JPS6238389A

JPS6238389A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS6238389A
Application number: JP61185405A
Authority: JP
Inventors: ジヨゼフ、ルクレール; ジアン・ノエル、カナ
Original assignee: Fragema
Current assignee: Fragema
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1987-02-19
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: US4828792A; DE3676913D1; FR2589614B1; EP0214895A1; JP2553333B2; FR2589614A1; EP0214895B1

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】（イ）産業上の利用分野：この発明は原子炉用の燃料集合体に関するもので、軽水
冷却及び減速原子炉に於ける使用に特に適している。

（ロ）背景技術：大部分の現在使用されている原子核燃料集合体は、燃料
棒（この語は、核分裂性物質を装荷した燃料棒だけにと
どまらず、親物質を装荷した燃料棒をも指称する。）の
束と、燃料棒を規則的に配列された格子（以下レギュラ
格子と呼ぶ）　（ｒｅｇｕｌａｒｌａｔｔｉｃｅ　）の
ノードに於て保持するためのグリッド（ｇｒｉｄ）を持
つ控え棒（しばしば制御棒用の案内管の役目をする）に
よって相互に連結した上端部材及び下端部材又はノズル
を持つ燃料棒保持用構造物と、燃料集合体を炉心支持板
に強く当てて上端部材に力を伝達すると共に抑え付は機
能を持つ弾性装置とを備えている。

原子炉の炉心は、典型的に炉心支持板に載せた６角形又
は正方形の横断面を持つ上記のような集合体から成って
いる。前記構造の構成諸要素は相互に強固に固定されて
いる。端部部材は冷却材用の通路を備え、又炉心支持板
は集合体に至る冷却材流れ用の開口を備えている。この
支持板は、下端ピー°ス内に支持板を割出すための係合
用心出しスタッドを備えている。

集合体の上方の上部炉心板は、炉心を限定し、冷却材が
炉心で加熱された後この冷却材を放出する開口を備えて
いる。この上部炉心板は、制御棒クラスタ案内用の構成
要素と共に、原子炉の上部内部装置を構成している。

正常及び／又は一時的運転操作状態下にある燃料集合体
にかかる圧力のある冷却材の水圧推力のために、燃料集
合体にはこれと炉心支持板との接触を維持させるための
抑え付装置を設けなければならない。このような抑え付
装置としては通常弾性装置を使用する。最も広く使用さ
れるアプローチは、集合体の上端部材に固定したばねを
使用することにあり、このばねに上部炉心板を当てて、
冷却材の水圧推力に抗して炉心支持板に集合体にかかる
力を働かせるようにする。これらのばねは、例えばフラ
ンス国特許明細書第１．５３６．２５７号、第２．３２
６．０１０号、第２．４１２．１４２号及び第２．４０
９．５７６号に記載されているような、極めて異なる形
状とすることができ、ここではこれらを参照とする。

これらのはね装置は実質的に満足に働いている。

しかし問題もある。製造が複雑である。効率は照射中累
進的に減少する。ばね装置に必要なスペースは上端ピー
スに於ける冷却材流れ面積を減少させ、又水頭損失を増
大させる。ばねは集合体を扱うための工具を上端部材内
に差し入れるのを妨げる。これらの問題点、或いは少く
ともそのうちの幾つかは、長い集合体について重大さを
増す。主要な問題は、使われている材料が異なるため（
ジルコニウムベース合金及びステンレス鋼）、炉心及び
集合体の異種成分間に生ずる、照射及び高温のもとに於
ける増大差又は生長差によって起る。

数メートルの長さを持つ現在の集合体に於ては、一方は
新しく他方は既に照射を受けているというような隣接集
合体間の長さの差は数センチメータにも達する。長さの
差のために、炉心支持板に抗してあらゆる状況のもとて
恒久的に集合体に働くことのできるばねを設けることは
、このことが燃料棒の衝撃及び過度の振動を避けるため
に必要であるのにも拘らず、困難になってくる。これに
加えて、原子炉の動力の不断の増大は、ばねに作用する
水圧力の増加を招き、この力は集合体の重量よりも大き
くなり、増々大きなばねの使用を必要とし、これを上端
部材内に組み込むことを増々困難ならしめる。

