JPS6190086A

JPS6190086A - 核燃料集合体の格子構造

Info

Publication number: JPS6190086A
Application number: JP60218164A
Authority: JP
Inventors: ジヨン・ステイーブン・ケリー
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1986-05-08
Also published as: FR2571171A1; BE903366A; FR2571171B1; US4659542A

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】本発明は原子炉に関し、特に原子炉の核燃料要素、即ち
燃料棒を健全性を保持して装着又は位置決めする装置に
関するものである。

各燃料集合体の燃料要素が実質的な横方向変位に対して
抗するように、燃料要素を横方向から支持することが肝
要である。変位が生ずると燃料要素に沿う熱の分布が弁
内−になり、中性子束にピークが生して、ホットスポッ
トが発生するであろう。

米国再発行特許第２８，０７９号明細書が開示している
燃料要素の装着及び位置決め装置においては、横方向の
支持を与える格子は相互に嵌きしたスロット１寸きの複
数のストラップから構成されており、該ストラップが燃
料要素のセル又はチャンネルを画成している。第１組の
各ストラップがそのスロットて第２組のストラップのス
ロットに相互に差し込まれて交差する。各セルはストラ
ップの壁部分によって画成されている。１対の対向する
壁部分の一方がばねを有し、他方が該ばねと協働する突
起部又はディンプルを有する。一つのセル内の燃料要素
は、各１対の壁部分の一方にあるばねによって、各１対
の壁部分の対向する他方にある突起部との係合状態へ・
と、横方向に弾性的に押圧され、従って、横方向に支持
されている。通常、垂直方向に隔たった１対の突起部が
あり、一つの燃料要素との該突起部の接触領域は協働す
るばねの接触領域に関して対称である。原子炉内の圧力
下における座屈及び潰れに抗するため、格子構造は交差
したストラップをそれ等の交差部の領域で冶ｉ　　　　
金的に接合することによって剛になっている。

今までの慣行によると、上述した米国再発行特許に記載
されているように、ストラップはステンレス鋼から形成
するのが典型的であった。ストラップをそれ等の交差部
て炉内のろう付けにより投身することは可能である。ス
テンレス鋼はほどよく低い中性子吸収断面積を有する　
く熱中性子に対して典型的には約２バーン）。

原子炉の効率を改善するため、実質的にもつと低い中性
子吸収断面積の材料からなるストラップの格子構造を造
ることが望ましくなってきており、そのため、ジルコニ
ウム或はジルカロイ合金（典型的には熱中性子に対して
約、１７バーンの中性子吸収断面積）が選択されてきた
。ジルコニラ１１或はジルカロイ合金はろう付けによっ
て冶金的に接合することはてきない。従って、交差部の
領域で相互に差し込まれたストラップを溶接することに
よって、ジルカロイ合金からなる剛な格子構造を形成す
ることが必要である。典型的には、接１部はレーサービ
ームによって溶接しうるが、溶接を可能にする適切な金
属がなければならない。上述した米国再発行特許の格子
構造は溶接には有効でない。交差部の領域には、強固な
冶金的結自を形成するに足る十分な金属がない。全体的
に金属を厚くすることは重量、コスト１、寄生的中性子
損失を増すことになり、また、燃料要素を保持するため
に必要なスト・ラップ外へのばね及び突起部の変形に際
して問題を提起する。

本発明の主な目的は、ストラップの交差部領域で溶接す
ることによって潰れに対して抵抗性のある剛体に容易に
形服することができ、また、燃料要素の保持用ばね及び
突起部の変形を容易にする、核燃料要素を横方向から支
持する格子構造を提供することである。

本発明によれば、格子構造を形成するストラップは非一
様な厚さのものであり、ス１〜ラップが溶接によって接
きされるべき領域の厚さは残りのストラップ部分よりも
実質的に厚い。ストラップは、該ストラップが相互に嵌
きされるスロットに対して平行に、大きな相対的厚さの
帯状部分を有する。

