JPS63195590A - 原子炉 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は燃料集合体のラッパ管やチャンネルボックスの
側面に、温度に応じて形状が変化するスペーサパッドを
取付けた原子炉に関する。

（従来の技術） 例えば、高速増殖型の原子炉においては、−次冷却材お
よび二次冷却材として液体金属ナトリウムが使用されて
おり、炉心に収容された多数本の燃料集合体によって加
熱された一次冷却材は中間熱交換器において二次冷却材
と熱交換を行い、冷却された後、再び炉心内へ導入され
る。

高速増殖型原子炉にお（プる燃料集合体は六角形のステ
ンレス＆ｌ１ｌｌ製のラッパ管内に多数本の燃料ピンを
挿入して構成されており、これらの燃料集合体は多数本
が近接して炉心内に収容されている。

第２３図は高速増殖型原子炉における燃料集合体の設置
状態を示すもので、各燃料集合体１はラッパ管２の下端
に連接したエントランスノズル３を炉心下部に配置した
上部支持板４および下部支持板５に挿着することにより
固定されている。

各燃料集合体１のラッパ管２の上端近傍の側面には截頭
円錐状のスペーサパッド６が溶接されてる。これらのス
ペーサパッドは六角形のラッパ管の場合にはそれぞれの
面に１個ずつ、合計６個設けられており、第２図に示す
ように、隣接する燃料集合体のラッパ管側のスペーサパ
ッド６との間で当たり面となり、ラッパ管相互間の間隔
を保つ役目を果している。

上記において、−次冷却材はエントランスノズル３の側
面に透設された流入孔７からラッパ管２内に入り、ラッ
パ管内に収容された燃料ピン（図示せず）の間隙を通る
際に加熱され、５００’Ｃ前後の高温となってラッパ管
２の上端から流出する。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように構成した従来の原子炉においては、ラッパ
管２からスペーサパッド６が大きく突出しているため、
燃料集合体を原子炉内の上・下部支持板４，５の開孔部
に挿着するときの装荷性が悪く、また、隣接のラッパ管
のスペーサパッド６同志がぶつかって装荷できなくなる
おそれがある。

この装荷性を考慮し、第２４図に示すように燃料集合体
１を装荷した状態においてスペーサパッド６間に所定の
間隙Ｇが形成されるようスペーサパッドの寸法を定めて
いる。

しかしながら、スペーサパッド相互間に間隙があると、
原子炉の運転中、ラッパ管内を高速で流れる一次冷却材
の流体力等によって燃料集合体が振動し、次第に疲労し
て最悪の場合には疲労損傷に至るおそれがある。

本発明は背景技術における上述のごとき欠点を除去すべ
くなされたもので、スペーサパッドを改良して燃料集合
体の装荷性を向上させ、かつ燃料集合体の振動を抑制し
得る原子炉を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため、本発明のは炉心部に多数本
の燃料集合体を近接して配置した原子炉において、前記
燃料集合体のラッパ管またはチャンネルボックスの上端
近傍の側面に低温湯では突出量が小さく、高温湯では突
出量が大きくなるスペーサパッドを取付けたことを特徴
と覆るものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明装置おいては、燃料果合体
の装荷時のように炉内が低温（１７０℃以下）の状態で
はスペーサパッドは僅かしか突出しておらず、従ってス
ペーサパッド間の間隙が大きいので燃料集合体の装荷は
容易に行なわれる。

一方、原子炉の運転中のように炉心の一次冷却材が高温
（４５０℃程度）の状態ではスペーサパッドは大きく突
出し、隣接する燃料集合体のラッパ管またはスペーサパ
ッドに圧接するので、燃料集合体の撮動は抑制向れる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。なお、
これらの図中、第２３図におけると同一部分には同一の
符号を付し、詳細な説明は必要ある場合を除き省略する
。

