JPS60235090A - 沸騰水型原子炉用核燃料集合体 - 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】 本発明は一般に、原子炉用の核燃料集合体に関し、より
詳細には、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に特に使用するよ
うにした燃料集合体の新規な改良されたチャンイ・ルば
ね・ストッパ組立体に関するものである。

原子炉内の核分裂によって大量の熱エネルギーを発生さ
せることは良く知られている。このエネルギーは長い燃
料棒において熱として放散される。多数の燃料棒は、別
々に取出すことのできる燃料集合体を形成するようにグ
ループごとにまとめられている。これらの燃料集合体は
、典型的には、核分裂反応をするように、マドＩＪック
スの縦横配列に組付けられている。炉心は、典型的には
、流体、例えば軽水中に浸漬され、この流体は、燃料棒
から熱を取出すための冷却材として用いられると共に、
中性子減速材としても用いられる。

典型的な燃料集合体は２．上部タイプレートと下部タイ
プレートとの間に支持された７×７又は８×８配列の離
隔された細長い棒ないしはロンドによって例えば形成さ
れる。

これらの典型的な燃料集合体は例えば米国特許第５，３
５０＋２７５号、第３，４６６，２２６号及び第３．８
０２，９９５号明細書に開示されている。典型的な炉心
において、燃料集合体のマトリックス配列は、成る一定
の空間関係に保たねばならない。燃料集合体の間のチャ
ンネルに間隔を保つための既知の成る技法を示した米国
再発行特許第２７，１７３号明細書には、隣接した燃料
集合体にばね組立体を取付けることによって燃料集合体
の長さ及び幅の変化を補償し、隣接した燃料集合体のば
ねが相互に対しばね力を作用させることによって分離力
を保つようにした、ばね負荷技法が用いられている。こ
れらのばねに組合されたストッパ部材は、燃料集合体の
間の最小の分離を確実にするために使用される。

大型のＢＷＲ炉心には、典型的には、数１０体の燃料集
合体が用いられるが、どれらの全部が、各々の燃料交換
に際して除去され交換されるわけではない。そのため、
交換される燃料集合体は、炉心部の既存の燃料との間に
、寸法上からも、また物理的にも、相容性を示すべきで
あり、燃料集合体間のチャンネル又は燃料棒の運動と干
渉しないようにすべきである。

更に、交換される燃料集合体に取付けられるチャンネル
ばね・ストッパ組立体は、隣接する燃料集合体の間に一
定の空間的関係が保たれ、既存の燃料集合体の設計との
相容性のインターフェースが得られるように設計すべき
である。

交換される燃料集合体が、製造を容易にするように設計
されると共に、新しい燃料集合体を炉心内の既存の燃料
集合体に適合させる変通性をもつことも望ましい。

本発明の主な目的は、炉心内の既存の燃料集合体と交換
される燃料集合体とのインターフェースを取ることを可
能にする改良されたチャンネルばね・ストッパ組立体を
備えた、沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供することに
ある。

従って、本発明は、上部取付板組立体及び流通チャンネ
ル部材のほかに、チャンネルばね・ストッパ組立体を有
する、沸騰水型原子炉用燃料集合体であって、（ａ）該
上部取付板組立体から下方に、該流通チャンネル部材の
上部に沿ってその外側に延長している互いに直角に配置
された１対のばねを含む２方向性ばね部材と、（ｂ）該
上部取付板組立体上に該２方向性ばね部材を固定的に支
持し、該上部取付板組立体と該ばね部材との両方に、そ
の間の相対的な運動を許容するように係合している、ば
ねアダプタ部材と、（Ｃ）該上部取付板組立体から延長
してお９、該流通チャンネル部材から先に横方向に成る
所定の長さ突出する部分を有している、該ばねアダプタ
部材と別体のストッパ部材と、を、前記チャンネルばね
・ストッパ組立体が備えていることを特徴とする沸騰水
型原子炉用燃料集合体に存する。

次に図面に示した本発明の好ましい実施例について詳述
する。

第１図に示した燃料集合体１００は、流れに対し不透過
性の細長い外側流通チャンネル１０２を含み、外側流通
チャンネル１０２は、ジルカロイとして普通に知られる
ジルコニウム合金から好ましくは製造され、燃料集合体
１００のほぼ全長に沿って延長し、上部ヨーク１０４を
、図示しない下方の基部に構造的に連結している。

