JPS5946588A - 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】 燃料棒間の間隔を維持する弾性装置によって該燃料棒が
横方向から支持される燃料集合体に関係している。

米国再発行特許第コざ，Ｏり９号明細書はこの種の燃料
集合体の典型的な構造を開示している。

この特許に開示された燃料集合体が含むグリッドにはば
ね指状部又はばね帯状部があって、これが横方向から燃
料棒に係合しその位置決めをしている。また、燃料棒は
下部端板上に乗っている。現在製造中の原子炉において
は、各燃料集合体は上部ノズルと下部ノズルとの間に配
設されている。原子炉の運転中に、燃料棒の温度の上昇
と中性子束の照射とを受けその両方によシ成長、即ち膨
張する。燃料棒が過大な応力を受けるのを防止するには
、燃料棒を下部ノズルより上方に懸架しておくのが望ま
しい。先行技術によれば、燃料棒を下部ノズルよシ上方
に懸架維持しておくのに、前述したばね指状部と燃料棒
との間の摩擦に頼っていた。しかしこれ瓜中性子束の照
射によりばね指状部の弛緩とその力の低下が生じるため
に、満足し得ないことが明らかになった。この現象は、
ジルカロイ合金即ちジル−ニウムから彦るばね指状部に
特に表われるが、この合金はその中性子吸収断面積が小
さいので該合金を使用するのが好ましい。弛緩を克服す
るために、いわゆる支持装置が提案されてきた。かかる
支持装置においては、インコネル合金等のばねをジルカ
ロイ合金のストリップに植設しているが、一種の金属で
できた支持装置を含む燃料集合体はコストが高くつき、
しかも製作が難しい。ばねの弛緩に対抗する別の提案は
、燃料棒に対して十分な接触面積を持つ大きなばね指状
部を設けることであるが、その結果できるグリッドは非
常に大きい。

上述した先行技術の燃料集合体の製造も費用の嵩むプロ
セスである。燃料棒間の間隔、即ち各燃料集合体におけ
るチャンネルスペースは所定の限界内に維持する必要が
あるが、先行技術の慣行では、燃料集合体の完成後に間
隔を測定していたので、もし間隔の測定値が規定の限界
から外れていれば、燃料集合体を再建造しなければなら
ない。

本発明の主な目的は、前述した先行技術の欠点を克服す
ることで６Ｄ、そして燃料棒の横方向の位置を維持する
だけでなく、燃料棒が下方に動いて下部ノズルに係合す
る傾向を抑制する燃料棒用の支持を行なう、比較的に複
雑でなく且つ低コストの構造と適度な寸法の燃料集合体
を提供するものである。

この目的から、本発明は、軸方向に隔置された複数のグ
リッド構造内に平行に支持される燃料棒群を有する原子
炉の燃料集合体において、１組の筒ユニットからなシ縦
方向に延びるブロックを複数個備え、前記複数個の各ブ
ロックの１組の筒ユニットは同軸であって、各筒ユニッ
トは内部につる巻ばねを有する７本の筒を含んでおシ、
７本の燃料棒が各１組の同軸の筒ユニット内を通って延
びると共に該筒ユニット内のつる巻ばねによって相当な
長さの一つ又はそれ以上の接触領域に沿って弾性的に支
持されてぃ（３） て、中性子束の照射による前記つる巻ばねの弛緩時に、
前記筒ユニットに沿う燃料棒の長手方向の変位を規制す
ることを特徴とするものである０ つる巻ばねは複数でよく、その等の端は、つる巻ばねが
筒の周囲に沿って均等に隔置され且つ燃料棒に対して釣
合いよく力を加えるようへ取着されている。筒の横断面
は燃料棒に対して要求される配列に応じて変わシ、円形
、楕円成長円形、多角形等でよい。つる巻ばねは断面が
円形、楕円形、長円形又は多角形のワイヤで形成されて
いる。通常、複数の又は１組の筒ユニットが７本の燃料
棒に沿って一様に隔置して配設され、該燃料棒に筒内の
つる巻ばねが相当な長さの接触領域に沿って係合する。

