JPS6113197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料集合体、特に、沸騰水型原子炉の
燃料集合体に関するものである。

沸騰水型原子炉においては、従来第１図に示す
ごとき燃料集合体が用いられている。この燃料集
合体は、多数の燃料要素１、上部タイプレート
２、下部タイプレート３、平板状角筒型チヤンネ
ルボツクス（以下、チヤンネルボツクスと称す
る）４およびスペーサ５からなつている。燃料要
素１の両端は上部タイプレート２、下部タイプレ
ート３によつて保持され、上部タイプレート２と
下部タイプレートはタイロツド（図示せず）によ
つて連結されている。燃料要素１の軸方向には複
数個のスペーサ５が挿入され、燃料要素１の相互
間に間隙ができるように燃料要素１を保持してい
る。この間隙は冷却材の流路６となる。このよう
にスペーサ５によつて保持された多数の燃料要素
１の外側にチヤンネルボツクス４が被覆され、チ
ヤンネルボツクス４の上端は上部タイプレート２
に固定され、チヤンネルボツクス４の下方には下
部タイプレート３の一部が挿入され、とまり嵌め
に近い状態で接している。

第２図はチヤンネルボツクス４とスペーサ５と
の関係を示す第１図のＡ−Ａ断面であつて、第１
図と同一部分には同一符号が付してある。燃料要
素１を収納する空間を形成するスペーサ５はほぼ
正方形のスペーサ外枠５０を有し、このスペーサ
外枠５０のコーナを除く部分には最外周の燃料要
素１１に相対する部分に凸部５１が設けられ、コ
ーナ部にはコーナ部に位置する燃料要素１２と他
の燃料要素との関係を正方格子状に位置決めして
押えるための燃料要素１２側への突出により生じ
た凹部５２が存在する。凸部５１および凹部５２
は最外周の燃料要素、例えば１１，１２とチヤン
ネルボツクス４との間隙８を適正に保つて最外周
の燃料要素１１，１２の冷却効果が妨げられるの
を防止している。

このような構造の燃料集合体は、原子炉内に装
填された場合、冷却材は下部タイプレート３から
燃料集合体内に流入し、流路６を上昇しながら燃
料要素１を冷却した後、上部タイプレート２より
流出する。原子炉の炉心部には多数の燃料集合体
が存在しており、各燃料集合体間には間隙がある
ため、この間隙にも冷却材が存在する。原子炉の
運転中における燃料集合体内の冷却材の圧力と燃
料集合体外の冷却材の圧力とを比較すると、内部
の冷却材の圧力が高い状態にあり、燃料集合体内
の圧力損失は下部においては少ないため、燃料集
合体内外の圧力差は下部において大きくなる傾向
にある。このように燃料集合体の内外に圧力差が
生じると、チヤンネルボツクス４は外方に押され
て拡大変形する。この傾向は原子炉の高温長時間
運転による熱的効果と中性子照射の効果が加わる
ことによつてさらに助長される。

このようにチヤンネルボツクス４が外方向に大
きく拡大変形すると種々の問題を生ずる。その第
一は、燃料集合体間に下方から挿入される制御棒
の操作が妨げられることで、原子炉の運転制御に
支障を来たす恐れがある。その第二は、下部タイ
プレート３とチヤンネルボツクス４の下部内側と
の間の間隙が増大し、この間隙から冷却材が燃料
集合体外へ流出することで、燃料要素１に対する
十分な冷却効果が損われる恐れがある。

このチヤンネルボツクス４の拡大変形は、チヤ
ンネルボツクス４の肉厚を従来の場合に較べて大
きくすることによつて抑制することができるが、
チヤンネルボツクス４の内側寸法を一定に保つた
状態で肉厚を大きくすると制御棒の通路が従来の
場合よりも狭くなり、また、外側寸法を一定に保
つた状態で肉厚を大きくすると冷却材の流路６の
断面積が従来の場合より小さくなつて流動抵抗が
増加する点で問題があり、さらにチヤンネルボツ
クス４の肉厚を大きくすることは、炉心内の中性
子吸収毒物質を増加させることになるので、中性
子経済の点からも好ましいことではない。