ヨーク１０４は、好ましくは、原子炉等級のステンレス
鋼からできている。

中央部の十字形ウォータ一部材１０６は、原子炉の過冷
却された中性子減速材のための、燃料集合体１００の長
さに沿った閉流路を中央部に形成している。中央部の十
字形ウォータ一部材１０６の最上端１０８は、流通チャ
ンネル１０２の上端の近傍にある。中央部のウォータ一
部材１０６０代わｖＶ−複数の減速材ロンドを使用する
形式の他のＢＷＲ用燃料集合体も本発明の範囲に含まれ
るものと考えられる。十字形ウォータ一部材を用いた燃
料集合体についての以下の説明は、単なる例であり、本
発明の範囲を制限するものではない。

典型的には、中央部の十字形ウォータ一部材１０６は、
流通チャンネル１０２の内側壁と共同して、燃料集合体
１００の長さに沿った４つの別々の細長い燃料部分、即
ち燃料区画＋１０に燃料集合体１００を仕切っている。

複数のシールされた通路１１２は、中央部のウォータ一
部材１０６を通って形成され一別々の燃料区画１１００
間に冷却材流を供与する。シールされた通路１１２は、
中央部のウォータ一部材１０６の長さに沿って分布され
ており、４つの別々の燃料区画１１０の１″）に各々配
置された４つの細長い隣接した部分燃料束１１４（サブ
アセンブリー）の間において、燃料束冷却材圧力を平衡
させる。

各々の燃料束１１４は、上部タイプレート１１６と、複
数の細長い燃料棒１２６とを備えている。図示した実施
例において、各々の燃料束１１４は、４×４配列に組付
けた１６本ずっの燃料棒１２６の複数の配列を備えてお
り、各々の燃料棒１２６は、上部端栓１２４を備えてい
る。明らかなように、これ以外の燃料マトリックス形態
を用いてもよい。

上部タイプレート１１６は、１組の連結された細い金属
板又は金属材片１１８から成り、鋳造、機械加工その他
任意の手段によって形成される。図示した４×４配列に
おいて、１６個の燃料棒格子位置の各々には、燃料棒１
２６の上部端栓１２４の細長い垂直延長部分１２２を滑
りばめで受けいれるために、小さな円筒状の通し孔１２
０がタイプレート１１６に穿孔ぞの他により形成されて
いる。上部タイプレート１１６と燃料棒１２６との間の
滑りばめによって、燃料棒１２６は、横方向に拘束され
るが、燃料棒１２６と上部タイプレート１１６との間の
相対的な軸方向の運動は許容される。複数の細長い所縮
ばね１２８は、上部端栓１２４の垂直延長部分１２２上
に配設してあり、燃料棒１２６を図示しない下部タイプ
レートに着座させておくために、Ｅ部タイプレート１１
６の下面に対して作用する。上部タイプレート１１６及
び下部タイプレートは、これらのタイプレートの間に延
長しそれに締着された１本以上の慣用されるタイロツド
（図示しない）によって、互いに離隔した位置に保たれ
ている。各々の燃料束１１４は、好ましくは２本のタイ
ロツドを備えている。

上部タイプレート１１６は、細長い直立支柱ないしは位
置決めビン１３０も備えておシ、この位置決めピンは、
ピン受けいト孔１６２に通され、滑りばめによって収納
され、燃料束１１４即 の横向き榊ち径方向の運動を抑制しながら、燃料束１１
４（サブアセンブリー）とヨーク１０４ている。

上部ヨーク１０４は、一体的に形成された１１フトヘー
ル即ちリフトハンドル１６４を備えておシ、このリフト
ハンドルは、ヨーク１０４のほぼ方形の枠体即ち上部取
付板組立体１３６から上方に突出し、組立体１３６を直
径方向に横断している。上部取付板組立体１３６は、好
ましくは、その両面間の流体圧力降下を最小にするため
に、最小の寸法及び質量をもつように設計されている。

ハンドル１３４は、配向表示ボス１３８を有し、燃料集
合体１００を垂直な姿勢でもち上げ取扱うためのリフト
機構がハンドル１６４と係合する。ヨーク１０４は、４
つの燃料束１１４をピン受けいれ孔１６２によシ互いに
連結することによって、燃料束１１４を一緒に移動させ
ることによシ、燃料束１１４相互間に生じうるローディ
ングを最小にする。

ヨーク１０４は、取付は支柱１４０も含み、この取付は
支柱は、好ましくは、取付板組立体１３６と一体的に形
成してあり、チャンネルばね組立体１４４とこのチャン
ネルばね組立体１４４を保持するための長いねじボルト
１４６とを受けいれるための長いねし孔１４２を備えて
いる。ボルト１４６は、２方向性の板ばね１５２とばね
アダプタ板１５４　（アングルプレート）とにそれぞれ
形成した１対の通し孔１４８゜１５０に通され、通し孔
１４２とのねじ結合によってばね組立体１４４を取付は
支柱１４０との係合状態に保持する。２方向性板ばね１
５２は、隣接した燃料集合体の対応した板ばねと接触し
、隣接した燃料集合体の間の間隔を保持し、成る１つの
燃料集合体から次の燃料集合体に荷重を伝達するように
なっている。