このような構造を本願明細書では燃料棒モジュールと呼
んでいる。各燃料棒に係合する筒内のつる巻ばねは、燃
料棒を中心に置かせるように力を加えている。燃料棒が
長いつる巻ばねを内部に有する長い唯１本の筒ユニット
を貫通する燃料棒モジ（ダ　） ニールも本発明の範囲内に入る。この場合、長いつる巻
ばねが相当な長さの接触領域に沿って燃料棒に係合し、
該燃料棒を中心に維持する。

各燃料棒モジュールにおける接触領域は相当な長さであ
るから、運転中の弛緩にもかかわらず、つる巻ばねは燃
料棒の横方向及び縦方向位置を維持するのに有効である
。

燃料集合体は複数の帯状ストラップを含むのが好ましく
、該帯状ストシップの内側に複数の燃料棒モジュールを
装着する。複数の燃料棒モジュールは、各燃料棒モジュ
ールの各長手方向位置にある複数の前二ニット　（本願
明細書ではこれを７組の筒ユニット又は／ブロックの前
二ニットと呼ぶことがしばしばある）を帯状ストラップ
内で層にして、矩形の列になって装着されている。各ブ
ロックの筒ユニット及びそのブロックが装着される帯状
ストラップは剛な構造に形成されている。各帯状ストラ
ップの壁部と該帯状ストシップ内のブロックの周辺にあ
る筒の少なくとも幾つか（通常全部）との間の接合部は
溶接されておシ、また、ブロック内の接触層の部間の接
合部の幾つか（通常全部）も溶接されている。注目すべ
き利点を有する本発明による燃料集合体は複数の帯状ス
トラップを含むのが普通であるが、筒のブロックを複数
個含む長い単一の帯状ストラップを有する燃料集合体も
本発明の範囲内に入る。

燃料集合体は燃料棒列間の所定位置に配置される複数の
制御棒シンブルを含む。該シンプルは筒よシも幾分直径
の小さい連続な管であって、半径方向の膨出部を備えて
おシ、該シンプルを囲む複数の筒が膨出部でシンプルを
支持している０ 本発明を通常実施する際、筒、ばね及び燃料棒の被覆管
はシルカμイ合金で構成する。ばねは中性子照射の下で
弛緩する。しかし、ばねは相当な長さの接触領域にわた
って燃料棒と係合するので、弛緩にもかかわらず燃料棒
の横方向位置及び長手方向位置は維持される。

本発明は、添付図面に例示したその好適な実施例に関す
る下記の説明から一周容易に明らかとなろう。

図示の燃料集合体、２１はグリッド構造又は帯状ストラ
ツプコ３に囲まれた複数の燃料棒モジュール２３を有す
る。各モジュールコ３（第７図）は燃料棒２９上に等間
隔で装着された複数の筒ユニットコクを備える。７本の
燃料棒の直径は９．！ｒ　ｒｎｒｘ　（０，３り４ｔ　
ｉｎ　）が一般的である。等間隔ではないのが望ましい
場合、それも本発明の範囲内に入る。各筒ユニットコク
　（第ｑ図、第６図、第５図）は複数のつる巻ばね３３
の入っｉｌ又は筒３ノを有する。これ等のばねは各節３
／の内周面の周シに一様に隔置されておシ、また、各節
３／にはその周囲に一様に隔置された複数の開口部３ｊ
が備えられている。開口部３５は、寄生的中性子吸収物
質をなくシ、つる巻ばね３３の装着のために備え、そし
て原子炉冷却材がよく混合するように冷却材の通過を容
易にする働きがある。つる巻ばね３３は複数の開口部の
対向する端３９に溶接される。即ち、（７） 各つる巻ばねは一つの開口部の下端３９と、この開口部
から円周方向に離間した別の開口部の上端とに溶接さｎ
ている。離間量はつる巻のピッチと巻数とに依存してお
シ、もしつる巻が完全に巻いていれば、離間量はない。

