JPS6133394B2

JPS6133394B2 -

Info

Publication number: JPS6133394B2
Application number: JP54016035A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kamei
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1986-08-01
Also published as: JPS55109991A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は原子炉に用いる燃料集合体に関する。
第１図は代表的な燃料集合体の縦断面図を示す。
核燃料集合体は、下部タイプレート２と複数個の
スペーサ７と上部タイプレート１３によつて支持
される多数の細長い燃料棒９を含む。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel assembly for use in a nuclear reactor.
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a typical fuel assembly.
The nuclear fuel assembly includes a number of elongated fuel rods 9 supported by a lower tie plate 2 , a plurality of spacers 7 and an upper tie plate 13 .

各燃料棒は、上部端栓１０と下部端栓３によつ
て被覆管５中に密封されるペレツト状UO₂燃料６
を含む。 Each fuel rod contains pelletized _UO2 fuel 6 sealed in a cladding tube 5 by an upper end plug 10 and a lower end plug 3.
including.

下部端栓は、下部タイプレート中に燃料棒本数
に等しく形成される支持空所４に支持されるため
のテーパを備えている。 The lower end plug has a taper for being supported in a support cavity 4 formed in the lower tie plate equal to the number of fuel rods.

上部端栓は、上部タイプレート中に燃料棒本数
に等しく形成される支持空所１１に支持されるた
めの延長部を備えている。 The upper end plug has an extension for being supported in a support cavity 11 formed in the upper tie plate equal to the number of fuel rods.

一方、下部タイプレート中の空所のいくつか
は、ネジ付き下部端栓を有する燃料棒（結合燃料
棒）を受け入れるためのネジを備えている。これ
らの同じ燃料棒の上部端栓延長部は、上部タイプ
レート中の空所を通るように引伸され、且つ保持
ナツト１２を受け入れるためのネジを備えてい
る。 On the other hand, some of the cavities in the lower tie plate are provided with threads for receiving fuel rods with threaded lower end plugs (bonded fuel rods). The upper end plug extensions of these same fuel rods are extended through cavities in the upper tie plate and are provided with threads for receiving retaining nuts 12.

燃料集合体は更に、正方形断面を有するチヤン
ネルボツクス８を含んでいるが、それは上下タイ
プレート及びスペーサと滑り適合し、脱着可能で
ある。 The fuel assembly further includes a channel box 8 having a square cross section which is slidably fitted and removable with the upper and lower tie plates and spacers.

チヤンネル・ボツクスの上端には貫通孔を有す
る耳片１５が溶接されており、このためチヤンネ
ル・ボツクスはボルト１４によつて上部タイプレ
ートと結合せしめられる。 A lug 15 having a through hole is welded to the upper end of the channel box, so that the channel box is connected to the upper tie plate by bolts 14.

外部スプリング１６は通常５〜10mm縮められた
状態で組込まれ、各燃料棒には組立状態において
１〜２Kgの圧縮力が均等に与えられている。この
ようにして燃料集合体は鉛直方向の圧縮力に対し
ては各燃料棒が均等に力を受け、引張力（例えば
Handling時）に対しては８本の結合燃料棒だけ
が力を受ける構造となつている。一方、従来設計
では、各燃料棒の出力は一定ではなく、従つて運
転時には必ず燃料棒に伸びの差があらわれること
になる。このような伸びの差は外部スプリングに
よつて吸収されるが、この際、結合燃料棒よりも
高い出力を経験する燃料棒には圧縮力が、又結合
燃料棒自身には引張力が作用する。又保持ナツト
１２及び上部端栓のネジ部にはせん断力が作用す
る。しかし運転中に燃料棒に軸力を与える事はい
ろいろな意味で好ましくない。例えば圧縮力は燃
料棒の曲がりの原因となるし、又引張力は被覆管
のクリープ変形を促進しPCMI（ペレツト―被覆
管相互作用）タイプの破損確率を高める。さらに
保持ナツトと上部端栓のネジ部との間に作用する
せん断力は、保持ナツトが抜ける方向に作用する
ので脱落事故の可能性が高まる。 The external spring 16 is normally assembled in a compressed state of 5 to 10 mm, and a compressive force of 1 to 2 kg is equally applied to each fuel rod in the assembled state. In this way, the fuel assembly is configured such that each fuel rod receives an equal force against vertical compressive forces, and tensile forces (e.g.
During handling), only the eight combined fuel rods receive the force. On the other hand, in the conventional design, the output of each fuel rod is not constant, and therefore, there is always a difference in the elongation of the fuel rods during operation. These differences in elongation are absorbed by external springs, with compressive forces acting on the fuel rods experiencing higher power than the combined fuel rods, and tensile forces acting on the combined fuel rods themselves. . Also, shear forces act on the retaining nut 12 and the threaded portion of the upper end plug. However, applying axial force to the fuel rods during operation is undesirable in many ways. For example, compressive forces can cause fuel rod bending, and tensile forces can promote cladding creep deformation, increasing the probability of PCMI (pellet-cladding interaction) type failures. Furthermore, the shearing force that acts between the retaining nut and the threaded portion of the upper end plug acts in the direction that the retaining nut will come off, increasing the possibility of the retaining nut coming off.