第１図において、スペーサパッド１０は折曲板状の形状
記憶合金からなり、一端を燃料集合体１のラッパ管２の
の上端近傍の各側面に固着されている。

このスペーサパッド１０は、例えば鉄をベースとし、マ
ンガンを２８〜３４％、ケイ素を５〜７％含む合金から
なり、引張強ざは８０〜９０Ｋｙ／ｖａｔ、降伏強度は
３５〜４５に！Ｊ／＋ｎ（であり、所定の設定温度（例
えば１７０’Ｃ）を境に２つの形状を記憶する２方向性
形状記憶合金からなる。

この場合、スペーサパッド１０は燃料装荷時等の低温湯
には第２図に示すようにラッパ管２側面からの突出長は
小さく、ラッパ管２の側面に平行に沿った形状をしてお
り、隣接の燃料集合体１のスペーサパッド間の間隙Ｇは
大きくなっている。

一方、原子炉の運転中に燃料の発熱によってラッパ管２
内外の温度が１７０’Ｃ以上になると、スペーサパッド
１０は高温場での形状記憶により、第３図に示すように
変形する。すなわち、折曲板状のスペーサパッド１０の
中央部が外側へ大ぎく突出し、同様に変形した隣りの燃
料集合体側のスペーサパッド１０との間で接触し合い、
燃料集合体１の振動を抑制する。

第４図の実施例でも２方向性の折曲板状形状記憶合金１
１が使用されているが、この例では形状記憶合金１１の
上下両端がラッパ管２の上端近傍の側面に固着されてい
る。この実施例においても、ラッパ管内外の周囲温度が
設定温度（例えば１７０°Ｃ）よりも低いときは、第４
図のように隣接する燃料集合体のスペーサパッド１１間
の間隙は大ぎいが、設定温度以上になると形状記憶によ
り第５図のように変形し、隣接燃料集合体のスペーサパ
ッド１１同志は中央部で接触押圧し合い、燃料集合体１
の撮動を抑制する。

第６図および第７図に示す実施例は、第４図および第５
図において説明した折曲板状のスペーサパッド１１を途
中で切断し、上下に分割した形状のスペーサパッド１２
ａ、１２ｂを使用した例を示す。

なお、上記各実施例においてはラッパ管の全ての側面（
六角形ラッパ管の場合には６面金部）にスペーサパッド
を取付【ブた例につき述べたが、第８図〜第１０図に示
すように、スペーサパッド１３はラッパ管２の各側面に
１個おきに取付【ブてもよい。この場合には、ラッパ管
の近傍か設定温度以上になると、第９図および第１０図
に示すようにスペーサパッド１３の自由端側は隣りの燃
料集合体のラッパ管２側に突出し、その側面に圧接する
。従って、燃料集合体の振動を上ｊホの各実施例におけ
ると同様に抑制することができる上、コストダウンを図
ることができる。

第１１図〜第１３図は折曲板状の形状記憶合金からなる
スペーサパッドに替えてチューブ状のスペーサパッド１
４を使用した例を示す。この場合、スペーサパッド１４
は設定温度よりも低温状態では第１１図に示すように偏
平に潰れた形状であり、隣りの燃料集合体のラッパ管２
との間にはかなりの寸法の間隙Ｇが形成されているが、
設定温度以上の高温場になると形状記憶により偏平度が
減少する方向に変形し、第１２図や第１３図に示すよう
に隣りの燃料集合体のラッパ管２に接触して燃料集合体
の振動を抑制する。

第１４図と第１５図はばね状の形状記憶合金からなるス
ペーサパッド１５を使用した例を示すもので、低温湯で
は第１４図に示すようにジグザグ状のばね部が縮んだ格
好をしているが、高温場では第１５図のようにばね部が
伸びた状態に変形し、隣りの燃料集合体のラッパ管側の
スペーサパッド１５に接触する。なお、この実施例の場
合にも、第１６図および第１７図に示すように燃料集合
体のラッパ管の各側面に１個あきにスペーサパッド１５
を取付け、スペーサパッド１５の平板部が直接、隣りの
燃料集合体のラッパ管の側面に接触するようにしてもよ
い。

