JPS6317038Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は原子炉に用いられる燃料集合体に関
し、特に多数の燃料棒と、軽水や重水等の減速材
（冷却材）を流過させる中空管とを、所定間隔だ
け離して保持するため用いられている支持格子に
あつて、当該格子の交差部に取付けて用いられる
箱形ばねの改良に係るものである。

既知の通り原子炉の燃料には、ジルコニウム合
金による管内に、二酸化ウラン等の核燃料を封入
した細長い燃料棒を、多数本支持格子（スペー
サ）により離間状態にて縦装集束してなる燃料集
合体が用いられている。

ところで燃料集合体は、核分裂を起す熱中性子
を得るために減速材中に配置されることになる
が、軽水炉にあつては、減速材に冷却材を兼ねた
軽水が用いられ、熱中性子は減速材の多い箇所で
多く発生し、一方または燃料集合体中では核燃料
の核分裂のために、熱中性子が使用されるので、
当該集合体の中央部は周辺部よりも低い熱中性子
束を受けることゝなり、多数本の燃料棒が均一な
線出力を発生しない結果となつてしまう。

そこで上記線出力の均一化を図るには燃料集合
体の中央部すなわち内部における減速材を多くす
ることが必要となり、このため既に支持格子の全
セルに燃料棒を挿填することなく、内部の所定箇
所には燃料棒に替えて、中空管を挿填しておき、
これに減速材を流過させることが実施されてお
り、そしてさらにこの際燃料棒と同じ太さの中空
管を用いるのではなく、より大径の中空管によつ
て多量の減速材を燃料集合体中央部に存在させる
ことも行なわれており、本考案はかゝる外径の大
きな中空管と、燃料棒とをセル内にて横向移動し
ないように弾持するため、支持格子に設けられる
箱形ばねに係るものである。

こゝで第１図は支持格子１の格子板２，２…
…，３，３……により形成された隣装三箇所のセ
ル４，４，４内に燃料棒Ａを、そして他の隣装一
箇所におけるセル４には、同棒Ａと同径の中空管
Ｂを装填した場合を示し、この際格子板２，３の
交差部５に取付けられる箱形ばねＣは、第２図に
明示の如く上下の四角筒に形成された箱端部Ｄ，
D′を、四側面に配した第１〜第４板ばねＥによ
り連設したもので当該板ばねＥには、その長手方
向中央部にあつて外向きにＶ字状となるよう突曲
された弾持部Ｆが形成されており、上記第１〜第
４ばねＥは何れも同寸法に形成され、各ばねＥの
弾持部Ｆと、格子板２，３からセル４内に突出し
た支持突起Ｇとによつて、燃料棒Ａと中空間Ｂと
が横向移動を阻止されている。

そこで上記の如き箱形ばねを用いて第３図に示
した大径の中空管B′を弾持しようとすれば、中
空管Ｂの場合には第４図に明示する通り第１〜第
４板ばねＥの幅Ｗが充分大であつても、同管Ｂが
小径であるから、同図の如く中空管Ｂを装填する
以前の破線位置から、装填後の実線位置まで、充
分に同ばねを撓ませても当該板ばねＥが、格子板
２，３に対して不本意に衝当してしまうことはな
いが、大径の中空管B′であれば第３図そして第
５図が明示するように、上下の箱端部Ｄ，D′は
同図にあつて上下の二辺Ｈ，H′を短縮して、中
空管B′を装填するセル４側の板ばねE′を後退させ
なければならず、この結果当該板ばねE′が、第４
図のように広幅であれば、同ばねがすぐに格子板
２，３に衝当して、ばねとしての役割を果し得な
くなつてしまう。

そして上記の通り当該板ばねE′を狭幅に形成す
れば、ばね定数が小さくなり、従つて中空管
B′に対する所定の保持力を得ようとすれば、撓
みの量を大きくとらなければならなくなる。

そこで撓み量が大きくなれば、板ばねに発生す
る応力も大となり、このため中空管B′に当接す
る板ばねE′と、その反対側面にて燃料棒Ａに当接
する、広幅な板ばねＥとの間に、応力上の大差が
生じてくることゝなり、従つてこのような状態に
て原子炉内の使用を続けていると、中性子照射に
よる材料のクリープによつて、当該応力は緩和さ
れていくものゝ、その緩和速度は発生している応
力の大きさに依存するので、細幅の板ばねE′の方
が、応力緩和にて保持力を低下し、この結果広幅
板ばねＥの保持力が勝つて、箱形ばねＣは両保持
力を常に一定に保つよう中空管側へ移動し、中性
子照射中の燃料として安定性に欠け、当初は格子
板に衝当することのない板ばねも、遂には当接す
るに至るのである。