外側流通チャンネル１０２の上端部は、ばね組立体１４
４の径方向外方に突出した部分を受けいれるために、適
切な形状の複数の切欠き１５６を備えている。燃料集合
体のその他の詳細については本出願人の昭和５８年特許
願第６５７９５号明細書を参照されたい。

燃料集合体１００は、隣接した流通チャンネル１０２０
間の流路間分離を確実にするためのストッパ組立体１５
８を備えている。本発明の重要な特徴は、チャンネルば
ね組立体１４４がストッパ組立体１５８と構造的に別で
、それから隔だてられているのに、例えば米国再発行特
許第２７，１７３号明細書に記載されたような従来の技
術によるばね組立体及び止め組立体とも機能的に相互作
用するため、本発明による燃料組立体と従来の技術によ
る炉心の燃料集合体とのインターフェースが取れること
にある。なお、本発明による２方向性ばね１５２＆″ｉ
、従来の技術による燃料集合体の嵌合するばねに物理的
にインターフェースされてそれと相容性の荷重たわみ特
性を示すように構成されている。

ストッパ組立体１５８は、取付板組立体１３６のねじ孔
１６４と整列される通し孔１６２が形成された取付けフ
ランジ１６２を好ましくは備、ｔでいる。ボルト１６６
を使用してストッパ組立体１５８を取付板組立体１３６
に固定する。

ストッパ組立体１５８は、隣接した燃料集合体１００間
の最小の間隔を保つためのスペーサー１６８を更に備え
ている。このスペーサー１６８は、バンパー又は膨出バ
ンドとすることができ、冷却材流及び制御棒の運動のた
めに阿接した流通チャンネル１０２間に所定の最小の間
隙が確実に保たれるように、隣接した燃料集合体の最小
チャンネルスペーサー装置と共同作用するように、寸法
及び配置が定められている。なお、スペーサー１６８は
、隣接した流通チャンネル１０２間の空所に入りこんで
いる。

前述したように、図示した実施例において、ストッパ組
立体１５８は、既に炉心内にある交換すべき燃料集合体
の構造に依存して、種々のストッパ部材形態を使用しう
るように、枠体１６６に好捷しくはボルト締めされてい
る。なお、この変通性が必要ではない場合には、例えば
鋳造によってストッパ組立体１５８を取付板組立体１６
６と一体的に形成することができる。

このように本発明によって溝造上及び製造上の変通性が
実現される。流通チャンネル１０２は、どちらの場合に
も、突出したストッパ組立体１５８を受けいれるための
隅角部のスロットないしは切欠き１５６を備えている。

第１Ａ図に最もよく示すように、ストッパ組立体１５８
は、立上りリム１５９を有し、この立上りリム（は、フ
ランジ１６０の上方に延長し、ストッパ組立体１５８が
取付板組立体１３６に対して相対的に回動することを阻
止するように、取付板組立体１６６と係合している。

各々の２方向性の板ばね１５２は、好ましくは単一のば
ね材料片から形成された２個の板ばね１７０．１７２　
を、前述したように、捷だ第２゜６図に最もよく示した
ように備えている。板ばね１７０は、突出した扁平部分
１７４を、以下に詳述するように備えており、板ばね１
７２は、突出した二〜形部分１７６を備えており、ニー
形部分は、第２．３．５図に示すように、他の板ばね１
７０の扁平部分１７４のほぼ中央部と交差するほぼ水平
な平面に沿って形成されている。

２つの板ばね１７０　、１７２　は、ねじボルト１４６
を受けいれるための通し孔１４８を形成した頂部区画１
７８のところで接合されている。

アダプター板１５４は、支柱１４０±にばね組立体１４
４を支持すると共に、板ばね１５２が支柱１４０に対し
て相対的に回動することを阻止する。アダプター板１５
４は、アダプター板１５４０回動を阻止するように支柱
１４０の輪郭に従う形状のスカート部分１８０を備えて
いる。アダプター板１５４には、その１つの隅部におい
て、斜切部分１８２が形成されている。

板ばね１５２０回動を阻止するために、板ばね１５２を
所定位置にロックする手段が設けられている。この手段
は、下方に延長して斜切部分１８２と係合するフランジ
部分１８４から成っている。前述したように、アダプタ
ー板１５４は、ばね組立体１４４を支柱１４０に固着す
るためにねじ孔１４２及び頂部区画１７Ｂの通し孔１４
２と整列された通し孔１５０を備えている０ 別の方法として、チャンイ・ルばね組立体１４４及びス
トッパ組立体１５８は、第６図に従った形態としてもよ
く、ここで、チャンネルばね組立体１４４の頂部区画１
７８は、ばね組立体１４４０回動を阻止するためにアダ
プター板１５４の立上りフランジ１８７と共働するため
の斜切部分１８６を備えている。

