JPS61170692A - 原子炉の燃料集合体 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉用燃料集合体に係シ、特に下部タイプ
レートとチャ／ネルボックスの隙間からの冷却水漏洩量
が経時変化をしない構造の軽水炉用燃料集合体に好適な
ものである。

〔発明の背景〕

第２図に沸鴫水瑠原子炉用燃料集合体の部分断面図を示
した。燃料集合体は上部タイプレート１、下部タイプレ
ート２、複数の燃料棒３ａ、３ｂ。

チャンネルボックス４、フィンガースプリング５などで
構成されている。正方格子状に配列し次燃料棒３ａ、３
ｂは上部タイプレート１と下部タイプＶ−ト２で保持し
、上部タイプレート１と下部タイプレートはタイロッド
と呼ばれる複数の燃料棒３ｂによって連結しである。前
記した上部タイプＬ’−ト１、燃料棒３ａ、３ｂ及び下
部タイプレート２の周囲を略方形筒状のチャンネルボッ
クス　　　□４で包み、チャンネルボックス４は上端を
上部タイプレート１の支持部６にボルト７で固定する。

チャンネルボックス４の下端は燃料１１３ａ、３ｂの熱
膨張を吸収するために固定していない。

下部タイプレート２の下端から冷却水が流入し、チャン
ネルボックス４内を流れるが、その冷却水の一部が下部
タイプレート２とチャンネルボックス４の隙間から漏れ
出る。この漏洩冷却水量を制限するために下部タイプレ
ート２の四辺にフィンガーズブリングを設けている。

チャンネルボックス４の外側には冷却を必要とする制御
棒や炉内計装管（いずれも図示せず）がアリ、冷却水を
流しているのでチャンネルボックス４内からの冷却水漏
洩量を把掘して流量配分を決定できれば、チャンネルボ
ックス４からの冷却水漏洩は特に問題にならない。

このようにフィンガースプリングによって冷却、水漏洩
量を制限する方法に関連するものとして例えば特開５４
−１４２４８６がある。

しかし、チャンネルボックス４はジルカロイ−４製で、
その集合組織は非等方性である九め、中性子照射によっ
て成長し、クリープを生ずる。さらに、フィンガースプ
リング５の力が作用するのでチャンネルボックス４の下
端部は押し拡げられる。その上、沸騰水を原子炉では、
近年、省ウラン資源や使用済燃料の減量や発電コストの
低減などの点から燃料集合体の取り出し燃焼度を従来の
およそ１．５倍に増加させる計画がある。第３図に燃料
集合体の燃焼度とチャンネルボックス下端部のクリープ
による膨みの関係の実測値を示した。

従来の燃料集合体の平均取り出し燃焼度はおよそ２８Ｇ
Ｗｄ／ｌＵで、最高取り出し燃焼度はおよそ４０ＧＷｄ
／ｌＵである。燃焼度４０ＧＷｄ／　ｔ　Ｕでのチャン
ネルボックス下端部の径方向の最大膨みは約１．８■と
なる。最高取り出し燃焼度をＬ５倍の６００Ｗｄ／ｌＵ
にすると最大膨みは約１１＋ａ＋に増大すると外挿され
る。

このようにチャンネルボックス下端部が経時的色ψ拡が
ると、当然冷却水漏洩量も経時的に増大する分だけチャ
ンネルボックス内流量が低下し、原子炉の熱出力や熱効
率を低下させることが推定できる。さらに、チャンネル
ボックスの過大な膨みは燃料交換や検査の丸めの引抜き
や制御棒の駆動を妨げることも考えられる。また、燃焼
済燃料集合体からチャンネルボックスを引き抜き、再度
利用する構想もあるが、再利用が困難になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃料の燃焼と共に増大するチャンネル
ボックス下端部のクリープによる膨みを抑え、下部タイ
プレートとチャンネルボックスの間からの冷却水漏洩量
の増大を防止できる燃料集合体を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、基本構成として、複数の燃料棒の上部を保持
する上部タイプレートと、前記複数の燃料棒の下部を保
持する下部タイプレートと、前記複数の燃料棒から成る
燃料棒集合体を囲むチャンネルボックスとから成るもの
において、前記チャンネルボックスを前記上部タイプレ
ートに上下動自在に取り付け、前記下部タイプレートに
垂直荷重を水平内側方向に変換する手段を備え、前記変
換手段に前記チャンネルボックスを受けて前記チャンネ
ルボックスを下部タイプレートで支え九ことを特徴とし
た原子炉の燃料集合体を有し、すくなくともチャンネル
ボックスの自重を荷重の方向変換手段で水平内側にも分
力として変換してチャンネル下端のふくらみを分力によ
る強制力をもって防止するとともに、自重によるシール
力を得てチャンネルボックスからの漏洩量の変化を防止
するとともに、上下方向のチャンネルボックスの熱伸縮
をもチャンネルボックス上部の上下伸縮を許容しつつ吸
収してより一層チャンネルボックスのふくらみを抑制す
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第一実施例を第１図によって説明する。