代表的には、各節３／は／　Ｊ、りｍｉｎの外径と、Ｏ
ｌり６朋の肉厚と、約３ｃｒｒＬの長さを有する。つる
巻ばね３３を形成するワイヤの直径は約Ｏ０り６朋であ
る。図示のように、筒３１の内周の周シに３本のつる巻
ばね３３がある。開口部３よけ３つあシ、それ等の長手
方向中心は筒３１の周囲をｌλ０°づつ離れて囲んでい
る。また、ばね３３の下端及び上端も筒３１の周囲を１
ｓｏ０づつ離れて囲んでいる。各ばね３３は１巻きの約
／／、？湾曲しておシ、各燃料棒２デには３個の筒ユニ
ットコクがある。

燃料棒モジュールコ３を囲む帯状スト２ツプコ５は大体
において矩形の形状をしている。各燃料集合体において
、複数のストラップλ！は整列しておシ、燃料棒モジュ
ールはストラップ（１＞ 内側に、筒ユニットを第１図に示すように層にして配設
される。複数の筒ユニットは各帯状ストラップ内側でほ
ぼ矩形のブロックを形成する。

各ブロックの周囲に沿った筒３１と帯状ストラップ２５
の壁グｌとの間の接合部グθは仮付は溶接されている。

溶接部はレーザでつくる融接でおるのが一般的である。

各ブロック内の筒３１と筒３／の間の接合部ｌＩＪも融
接されている。

融接は燃料集合体の頂部から行なうのが好ましい。所定
の位置で、制御棒（図示しない）用のシンプルＩＩ３が
ブロックを貫通している。代表的には、シンプルは外径
ｌコ、Ｊｌｉｌｌ、肉厚０．７６朋である。シンプル４
ｔ３は膨出部ｌＩｊを備えた管であって、隣接する筒３
ノに係合する該膨出部で筒より上方に支持される。隣接
する筒よシ下方の膨出部＋ｒはシンプルの上下方向の変
位を防止する。膨出部ｌＩ！ｒは組む前に又は後に形成
するととができる。帯状ストラツプコ！はその壁ダ／に
沿って耐震部ｔりを備えている。該耐震部は壁から外方
へ延びる突起である。第１図に示すように、隣接する燃
料集合体は耐震部ｑ７を間に入れて原子炉の炉心に装荷
されている０ 筒３１と筒３ノとの間の距離は燃料棒に関連して設定さ
れている。燃料棒の中心間距離はダ５〜！ｆＯｃＩｒＬ
離れている。

燃料棒モジュール２３、シンプル’７３及び帯状ストラ
ンプ２！ｒは複数の取付ジグ５／（第７３図）を使って
組み立てられ、燃料集合体−／になる。各取付ジグｊ／
は横部材！３と、脚部ＳＳ及び５７とを有するヨークで
あって、横部材Ｓ３は各側に２つの指３９を備えている
。指よ？と指５デとの間にはそｆ’Ｌ等に関して可動の
可動部材６ノが中央にある。指ｊ？は脚部Ｓ！と一体で
あシ、可動部材６／は脚部よ７と一倣即ち脚部３７に固
定されている。脚部５ｊと指３？の接合部にあるコーナ
ーを枢支ピン６３が貫通しておシ、可動部材６１及び脚
部５りはこのピン６３を中心として一緒に枢回する。ピ
ン６３と反対側の端において、指！？と可動部材６１と
には同心の穴６！が設けら詐ており、ロックピン６７が
穴≦３を貫通している。ロックピン６りを抜けば、可動
部材６１及び脚部３りが下方に枢回して脚部５りを取シ
除くので、取付ジグ５ノ内の完成燃料集合体を除去しう
る。