（ハ）発明の概要：この発明の目的は、上に述べたような型式の核燃料集合
体を提供することにあり、この場合集合体にかかる水圧
推力は、従来に於けるよりも更に良好な状態、特に弾性
装置によって伝達される力が減少するという状態のもと
じ置かれる。

このために、この発明は集合体に加えられた水圧推力の
分布の解析結果を利用している。この解析は推力が主と
して棒のハンドル、案内管、及び保持グリッドに加わる
ことを示している。これらの構成部材にかかる推力は、
従来の集合体のばねに加わる水圧力の８０ないし８５チ
であり、残りの水圧力は端部ピースにほぼ均等に作用す
る。

上述の目的を考慮に入れ、この発明は、上に述べた型式
の燃料集合体であって、燃料エレメントを保持する構造
又は構造体を２個の別個の副構造物又は剛構造体で構成
し、これらの副構造物を相対的に上下の向きに滑動でき
るようにし、一方の副構造物は運転操作中水圧推力によ
り上部炉心板に向けて当たるように配置し、又他方の副
構造物は次いで弾性装置によって下部炉心板に向けて当
たるように保持した、燃料集合体を提供するものである
。従って、この弾性装置は、従来の属燃料集合体の弾性
装置と比較して、より小さい寸法のばねとすることがで
きる。実際上、下部炉心板に衝合接触する構造は、全水
圧推力の僅か約１０チを受は取るように設けることがで
き、これによって実質的に弾性装置を形成する抑え付ば
ねの数及び／又は寸法を減らすことができる。

この発明の別の態様によれば、この発明は、上に述べた
型式の燃料集合体であって、構造を上下の向きに相対的
に動くことができる２個の副構造物で構成し、これらの
剛構造の一方には例えば上部炉心板のような固定部材及
び若干の控え棒に向けて直接衝合接触するように配置し
た上端部材を設け、他方の副構造物には下端部材と上端
部材に対して軸線方向に可動な構造部材を持たせ、弾性
Ｉ装置を、集合体の上下の端部材を広げ離そうとする傾
向のある力を前記可動部材及び上端部材に及ぼすように
位置させた、燃料集合６体を提供するものである。

第１の副構造物には、上端部材及び若干の控え棒に加え
て、燃料棒支持グリッド及び燃料棒から成るユニットを
備える。次に第２の副構造物は、他の控え棒及び下端部
材からこれらを恒久的に固着した状態で形成する。

この配置を以ってすれば、弾性部材は、第２の副構造物
を炉心支持板と接触状態に抑え付けるのに必要な力を発
揮しさえすればよい。

上端部材の上部炉心板との直接衝合接触は、集合体の頂
部に於て振動を増幅させないという点に於て、弾性衝合
接触よりも極めて有利であるという追加的利点を持って
いる。炉心支持板に対して弾性装置により直接衝合接触
状態に保たれる他方の副構造物を以ってすれば、集合体
の下方部分に於ける振動の危険度もまた減少させること
ができる。

に）実施例：以下この発明をその実施例に基づき、添付図面を用いて
詳細に説明する。

第１図に示すように、燃料集合体（ｌＯ）には支持構造
を持たせ、又この構造には正方格子による燃料棒（１４
）を保持するグリッド（１２）、２個の上端部材（１６
）及び下端部材（１８）　、及び支持構造物のその他の
構成材を正規位置に保持する案内管を持たせる。ここに
は燃料棒はその頂部部分だけを示しておく。