上部タイプレート１の支持部６にねじ込みや溶接などの
方法でガイドピン８ｔ−固定する。

下部タイプレート２の外周部には内側に傾斜を持嘲２　
ａ　ｔチャンネルボックス４が乗るように設φる。チャ
ンネルボックス４の下端は下部タイプレートの段２ａの
傾斜に一致する傾斜を持九せる。

チャンネルボックス４の上端コーナ部に溶接した板９の
穴をガイドピン８が貫通するようにチャンネルボックス
４ｔ−燃料集合体にかぶせ、チャンネルボックス４の下
端を下部タイプレート２の段２ａに乗せる。チャンネル
ボックス４下端の傾斜と下部タイプレートの段２１の傾
斜はチャンネルボックスの重量によって密着し、チャン
ネルボックス４内の冷却水の漏洩を妨げる。

前記したように、チャンネルボックス４の重量は約３０
に９であり、流体の摩擦による押し上げ力を差引いても
２０に９以上の重さがあり、前記したシール面の密着を
十分に保つ。

チャンネルボックス４０重量を下部タイプレート２で受
けた場合、一番大きな影響を受けるのは燃料集合体を吊
り上げた場合にタイロッドに作用する応力である。燃料
集合体を吊り上げた場合、従来は大略３００に９の重量
ｔ−８本のタイロッドで郁り下げていたが、チャンネル
ボックス４の重量は約３０Ｋｆであるから１０％増加し
て３３０Ｋｆとなる。しかし、タイロッドの降伏応力が
約３０勤／１１１１１　”であるのに対し、従来の吊シ
上げてタイロッドに生ずる引張応力は十分に小さい１．
１１’ｖ／ｍ”程度であると試算されるので、引張応力
が１０％増加しても何ら問題にならない。

燃料棒（図示せず）が熱膨張すると上部タイプレート１
を押し上げるが、支持部６の上端と板９の下端との距離
ｔｉ５−燃料棒の熱膨張長さより大きくしておけば、ガ
イドピン８が板９の穴の中管滑動しながら上部タイプレ
ート１が上方に移動するだけで、チャンネルボックス４
下端のシール面の密着は保たれる。

チャンネルボックス４の重量は燃料の燃焼度や使用時間
によって変るものではないので、常に一定のシール面圧
が得られる。また、支持部６の高さを従来の支持部よシ
も低くすることによって距離ｔを確保できるのでチャン
ネルボックス４の全長を長くする必要はない。

下部タイプレート２とチャンネルボックス４の差込み長
さｈＨ１従来、フィンガースプリングの設置寸法と熱膨
張吸収長さによって制約を受けたが、本実施例では従来
のような制約がないので任意に決めることができる。

シール面の内向きの傾斜は、チャンネルボックス４の重
量による内向きの分力をチャンネルボックス４の端部に
作用させる。このため、チャンネルボックス４の端部は
外側に変形することはなく、内側への変形も下部タイプ
レート２の側壁によって抑制されるのでごく小さい。

従来、下部タイプレート２とチャンネルボックス４との
隙間のシールは、辺部に限定したり、コーナ部に特別な
工夫が必要であったが、本実施例はシール構造が簡単で
下部タイプレートの加工工数が著しく低減できるばかり
でなく、全周にわたり一様なシール効果が得られる。ま
た、シール面全周が内向きの傾斜を持っているために下
部タイプレート２とチャンネルボックス４のずれ金自動
簿調整する作用がある。