本発明を実施して燃料集合体を製造するに際して、開口
部３Ｓを有する筒３／と、膨出部４ｔ５を有するシンプ
ル１１．？と、ばね３３と、燃料棒コブと、帯状スト２
・ツブ２左の頂辺及び側辺になる板りｌ及びり３とを製
作する。板７ノ及びり３には耐震部ｌＩ７が設けられて
おシ、燃料′ｎ：Ｌ９の被覆管も含め全部品がジルカロ
イ合金で製作されている。しかし、被覆管がステンレス
鋼のような他の材料で構成されている燃料集合体も本発
明の範囲内に入る。

ばね３３を筒３／内に装着して筒ｚ＝ニット７を形成す
る。ばねの両端を離間した開口部３３の下端及び上端３
９に溶接する。図面に示すように、３つのばねと３つの
開口部があり、そしてばねが７７３巻きする長さである
場合には、（／／） 各ばねはその下端で一つの開口部３ｊの下端３９に溶接
され、その上端で、筒ユニットコアの頂面から見て上述
した一つの開口部の反時計方向にある次の開口部の上端
３ｑに溶接される。

複数の筒ユニット、２７を１本の燃料棒２９に装着する
ことによって燃料棒モジュールコ３が形成される。筒ユ
ニットは燃料棒２９に沿って一様に隔置される。ばね３
３は各部３／の周囲に沿って一様に隔置され、そして燃
料棒２９がそこに装着されている全部の筒の中央にくる
ように位置決めされている。ｐツクピン６７を穴６Ｓに
ムロた複数の取付ジグ１／　（第１３図）をそれ等の横
部材５３が同平面になるように整列させ、各取付ジグの
横部材ｊｔ３、脚部ｊ＆及びｓ７の内面に板７１及びり
３を設ける（第１コ図）。第１コ図に示すように、板７
ノ及び７３はそれ等の側辺に沿って結合しＵ形構造にし
ておくのが望ましい。しかし、取付ジグに別々の板り／
及び７３を配設することも本発明の範囲内である。最初
の列の燃料棒モジュール２３を、筒ユニットコアが横板
りｌ上で第１の層になるように、横板りｌに沿って置く
ｏ第３１と板７１との間の接合部ダ０を溶接する。また
、第１の層の端にちる筒３／と板７３との間の接合部も
溶接する。第一列目の燃料棒モジュール、２３を、との
列の筒ユニットコクがｇ／の層の筒ユニット上で第一の
層になるように、第１の層の上に置く。第１１第ａ層の
筒の接合部グーを溶接する。また、第１、第２層の各々
の端にある筒と板り３との間の接合部ｑｏも溶接する。

同じ方法で燃料棒モジュールのその他の列を、筒ユニッ
トコアがび形構造内で層になるようへ第３、第ダ、第３
等の列にして置くｏその他の各層の筒ユニットコアはそ
の直ぐ下の層の筒ユニット上にある・その他の各層の筒
とその下の層の筒との間の接合部４Ｉ−を溶接する。ま
た、板り３とその他の各層の端にある筒との間の接合部
も溶接する。このようにして実質的に剛な構造を造る。

代表的には、こうして組み立てた列は各方向にｌりの筒
ユニット位置のある、即ち全体で−ざデの筒ユニット位
置からなる正方形である。′筒ユニット位置”という表
現は、全ての位置に筒ユニット、２７があるわけではな
いことを考慮して使用されている。燃料集合体を製作す
るに際して、上述した剛な構造を組み立てているときに
シンプルダ３を挿入するためのスペースを残しておく。