本発明はこのような問題点を除去し、チヤンネ
ルボツクスの外方向への拡大変形を効率良く抑制
できる構造の燃料集合体を提供することを目的と
するもので、角筒型チヤンネルボツクスと、この
チヤンネルボツクス内に内在する複数本の燃料要
素、この燃料要素の両端を保持する上部および下
部タイプレートおよび燃料要素相互間の間隔を一
定に保持するための複数個のスペーサとを有し、
スペーサの外枠にチヤンネルボツクスに内接する
複数個の凸部の設けられている燃料集合体におい
て、チヤンネルボツクス内面の前記燃料要素の下
部非沸騰部および軸方向出力ピーク位置近傍に対
向する部分に該内面と前記スペーサの外枠に設け
られた凸部によつて形成される空隙の軸方向延長
空間に突出する突出部を有することを第一の特徴
とし、同じく前記チヤンネルボツクス内面の前記
下部タイプレートとの嵌合部に同様の突起部を有
することを第二の特徴とするものである。

すなわち、本発明はチヤンネルボツクス内面に
設ける突起部をチヤンネルボツクスの変形を最も
効率良く防止できる位置に設けて所期の目的の達
成を可能とするものである。

以下、実施例について説明する。

第３図および第４図は一実施例を示すもので、
第１図および第２図と同一部分には同一符号が付
してあり、第１図および第２図の燃料集合体と異
なる点はチヤンネルボツクスの構造にある。この
チヤンネルボツクス９０には、下部タイプレート
３の上面直上部位置および燃料要素軸方向長さの
下端よりほぼ３分の１の位置に、それぞれ局所的
な突出部９０１および９０２が設けられている。

このチヤンネルボツクス９の突出部９０２は第
４図に示す如く、スペーサ外枠５０の凸部５１お
よび凹部５２によつて形成される構造と同一構造
を有するもので、第２図における間隙８内に突出
部９０２が設けられた構造となつており、その肉
厚はほぼ一定となつている。

このように突出部９０２をチヤンネルボツクス
９０に設けることにより、チヤンネルボツクス９
０の内外圧力差に対する抵抗力は大きくなり、内
外圧力差によりチヤンネルボツクス９０が外方向
へ拡大変形するのを阻止することができる。ま
た、突出部９０２の構造は前述の如く構成されて
いるので、従来の燃料要素およびスペーサの組立
体に被覆させることができ、チヤンネルボツクス
を構成する材料の使用量は従来のものと殆んど変
りなく、中性子経済の点でも不利な点はない。

さらに、突出部９０２はチヤンネルボツクス９
０の内面に設けられており、その外形寸法は従来
のチヤンネルボツクスの外形寸法と同一であるた
め、隣接するチヤンネルボツクス間の間隙が狭ま
ることがなく、従つて制御棒の駆動に対して支障
とならない。すなわち、突出部をチヤンネルボツ
クスの外面に突出させる場合には、それがたとえ
軸方向の一部に限られている場合においても、そ
の部分の隣接するチヤンネルボツクス間の間隙に
おいては制御棒の厚さおよび駆動空間が限定され
ることになるので、従来のチヤンネルボツクスを
使用している原子炉に使用する場合には、この部
分が制御棒に衝突し制御棒の駆動をさまたげるこ
とになるのに対して、この実施例の場合にはこの
ような障害は何等生じない。

また、このチヤンネルボツクス９０の突出部９
０１は下部タイプレート３上面直上部の位置すな
わち、非沸騰部に設けられており、チヤンネルボ
ツクス９０の下端部の拡大変形が抑制されるので
冷却材の燃料集合体外への流出を抑制することが
できる。さらにこのチヤンネルボツクス９０に
は、燃料要素軸方向長さの下端よりほぼ３分の１
の位置にも突出部９０２が設けられているが、こ
の位置はチヤンネルボツクスの拡大変形が、軸方
向下部で最大で上部になるに従つて減少する内外
圧力差と、軸方向中央部で最大である中性子束分
布の相乗効果により生じているため、最大となる
位置すなわち、軸方向出力ピーク位置である。こ
の突出部９０２の設置により制御棒の操作の妨害
を生ずることがなくなる。

