋｇ／ｎ１ｍ″′
＆なり許容引張応力以下であり、ラッピングワイヤの一
部として十分使える。また、燃ねビン本体と上部端栓と
からなる燃料ピンでは燃料ピン本体と上部端栓との間に
形状記憶合金または圧縮バネ等の吸収装置を配設するも
のである。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第３図は、本発明の一実施例を示す燃料ピンの概略側面
図であり、第２図と同一箇所には同一符号を附して説明
する。

第３図において、燃料ピン５の下端部９は第１図に示す
ラッパ管３内ｔこ設（づた固定部材４に固定され、また
隣接覆る燃料ビン５間の間隔を保ち冷却材流路を確保す
るために燃料ビン５のまわりに螺旋状にラッピングワイ
ヤ１２が巻かれている。

このラッピングワイヤ１２の上端部には転位温度の上下
の温度で形状記憶台金でできたコイル状記憶合金１３か
接続されている。このようなコイル状記憶合金１３を上
端部に右するラッピングワイ■７１２の両端は、燃料ビ
ン５の上部および下部の外周に溶接等の固着手段によっ
て固定されている。

そして、このコイル状記憶合金１３はそれ自身の特性に
より例えば３００°Ｃで転位し縮むように形状を記憶さ
せてあく。

燃料ピン５の外周に巻かれるラッピングワイヤ１２とし
て前記したようにこのラッピングワイヤ１２の上端部に
コイル状記憶合金１３を形成させておくと、原子炉運転
中燃料ビン５が３００　’Ｃ以上の高温に曝された場合
でもラッピングワイヤ１２の温度上昇による伸びをコイ
ル状記憶合金１３の縮み作用によって吸収し、また、燃
料ピン５とラッピングワイヤ１２のスウェリングによる
伸びが一様でない場合、特にラツビングワイＡ７１２の
伸びが大きいとき、そのゆるみ分だ（プ］イル状記憶合
金１３の縮Ｊノ作用で吸収し、さらに、原子炉運転中は
常にラッピングワイヤ１２が弛まないように約１０ｋｏ
の張力がかかるように設計しておく。そうすると、原子
炉運転中で−しラツピングワイへ７１２は所定の９４１
７巻ぎピッチｉＰで巻かれており、確実に隣接燃料ビン
５との間隔を保つので冷却材流路を確保することができ
る。ま１こ、スウェリング等によるラッピングワイヤの
イ申ひも吸収することができるので長期間健全な核煽；
料集合体を提供することができる。

前記実施例では、コイル状記憶合金１３をラッピングワ
イヤ１２の上端部に設けた場合（こつし１で説明してい
るが、コイル状記憶合金をラッピングワイヤの他の部分
に設けてもよいし、まｌこラッピングワイＡフ全部をコ
イル状記憶合金で製作しても前記実施例と同様に長期間
健全な核燃料集合イ本を提供することができる。

第４図は、本発明の他の実施例を示づ−もので、第３図
と同一箇所には同一符号を附して説１月−ｕ′る。

同図において、燃料ピン５の下端部９（よス″Ｓ１図【
こ示すラッパ管３内に設けた固定部々４４（こ１Ｎ定さ
れ、また、隣接づる燃料ピンとの間隔を保ち、冷却材流
路を確保Ｊるために燃料ビン５のまわり）こ螺Ｈ１状に
ラッピングワイヤ１６が巻ｈＸれてＩ／′Ｘる。このラ
ッピングワイヤ１６の一部ま１こ（ま全ＦＭＩを蛇１１
１１大記憶合金１７で製造し、原子炉運ｋ　’セなとの
賓−温時には蛇行状記憶合金１７が縮むよう（こｔ　’
４′）＜をも己憶させておき、ラッピングワイヤ１６の
熱膨ｌｌ長【こよるたるみを吸収する。また、スウェリ
ング等（こよるラッピングワイヤ１６の伸びも吸収づ−
る。なお、第５図は昇温時に蛇行状記憶合金１７カく縮
んだ状態を示すものである。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示づ−ものであ
る。同図において燃料ピン１８（ま燃料ピン本体１９と
上部端栓２０とから１１４成されて（Ｘる。

燃料ピン本体１９は上部に外筒２１を形成しｌこ１月筒
形状をなし、その下端部２２は第１図（こ示すラッパ管
３内に設けた固定部材４に固定さｆし、まＩこ隣接する
燃料ピン１８との間の間隙をイ呆ち、冷月１材流路を確
保するために燃料ピン１８のまわり（こ螺旋状のラッピ
ングワイヤ２３が巻７ＪＸれて（Ｘる。

