JPS62132191A - 燃料集合体における可撓性インサ−ト - 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】 この発明は一般に原子炉の燃料ａ合体に関し、特に、燃
料棒に対する拘束や軸方向の負荷を防止するように燃料
集合体の燃料棒の上部端栓延長部を支持するための、沸
騰水型原子炉（ＢＩＩＩＲ）の燃料集合体における上部
タイプレートの穴に取り付けられた可撓性インサートに
関するものである。

先ｊ」支術！１１朋− 原子炉内の核分裂を通して大量のエネルギが放出され、
このエネルギは、原子炉の細長い燃料要素、即ち燃料棒
内で熱として放散されるのが典型的である。有用な仕事
を行うため、この熱を冷却材から取り出すように、燃料
棒に対して熱交換関係で冷却材を流すことによってこの
熱を除去するのが一般的である。

原子炉内では、一般に、複数の燃料棒が一緒に群別され
、１つの燃料集合体毎形成している。複数のこのような
燃料集合体は、通常、自己持続性の核分裂反応を行うこ
とができる原子炉を形成するように、マトリックスに配
置されている。炉心は、軽水のような流れる液体中に浸
漬されており、この液体は、燃料棒から熱を除去する冷
却材として、また、中性子減速材として働く。特に、Ｂ
ＷＨの場合、燃料集合体は、４つ１組のクラスタに通常
相分けされ、１つの制御棒が４つの燃料集合体毎に組み
きわされている。制御棒は、炉心の反応度を制御するた
め燃料集合体に挿入することができる。１つの制御棒を
囲む４つの燃料集合体の各クラスタは、−ｆｆｔに、炉
心の燃料セルと称されている。。

クラスタ内の典型的なりＷＲ燃料集合体は、細長い燃料
棒のＮＸＮ配列によって通常形成されている。燃料棒の
束は、横方向に離間された関係で支持され、はぼ矩形の
断面の外側管状流れチャンネル（外側チャンネル）によ
って囲まれている。この外側チャンネルは、燃料集合体
のほぼ全長に沿つて延び、上部ノズルを下部ノズルに相
互に連結している。燃料４１＆会体を通るサブクールさ
れた減速材の流れのための開放された内側チャンネルを
形成するように、且つ、燃料集会体を、燃料棒の同一の
小束を各々具備している４つの別個独立の細長い隔室に
分割するように、中空のつオーク・クロスが外側チャン
ネルを通り軸方向に延びている。

下部ノズルは炉心支持板に嵌合し、燃料集会体の外側チ
ャンネル内への冷却材入口として働く、冷却材は、下部
ノズルを介して流入し、その後、ウォータ・クロスを通
って、燃料棒の加熱面からエネルギを除去しながら、燃
料棒に沿って流れる。

各小束の燃料棒は、上部タイブレートと下部タイブレー
トとの間を横方向に隔てられた関係で延びると共に、こ
れらのタイプレートと共に連結されて、外側チャンネル
の各隔室内に別個の燃料棒サブアセンブリを構成してい
る。各燃料棒サブアセンブリの燃料棒に沿って軸方向に
間隔が置かれた複数の格子は、燃料棒を、横方向に離間
した関係に保持する。ウォータ・クロスは、燃料棒サブ
アセンブリとほぼ同じ軸長を有しており、上部タイブレ
ートと下部タイプレートとの間で延びている。

ＢＷＲ燃料燃料体自体燃料棒サブアセンブリにおいて、
燃料棒の小束は、標準燃料棒と結合用燃料棒とから構成
されている。標準燃料棒と結合用燃料棒のこのような使
用は、米国特許第３，７４１，８６８号と米国特許第４
，０２２，６６１号に開示されたＢＷＲ燃料束において
見ることができるように、一般的である。通常、結合用
燃料棒は延長部を有しており、この延長部の端部には、
上部タイブレートの穴内での動きを制限するナツトが取
り付けられており、他方、標準燃料棒は、上部タイブレ
ートの穴内に滑動可能に収容される上部端栓延長部を有
している。上部タイブレートは結合用燃料棒によって軸
方向に位置決めされ、結き用燃料棒を含む全燃料棒の上
端部が、上部タイブレートに画成された穴のパターンで
上部タイブレートによって横方向に位置決めされて支持
される。