チャンネルボックス４はどこにも固定していないので検
査などでチャンネルボックス４だけを引き出す場合の作
業が簡単である。

以上に述べたように、本実施例によれば下記の効果があ
る。

（１）　　シール面の圧着力を常に一様に、一定に保つ
ことができる。

（２）チャンネル下端部のクリープによる変形をごく小
さく抑えることができる。

上記（１）、　（２）によって冷却水漏洩量の増大を防
止できる。

（３）　　下部タイプレート側面の構造が簡単であるた
めに製作工数が従来のものに比べて著しく少ない。

（４）　　下部タイプレートとチャンネルボックス下端
部のずれが自動的に修正される。

（５）　　下部タイプレートとチャンネルボックスの差
込み長さを任意に決められる。

（６）チャンネルボックスの引き抜きが容易である。

本発明のチャンネルボックス上端部の第２実施例を第４
図によって説明する。この実施例では第１実施例のチャ
ンネルボックス４上端の取付のみを改良し九。上部タイ
プレート１の支持部６にスタットボルト１（ｌ固定する
。このスタットボルト１０にチャンネルボックス４のコ
ーナ部に固定した板９の穴が貫通するようにチャンネル
ボックス４をかぶせ、板９上にのせた押しばね１３及び
座金１２とスタットボルト１０にねじ込んだナツト１１
によってチャンネルボックス４を下向きに押すものであ
る。逆に見れば、押ばね１３は上部タイプレート１を引
上げる力を発揮しているので、燃料棒の熱膨張による上
部タイプレート１の押し上げを助けこそすれ妨げること
はない。

仮りに押ばね１３による力の総和を６０Ｋｐとすると、
燃料集合体の吊り上げ時にタイロッドに作用する力ｅ−
１３９０に４となるが、引張応力は約１．４ｋ　／　−
１”となり、前実施例に示した試算と比較して問題ない
ことがわかる。燃料集合体ｔ−据付けた状態では、タイ
ロッドに作用する引張力は６０に４だけであり、全熱問
題にならない。

本実施例によれば、シール面の圧着力が増大し、一層シ
ール効果が良くなる。また、ボルトとナツトを採用した
ことで仮に燃料集合体を逆さにしたり、チャンネルボッ
クスに機械的な摩擦力が作用してもチャンネルボックス
が抜は出すことはない。

本発明の第３の実施例を第５図によって説明する。本実
施例は下部タイプレート２とチャンネルボックス４の端
面との間にシール材１４を介在させたものである。一体
枠状のシール材１４を下部タイプレート２の上方からか
ぶせ、シール材１４を下部タイプレートの段２ａに落付
かせた位置で複数のビス１５または溶接で下部タイプレ
ート２に固定する。シール材１４の上面はチャンネルボ
ックス４の端面の傾斜に一致する内向きの傾斜を与える
。

したがって、下部タイプレート２の段２ａＫは傾、１＋
を持せる必要がない。

シール材１４ｔ−分割して取付け、仮に分割部から若干
の冷却水漏洩が生じても経時的に漏洩量が増大する要因
は何本ない。

本実施例によればシールに適した材質のシール材を使用
することができ、シール材をビス止めにすれば交換も可
能となる。

本発明の第４の実施例管筒６図、第７図及び第８図によ
って説明する。本実施例は、チャンネルボックス下端部
を外側から押え、一層積標的にチャンネルボックスの膨
みを防止することを図ったものである。第６図はチャン
ネルボックス４が浮いている状態を示したものであるが
、断面がトの字形をし九板状のシールスプリング１６を
下部タイプレート２の四辺に配し、シールスプリング１
６の下端部をねじ止めや溶接などの方法で下部タイプレ
ート２の側壁に固定する。この状態では、シールスプリ
ング１６の固定部以上が外側にわずかに倒れ、先端が開
くのでチャンネルボックス４の挿入が容易になる。チャ
ンネルボックス４の重量がシールスプリングの横板１６
ａに作用すると、第７図に示したようにシールスプリン
グ１６が弾性変形し、シールスプリングの横板１６ａが
チャンネルボックス４の端面と下部タイプレートの段９
ａとに挾まれてシールすると共にシールスプリングの縦
板１６ｂがチャンネルボックス４の下部側面を内向きに
押してチャンネルボックス４端部ヤンネルボックス４の
内向きの変形も小さく抑えられる。