以上の各実施例はスペーサパッドを形状記憶合金で構成
し、周囲温度が設定温度を越えると、予め記憶させた形
状に変形するようにした例を示したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、次のように構成することもで
きる。

すなわち、第１８図〜第２０図に示す実施例においては
、スペーサパッド１６は蓋状とされており、その全周縁
をラッパ管２に溶接等により気密に固定されている。ま
たラッパ管２にはスペーサパッド１６内に開孔する連通
孔１７が透設されている。

上記において、蓋状スペーサパッド１６は内圧が低いと
きは第１８図のように漬れた状態となるが、内圧が高ま
ると第１９図および第２０図に示すように円錐台状に脹
らむ構造とされている。

従って、燃料集合体の装荷時にはラッパ管内の温度が低
く、圧力も低いので、蓋状スペーサパッドは第１８図の
ように潰れており、隣接の燃料集合体のラッパ管側のス
ペーサパッド１６との間の間隙も大ぎい。一方、原子炉
の運転によりラッパ管２内の温度が上昇すると圧力も上
昇し、このラッパ管内の圧力は連通孔１７を通して蓋状
スペーサパッド１６内に伝わるので、蓋状スペーサパッ
ド１６は第１９図や第２０図のように脹らみ、隣りのラ
ッパ管側の蓋状スペーサパッド１６に圧接して燃料集合
体の］辰動を抑制する。

第２１図および第２２図は、第１８図〜第２０図の実施
例において連通孔１７を省略し、蓋状スペーサパッド１
６内を密封ガス空間１８としたものである。この実施例
の場合においても、燃料装荷時のように低温湯にあると
きは蓋状スペーサパッド１６は第２１図のように潰れて
いるが、原子炉の運転により炉内の温度が上昇すると、
密封ガス空間１８の内圧が上昇するので、蓋状スペーサ
パッド１６は第２２図のように脹らみ、隣りのラッパ管
２側の蓋状スペーサパッド１６と接触し合い、燃料集合
体の１辰動を抑制する。

上述のように、本発明の原子炉においては燃料集合体の
ラッパ管に取付けられて燃料集合体の振動を抑制するス
ペーサパッドを、ラッパ管近傍の温度上昇に応じて突出
量が増加するよう構成したので、燃料装荷時のような低
温湯ではスペーサパッドの突出量は僅かとなり、燃料集
合体の原子炉への装荷はスムーズに行なわれる。

一方、原子炉の通常運転時には、炉心部の温度が上昇し
て設定温度を越えると、スペーサパッドが形状記憶、−
次冷却材の流体圧あるいは密封ガス空間のガス圧力に応
じて膨張し、隣接の燃料集合体のラッパ管またはそこに
取付けた相手方のスペーサパッドに接触し、形状形成力
によって押圧し合うので、燃料集合体のラッパ管の上端
近傍はスペーサパッドを介して連結されることになり、
撮動力が加わってもこれを抑制し、振動による疲労や疲
労破壊を防止することができる。

なお、上述の実施例においては、ラッパ管内に多数本の
燃料ピンを収納した燃料集合体を使用し、かつ−次、二
次冷却材として液体金属ナトリウムを使用する高速増殖
型原子炉に本発明を適用した例につき述べたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば沸騰水型原子
炉に適用することもできる。この沸ＩＩ仝水型原子炉で
は、燃料集合体として、燃料ペレッ］・を被覆管に封入
した燃料棒の複数本をチャンネルボックス内に収納した
ものが使用されているので、本発明を沸騰水型原子炉に
適用する場合には、スペーサパッドはラッパ管に替え、
チャンネルボックスの上端近傍の側面に取（＝Ｊけられ
ることになる。