このラッピングワイヤ２３の両端２４ｄ５よひ２５は、
それぞれ上部端栓２０の外周および燃１′」ビン本体１
９の下端部に溶接等の固着手段（こよって固定されてい
る。また、上部端栓２０４ま燃￥３１ピンオ＼体１９の
外筒２１内に嵌合づる内筒２６を８９（すており、きら
に、第８図に示すように燃料ビン本体１９と上部端栓２
０とが相互に回転しないように一方の燃料ビン本体１９
の上部の外筒２１にキー溝２７を形成し、他方の上部端
栓２０にはこのキー溝２７に嵌入するキー２８を上部端
栓の内筒２６の側面に設けている。そして、この内筒２
６の中にはコイルバネ状記憶合金２９を収納している。

このコイルバネ状記憶合金２９は常温時と比べて昇温時
は伸びるように形状を記憶させておく。

燃料ピン１８にラッピングワイヤ２３を巻くときは、コ
イルバネ状記憶合金２９は縮んだ状態を保ち燃料ビン本
体１９と上部端栓２０とは密着した状態になっている。

今、燃料ピン１８が原子炉運転時におけるように高温雰
囲気に曝されると、コイルバネ状記憶合金２９は伸びる
ため、上部端栓２０を押し上げ、第７図に示すような状
態となり、ラッピングワイヤ２３の昇温時による熱膨張
の伸びあるいはスウェリングによる伸ひを吸収し、ラッ
ピングワイヤ２３のたるみをなくす。

なお、ラッピングワイヤ２３に所定の張力１０ｋｇをか
けるためコイルバネ状記憶合金２９には約１１ｋＯのか
で上部端栓２０を押すよう（こ設ける必要がある。形状
記憶合金２９が変形するときの力は変形させる力に比べ
てはるかに大ぎいがらバネ定数１１　ｋｏ／ｎ＋ｎ＋に
相当する力を発生する形状記憶合金のバネを用いると所
定の１０ｋｇの力が得られる。

さらに、第６図の実施例におけるコイルバネ状記憶合金
２９の代りに弾性力をもつ圧縮バネを用いて常にラッピ
ングワイヤ２３を引張る状態に保ちラッピングワイヤ２
３の熱膨張による伸びおよびスウェリングによる伸びを
吸収するように構成することができる。また、本実施例
では、燃料ピンの上部に記憶合金または弾性バネを配置
した構成について説明しているが、これに限定それるも
のではなく、例えば燃料ピンの中間部あるいは下部に記
憶合金または弾性バネを配置する構成としてもよいこと
は勿論である。

［発明の効果］ 本発明による燃料ピンは、熱膨張のアンバランスまたは
長期にわたるスウェリング等によるラッピングワイヤの
ゆるみおよびたるみを防止することができるので、燃料
ビン相互間の間隔を保ち、冷却材の流路を確保できる。

したがって、ラッピングワイヤのたるみのため冷却材流
動による振動でラッピングワイＡ７が切断するのを防止
することができるし、また、燃料ピンどうしの接触によ
る異常発熱を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の核燃料集合体の縦断面図、第２図は従来
の燃料ピンの側面図、第３図は本発明の一実施例の側面
図、第４図および第５図は本発明の他の実施例の側面図
および昇温時の側面図、第６図および第７図は本発明の
ざらに他の実施例の一部断面で示した側面図および昇温
時の側面図、第８図は第６図におけるキー溝とキーとの
相対関係を示す概略図である。 １・・・ハンドリングヘッド ２・・・エントランスノズル ３・・・ラッパ管　　　　　４・・・固定部拐５．１８
・・・燃料ピン ８．１２．１６．２３・・・ラッピングヮイＶ１３．１
７．２９・・・形状記憶合金 １９・・・燃料ビン本体　　２ｏ・・・土部端栓２１・
・・外筒　　　　　　２６・・・内筒代月１人；ＩＩ　
Ｉｉ’　、１　　則　近　、・ル：　佑ｊｌＪか１名）
第　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部にハンドリングを、下部にエントランスノズ
   ルを接続したラッパ管内の固定部材に、その外周にラッ
   ピングワイヤを巻き（＝Ｉけ固定した燃料ピンを複数個
   植設してなる核燃料集合体において、昇温時またはスウ
   ェリング等による前記ラッピングワイヤの伸びによる歪
   を吸収する吸収装置を前記燃料ビンに設りたことを特徴
   とする核燃料集合体。
2. （２）ラッピングワイヤの少なくとも一部に温度によっ
   て形状を記憶する形状記憶合金からなる吸収装置占を用
   いている特許請求の範囲第１項記載の核燃料集合体。
3. （３）燃料ビン本体と上部端栓の間に形状記憶合金また
   は圧縮バネ等の吸収装置を配設した燃料ピンである特許
   ′［請求の範囲第１項記載の核燃料集合体。
4. （４）形状記憶合金はニッケルチタン合金である特許請
   求の範囲第２項記載の核燃料集合体。