熱および照射による成長率は、特に、燃料棒の被覆が冷
間加工されたジルカロイから作られているような燃料集
合体の構造において、結合用燃料棒と標準燃料棒とで異
なるので、標準燃料棒の端栓延長部は、結き用燃料棒と
標準燃料棒との長さにおける成長の差を許容するために
、収容される上部タイブレートの穴内で自由に滑動しな
ければならない、このようにしなければ、燃料棒が拘束
され軸方向に負荷がかかり、燃料棒が湾曲してしまう。

従って、燃料棒に軸方向の負荷がかかり結果的に燃料棒
が湾曲するのを防止するために、上部タイブレートの穴
内での上部端栓延長部の拘束を防止する手段を必要とす
る。

ル匪へ」」 この発明は、上記必要性を満足するように設計された仕
方で、タイブレートの穴に端栓延長部を支持する可視性
インサートを提供する。この発明による可撓性インサー
トは、上部タイブレートにおける（惺かに拡径された）
各穴内の弾性的な可視性ばね支持部材を、端部延長部と
当該穴の側壁との間に介設することによって、上部タイ
プレートの穴内での拘束の問題を解決する。このばね支
持部材は、端栓延長部に対するタイプレートの傾斜によ
るような端栓延長部とタイプレートとの間の相対角度的
運動を許容すると共に、成る端栓延長部が他の端栓延長
部に対して軸方向に動くのを許容する。ばね型式の支持
部材は、米国特許第３．３６１．６３９号、米国特許第
３，８０１，４５２号および米国特許第４，０８９，７
４２号に開示されているように、従来、所望の配列で燃
料棒を支持すべく燃料棒と係合する燃料集合体格子、即
ちスペーサに組み込まれていたが、当該技術においては
、燃料棒の端栓延長部と上部タイブレートとの間に従来
から存していた上記の拘束による問題を認識しておらず
、或はまた、その解決手段として可撓性インサートを用
いる可能性を認識していなかった。

従って、この発明は、複数の燃料棒と、これら燃料棒に
沿って互いに軸方向にｉｔｓされると共に並置離間配列
にこれら燃料棒を支持する複数の格子構造と、燃料棒の
両端部に配置されたタイプレートとを有する燃料集合体
に関する。タイプレートの少なくとも一方は、このタイ
プレートの両面間を貫通して形成された連続的な側壁に
よって、燃料棒の配列と一致した配列に画成された複数
の穴を有している。各燃料棒は、その両端部を封止する
１対の端栓を有し、前記端栓の少なくとも一方はそこか
ら軸方向外方に延びる延長部材を有している。この発明
は、一方のタイプレートの各穴に配置されると共に、各
穴の側壁から離間した関係でこの穴に端栓の延長部材を
支持するようにタイプレートおよび延長部材に係合され
る複数のばね部材から成る可撓性インサートに関するも
のである。一実施例においては、ばね部材は互いに分離
され、また、別の実施例では、それらは互いに一体的に
連結されている。

より詳細には、各ばね部材は、タイプレートの各面に沿
いタイプレートの穴に隣接して配置された相対する端部
を有している。一実施例において、この両端部はタブで
あり、軸方向の延びる取外し位置と径方向に延びる固定
位置との間で折曲げ可能となっている。更に、各ばね部
材の両端部をタイプレートのそれぞれの面に固定するた
めの固定手段が設けられている。一実施例において、こ
の固定手段は、タイプレートの各面に形成された凹所で
あり、その中にばね部材の各端部が延びる。

