JPS60205394A - 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］ 本発明は原子炉運転中に生じる燃料ビン束とラッパ管と
の間の径方向膨張差に起因する被覆管の偏平な断面突形
により被覆管が損傷することを防止した高速増殖炉のワ
イヤスペーサ型核燃料集合体に関する。

［発明の技術的背Ｉ！］ 従来、ワイヤスペーサ型燃料集合体は第１図に示すよう
に燃料ベレットを充填した薄肉１１１Ｊのステンレスｆ
ＪＡ製被覆管１の両端を上部端栓２及び下部端栓３によ
り封止して燃料ビン４を形成し、この燃料ビン４を正三
角形の格子状に配列して燃料ビン束を構成し、この燃料
ビン束を正六角形のラッパ管５に収納し、このラッパ管
５の上端にハンドリングヘッド６を取付は下端にエント
ランスノズル７を取付けて構成されている。そのエント
ランスノズル７は炉心支持板８により支持されている。

上記燃料ビン４はその下部が下部端栓３に設けれた孔に
ノックパー１０を挿入し、エントランスノズル７に固定
されている。

また、燃料ビン４の相互の間隔は各燃料ビン４にら旋状
に巻きつけられたワイヤスペーサ１１により一定に保持
されている。第２図は第１図のＡ−Ａ矢視方向断面を拡
大して横断面図で示している。前記核燃料集合体の半径
方向の炉心部上端位置における冷却材潤度分布を第２図
のＡ−Ｂ断面で示すと、第３図に示したようになる。す
なわち、ラッパ管５に接する最外周の冷ｎｌ材流路１２
は片側のみが発熱体としての燃料ピン４に而していない
。そのため冷却材の温度は内側の流路１３に流れる冷却
材の温度より低い。したがって、ラッパ管５の温度は燃
料ピン４の被覆管１およびワイヤスペーサ１１０渦度よ
りも低くなる。その結果ラッパ管５とその内部の燃料ピ
ン４およびワイヤスペーサ１１から成る燃料ビン束との
間に半径方向（ＡＢ力方向１の熱膨張差が生ずる。燃焼
の初期に生じるこの熱膨張差は０．１〜０．２ＩｌｌＩ
ｌ程度であり、製作時における燃料ピン間の正味のクリ
アランスによって吸収することができる。

［背景技術の問題点］ しかしながら、燃焼の増加とともに中性子照射によるス
ウェリングが生じ、その結果燃料ビン束とラッパ管の半
径方向の膨張差が増大する。

これはスウェリングが高速中性子照射量だけでなく温度
にも依存するため、ラッパ管５より温度の高い燃料ビン
束の方がスウェリング量が大きくなることに起因してい
る。

第４図は代表的な燃料集合体について高速中性子照射聞
の増加に伴う燃料ビン束とラッパ１！５の半径方向膨張
量の変化をラッパ管の横断面の一部と対応させて示した
ものである。図は高速中性子束の最も大きい炉心部中央
付近の膨張量である。

３ 高速中性子照射ｍが２．　Ｑｘ　１０　ｎ／＋ｊに達づ
−ると燃料ビン束の半径方向寸法１−　ｐはラッパ管の
寸法１ｗより約３．５１１ＩＩｌ大きくなる。燃料ビン
束とラッパ管の半径方向の寸法差が製作時の燃料ピン間
のクリアランスの和より大きくなると正三角形状の燃料
ビン配列がくずれ、冷却材の流路が変形するほか、ワイ
ヤスペーサ１１が被覆管１に食い込んだり被覆管１の断
面が偏平になりクラックが発生するなど燃料ピン４の破
損につながる現象が生ずる。

また偏平な被覆管１の変更のためベレツ１−１８ど被覆
管１の間にガス空間Ｇができ、ガス空間Ｇに接する部分
ではベレット１８の発熱を冷却できなくなりベレット１
８が部分的に異常発熱する恐３− れがある。

一方、燃焼の増加に伴なう上記寸法差を製作時の燃料ビ
ン４間のクリアランスにより吸収するためには燃料ピン
間のクリアランスをＱ、２ｍｍ以上にする必要がある。

この場合、燃焼初期では燃料ビン束はルーズになってい
るため燃料ピン４つ振動による被覆管１の摩耗損傷が生
じる可能性がある。

第５図は燃料ピン４が燃料束とラッパ管５の干渉ＢＷ　
Ｉ　（Ｂｕｎｄｌｅ　ｔｏ　Ｗｒａｐｐｅｒ−ｔｕｂｅ
　ｌ　ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によって力Ｆを受しプ被
覆管１が偏平に変形した状態を示している。被覆管１の
偏平な変形によって被覆管１にクラックが発生づる恐れ
がある。