なお、突出部の数および配置は実施例記載の位
置に限らずチヤンネルボツクスの拡大変更の望ま
しくない部分に設けることができる。しかし、突
出部を設けた部分は局所的に流通面積が減少して
冷却効果が下がるので、熱的余裕の少ない軸方向
中央位置に設けるのは望ましくない。この点で下
部タイプレート３の上面直上部の位置および燃料
要素軸方向長さの下端よりほぼ３分の１の位置は
熱的余裕のある位置である。

第５図および第６図は他の実施例を示すもの
で、第１〜第４図と同一部分には同一符号が付し
てあり、第３図および第４図のチヤンネルボツク
スと異なる点は、突出部９１２の部分を厚肉化し
た点で、チヤンネルボツクス９１の外形寸法は従
来のものと同一とし、突出部９１２の位置する部
分の厚さが厚くなつている。

このような厚肉化した突出部９１２を設けた場
合にはチヤンネルボツクス９１の外方向への拡大
変形に対する抵抗が前述の実施例の場合より大き
くなる。なお、厚肉化により中性子吸収毒物は若
干増加するが、従来の全面厚肉化した場合に較べ
ればその影響は無視し得る程度である。その他の
効果は第３図および第４図実施例の場合と同様で
ある。

第７図および第８図はさらに他の実施例を示す
もので、第１図〜第６図と同一部分には同一符号
が付してあり、第５図および第６図のチヤンネル
ボツクスと異なる点は突出部の設けられるチヤン
ネルボツクスの位置である。すなわち、このチヤ
ンネルボツクス９２の突出部９２１の断面形状は
第５図および第６図の実施例と同様であるが、こ
の実施例においては突出部９２１がチヤンネルボ
ツクス９２が下部タイプレート３１に嵌合する部
分に設けられている。すなわち、下部タイプレー
ト３１の外形をスペーサ外枠の外形と同一にし
て、スペーサ５を通過した突出部９２１が下部タ
イプレート３１と嵌合するよう配慮される。

このような構造とすることによつてチヤンネル
ボツクス９２下端部の拡大変形を抑制する効果が
さらに大きくなる。その他の効果は第３図および
第４図の場合と同様である。

以上の如く、本発明燃料集合体はチヤンネルボ
ツクスの外方向への拡大変形をチヤンネルボツク
スに設けた突出部の合理的な配置で効率良く抑制
可能な燃料集合体を提供するもので、工業的効果
の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体の概略を示す縦断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図、第
５図および第７図は本発明燃料集合体のそれぞれ
異なる実施例の概略を示す縦断面図、第４図、第
６図および第８図はそれぞれ第３図のＢ−Ｂ断面
図、第５図のＣ−Ｃ断面図および第７図のＤ−Ｄ
断面図である。 １……燃料要素、３，３１……下部タイプレー
ト、５……スペーサ、５０……スペーサ外枠、５
１……凸部、５２……凹部、９０，９１，９２…
…チヤンネルボツクス、９０１，９０２，９１
１，９１２，９２１……突出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 角筒型チヤンネルボツクスと、該チヤンネル
   ボツクス内に内在する複数本の燃料要素、該燃料
   要素の両端を保持する上部および下部タイプレー
   ト、および前記燃料要素相互間の間隔を一定に保
   持するための複数個のスペーサとを有し、前記ス
   ペーサの外枠に前記チヤンネルボツクスに内接す
   る複数個の凸部が設けられている燃料集合体にお
   いて、前記チヤンネルボツクス内面の前記燃料要
   素の下部非沸騰部および軸方向出力ピーク位置近
   傍に対向する部分に、前記内面と前記スペーサの
   外枠に設けられた凸部によつて形成される空隙の
   軸方向延長空間に突出する突出部を有することを
   特徴とする燃料集合体。 ２ 角筒型チヤンネルボツクスと、該チヤンネル
   ボツクス内に内在する複数本の燃料要素、該燃料
   要素の両端を保持する上部および下部タイプレー
   ト、および前記燃料要素相互間の間隔を一定に保
   持するための複数個のスペーサとを有し、前記ス
   ペーサの外枠に前記チヤンネルボツクスに内接す
   る複数個の凸部が設けられている燃料集合体にお
   いて、前記チヤンネルボツクス内面の前記下部タ
   イプレートとの嵌合部に、前記内面と前記スペー
   サの外枠に設けられた凸部によつて形成される空
   隙の軸方向延長空間に突出する突出部を有するこ
   とを特徴とする燃料集合体。