シールスプリング１６の設置が困難なコーナ部は第８図
の斜視図に示したように下部タイプレートの段２ａの高
さＨをシールスプリング横板１６ａの板厚ｔに等しいが
ま九はわずかに低い高にすることにより、チャンネルボ
ックス４端面との隙間を小さくして漏洩量を制限する。

本実施例によれば、チャンネルボックスの膨みを一層効
果的に防止できる。

本発明の第５の実施例を第９図および第１０図によって
説明する。Ｌ字形の板状シールスプリング１７０横板１
７３が下部タイプレートの段２ａ上になるように一端を
下部タイプレート２の側壁に固定した複数の蝶番１８の
他端に固定する。第９図及び第１０図のようにチャンネ
ルボックスが挿入されない状態では、蝶番１８を支点と
したシールスフリング１７０重量ハラ／スでシールスプ
リング１７は外側に倒れてチャンネルボックスの挿入を
容易にする。

シールスプリング１７が外側に倒れ過ぎないように蝶番
１８にはストッパ１９が取付けである。

シールスプリングの横板１７ａにチャンネルボックスの
重量が作用すると、前実施例と同様に、シールスプリン
グ横板１７ａｌｔ１チヤンネルボツクス端面と下部タイ
プレート段２ａの間に挾まれてシールを確保すると共に
シールスプリング縦板１７ｂがチャンネルボックスの下
端部を外側から押し、膨みを防止する。また、前実施例
と同様にチャンネルボックスの重量はシールスプリング
横板１７ａを介して下部タイプレート段２ａで受けるの
で、蝶番１８にはチャンネルボックスの重量を受ける機
械的強度は必要ない。コーナ部の漏洩・量制限方法も前
実施例と変らないので、冷却水漏洩とチャンネルボック
ス変形に対する効果は前実重廣形板状にしたために、ト
形板状に比べ、製作が容易になる。

本発明の第６の実施例を第１１図、第１２図及び第１３
図によって説明する。第１１図はチャンネルボックス４
が浮いている状態を示したが、下部タイプレート２の四
辺に設は皮溝２ｂの中に略り字形をし、溝２ｂの幅より
わずかに幅の狭いシールスプリング２０の横板２０ａが
上面に内向きの傾斜を持つ下部タイプレート段２ａに乗
るように設置する。このとき、横板２ａの内側が溝２ｂ
の底部に落込み、縦板２０ｂは溝２ｂの側壁に倒れかか
り、チャンネルボックス４の挿入を容易にする。

ストッパー２１は線状ま九は帯状の金属で、第１３図の
コーナ一部斜視図に示し念ように溝２ｂに納め次シール
スプリング２０の曲シ部の外側を横断し、両端を下部タ
イプレート２のコーナ部側壁に溶接しである。ストッパ
ー２１はシールスプリング２０が溝２ｂから脱落するの
を防止する九−Ｍもので、シールスプリング２０が溝２
ｂの中で傾ｔｋを変える程・度の自由度はある。

第１２図はチャンネルボックス４の重量がシールスプリ
ング横板２０ａに作用した状態であるが、内向きの傾斜
を持つ下部タイプレート段２ａと同じ傾斜を持つチャン
ネルボックス４端面とに横板２０ａが挾まれて下部タイ
プレート２の四辺をシールする。さらに、シールスプリ
ング縦板２０ｂがチャンネルボックス４の内面に軽く接
触し、シールする。コーナ一部のシール方法は第４の実
施例と同じである。チャンネルボックス４端面の傾斜は
、ｙ４１の実施例で述べたように、チャンネルボックス
４端部に内向きの力を作用させ、チャンネルボックス４
端部の膨みを防止する。

本実施例によれば、チャンネルボックスの端面と側面の
二重シールができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、使用期間や燃料の燃焼度に無関係に一
定なチャンネルボックスの自重をシール力に利用し、か
つ、チャンネルボックス下端部に内向きの力を作用させ
ることができるので、チャンネルボックス下端部の膨み
金抑え、チャンネル