案内管は、引張棒を形成しながら、２つの群に配分する
。第１の群の案内管（２０）は、図に於てクロス印ｔｘ
ｔで示すように、グリッド（１２）に恒久的に固定する
。第１群の案内管は、又冷却材の出口が形成され上端部
材（１６）の底部を形成する板材（２２）に恒久的に連
結する。この恒久的連結は、任意適宜の型式のものでよ
く、組立てられる部材を形成する材料の性質によって選
択する。溶接、ねじによる連結、又は薄い壁材の変形に
よる連結など、周知の方法を利用すればよい。

第１群の案内管（２０）は、下端部材（１８）内に受は
入れられ、その中で上下の向きに滑動できるようにする
。第２群の案内管（２４）は、下端部材（１８）に強固
に固定される。これらの案内管は、グリッド（１２）内
のセルを通って突き出し、その中に滑動可能に受は入れ
る。案内管（２４）は、上端部材（１６）の底壁（２２
）を貫通させ、上端部材（１６）の内方に突き出す。案
内管（２４）の上端は、恒久連結部（２６）によって、
上端部材（１６）に属するフレーム内に底壁（２２）の
上方に取付けた穴あき板材（２８）に固定する。

第１図に示すように、板材（２８）と上端部材（１６）
のフレームの上方部に於けるフランジ（３２）との間に
、４個のばね（３０）を置く。ばね（３０）には予め圧
縮を加えて、板材（２８）を底壁（２２）と接触するよ
うに付勢する力を板材（２８）に及ぼ□　すようにする
。この板材（２８）には、ばね（３０）を正規位置に保
ち且つできれば圧縮量を接触フランジ（３２）によって
制限するためのスタッド（３４）を持たせれば有利であ
る。

第１群の案内管（２０）　、グリッド（１２）　、及び
上端部材（１６）で形成した第１の副構造物は、燃料棒
を載せてあり、燃料集合体が受ける水圧推力の約９０チ
を受ける。下端ピース（１８）及び案内管（２４）を含
む第２の副構造物は約１０チの水圧推力を受ける。従っ
てはね（３０〕は、燃料集合体に及ぼす冷却材の全推力
の僅か１０　％を取上げるように寸法を定めればよい。

燃料集合体を原子炉に装荷する場合、各集合体の下端部
材に炉心支持板（３６）上に載る。ばね（３０）は、第
１の副構造物及びこれに支えた棒の重量よりも小さい力
で上端部材（１６）を上方へ付勢する。従って第１の副
構造物は第２の副構造物上に接触した状態にとどまる。

次に上部炉心板（３８）を置く。集合体の全重量は、第
２の副構造物に対し直接に炉心支持板（３６）に、第１
の副構造物に関する限り第２の副構造物を通して、かか
る。

原子炉の始動及び運転操作中上方に向う推力が冷却材に
よって加えられる。この力は、第１の側構造を上端部材
（１６）が上部炉心板（３８）と接触するまで持上げる
。そうすると、推力の約９０％は、　　　□弾性装置に
よってというよりもむしろ直接衝合連結によって上部炉
心板（３８）に加えられる。この直接接触と従来の集合
体に見られ且っ個有の共振振動数を持つばねの省略とに
より、上部の内部袋　　　□置の振動（従来の集合体の
弾性装置が燃料棒の束　　　：（１４）に生じきせる。

）の増幅、を避けることかできる。燃料棒の振動の減衰
は、燃料棒の燃料被覆の寿命及び燃料棒を正規位置に保
つ力を燃料棒に加えるためにグリッド内に設けたばねの
寿命及び効率の改善に重要な因子である。

第２の副構造物に加わる冷却材の推力の一部分は、下端
部材（１８）を持上げこれを炉心支持板（３６）から揚
げ離す傾向を持つ。しかし、第２の副構造物に及ぼす全
推力の一部分は小さいので、典型としては１００ないし
２００ｄａＮ間にあ番低い予圧縮をしたばね（３０）は
、下端部材（１８）を炉心支持板（３６）と接触状態に
保つのには充分である。この直接接触は又燃料棒の束の
振動を減衰させる。