［発明の効果］ 上）小の如く、本発明によれば燃料集合体の装荷性が向
上する上、流体力や地震力による燃料集合体の振動を抑
制し、衝撃力や撮動疲労による燃料集合体の破壊を防止
できるので、原子炉の健全性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を高速増殖型原子炉に適用した場合にお
ける燃料集合体の実施例を示す炉心部の概略図、第２図
と第３図は第１図のスペーサパッド近傍を拡大して示す
もので、第２図は低温湯における状態を示し、第３図は
高温場における状態を示す。 第４図〜第９図は本発明の他の実施例を示すスペーサパ
ッド近傍の縦断面図で、第４図、第６図および第８図は
低温湯状態を、第５図、第７図および第９図は高温場状
態を示す。第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う横断面図
である。 第１１図〜第１３図は本発明の他の実施例を示すもので
、第１１図は低温湯状態におけるスペーサパッド近傍の
縦断面図、第１２図は高温場状態におけるスペーサパッ
ド近傍の縦断面図、第１３図は第１２図中のｘｍ−ｘｍ
線に沿う横断面図である。 第１４図と第１５図は本発明の他の実施例を示すもので
、第１４図は低温湯状態におけるスペーサパッド近傍の
縦断面図、第１５図は高温場状態におけるスペーサパッ
ド近傍の縦断面図である。 第１６図と第１７図は本発明の他の実施例を示すもので
、第１６図は高温場状態におけるスペーサパッド近傍の
縦断面図、第１７図は第１６図中のＸＶＩ［−ＸＶＩ線
に沿う横断面図である。 第１８図〜第２０図は本発明の他の実施例を示すスペー
サパッド近傍の図で、第１８図は低温湯状態における縦
断面図、第１９図と第２０図は高温場状態における縦断
面図と一部切欠斜視図である。 第２１図は本発明の他の実施例を示すスペーサパッド近
傍の低温湯状態にける縦断面図、第２２図はその高温場
状態を示す縦断面図である。 第２３図は従来の原子炉における燃料集合体の構成例を
示す炉心部の概略図、第２４図ｉｔ第２３図におけるス
ペーサパッド近傍の縦断面図である。 １・・・・・・・・・燃料集合体 ２・・・・・・・・・ラッパ管 ４・・・・・・・・・上部支持板 ５・・・・・・・・・下部支持板 ６．１０，１１．１２ａ、１２ｂ、１３〜１６・・・・
・・・・・スペーサパッド ７・・・・・・・・・流入孔 １７・・・・・・・・・連通孔 １８・・・・・・・・・密封ガス空間 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 ′０ 第３図 第６図　　　第７図 第８図　　　第９図 第℃図 第１１図　　　　　　第１２　［２１ 第１３図 第１７図 第１８　［２］　　　　　第っ図 第乙図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心部に多数本の燃料集合体を近接して配置した
   原子炉において、前記燃料集合体のラッパ管またはチャ
   ンネルボックスの上端近傍の側面に、低温場では突出量
   が小さく、高温場では突出量が大きくなるスペーサパッ
   ドを取付けたことを特徴とする原子炉。
2. （２）ラッパ管またはチャンネルボックスの上端近傍の
   側面に１つおきにスペーサパッドが取付けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
3. （３）スペーサパッドが形状記憶合金からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
4. （４）スペーサパッドが蓋状であつて、ラッパ管または
   チャンネルボックスの上端近傍の側面に液密的に固着さ
   れており、前記ラッパ管またはチャンネルボックスには
   前記蓋状スペーサパッド内とラッパ管またはチャンネル
   ボックス内を連通する連通孔が開孔していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
5. （５）スペーサパッドが蓋状であつて、ラッパ管または
   チャンネルボックスの上端近傍の側面に気密に固着され
   ており、前記蓋状スペーサパッド内が密封ガス空間を形
   成していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の原子炉。