他の実施例において、固定手段は、ばね部材の各端部を
タイプレートの各面に相互に接合する溶接である。

更にまた、各ばね部材は、タイプレートの穴を通って当
該穴の側壁および延長部材の間で延びる細長い中間部と
、各ばね部材の中間部に画成され穴の側壁から離間した
関係で延長部材と係合して位置決めする弾性手段とを有
しているや一実施例において、弾性手段は、ばね部材の
中間部に形成された１個の内方に突出するディンプルで
ある。

他の実施例において、弾性手段は、ばね部材の中間部に
形成された１対の並設された内方に突出するディンプル
である。

また、この発明は、（ａ）両端部を封止する一対の端栓
をそれぞれ有している複数の燃料棒であって、各燃料棒
の両端部の少なくとも一方の端栓が、そこから軸方向外
方に延び、且つ、燃料棒よりも小さい直径を有する延長
部材を有している前記燃料棒と、（１］）燃料棒に沿っ
てその両端部の間で互いに軸方向に離間されると共に、
燃料棒を並置離間配列で支持する複数の格子構造と、（
ｃ）燃料棒の両端部に配置された１対のタイブレーｌ・
であって、これらタイプレートの少なくとも一方が、そ
のタイプレートの両面１ｍを貫通して形成された連続的
な側壁によって、燃料棒の配列と一致する配列に画成さ
れた複数の穴を有している前記１対のタイプレートと、
（ｄ）前記一方のタイプレートの穴の各々に配置される
と共に、穴の側壁から離間された関係で穴内に端栓の延
長部材を屈曲可能に支持するように、タイプレートおよ
び延長部材に係合される可撓性インサートと、から成る
燃料集合体の組合せに関する。

この発明の上記利点や効果およびその他の利点や効果は
、この発明の一実施例を示している図面に沿っての以下
の詳細な説明を読むことによって、当業者にとって明ら
かとなるであろう。

１叫卯■」な説明 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同一または相当部分を示している。また、以下の説明
において、「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、
「上方」、「下方」等の語は便宜上の言葉であり、限定
的な語として理解されるべきものではない。

全」りけ肴」１朋− 図面、特に第１図および第３図を参照すると、この発明
の改良が組み込まれているＢ　Ｗ　Ｒ川の核燃料集自体
が、総括的に符号１０で示されている。燃料集合体１０
は外側チャンネル１２を具備し、この外側チャンネル１
２は、燃料集会体１０のほぼ全長に沿って延びると共に
、上部支持取付構造、即ち上部ノズル１４を下部基体、
即ち下部ノズル１６に相互に連結している。燃ｆ４集合
体１０の外側チャンネル１２内への冷却材の流れの入口
として働く下部ノズル１６は、下部ノズル１６および燃
料集合体１０を、炉心支持板（図示しない）内に、また
は、例えば使用済みめの複数の脚部１８を具備している
。

断面がほぼ矩形の外側チャンネル１２は、互いに連結さ
れた４つの垂直壁部２０から構成されており、各壁部２
０は隣接の壁部２０から約９０度で配置されている。複
数の構造リブ２２が、外側チャンネル１ｚの各壁部２０
の内面に、互いに隔てられた関係に形成され、この内面
に沿った中心位置で垂直の列で延びている。外側チャン
ネル１２は、従ってこのチャンネル１２に形成された構
造リブ２２は、例えばジルカロイとして通常称されてい
るジルコニウム合金のような金属材料から形成されるの
が好ましい。

外側チャンネル１２の壁部２０に固定された複数の上方
に延びる取付ボルト２４は、上部ノズル１４を外側チャ
ンネル１２に連結するために、構造リブ２２の上端部の
上方で使用されている。

中性子経済および減速を改善するために、中空のウォー
タ・クロス２６が、外側チャンネル１２を通って軸方向
に延びており、燃料集合体１０を通るサブクールされた
減速材の流れのための開放された十字形の内側チャンネ
ル２８を形成すると共に、燃料集合体１０を４つの別個
独立した細長い隔室３０に区分するようになっている。