また０部で示すように被覆管１の偏平な変形によって被
ｗＩ管１同志が接触し異常発熱して被覆管１が溶融する
事故にもなりかねない。第６図は燃料ピン４にワイヤス
ペーサ１１が巻きつけられている状態を部分的に示す斜
視図である。第７図は燃料ピン４の被覆管１が変形し偏
平な被覆管１の変形によってガス空間Ｇが生じた状態を
示す横断面４− 図である。このように被覆管１が偏平に変形するとガス
空間Ｇに面したベレット１８が部分的に冷却できず、異
常発熱する恐れがある。

Ｅ発明の目的］ 本発明は原子炉運転中に熱および中性子照射によって燃
料ビン束とラッパ管５の間に生ずる半径方向の膨張差に
ともなう上述の問題点を解消づることを可能にした高速
増殖炉用核燃料集合体を掟供することを目的とする。

［発明の概要１ 上記目的を達成するために本発明においてはＢＷｌの影
響を大きく受ける高さのラッパ管の四面（六つの面のう
ち）ふくらませた膨出部を形成して、燃料ビン束の膨張
分を前記膨出部の寸法的ゆとりによって吸収することが
できる高速増殖炉用核燃料集合体である。

［発明の実施例］ 以下、第８図から第１２図を参照しなから本発明に係る
核燃料集合体の一実施例を説明する。

第８図において、複数本の燃料ピン４の側面にはワイン
スペーサ１１が巻きつけられており、これらの燃料ピン
４はラッパ管５内に止めビン９およびノツバー１０によ
って固定されている。

ラッパ管５の側面には膨出部２０が形成されており、膨
出部２０には舌片２２がラッパ管５の内面から突出して
設けられ、舌片２２と膨出部２゜との間に溜部２１が形
成されている。ラッパ管５にはまた膨出部２０の上方に
スペーサパッド２５が取着されている。ラッパ管５の上
部にはハンドリングヘッド６が、下部にはエントランス
ノズル７が接続されており、エントランスノズル７は炉
心支持板８に挿入されて載置固定される。燃料ピン４は
被覆管１内に燃料ペレットが装填されており、被覆管１
の上下両端は上部端栓２および下部端栓３で密封されて
いる。燃料ピン４は第９図に示したように被覆管１の中
央部に炉心部２６が、この炉心部２６の上方に上部ブラ
ンケット部２７と下方に下部ブランケット部２５が設け
られ、上部ブランケット部２７と上部端栓２との間にガ
スブレナム部２８が設けられている。ここで、下部ブラ
ンケット部２５の長さをβ１とし、炉心部２６の長さを
（２とする。

そして、燃料ピン４の軸方向の湯度分布は第１０図に示
したように炉心部２６の中心より上部が最も高い温度に
なっている。

第１０図は横軸がＢＷＩＩＩを−で、縦軸を燃料ピンの
軸方向の長さを示している。

第１０図から明らかなようにＢＷｌｌは炉心部２６の中
心より上方向２０ＣＩｌｌが最も大きいことが認められ
る。

本発明は第８図の如＜ＢＷＩ量の最も大きい＾リラツバ
管５に膨出部２０を形成させている。

第１１図は第８図の膨出部２０の部分をとくに拡大した
図であり、第１２図は第１１図のＢ−８矢視切所所面図
である。第１２図から明らかなように六角形の各側面イ
ロハニホへを有するラッパ管５の側面イ、口、ハ、二の
４面のみに膨出部２０を形成している。膨出部２０には
前述したように舌片２２、溜部２１が設けられている。

燃焼末７− 期の燃料ピン４のスウェリング膨張によりワイヤスペー
サ１１のＨ部がラッパ管５側へ変位する。

この場合比較的肉厚が薄く力を加えれば変形する舌片２
２に当たり溜部２１の幅Ｓ以下の膨張を吸収できる。

ここで用いた舌片２２は燃焼初期燃料ビン束の膨張がな
い場合周辺の流路が大きくなり燃料束周辺の冷却材のみ
が流れ易くなり周辺部の温度が低くなる。いわゆる周辺
流水効果を防ぐため溜部２１を舌片２２で仕切ったもの
である。

ラッパ管５に膨出部２０を形成する加工方法はラッパ管
５の外周に型をはめて内圧を加えて第１１因、第１２図
に示すような形状に成形したものである。

また膨出部の形成方法としては第１３図および第１４図
で示したようにラッパ管５の側面イ、口、ハ、二の４面
の一部を切り取って窓２つをあけ、その窓２９に板片２
３を溶接することによって見力唱プ上ラッパ管５の一部
をふくらませて膨出部２１を形成した形状にできる。

８− 第１５図は本発明の他の実施例を横断面で示したもので
、この実施例では膨出部２０の側面にさらにスペーサパ
ッド２４を取着したものであり他の部分は第８図に示し
た実施例と同様である。