板りｌ及びり３、燃料棒モジュール、２．？並びにシン
プルの組立てが完了した後、上の板りｌを横の板７３に
取着して帯状ストラツブコ５を完成する。燃料棒モジュ
ールコ３の列をＵ形になった板り／及び７３の中に配置
することによる燃料集合体の形成には利点があるが、筒
の矩形列を板り／及び７３に組み付けた後から燃料棒コ
？を同軸の筒ユニットコクに挿入することも本発明の範
囲内にある。燃料集合体−／を完全に構成した後、ロッ
クピン遥りを抜き、横部材６１及び脚部！りを下方へ枢
回させ、燃料集合体を取り出す。燃料集合体の形成中に
、制御棒間の間隔即ちチャンネル間隔を順繰シに測定し
て、燃料集合体が完成する前に該間隔が限界内ｖｃある
ことを確保するＯ 帯状ストラップ、２ｊｔの機能は燃料棒モジュール２３
の列及びシンプル／Ｉｓを枠にはめることである。帯状
ストラップλ３は、燃料集合体を原子炉の炉心（図示し
ない）に装荷する間に役立つ案内タブｇ／を備える。帯
状ストラ゛ツブ、２５にある耐震部ククは地震性のしよ
う乳中における燃料集合体２１間の横運動を減衰させる
。

本発明による燃料集合体の利点は次の通シである。

ｌ　対峙して均等に即ち対称的に隔置されたつる巻ばね
の合成力によって、燃料棒λデの横方向及び軸方向の保
持が行なわれる。

ユ　つる巻ばねが冷却材に乱流を生じさせるので、先行
技術の燃料集合体で必要であった混合羽根が不必要にな
るか、或は混合羽根の数が減少する。

３　燃料棒モジュール、２ｊを最初に組み立ててからそ
れ等を組み合わせ燃料集合体コ／にす（／、１） ることかできる。

ク　燃料棒被覆管の掻き傷がなくなるか、少なくなる。

左　１列ずつ積み重ねる作業であるから、チャンネル間
隔即ち制御棒間の間隔の作業量検査が容易である。

本発明に従って燃料集合体を製作する新規な方法には、
作業量検査が可能であるほか、次の利点がある。

ｌ　燃料棒の装荷応力を軽減ないしは排除する。

ユ　中間作業即ち骨格組立ての用意の必要がない０

【図面の簡単な説明】

第７図は本発明の実施例である燃料集合体の平面図、第
一図は第１図に示した燃料集合体の部分側面図、第３図
は帯状スト２ツブから延びる燃料集合体の一部の部分斜
視図、第ｑ図は本発明による燃料集合体に含まれる燃料
棒モジュールの筒ユニットの斜視図、第５図は該筒ユニ
ットの平面図、第６図は該筒ユニットの側面図、（／６
） 第７図は第６図の筒のみの端面図、第を図は第６図の■
−■線における断面図、第９図は本発明による燃料棒モ
ジュールの側面図、第１Ｏ図は第９図のＸ−Ｘ線におけ
る断面図、第１１図は本発明による燃料集合体を製作す
る方法を説明するための部分側面図、第７２図は第１／
図に示されている装置の部分平面図、第７３図は本発明
の方法を実施して本発明による燃料集合体を製作する際
に使用される取付ジグの斜視図である。 図中、コＩは燃料集合体、２３はグリッド構造（帯状ス
トラップ）、コクは筒ユニット、コクは燃料棒、３１は
筒、３３はつる巻ばねである。 特許出願人　　　ウェスチングハウス拳エレクトリック
φコーポレーション

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸方向に隔置された複数のグリッド構造内に平行に支持
   される燃料棒群を有する原子炉の燃料集合体であって、
   １組の筒ユニットからなシ縦方向に延びるブロックを複
   数個備え、前記複数個の各ブロックの１組の筒ユニット
   は同軸であって、各筒ユニットは内部につる巻ばねを有
   する１本の筒を含んでおシ、７本の燃料棒が各１組の同
   軸の筒、ｚ＝ニットを通って延びると共に該筒ユニット
   内のつる巻ばねによって相当な長さの一つ又はそれ以上
   の接触領域に沿って弾性的に支持されていて、中性子束
   の照射による前記つる巻ばねの弛緩時に、前記筒ユニッ
   トに沿う燃料棒の長手方向の変位を規制することを特徴
   とする原子炉の燃料集合体。