これ等の帯状部分の間において、ストラップは実質的に
小さい厚さを有する。スロット・に平行な帯状部分はス
トラップの頂部から底部まで延長している。ストラップ
は肉厚の領域で、典型的にはレーザービームを使用して
、溶接により冶金的に接きされる。厚い帯状部分はスト
ラップの全高さに亙って延長しているので、ストラップ
は相当な強度と厚さとを有する。厚くなった帯状部分間
でストラップは薄くなっている。これ等の薄肉の領域に
おいて、ばね及び突起部又はディンプルを形成すべく金
属は容易に湾曲又は変形される。ストラップが非一様な
厚さであるために、高価なジルカロイ合金その他の材料
の使用量が、圧力降下や中性子の寄生的損失と同様に最
少になる。

本発明は、ジルカロイ合金製の燃料棒支持格子として格
別の利点を有するものであるが、潰れに対する抵抗性な
改善したり寄生的損失を減少したりする限り、ステンレ
ス鋼のようなその他の材ｆ−１の格子についても利点を
有するものである。

次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明する。

第１図及び第１八図に示した装置は、本発明を実施する
格子（格子構造）１３のような、縮方向に隔置された複
数の格子を存する燃料集合体である。格子１３は、複数
の外側又は周辺ストラップ１５ａ、１５（）と、交差し
た内側ストラップ１７ａ、１７ｂとから形成されており
、これ等のストラップがチャンオ・ル又はセルＩ９を画
成している。各セルを通って１本の燃料棒、即ち燃料要
素２１（或はシンプル等）が延長している。

各外側ストラップ１５ａは横断面が変化するものてあり
、薄い帯状部分２５ａ間に介装され縦方向に延びる厚い
帯状部分（ストラップ部分）２３ａを有する。スロット
３１ａは厚い帯状部分２３ａの底部から上方に延びてい
る。ストラップ１５ｂは、スロット３１ｂが頂部から下
方へ延びている点を除いて、ストラップ１５ａと同様で
ある。その他の点に関し、ストラップ１５ａと同様にス
トラップ１５ｂも、厚い帯状部分２３ｂを薄い帯状部分
くストラップ部分）２５ｂ間に介在せしめている。これ
等の外側ストラップ１５ａ及び１５ｂは両端にへ形のベ
ンド部２７ａ及び２７ｂを有する。各ストラップ１５ａ
のベンド部２７ａはストラップ１５ｂのベンド部２７ｂ
に対し、その下側になって重なり合う関係で、係きして
いる。係きした双方のペント部は、外側ストラッグ１５
ａ及び１５１】が箱状の囲いを形成するように、溶接に
よって接むされている。ばねフィンガ（弾性手段）２９
ａ及び２９ｔ＋が薄い各帯状部分２５ａ又は２５ｂから
外方へ変形され、或はたたき出され、或は打ち抜かれて
いる。帯状部分２５ｇ及び２５ｂは薄いので、ばねフィ
ンガ２９ａ及び２９１１にストラップ１５ａ及び１５ｂ
との８合部において形成される曲率半径は比較的に小さ
く、また、フィンガを形成するための変形は金属中に割
れ或は亀裂を生しさせることなく行いうる。薄い帯状部
分を使用すれば、従来使用されていた厚いストラップよ
りも容易に、希望の機械的な弾性特性を実現可能である
。

また、内側ストラップ１７ａも厚い帯状部分３３ａと、
これ等の厚い帯状部分間に介装された薄い帯状部分くス
トラップ部分）３５ａとを有する。ス０７ｈ３７ａ（第
２図）は厚い帯状部分３３ａの上端を貫いて延びている
。突起部３９ａ及びばね（弾性手段）４１ａは、各薄い
帯状部分３５ａに沿って水平に配置された諸位置で、各
内側ストラップ１７ａの面から外方に変形されている。

第１八図及び第４図に示すように、突起部３９ａ及び°
ばね４１ａの長手方向の中心は、各ばね４１ａの上方及
び下方に対称的に配設された１対の突起部３９ａと整列
している。

内側ストラッ１１７ｂは、スロット３７ｂが底部から上
方に延びている点を除いて、内側ストラップ１７ａと同
様である。その他の点に関しては、ストラップ１７ｂは
ストラップ１７ａと同様に、厚い帯状部分３３ｂと、薄
い帯状部分くストラップ部分〉３５ｂと、ストラップ１
７ｇの対応部分と同様の位置に配置された突起部３９ｂ
及びばね（弾性手段）４１ｂとを有する。