本発明は上述の事情を考慮してなされたもの
で、運転中に燃料棒に新たな軸力を発生させず、
燃料棒および構成部品の熱的、機械的健全性を向
上させた燃料集合体を得ることを目的としてい
る。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and does not generate new axial force on the fuel rod during operation.
The objective is to obtain a fuel assembly with improved thermal and mechanical integrity of the fuel rods and components.

以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説
明する。本発明の燃料集合体は複数の燃料棒をス
ペーサで束ね、上下をタイプレートで保持し、チ
ヤンネルに挿入して構成する。８×８型燃料集合
体では、第２図に示すように、最外周列のコーナ
ーから３番目および６番目の計８本が結合燃料棒
１８になつているが、本発明では、これらの結合
燃料棒１８に装てんされるUO₂燃料ペレツトの
U²³⁵濃縮度を調節して、その局所出力係数を特に
他の燃料棒９よりも高くしている。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fuel assembly of the present invention is constructed by bundling a plurality of fuel rods with spacers, holding the top and bottom with tie plates, and inserting them into a channel. In an 8×8 type fuel assembly, as shown in FIG. UO ₂ fuel pellets loaded into fuel rod 18
The U ²³⁵ enrichment is adjusted to make its local power factor particularly higher than the other fuel rods 9.

被覆管はすべて同一材料（ジルカロイ―２の完
全焼鈍材）であるから最大出力を経験する結合燃
料棒がもつとも大きな伸びを示すのは明らかであ
る。従つて上部タイプレート自身が結合燃料棒の
伸び分だけ上方へ移動するが、この場合その他の
燃料棒と上部タイプレートとは軸方向にフリーで
あるから、その他の燃料棒に引張力を与える事は
ない。 Since the cladding tubes are all of the same material (fully annealed Zircaloy-2), it is clear that the combined fuel rods experiencing maximum power will have a large elongation. Therefore, the upper tie plate itself moves upward by the amount of extension of the coupled fuel rods, but in this case, the other fuel rods and the upper tie plate are free in the axial direction, so no tensile force can be applied to the other fuel rods. There isn't.

その他の燃料棒では、結合燃料棒との伸びの差
だけ外部スプリングが開放されるので組立時の圧
縮力は減少するが、運転中に圧縮力が働いている
必要は全くないので、この現象は曲がりの発生に
対してむしろ良い方向と言える。又、運転中に結
合燃料棒に働く荷重は、従来技術と違つて組立時
の外部スプリングによる圧縮力だけであり、しか
も一定である。保持ナツトと上部端栓ネジ部との
間に作用するせん断力は、その他の燃料棒の外部
スプリングが開放された分だけ弱くなつている。
このように本発明では従来技術における問題がす
べて解決されるのである。 For other fuel rods, the external spring is released by the difference in elongation from the combined fuel rod, so the compression force during assembly is reduced, but there is no need for compression force to be applied during operation, so this phenomenon does not occur. It can be said that this is actually a good direction for the occurrence of bending. Further, unlike the prior art, the load acting on the combined fuel rods during operation is only the compressive force exerted by the external spring during assembly, and is constant. The shear force acting between the retaining nut and the upper end plug thread is reduced by the release of the external springs of the other fuel rods.
Thus, the present invention solves all the problems in the prior art.

第３図は従来技術における問題点を指摘するも
のである。すなわちａは組立時の状態を示し、こ
の状態において２本の燃料棒には等しいバネ力下
が作用している。ところが従来技術では結合燃料
棒１８よりも出力の高い燃料棒１７が必ず存在し
従つて運転時にはｂの如く伸びの差が現われる。
この為燃料棒１７には組立力Ｆの他に（l₁−l₂）×
ｋの圧縮力が新たに作用し、反対に結合燃料棒１
８には（l₁−l₂）×ｋの引張力が新たに加えられ
る。（ｋは外部スプリングのバネ定数である。）一方、保持ナツト１２と結合上部端栓１９との
間に作用するせん断力も、組立時には2F₁であつ
たのに運転時には2F₁＋（l₁−l₂）・ｋに増大する。 FIG. 3 points out problems in the prior art. That is, a shows the state at the time of assembly, and in this state, equal spring force is acting on the two fuel rods. However, in the prior art, there is always a fuel rod 17 with higher output than the combined fuel rod 18, and therefore, during operation, a difference in elongation appears as shown in b.
Therefore, in addition to the assembly force F, the fuel rod 17 has (l ₁ −l ₂ )×
A new compressive force k acts on the coupled fuel rod 1
A tensile force of (l ₁ −l ₂ )×k is newly added to 8. (k is the spring constant of the external spring.) On the other hand, the shear force acting between the retaining nut 12 and the coupling upper end plug 19 was 2F ₁ at the time of assembly, but it was 2F ₁ + (l ₁ − l ₂ )・k.