すなわち具体的には第４図の場合箱端部の幅を
７〜８mmとし、板ばねの幅は3.5〜4.5mmとして、
ばねの保持力として１〜２Kgが得られるようにし
ており、これに対し第５図の場合における中空管
B′用の板ばねは、その幅を2.5〜3.0mm程度まで減
じなければならない。

このように細幅とすれば、同じ保持力を得るに
はばねδ／Ｌを大きくする必要があり、この際Ｌ
を変えずにδを大きくすると、この場合の応力は
第１０図のイに示す細成二点鎖線のようになり、
これを燃料棒用である広幅の板ばねがもつ応力と
比較してみると、同図のロに示す実線とは異な
り、板ばねの中央部である弾持部と、基端部とに
おいて夫々より大きな最大圧縮応力、最大引張応
力が発生することゝなり、板ばねの材料強度上厳
しい条件にさらされてしまうことゝなる。

そこで上記の如き問題点を解消するため、第６
図、第７図に示す所謂Ｗ型スプリングといわれる
ものが既に提案されており、これは前記の如く
δ／Ｌを大きくするためＬを小さくして細幅によ
る保持力の低下を補促しようとするもので、大径
の中空管B′と当接する板ばねE′だけが、Ｖ字状で
なくＷ字状に曲成された弾持部F′となつているも
のである。

ところが当該板ばねE′に発生する応力は、第１
０図のハに太い二点鎖線にて示されている通りで
あり、従つて基端部における引張応力は、広幅板
ばねＥの応力すなわちロに比し何ら改良されてい
ないだけでなく、むしろ劣化しており、前記のイ
について既述した問題点が、ほとんどそのまゝ内
包されているといえるのである。

本考案は上記の諸点に鑑み、大径の中空管を弾
持する板ばねにつき、その幅員に広狭箇所を適切
に保有させると共に、基端側に外側へ突出する屈
曲部分をも形成することによつて、常に燃料棒と
当接する板ばねの保持力と、大径の中空管と当接
する板ばねの保持力とを一定に保ち得るようにし
て、前記従来の難点を解消しようとするのが、そ
の目的である。

本考案を第８図、第９図の実施例によつて詳記
すれば、上下の箱端部１０，１１が、その三側面
にあつて、燃料棒Ａと当接する第１〜第３板ばね
１２，１２′，１２″により連設されており、他の
一側面に設けられている第４板ばね１３によつ
て、当該セル４内に挿通される大径の中空管
B′が当接弾持される点は、従来のものと同じで
あるが本考案では、第４板ばね１３の構成が従来
のものと相違している。

すなわち上下の箱端部１０，１１からは傾斜基
端部１４，１４′が、外側へ向け突出するよう傾
斜して連設され、さらに当該基端部１４，１４′
からは、箱状ばねの軸線に添つた細成連続部１
５，１５′が連設され、当該連続部１５，１５′
が、外側へ向けＶ字状に曲成された広幅中央弾持
部１６により連設されている。

こゝで上記の傾斜基端部１４，１４′は、細成
連続部１５，１５′よりも広幅に形成されている
と共に、広幅中央弾性部１６は細成連続部１５，
１５′よりも広幅に形成され、図示例では細成連
続部１５，１５′の傾斜基端部１４，１４′側と、
広幅中央弾持部１６側とには夫々の先広テーパー
部１７，１７′，１８，１８′が形成されている。

こゝで本考案の具体例につき説示すれば、燃料
棒Ａを支持するための保持力は0.5〜２Kg、好ま
しくは１〜1.5Kgであるが、材料には厚さ0.3mmの
インコネルＸ−750なる板を用い、箱端部１０，
１１の幅寸法としては7.0×8.4mmとし、燃料棒用
の第１〜第３板ばね１２，１２′，１２″の幅寸法
は3.5mmとした。

そして第４板ばね１３については、傾斜基端部
１４，１４′の板幅を3.3mm、広幅中央弾持部１６
の板幅は3.8mmそしてこれらを連結している細成
連続部１５，１５′は2.8mmの板幅とし、傾斜基端
部１４，１４′による細成連続部１５，１５′の打
出し高さｈを0.9mmとしたのであり、図中１７，
１７′は上下の箱端部１０，１１にあつて、その
各側端面に従来品と同じく突設した半球状突起で
あり、当接する燃料棒、中空管と板ばね１２，１
２′，１２″，１３との接触面積を限定すると共
に、その横向移動すなわち過大な板ばねの変位を
制限するものである。