第２Ａ、第２Ｂ、第３図に、端部部材を備えた案内管（
２０）　（２４）を示す。案内管（２０）は、その上端
部で、へこみを付けた底壁（２２）の通路内に向けて拡
大させ、又下部は下端部材（１８）内に滑動できるよう
にして受は入れられる。これに対して、案内管（２４）
は上端で底壁（２２）でクリンプし、底壁（２２）内−
で滑動可能に受け、下端で例えばねじを使って下端ピー
ス（１８）に固着される。

このねじは、その回転を防止するために下端部材（１８
）のへこみ部内で変形させるための薄いスカートを持だ
、せでもよい。案内管の端部部材内へのすべりはめは、
２つの副構造物の相互案内を確実なものとし、集合体の
機械的強度にあずかる。

第４図に示す変型実施例は、ばね（３０）が２個の板材
間に配置されるように計画した上端部材を持つ。このた
めに、上端部材（１６）は、冷却材の流れ用通路（図示
してない）を備え、接触フランジ（３２）を持つフレー
ムにより上方に延ばし、又つかみフランジ（４２）を持
つスカート（４０）により下方に延ばした底壁（２２）
で構成する。各案内管（２４）の上部部分は底壁（２２
）内で滑動するが、各案内管（２０）の上端は底壁（２
２）に堅く連結する。

冷却材の流れ用穴を備えた板（２８）は、スカート（４
０）に滑動自在に取付ける。案内管（２４）は板（２８
）に固着するが、底板（２２）内で滑動する案内管（２
４）の外面は連結領域（２６）を越える。

案内管（２０）は板（２８）内ですべりばめにする。

はね（３０）は案内管（２４）の端部と同心状に配置し
、図示のように２つの副構造物を衝合位置に付勢する。

上方に向って流れる冷却材が副構造物に上方に向く力を
及ぼすとき、この力の大部分は上端部材（１６）の上部
炉心板（３８）との接触により第１図のように吸収され
るが、ばね（３０）は下端部材（１８）を炉心支持板（
３６）と接触状態に保つのに充分な力を板（２８）に及
ぼす。

第５図に示す変型実施例では、端部部材を広げようとす
る傾向を持つばね（３０）は、集合体の下方部分に配置
しである。第１の側構造は、グリッド（１２）、上端部
材（１６）の底壁（２２）に固定した案内管（２０）　
、及び案内管（２４）に滑動可能に取付けた穴あき板又
はグリッド（４４）を含んでいる。第２の副構造物は、
下端部材（１８）に固定し上端部材（１６）内で滑動可
能にした案内管（２４）を含んでいる。

ばね（３０）の働きのもとじ、及び／又は上端部材（１
６）によってつるした燃料集合体の取扱い中に、雨上下
端部（１６）　（１８）の相互に離れようとする運動の
範囲を制限するための停止装置を設けることかできる。

第５図に示すように、この停止装置は、案内管（２４）
に恒久的に固定し且つ穴あき板（４４）と接触するよう
に配置した拡大ソケット（４６’）によって形成するこ
とができる。

ばね（３０）は、穴あき板（４４）と下端部材（１８）
との間に置いた案内管（２４）の一部の回りに配置する
。

この実施例は、上端部材（１６）にはばねが無いという
利点があり、このことは炉心の反応度を制御するのに用
いる制御棒クラスタの運動を容易ならしめると共に集合
体の取扱いを容易にする。

次に、第６図に線図的に示す集合体は、フローティング
・グリッド型式のもので、ブリーラドのうち若干のもの
は第１の副構造物の案内管には連結していない。

第６図゛に示すように、集合体は第１図に示すものとほ
ぼ等しい構造を備えている。しがしグリフ　　ドのうち
の成るグリッド（１２ａ）は燃料棒（２０）（２４）に
滑動可能に取付ける。例えば参照数字（４６）で示すよ
うな燃料棒の成るものには、ばね（３ｏ）に付加して弾
性装置を設けて、上下端部部材（１６）（１８）を互に
離すように付勢する力を増大させる。