突起部３９ａ及び３９ｂはそれぞれ、ストラップ１７ａ
及び１７ｂの内のあるものの帯状部分３５ａ及び３５１
）の幾つかの対向表面から延びている。例えば、第１図
に示した格子１３の中心においてセル１９ｃを画成する
ストラップ１７ａ及び１７ｂはこの構造のものである。

この場き、各帯状部分３５ａ及び３５ｂの対向表面から
延びる対の突起部３９ａ及び３９ｂは第１八図に示すよ
うに垂直方向に変位している。

外側ストラップ１５ａ及び１５ｂと同様に、内側ストラ
ップ１７ａ及び１７ｂの薄い帯状部分３５ａ及び３５ｂ
は、先行技術のストラップの厚さよりも実質的に薄い厚
さを有することが望ましく、また、厚い帯状部分３３ａ
及び３３ｂは先行技術のストラップよりも実質的に大き
い厚さを有することが望ましい。

突起部３９ａ、３９ｂ及びばね４１ａ、４１ｂは薄い帯
状部分から変形しているので、ばね及び突起部、特にス
トラップとのそれ等の接き部におけるベント部は小さな
曲率を有すると共に、割れ及び亀裂が成長するような点
まで応力がかけられていない。

ストラップ１５ａ、１５ｂ及びｌ　７ａ、１７ｂは適切
な寸法に１１られな板を圧延することによって形成され
た金属片４９（第５図）から得られる。圧延によって圧
延方向に沿い肉厚部５１が造られる。肉厚部５１の長手
方向中心は金属片４９から形成されるべき格Ｔ−１３の
セル又はチャンネルのピッチに従って互いに隔置されて
いる。各金属片４９を圧延した後、この金属片を打ち抜
いて或は変形させて、スロット３１ａ、３１ｂ、３７ａ
、３７ｂ、突起部３９ａ、３９ｂ、ばね４１ａ、４１ｂ
が形成される。

格子１３は、上方及び下方に延びるスロット３１ａ、３
１ｂ、３７ａ、３７１１を第４図に示すように相互に係
合乃至嵌合することによって、第１図に示すような構造
のものに形成される。相互に嵌合するスロットは、スト
ラップ１５ａ及び１５ｂ、１７ａ及ヒ１７ｂが交差する
頂部及び底部の領域５３（第１八図）が同一面となるよ
うな寸法に作られている。

第２図に示すように、各ストラップ１７ａにおいて、二
つの突起部３’ｌａが一つのばね４１ａの上方及び下方
に対称的に配設されている。このばね及び突起部はスト
ラップから反対の方向に延びている。

燃料要素２１に係きする突起部３９ａの表面のうち、燃
料要素２１に向かう方向において最も外側の領域は、燃
料要素に係合するばね４１ａの表面の最も外側の領域か
ら、帯状部分３５ａの長手方向に等しく隔置されている
。突起部３９ｂも同様にばね４１ｂに関して対称的に隔
置されている。突起部の最も外側の領域を通る中心線と
、一つのばねの最も外側の領域を通る帯状部分３５ａス
は３５ｂに平行な中心線とは帯状部分３５ａ及び３５１
＋に沿って中央に集まっている。個々のストラップ１７
ａ及び１７１〕の帯状部分３５ａ及び３５ｂにおける突
起部３９ａ及び３９１）並びにばね４１ａ及び４１１）
は、別個のストラップ上の同一対応位置にある。各セル
１９中の燃料要素２１は、一つのストラップ１５ａ又は
１５ｂ、或は１７ａ又は１７１）にあるばね４１ａ又は
４１ｂと、第１図に示すように反対側で反対方向に延ひ
るばねに関して対称的に配置された対向するストラップ
１７１１又は１７１〕の突起部３９ａ又は３９ｂとによ
り与えられる力によってしっかり保持されている。ばね
及び突起部の最も外側の表面は被覆管５９（第１図）に
係合する。