第４図は、本発明により従来技術の問題点が解
決される事を示すものである。すなわち、ａは第
３図同様組立時の状態を示し、この状態では従来
技術と全く同じ荷重Ｆがバネ力として作用してい
る。運転時にはやはり出力の差によつてｂの如く
伸びの差が現われるが、本発明では結合燃料棒の
出力がもつても高いので、伸びも最大となる。こ
のことにより燃料棒１７の外部スプリングは（l₂
−l₁）だけ開放され、燃料棒１７に作用する圧縮
力は（l₂−l₁）・ｋだけ減少する。 FIG. 4 shows that the problems of the prior art are solved by the present invention. That is, a shows the state at the time of assembly as in FIG. 3, and in this state, exactly the same load F as in the prior art is acting as a spring force. During operation, a difference in elongation appears as shown in b due to the difference in output, but in the present invention, since the output of the combined fuel rod is very high, the elongation is also maximized. As a result, the external spring of the fuel rod 17 is (l ₂
−l ₁ ), and the compressive force acting on the fuel rod 17 decreases by (l ₂ −l ₁ )·k.

一方、結合燃料棒１８に作用する荷重は、燃料
棒１７と上部タイプレートとが軸方向にフリーで
あるから運転時においても不変（圧縮力Ｆ）であ
る。又、保持ナツト１２と結合上部端栓との間に
作用するせん断力も（l₂−l₁）・ｋだけ減少する。 On the other hand, the load acting on the combined fuel rods 18 remains unchanged (compressive force F) even during operation because the fuel rods 17 and the upper tie plate are free in the axial direction. The shear force acting between the retaining nut 12 and the coupling upper end plug is also reduced by (l ₂ -l ₁ )·k.

但し、Ｆ以下には減少しない。 However, it will not decrease below F.

以上、説明したように、本発明の燃料集合体で
は、標準燃料棒に作用する軸力が減少し、燃料集
合体の健全性が向上する。 As described above, in the fuel assembly of the present invention, the axial force acting on the standard fuel rods is reduced, and the soundness of the fuel assembly is improved.

本発明の７×７型燃料集合体、９×９型燃料集
合体に適用した実施態様としては、７行７列型の
核燃料集合体の最外周の、コーナーから３番目及
び５番目の燃料棒（計８本）を結合燃料棒とする
核燃料集合体、９行９列型の核燃料集合体の最外
周の、コーナーから３番目及び７番目の燃料棒
（計８本）を結合燃料棒とする核燃料集合体があ
る。 In an embodiment of the present invention applied to a 7x7 fuel assembly and a 9x9 fuel assembly, the third and fifth fuel rods from the corner on the outermost periphery of a 7-row, 7-column nuclear fuel assembly are A nuclear fuel assembly in which (total of 8 rods) are combined fuel rods, and the third and seventh fuel rods from the corner (total of eight rods) on the outermost periphery of a 9-by-9 nuclear fuel assembly are combined fuel rods. There is a nuclear fuel assembly.

[Brief explanation of the drawing]

第１図は一般の燃料集合体を示す縦断面図、第
２図は本発明の一実施例の燃料棒配置を示す説明
図、第３図は従来の燃料集合体の問題点の説明図
第４図は本発明の作用、効果の説明図である。２……下部タイプレート、７……スペーサ、８
……チヤンネル、９……燃料棒、１３……上部タ
イプレート、１８……結合燃料棒。 FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a general fuel assembly, FIG. 2 is an explanatory view showing the fuel rod arrangement according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory view of problems with conventional fuel assemblies. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation and effect of the present invention. 2... Lower tie plate, 7... Spacer, 8
... Channel, 9 ... Fuel rod, 13 ... Upper tie plate, 18 ... Combined fuel rod.

Claims

[Claims]

1. In a fuel assembly constructed by bundling multiple fuel rods with spacers, holding the top and bottom with tie plates, and inserting them into a channel, the local power coefficient of the combined fuel rod is higher than that of other fuel rods. fuel assembly.