中空のつオーク・クロス２６は、外側チャンネル１２の
角度的に隔てられた壁部２０に取り付けられている。好
適には、ウォータ・クロス２６の外側の細長い側端部は
、燃料集合体１０内の所望の中心位置にウォータ・クロ
ス２６を確実に保持するために、構造リブ２２にその全
長に亘り溶接等によって結合されている。また、ウォー
タ・クロス２６は下部流入端部３２と、その反対側の上
部流出端部３４とを有し、これらは、それぞれ、サブク
ールされた流れが内側チャンネル２８を貫流できるよう
に、内側チャンネル２８と連通している。

外側チャンネル１２内には燃料棒３６の束が配置されて
おり、図示実施例では燃料棒３６は６４本あり、８×８
配列を形成している。燃料棒３６の束は、ウォータ・ク
ロス２６によって４つの小束に分けられている。各小束
の燃料棒３６は、４×４配列の１６本であり、上部タイ
プレート３８と下部タイブレート４゜との間を横方向に
離間された関係で延びている。

各小束の燃料棒３６は、上部および下部タイブレート３
８．４０に連結され、それらと共に、外側チャンネル１
２の各隔室３０内に別個の燃料棒サブアセンブリ４２を
構成している。各燃料棒サブアセンブリ４Ｚの燃料棒３
６に沿って軸方向に隔てられた複数の格子、即ちスペー
サ（格子構造）４４は、燃料棒３６を横方向に隔てられ
た関係で保持している。各燃料棒サブアセンブリ４２の
上部および下部タイブレート３８．４０は、それらを貫
通するように画成された開口４６を有しており、冷却流
体が燃料棒サブアセンブリ４２に流入したりそこから流
出したりするのを許容する。また、冷却材の流路が、各
構造リブ２２同士の間に、その長さに沿って形成された
複数の開口４８を介して、燃料集合体１０の別個独立の
隔室３０内における燃料棒サブアセンブリ４２間を流通
させている。開口４８を通る冷却材の流れは、４つの独
立した隔室３０間の水圧を等しくし、それによって、燃
料棒サブアセンブリ４２間の熱的・水力的不安定の可能
性を最小とするように機能する。

Ｉタイプレートの８　の１　　イン　−ここで、第４図
から第９図を参照すると、従来しばしば燃料棒３６を湾
曲させていた燃料棒３６の上端部に対する拘束および軸
方向の負荷を防止するように燃料棒３６の上端部を支持
するための、この発明の特徴を組み込んだ幾つかの実施
例が示されている。第４図に示されるように、各燃料棒
３６は２つの型式、即ち、結合用燃料棒３６ａまたは標
準燃料棒３６ｂのいずれか一方である。各々は、その両
端部を封止する１対の端栓５０ａ、５０ｂ　（上部の端
栓だけが示されている）を有している。燃料棒３６ａ、
３６ｂの上部端栓５０ａ、５０ｂは、それぞれ、そこか
ら軸方向外方に延びる延長部材５２ａ、５２ｂを有し、
また、各燃料棒３６ａ、３６ｂよりも小さな直径となっ
ている。

また、第４図に示されるように、燃料棒３６ａ、３６１
１の上端部に隣接する上部タイプレート３８は、上部タ
イプレート３８の上下の面の間を貫通して形成された連
続的な側壁５６によって画成された複数の穴５４を有し
ている。穴５４は、燃料棒３６の配列と一致する配列で
配置されている。結合用燃料棒３６ａの延長部材５２ａ
は、上部タイプレート３８の１つの穴５４の中での動き
を制限するために、ナツト６０により螺合され締結され
ている。他方、標準燃料棒３６１）の延長部材５２ｂは
、上部タイプレート３８の他の穴５４の中に滑動可能に
収容されている。各燃料棒３６において、圧縮コイルば
ね６１が、延長部材５２の回りに配置されると共に、上
部端栓５０と上部タイプレート３８との間で延びている
。ばね６１は、結合用燃料棒３６ａのナツト６０に対し
、上部タイプレート３８を上方に押圧する。