格子１３は溶接によって剛な構造にまとめられている。

本発明は適当などんな種類の金属又はき金から形成され
た格子にも応用しうるが、ジルカロイ自余て形成された
格子に特に適している。この自余はろう付けには用いら
れず、また、ストランプ間の接合部は前述した米国再発
行特許に教示されているようにろう付けできない、溶接
のためには、溶接を可能にする適切な金属が必要であり
、この金属は厚内の帯状部分２３ａ、２３ｂ、３３ａ及
び３３１＋によって与えられる。格子１３は、厚肉の帯
状部分の頂部及び底部において、相互に嵌きしたスロッ
ト３１ａ、３１ｂ、３７ａ、３７ｂの接合部に設ケラれ
た溶接部によって一つの剛なユニットに形成されており
、溶接金属は毛細管作用によってストラップ間の領域に
入り込み、そこで固化して接合部を形成する。

尚、本発明を実施する格子の適切な寸法の代表例を第４
図に示したが、これは、単に一例として示すものであり
、本発明自体の範囲を限定するものではない。

第６図及び第７図は、原子炉内の高い冷却材圧力の状態
下で従来の格子が損傷を受ける典型的な２つの例を示し
ている。第６図に示した例においては、１列の格子セル
に関係したストラップ部分が冷却材の圧壊力て湾曲して
いる。第７図においては、同様のストラッグ部分が座屈
するものとして示されている。両方の場合とも、損傷す
るストラップ部分は、ストラップ１７ａ及び１７１＞が
接合されている溶接部６１でいわゆるピボット状に曲が
っている。本発明を実施する格子においては、ストラッ
プが損傷する可能性のある初期の点は、ストラップが比
較的に厚い帯状部分２３ａ、２３１１及び３３ａ、３３
ｂを有する個所であり、これ等の部分は厚肉なので、固
定性が優れ、従って耐圧壊性が優れた接ぎ部を形成する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した格子の平面図、第１八図は、
内側ストラップにあるばねと突起部との関係を示すため
、第１図のＩ八−１八線に沿って切断した断面図、第２
図は第１図に示した格子の内側ストラップの部分側面図
、第３図は第２図に示した内側ストラップの平面図、第
４［ｆｆｌは、第１図に示した格子を組み立てる方法を
説明するための斜視図、第５図は、本発明を実施する格
子用のストラップの金属片を形成する方法を説明するた
めの斜睨図、第６図及び第７図は、原子炉冷却材の圧壊
力下で従来の格子に起こる可能性のある典型的な２つの
ストラップ損傷例の説明図である。ｌ３・・・・・・・・・・・・・・格子（格子構造）２
１・・・・・・・・・・・・・・核燃料要素１５ａ、１
５ｂ、１７ｎ、１７ｂ・・ストラップ３１ａ、３１１コ
、３７ａ、３７ｂ−スロット１９．１９ｃ・・・・・・
・・・・セル２９ａ　、２９ｂ・・・・・・・・・・ば
ねフィンガ（弾性手段）４１ａ、４１ｂ・・・・・・・
・・・はね（弾性手段）２５ａ　、２５ｂ　、３３ａ　
、３３ｂ−薄い帯状部分２３ａ　、２３ｂ　、３５ａ　
、３５ｂ・＝帯状部分（ストラップ部分）出願人　ウェ
スチングハウス・エレクトリック・ＦＩＧ、１ＦＩＧ、ｌＡ

Claims

【特許請求の範囲】

複数の核燃料要素を含む核燃料集合体の格子構造であっ
て、複数のストラップから構成されており、各ストラッ
プがその長手方向の縁から内方へ延びる複数のスロット
を有し、第１組のストラップと第２組のストラップとが
、第１組の各ストラップがその複数のスロットで第２組
の複数のストラップに差し込まれることにより、且つ第
２組の各ストラップがその複数のスロットで第１組の複
数のストラップに差し込まれることにより、相互に嵌合
して、開放した複数のセルを形成しており、各セルが２
対のストラップの対向配設されたストラップ部分によっ
て画成され、且つ該セルの幾つかの各々が、前記核燃料
要素の一つを受け入れるように適合すると共に、該セル
を画成する前記ストラップ部分に、前記核燃料要素を横
方向から支持するための弾性手段を形成せしめている核
燃料集合体の格子構造において、前記第１組及び第２組
のストラップの各々がその複数のスロットを形成せしめ
ている帯状部分は、ストラップを横断して延長すると共
に、帯状部分間のストラップ部分よりも肉厚であること
を特徴とする核燃料集合体の格子構造。