そこで上記の具体例を既知の如く支持格子に組
み込み、その保持力を測定したところ第１〜第３
板ばねによる燃料棒に対しての保持力は1.2〜1.3
Kgで、大径の中空管B′に対する第４板ばねの保
持力は1.2Kgであつた。

そしてまた当該第４板ばね１３に発生する応力
は、第１０図のニに示す破線のようになり、従つ
て第１〜第３板ばねについての応力、すなわち同
図ロの実線と比較して、その最大引張応力、最大
圧縮応力は略同程度となることが確認できた。

本考案は上記の実施例によつて具現される通
り、核燃料集合体の支持格子１にあつて、格子板
２，３の所定交差部５に取付けられ、上下の箱端
部１０，１１を三側面にて連設している第１〜第
３板ばね１２，１２′，１２″によつて、夫々格子
板２，３により区画された対応セル４，４，４に
挿通の燃料棒Ａを、横向移動が阻止されるよう弾
持し、他の一側面に設けられた第４板ばね１３に
よつて、その対応セル４内に燃料棒Ａよりも大径
で、中性子の減速材が流過する中空管B′を、横
向移動が阻止されるよう弾持する箱形ばねにおい
て、上記第４板ばね１３が、上下の箱端部１０，
１１から外側へ突出する傾斜基端部１４，１４
と、これら傾斜基端部から軸線に添つて連続し、
かつ同基端部１４，１４′よりも狭幅に形成され
た細成連続部１５，１５′と、これら細成連続部
１５，１５′間にあつて外側へＶ字状に曲成され、
かつ同連続部１５，１５′よりも広幅に形成され
た広幅中央弾持部１６とによつて構成されている
から、広幅である燃料棒支持用の板ばねよりも中
空管B′支持用の板ばねを、細幅として充分な撓
みが得られるようにしても、両板ばねに近似した
保持力をもたせることができ、かつ当該保持力を
一定に保つことができ、かつ第４板ばねにも第１
〜第３板ばねに発生する応力と略同一の応力分布
をもたせることができ、原子炉内で使用すること
により何れの板ばねも照射挙動変化を均一となし
得るので、充分な燃料の安定性が得られ、第４板
ばねについても大きな圧縮、引張応力が発生しな
いので、その材料強度上も満足すべき結果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は核燃料集合体用支持格子の従来例を示
した燃料棒装填状態の部分平面説明図、第２図は
第１図の箱形ばねを示した正面図、第３図は同異
種従来例による燃料棒装填状態の部分平面説明
図、第４図は第１図の箱形ばねと中空管との関係
を示した板ばねの挙動説明図、第５図は第３図の
箱ばねと大径の中空管との関係を示した板ばねの
挙動説明図、第６図は箱形ばねの異種従来例を示
した平面図、第７図のａ，ｂは夫々第６図のａ−
ａ線、ｂ−ｂ線矢視図、第８図は本考案に係る箱
形ばねの一実施例を示した平面図、第９図は第８
図のａ−ａ線、ｂ−ｂ線矢視図、第１０図は箱形
ばねの各種板ばねにつき、その荷重１Kgに対する
応力の板ばねスパンに対応した応力分布図であ
る。 １……支持格子、２，３……格子板、４……セ
ル、５……格子板の交差部、１０，１１……上下
の箱端部、１２，１２′，１２″……第１〜第３板
ばね、１３……第４板ばね、１４，１４′……傾
斜基端部、１５，１５′……細成連続部、１６…
…広幅中央弾持部、Ａ……燃料棒、B′……大径
の中空管。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 核燃料集合体の支持格子にあつて、格子板の
   所定交差部に取付けられ、上下の箱端部を三側
   面にて連設している第１〜第３板ばねによつ
   て、夫々格子板により区画された対応セル内に
   挿通の燃料棒を、横向移動が阻止されるよう弾
   持し、他の一側面に設けられた第４板ばねによ
   つて、その対応セル内に燃料棒よりも大径で、
   中性子の減速材が流過する中空管を、横向移動
   が阻止されるよう弾持する箱形ばねにおいて、
   上記第４板ばねが、上下の箱端部から外側へ突
   出する傾斜基端部と、これら傾斜基端部から軸
   線に添つて連続し、かつ同基端部よりも狭幅に
   形成された細成連続部と、これら細成連続部間
   にあつて外側へＶ字状に曲成され、かつ同連続
   部よりも広幅に形成された広幅中央弾持部とか
   らなる核燃料集合体用支持格子の箱状ばね。 (2) 細成連結部の傾斜基端部側と、広幅中央弾持
   部側とには、先広テーパー部が形成されている
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の核燃料集
   合体用支持格子の箱形ばね。