前述したどの実施態様においても、ばね組立体１４４は
、アダプター板１５４によって、回転に対し拘束される
。

第４図には、４つの燃料集合体ＦＡＴ、ＦＡ２゜ＦＡＩ
、ＦＡ４から成る代表的な炉心の１区画が示され、各々
の燃料集合体ＦＡ１〜ＦＡ４１ｄ、ハンドル１６４を有
し、チャンネル１０２内に収容されている。冷却材流通
チャンネル１８８は、全部で８個の板はねと４個の向か
い合うストッパ組立体１５８とを備えた４個の共働する
ばね組立体１４４によって、流通チャンネル１０２の間
に保持されている。チャンネル１８８の内部には十字形
の制御棒組立体１９０がある。チャンネル１８８は、全
ての地震及び荷重条件の下に制御棒組立体１９０がチャ
／ネル１８８内を自由に通過することを許容するように
、成る最小幅に保つべきである。本発明の範囲に含壕れ
ない複数の軸方向に隔たてられた格子構造１９２を燃料
集合体１００と共に用いてもよい。

第９図には、典型的なニー彫版ばね／平板ばねの係合状
態が、対向したストッパ組立体１５８と共に図示されて
いる。

板ばね１７２のニー形部分１７６は、板ばね１７０の突
出した扁平部分１７４と係合している。ばね１７０，１
７２　は、支柱１４０に締着されておシ、アダプター板
１５４により回動に対し固定されている。支柱１４０は
枠体１３６に固定されているか又はこれと一体重に形成
されている。流通チャンネル１０２には、チャンネルは
ね組立体１４４及びストッパ組立体１５８を受けいれる
ためのスロット又は切欠き１５６が形成されている。ス
トッパ組立体１５８は、前述したように、スペーサー１
６８を備えており、これらのスペーサー１６８は、制御
棒組立体１９０を通過させるためのスペースヲ保つに足
りる長さ冷却材流通チャンネル１８８内に突入している
。

板ばね１７０の扁平部分１７４は、向かい合ら　丈区　
自重　ｉ　Ｆ　＋　衣　ど　Ｉ２　題摩　十ト七ド　η
−３俺浮　４Ｙ　１．斌−熔　未ヰ泡木合体１０００間
に伐る程度の軸方向の不整列又は運動を許容する。その
ため、過渡的々状態又は振動状態の下においても、燃料
集合体１００の上端は、成る限られた軸方向の範囲内に
おいて自由に移動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による取付はフランジ及びチャンネル
ばね組立体を示し、燃料集合体の頂部の、一部１ｄ断面
によって表わした部分的な立面図、第１Ａ図は、第１図
のストッパ組立体の上面図、第２，６図は、チャンネル
ばね組立体及びアダプター板の２つの異なった実施例を
示す分解斜視図、第４図は、チャンネルばね組立体を示
す、４つの隣接した燃料集合体の上面図、第５図は、第
４図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 １００・・燃料集合体、１０２・・流通チャンネル（流
通チャンネル部材）１．１３６・・上部取付板組立体、
１５２・・板ばね（２方向性ばね部材）　、’１５４・
・アダプター板（ばねアダブタ一部材）、１５８・・ス
トッパ組立体（ストッパ部材）、１７０，１７２　・・
板ばね。 兇ＩＡ図　児ＩＱ２１ 苓２図　篤３図 第４閉　篤５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上部取付板組立体及び流通チャンネル部材のほかに、チ
   ャンネルばねストッパ組立体を有する。沸騰水型原子炉
   用核燃料集合体であって、（ａ）　該上部取付板組立体
   から下方に、該流通チャンネル部材の上部に沿ってその
   外側に延長している互いに直角に配置された１対のばね
   を含む２方向性ばね部材と、 （１））　該上部取付板組立体上に該２方向性はね部材
   を固定的に支持し、該上部取付板組立体と該ばね部材と
   の両方に、その間の相対的な運動を阻止するように係合
   している、ばねアダプタ部材と、 （Ｃ）該上部取付板組立体から延長しておシ、該流通チ
   ャンネル部材から先に横方向に成る所定の長さ突出する
   部分を有している、該ばねアダプタ部材と別体のストッ
   パ部材と を、前記チャンオ・ルばね・ストッパ組立体が備えてい
   る沸騰水型原子炉用核燃料集合体。