このような燃料棒（４６）の数は発揮させるべき追加力
によって定める。

各燃料棒（４６）は、下端部材（１８）に受けた下部端
せん（４８）を持つ。又燃料棒にはその上端に弾性装置
を載せであるが、これについて以下に述べる（この配置
は必要ならば逆にすることもできる）。

第８図は第７図に鎖線で示した燃料棒の一部を拡大して
示すものであるが、このような弾性装置は、円筒形押圧
棒（５０）を備え、その円錐台形の端部は上端ピース（
１６）の底壁の大円に係合している。押圧棒（５０）は
、燃料棒（４６）の上部端せん（５６）に載せにボルト
（５４）に滑動自在に受ける。押圧棒（５０）の端部と
押圧棒の内方肩部によって保持したスペーサ（６０）と
の間の押圧棒（５０）内にコイルばね（５８）を配置す
る。スペーサ（６０）は、押圧棒（５０）をポル）（５
４）上に取付ける以前にばね（５８）の損失を防止す。

各ばね（５８）は、１つの端部部材から他の端部部材に
、抑え付機構に参加しばね（３０）の働きを完全ならし
める力を伝える。各ばね（５８）は例えば１　ｄａＮの
予圧縮力を及ぼす。燃料棒が正方格子の１７　Ｘ　１７
ノードに配分した典形的燃料集合体の各燃料棒にこのよ
うな弾性装置を設けたとすれば、全体の力は約２５０ｄ
ａＮ。

即ち従来の抑え付装置によって及ぼされる力の約２５％
に達する。このような分担は、燃料棒の束によるのみな
らずフローティンググリッド（１２ａ）による水圧力の
一部の伝達を可能にする。