すなわち、第１２図におけるラッパ管５の膨出部２０を
有する側面イ、口、ハ、二面は隣りのラッパ管の膨出部
２０の面と密着する可能性があり、冷却材が流れ難くな
る。また、面接触をすると金属面同志でかじる等の問題
もあるので膨出部２０にスペーサバッド２４を取着する
。このスペーサパッド２４の取着は個所をイ、口、ホ、
内面のみ取り付けて膨出部を持つ面はスペーサパッド１
面、膨出部２０を有しない面ホ、へはスペーサパッド２
個で間隔を保ち豆いに正三角ピッチ配列になるようにし
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の核１１１！ｉ利集合体によ
ればラッパ管の一部を特定の面のみをふくらませ加工し
て膨出部を形成し燃料ビン束とラッパ管の径方向膨張差
を吸収し、燃料ビン束とラッパ管との強い機械的相互作
用ＢＷＩを緩和することができる。これにより被覆管の
偏平な変形、ワイヤスペーサの被覆管へのくい込みを防
止することが可能である。

本発明では六角ラッパ管の六角のうち４面のみ膨出部を
有する実施例について説明したが、少くとも２面、ある
いは６面に膨出部を形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の核燃料集合体を示す縦断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ矢視方向を切断し拡大して示す横断面図
、第３図は第２図に対応して描いた炉心部上端位置にお
ける燃料集合体内の冷却材温度分布を示す曲線図、第４
図は第２図Ａから８矢視方向の概略部分図および高速中
性子照射量の増加に伴う燃料ビン束とラッパ管の半径方
向の膨張差を示す曲線図、第５図は第２図における燃料
ピンとラッパ管の干渉ＢＷＩにより生じた被覆管の偏平
に変形した状態を一部拡大して示す横断面図、第６図は
第１図および第２図の燃料ピンを部分的に拡大して示す
斜視図、第７図は第５図における被覆管の偏平な変形に
よるベレットとの相対関係を示す横断面図、第８図は本
発明に係る核燃料集合体の一実施例を示す縦断面図、第
９図は第８図における燃料ビン内の構成を示す概略図、
第１０図は第９図の燃料ピンの軸方向のＢＷＩＭの分布
図、第１１図は第８図の膨出部近傍を拡大して示す縦断
面図、第１２図は第１１図のＢ−Ｂ矢視方向に切断して
示す横断面図、第１３図は本発明の他の実施例を示す要
部の縦断面図、第１４図は第１３図のＣ−Ｃ矢視方向を
切断して示す横断面図、第１５図は本発明のさらに他の
実施例を平面的に配列して示す横断面図である。 １・・・・・・・・・・・・被覆管 ２・・・・・・・・・・・・上部端栓 ３・・・・・・・・・・・・下部端栓 ４・・・・・・・・・・・・燃料ピン ５・・・・・・・・・・・・ラッパ管 ６・・・・・・・・・・・・ハンドリングヘッド７・・
・・・・・・・・・・エントランスノズル８・・・・・
・・・・・・・炉心支持板９・・・・・・・・・・・・
止めビン １０・・・・・・・・・・・・ノックバー１１・・・・
・・・・・・・・ワイヤスペーサ１２・・・・・・・・
・・・・冷却材流路１３・・・・・・・・・・・・内側
の流路１８・・・・・・・・・・・・ベレット２０・・
・・・・・・・・・・膨出部 ２１・・・・・・・・・・・・溜　部 ２２・・・・・・・・・・・・舌　片 ２３・・・・・・・・・・・・板　片 ２４・・・・・・・・・・・・スペーサパッド２５・・
・・・・・・・・・・下部ブランケット部２６・・・・
・・・・・・・・炉心部 ２７・・・・・・・・・・・・上部ブランケット部２８
・・・・・・・・・・・・ガスブレナム部２９・・・・
・・・・・・・・窓 Ｇ・・・・・・・・・・・・ガス空間 Ｃ・・・・・・・・・・・・被覆管接触部「・・・・・
・・・・・・・膨張差によって生ずるカ１　２− Ｐ・・・・・・・・・・・・ワイヤスペーサの巻ピッチ
代理人弁理士　須　山　佐　− 第３図 第４図 １５　憤祠巳ハ○小　１．５ 第５図 第７図 一ζｒ：ζ− 第６図 第８図　第９図 軸方向長さ 第１１図 ５６６−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤをら旋状に巻きつけた燃料ビン束をラッパ
   管内に収納して構成される高速増殖炉燃料集合体におい
   て、前記燃料ビン束のスウェリングによる径方向膨張を
   吸収すべく、ラッパ管の側面に膨出部を形成したことを
   特徴とする核燃料集合体。 〈２）前記膨出部が形成されたラッパ管の側面には該膨
   出部よりも上方にスペーサパッドが取着されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の核燃料集合体
   。