上部タイプレート３８の各穴５４内に、符号６２で総括
的に表された可視性インサートを挿入できるように、穴
５４の直径は、燃料棒３６ａ、３６ｂの各端栓５０の延
長部材５２ａ、５２ｂよりも実質的に大きい。ここでは
、可視性インサート６２の３つの実施例が開示されてお
り、それぞれ、他のものから僅かに変更されている。し
かしながら、基本的に、全ての実施例の可撓性インサー
ト６２は、上部タイプレート３８と上部端栓５０の延長
部材５２とに係合するように機能し、所定の穴５４の側
壁５６から隔てられた関係で、当該穴５４内で延長部材
５２を追従可能に支持するようになっている。また、各
実施例の可視性インサート６２は、複数のばね部材６４
を具備している。

まず、第４図および第５図に示された第１の実施例を参
照すると、可視性インサート６２ａを構成するばね部材
６４ａが互いに分離しており、穴５４の回りで約１２０
度の角度で離間されている。各ばね部材６４ａは、イン
コネルのような弾力性があり耐クリープ性も有している
可視性材料の帯状体から作られている。各ばね部材６４
ａは、相対する上端部と下端部６６ａ、および、これら
両端部６６ａを相互に連結する中間部８８ａを有してい
る。タブの形態の両端部６６ａは、上部タイプレート３
８の対応する穴５４に隣接した位置で、上部タイプレー
ト３８の上下両面５８に沿って配置されている。更に、
上部タイプレート３８の各面５８に各ばね部材６４ａの
各端部６６ａを固定するための手段が設けられている。

第４図の第１の実施例において、このような手段は、上
部タイプレート３８にばね部材６４ａの端部６６ａを相
互に連結するタック溶接の形態をとる９各ばね部材６４
ｍの細長い中間部６８ｍは、上部タイプレート３８の穴
５４を通って当該穴５４の側壁５６と対応する延長部材
５２ｍ、５２ｂとの間で延びている６弾性手段が、穴５
４の側壁５６から隔てられた関係で対応の延長部材５２
ｎ、５２ｂと係合して位置決めするために、各ばね部材
６４ａの中間部６８ａに画成されている。第４図の第１
の実施例において、このような弾性手段は、各ばね部材
６４ａ上に形成された１個の内方（こ突出したディンプ
ル７２の形態である。

上記の配列から、上部端栓５０ａ、５０ｂの延長部材５
２ａ、５２ｂに対して上部タイプレート３８が傾斜する
と、可撓性インサート６２ａのばね部材６４ａが屈曲し
、上部端栓５０ａ、５０ｂの延長部材５２ａ、　５２ｂ
の拘束を防止するであろう、また、延長部材５２ａ、５
２ｂの横方向の振動を除去すると同時に、上部タイプレ
ート３８に対して上部端栓５０ａ、５０１）の延長部材
５２ａ、５２１）が自由に滑動できるように、ばね部材
６４ａは延長部材５２ａ、５２ｂを支持する。

第６図および第７図に示される可撓性インサート６２ｂ
の別の実施例は、第４図および第５図の第１の実施例と
ほぼ同様である。従って、両者の相違点のみを説明する
。別個のばね部材６４ｂの両端部、即ちタブ６６ｂは、
上部タイプレート３８の上下両面５８の各々に形成され
た切欠きまたは凹所７４によって、その面５８に固定さ
れており、タブ６６ｂの折返し端部７６が凹所７４内に
延びている。また、互いに角度的に離間された溝７８が
穴５４の側壁５６に形成されており、この清７８内に、
ばね部材６４ｂの中間部６８ｂが、穴５４内にばね部材
６４ｂの周方向の位置を維持するために、着座されてい
る。更に、可撓性インサート６２ｂの弾性手段は、１つ
のばね部材６４ａの中間部６８ｂに形成された１個の内
方に突出するディンプル７２と、他のばね部材６４ｂの
中間部６８ｂに形成された１対の並設された内方に突出
するディンプル８０との組み合わせである。複水率のデ
ィンプル８０の対は、特定の場合において望まれるなら
ば、燃料棒３６の傾斜に対してより高い耐久性を与える
。