上に述べたような装置はフローティンググリッド集合体
に対してのみならずすべでのグリッドの案内管に固定し
たような集合体に対しても適用することができる。

以上この発明を実施例に基づき詳細に説明したが、これ
らの実施例はこの発明の精神を逸脱することなく、種々
の変化変型をなし得ることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による燃料集合体の構
造を示す線図的立面図、第２Ａ、第２Ｂ図は第１図に示
す種類の構造を持つ集合体の頂部及び底部を示す立面図
、第３図は第２Ａ図の頂面図であって上端部材の一部分
及び集合体構造の案内管との連結を示す図、第４図ない
し第６図は他の変型実施例の第１図と類似の立面図、第
７、第８図は特殊の構造を持つ第６図に示す集合体に於
ける燃料棒の取付けを示す詳細図である。１０・・・燃料集合体、１２・・・グリッド、１４・・
・燃料棒、１６・・・上端部材、１８・・・下端部材、
加・・・案内管（第１群）、２２・・・１６の底壁、板
材、２４・・・案内管（第２群）、２６・・・２４の恒
久連結部、２８・・・穴あき板材、加・・・ばね、３２
・・・１６の接触７ランジ、詞・・・２８のスタッド、
３６・・・炉心支持板、あ・・・上部炉心板、４０・・・スカート、４２・・・つかみフランジ、４４
・・・穴あき板、グリッド、４６′・・・ソケット、４
６・・・燃料棒、４８・・・４６の下部端せん、（資）
・・・押圧棒、５２・・・１６の穴、５４・・・ボルト
、５６・・・４６の上部端せん、詔・・・コイルばね、
６０・・・スペーサ。ＦＩＧ２Ｂ。１Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（イ）レギュラ格子のノードに配分された細長い
燃料棒の束と、（ロ）下端部材と、上端部材と、これら
の上端部材と下端部材とを連結する控え棒と、前記燃料
棒を、前記ノードに保持するために前記控え棒に沿つて
配分されたグリッドとを備え、前記燃料棒の方向に相対
的に滑動できる２つの副構造物から成る燃料棒保持用構
造物と、（ハ）前記２つの副構造物を広げ離すためのば
ね装置とを備えた核燃料集合体。
（２）上方に向けられた冷却材流れにより冷却され、下
部炉心板及び上部炉心板によつて限定される原子炉炉心
に於て使用するための、核燃料集合体において、（イ）レギュラ格子のノードに配分された細長い燃料棒
の束と、（ロ）下端部材と、上端部材と、これらの上端
部材と下端部材とを連結する控え棒と、前記燃料棒を前
記ノードに保持するために前記控え棒に沿つて配分され
たグリッドとを備え、前記燃料棒の方向に相対的に滑動
できる２つの副構造物から成り、これらの副構造物の一
方が、前記上部炉心板に対して直接衝合接触するように
配置した前記上端部材を持ち、又他方の前記副構造物が
、前記下部炉心板に対して直接衝合接触するように配置
した前記下端部材を持つ燃料棒保持用構造物と、（ハ）
前記２つの副構造物を広げ離して前記下端部材を前記下
部炉心板に対して衝合接触状態に保つばね装置とを備え
た、核燃料集合体。
（３）上方に向けられた冷却材流れにより冷却され、下
部炉心板及び上部炉心板によつて限定される原子炉炉心
に於て使用するための、核燃料集合体において、（イ）レギュラ格子のノードに配分された細長い燃料棒
の束と、（ロ）下端部材と、上端部材と、これらの上端
部材と下端部材とを連結する控え棒と、前記燃料棒を前
記ノードに保持するために前記控え棒に沿つて配分され
たグリッドとを備え、前記燃料棒の方向に相対的に滑動
できる２つの副構造物から成り、これらの副構造物の一
方が、前記上部炉心板に対して直接衝合接触するように
配置した前記上端部材と若干の前記控え棒とを持ち、又
他方の前記副構造物が、前記下端部材と残りの前記控え
棒とを持ち、さらに前記副構造物の一方が、他方の前記
副構造物の前記下端部材に対して相対的に滑動自在に受
け入れられると共にこの他方の副構造物に極めて近接さ
せて配置された部材を持つ燃料棒保持用構造物と、（ハ
）前記滑動自在に受け入れられる部材と前記他方の副構
造物の前記下端部材との間に圧縮されて前記両上下端部
材を広げ離す傾向を持つ力を加えるばね装置とを備えた
、核燃料集合体。
（４）第１の前記副構造物が、前記グリッド及び前記燃
料棒の少くとも若干を持ち、又他方の前記副構造物が、
相互に強固に連結された他方の前記控え棒と前記下端部
材とから成る特許請求の範囲第（２）項記載の核燃料集
合体。
（５）前記ばね装置を、（ｉ）圧縮状態において、前記
上端部材の上部フランジと、（ｉｉ）前記上端部材内に
位置する板材から成り、第２の前記副構造物の前記控え
棒によつて前記下端部材に機械的に連結され、前記上端
部材の底壁を横切つて突き出た部材との間に保持した、
特許請求の範囲第（３）項記載の核燃料集合体。
（６）前記ばね装置を、圧縮状態において、前記上端部
材の底壁と、板材から成り、前記上端部材の下方に位置
する前記滑動可能な部材との間に保持し、又前記ばね装
置が、第２の前記副構造物の前記控え棒のうちの１つの
控え棒の延長部のまわりにそれぞれ位置する複数のばね
から成り、前記上端部材と前記滑動可能な部材との広げ
引離し移動の量を制限する衝合接触装置を設けた、特許
請求の範囲第（３）項記載の核燃料集合体。
（７）前記燃料棒のうちの少くとも若干のものに、前記
上端部材及び下端部材のうちの一方に対して衝合接触状
態にある第１の端部部分を設け、又他方の端部部分によ
り他方の前記端部部材に対して追加弾性装置によつて付
勢される押付け棒を滑動可能に受け入れるようにした、
特許請求の範囲第（１）項記載の核燃料集合体。
（８）前記ばね装置に１００ないし２００ｄａＮの予圧
縮力を持たせた、特許請求の範囲第（１）項記載の核燃
料集合体。