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による燃料集合体の上下タ
イプレートとチャンネルボックスの取合関係を示した縦
断面図、第２図は同じ〈従来例における縦断面図、第３
図は燃料の燃焼度とチャンネルボックスの径方向の膨み
の関係を示したグラフ図、第４図は本発明の第２実施例
による上部タイプレートとチャンネルボックス上端との
取合関係を示す縦断面図、第５図は本発明の第３実施例
による下部タイプレートとチャンネルボックス下端との
取合関係を示す縦断面図、第６図は本発明の第４実施例
による下部タイプレートとチャンネルボックス下端との
組付け前の取合関係管示す縦断面図、第７図は同じく組
付け後の縦断面図、第８図は同じく組付け後の一部断面
表示による斜視図、第９図は本発明の第５実施例による
下部タイプレートの要部の縦断面図、第１０図は同じく
斜視図、第１１図は本発明の第６実施例による下部タイ
プレートとチャンネルボックス下端との組付け前の取合
関係を示す縦断面図、第１２図は同じく組付け後の縦断
面図、第１３図は第１１図に示した下部タイプレートと
シールスプリングとの取合間係を示した斜視図である。 １・・・上部タイプレート、２・・・下部タイプレート
、２ａ・・・下部タイプレート段、２ｂ・・・溝、４・
・・チャンネルボックス、６・・・支持部、８・・・ガ
イドビン、１０・・・スタンドボルト、１３・・・押ば
ね、１４・・・シール材、１６・・・シールスフリング
、１７・・・シールスプリング、１８・・・蝶番、１９
・・・ストツノ（−１２０・・・シールスプリング、２
１・・・ストッパー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃料棒の上部を保持する上部タイプレートと
   、前記複数の燃料棒の下部を保持する下部タイプレート
   と、前記複数の燃料棒から成る燃料棒集合体を囲むチャ
   ンネルボックスとから成るものにおいて、前記チャンネ
   ルボックスを前記上部タイプレートに上下動自在に取り
   付け、前記下部タイプレートに垂直荷重を水平内側方向
   に変換する手段を備え、前記変換手段に前記チャンネル
   ボックスを受けて前記チャンネルボックスを下部タイプ
   レートで支えたことを特徴とした原子炉の燃料集合体。 ２、特許請求の範囲の第１項において、下部タイプレー
   トに下部タイプレートの中央へゆくにしたがって下る斜
   面を設け、前記斜面にチャンネルボックスの下端面を受
   けて前記チャンネルボックスを前記下部タイプレートで
   支えたことを特徴とした原子炉の燃料集合体。 ３、特許請求の範囲の第２項において、下部タイプレー
   トに、前記下部タイプレートの中央へゆくにしたがって
   下る斜面を上部に備えたシール材を取り付け、前記シー
   ル材の前記斜面にチャンネルボックスの下端面を受けて
   、前記チャンネルボックスを前記シール材を介して前記
   タイプレートで支えたことを特徴とした原子炉の燃料集
   合体。 ４、特許請求の範囲の第１項において、チャンネルボッ
   クス下端面に対向する受け面と、前記チャンネルボック
   ス側面に対向する当て付け面とを備えた形状の部材を下
   部タイプレートに傾動自在に取り付け、前記受面に前記
   チャンネルボックスの下端面を受けて前記チャンネルボ
   ックスを前記部材を介して前記下部タイプレートで支え
   たことを特徴とした原子炉の燃料集合体。 ５、特許請求の範囲の第４項において、下部タイプレー
   トに溝を設け、前記溝に受け面と当て付け面とを備えた
   部材を前記当て付け面がチャンネルボックスの内側面に
   対向する配置で設け前記受け面の下部であって前記溝底
   部よりも上方に下部タイプレートの中央にゆくにしたが
   って下がる斜面を備えたことを特徴とした原子炉の燃料
   集合体。 ６、特許請求の範囲の第１項または第２項または第３項
   または第４項において、チャンネルボックスをばねで下
   方へ押し付けて、下部タイプレート方向側への押し付け
   力にばね力を付加増強したことを特徴とした原子炉の燃
   料集合体。 ７、特許請求の範囲の第６項において、上部タイプレー
   トに取り付けた垂直部材をチャンネルボックスから水平
   に突き出た板材にあけた穴に通し、前記垂直部材へ前記
   板材よりも上方において取り付けたばね受けと前記板材
   との間にコイルばねを備えたことを特徴とした原子炉の
   燃料集合体。