第８図および第９図に示される可視性インサート６２Ｃ
の別の変形例において、ばね部材６４ｃは、互いに間隔
が置かれた上部と下部リング部８２によって、互いに一
体的に連結されている。ここで、両端部、即ちタブ６６
ｃは、各リング部に連結され、ばね部材６４ｃの中間部
６８ｃから周方向に互いに隔てられている。タブ６６ｃ
はまた、第９図において、点線で示される軸方向に延び
る取外し位置と、実線で示される径方向に延びる固定位
置との間で、折り曲げ可能である。ばね部材６４ｃの一
体構造によって、可視性インサート６２ｃが、それ自体
を、上部タイプレート３８の穴５４に据え付けることが
できる。

この発明およびこれに付随する多くの利点は、上の説明
から理解されるであろう、また、この発明の精神および
範囲を逸脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲
にすることなく形態、構成および配列に関し、種々の変
更が可能であることは明らかであり、よって、以上に述
べられた形態は単にこの発明の好適な実施例に過ぎない
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の改良点が適用されるＢＩＩＩＲ燃料
集合体を、明瞭化のために、一部断面し切欠きして表し
た正面図、第２図は第１図の２−’ｌ線に沿って見た燃
料集合体の拡大平面図、第３図は第１図の３−３線に沿
って見た燃料集合体の拡大底面図、第４図は第１図の燃
料集合体の一部断面した拡大部分詳細正面図であり、上
部タイプレートの２つの穴のそれぞれに取り付けられる
と共に、これら穴の側壁と、該穴を通って延びる結合用
燃料棒および標準燃料棒の上部端栓の延長部材との間に
、これら延長部材を支持するように配置された、この発
明の可視性インサートの第１の実施例を有する燃料集合
体の上部タイプレートの一部を示した図、第５図は第４
図の５−５線に沿って見た一方の可撓性インサートと上
部端栓の延長部材との平面図、第６図は第７図の６−６
線に沿って見た第１図の燃料集合体の一部断面した拡大
部分詳細正面図であり、可撓性インサートの第１の実施
例に関して第４図に示されたものとほぼ同様に、上部タ
イプレートに適用されたこの発明の可撓性インサートの
第２の実施例を有する燃料集合体の上部タイプレートの
一部を示した図、第７図は第６図の７−７線に沿って見
た可撓性インサートと上部端栓の延長部材との平面図、
第８図は第９図の８−８線に沿って見たこの発明の可視
性インサートの第３の実施例の平面図、第９図は第８図
の９−９線に沿って見た可撓性インサートの第３の実施
例の正面図である。図中、 １０：燃料集合体　　　　３６：燃料棒３８：上部タイ
プレート４０：下部タイプレート５０：端栓　　　　　
　　５２：延長部材５４：穴　　　　　　　　５８：面 ６２：可視性インサート　６４：ばね部材６６：端部　
　　　　　　６８：中間部７２．８０：ディンプル ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の燃料棒と、該燃料棒に沿って互いに軸方向に離間
   されると共に並置離間配列に前記燃料棒を支持する複数
   の格子構造と、前記燃料棒の両端部に配置されたタイプ
   レートと、を有する燃料集合体であって、前記タイプレ
   ートの少なくとも一方は、該タイプレートの両面間を貫
   通して形成された連続的な側壁によって、前記燃料棒の
   配列と一致した配列に画成された複数の穴を有し、前記
   各燃料棒は前記両端部を封止する１対の端栓を有し、前
   記端栓の少なくとも一方は該端栓から軸方向外方に延び
   る延長部材を有している前記燃料集合体において、 前記一方のタイプレートの前記各穴に配置されると共に
   、前記穴の前記側壁から離間した関係で該穴に前記延長
   部材を支持するように前記タイプレートおよび前記延長
   部材に係合される複数のばね部材から成る燃料集合体に
   おける可撓性インサート。