JPS63289485A - 核燃料棒支持格子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉用燃料集合体において核燃料棒が挿通
される開口を画成するために使用される支持格子に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来、第９図に示されるように、例えば加圧水型原子炉
用の燃料集合体１は、その長手方向に沿って隔置された
複数の支持格子２と、該支持格子２によって格子状に束
ねられ支持された燃料棒３と、該燃料棒３の上端及び下
端よりも若干上方及び下方に延びる制御棒案内管４と、
該制御棒案内管４の上端及び下端にそれぞれ結合された
上部ノズル５及び下部ノズル６とを含んでいる。

各支持格子２は、第１０図に概略的に示すように、第１
の複数の帯板２ａ及び第２の複数の帯板２ｂを相互に格
子状に差し込んで形成された枠体であり、これ等の帯板
２ａ及び２ｂが協働して多数の開口２ｃを画成している
。開口２ｃのうち所定のものには前述した制御棒案内管
４が固定挿通され、それ以外の開口２Ｃには第１０図の
左隅部の領域ＸＩに代表的に示されているように燃料棒
３が挿通されるようになっている。領域Ｍを拡大して示
す第１１図から読解されるように、各燃料棒３は、帯板
に設けられたスプリング８及びティンプル９により弾力
的に支持されている。

また、各帯板２ａ、２ｂには第１２図（図面を簡略にす
るためスプリング８及びディンプル９は図示を省略）に
示すように縦方向に延びるスリ７１〜２ｄか形成されて
おり、帯板２ａに形成されたスリット２ｄと帯板２ｂに
形成されたスリ７１−２ｄとを合わせ、帯板２ａ、２１
〕を相互に差し込むことによって、第１０図及び第１３
図に示されるような支持格子２に形成される。各帯板の
上縁及び下縁にはスリット２ｄと整列するように溶接タ
ブ１０が基線１０−１．１０−２から突設しているので
、帯板２ａ、２ｂを差し込むことによって生しる交差部
には、帯板２ａ、２ｂの溶接タブ１０が十字状に交差し
て位置する。この溶接タブ１０をレーザー溶接、ＴＩＧ
溶接、電子ヒーム溶接等の方法で熔融さぜ、融接ナゲツ
ト１１を形成し固定するか、或はろう付は等の冶金的方
法で結合している。

［発明が解決しようとする問題点］ 以」二のような燃料集合体を装荷した原子炉の運転中に
は、核分裂反応の結果生じた熱を該燃料集合体から取り
出すなめに、周知のように、冷却材が燃料集合体の内側
及び外側を同燃料集合体に沿って上方に流れる。燃料集
合体の内側を通る冷却材は、各支持格子において、第１
４図に概略的に示すように、燃料ｖＪ３の周面と、この
燃料棒３が挿通される開口２ｃを画成する帯板２ａ、２
ｂの側面との間の間隙もしくは流路を通り抜けねばなら
ないが、前述したように帯板２ａ、２ｂの上下端交差部
には溶接ナゲッＩ・１１が形成されているので、流路の
断面積が溶接ナゲツト１１によって急激に狭められ、か
かる流路形状の変化により非常に圧力損失が大きかった
。従って、圧力損失の増加を抑制する観点からは溶接ナ
ゲツトは小さい方が好ましいが、強度の観点からは溶接
ナゲツトは大きい方が好ましいという矛盾する問題があ
る。特に、支持格子の材料として最近用いられるように
なってきたジルカロイは、従来使用されていたインコネ
ルに比べて機械的強度がほぼ半減するため、帯板の板厚
を厚くする必要があり、第１２図に示したような従来の
単純な構造の帯板を使用していたのでは、圧力損失の増
大抑制と機械的強度の確保という矛盾する要求を満たす
ことは困難であった。

従って、本発明の目的は、冷却材の圧力損失の増大抑制
と機械的強度の確保という矛盾する要求を満たすことが
てきる核燃料棒支持格子を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明は、互いに平行に且
つ離れて配置された第１の複数の帯板と、互いに平行に
且つ離れて配置されると共に、前記第１の複数の帯板と
直交して組み立てられた第２の複数の帯板とを有し、前
記第１の複数の帯板と前記第２の複数の帯板との交差部
に溶接ナゲツトを形成する核燃料棒支持格子において、
前記核燃料棒が挿通される開口を画成する前記第１、第
２の複数の帯板の各セグメントの下縁及び上縁に切欠き
を形成し、前記下縁の切欠きの端部断面を下方に向かっ
て漸減させてなることを特徴とするものである。

［作用］ 帯板の各セグメンＩ・の上縁及び下縁に切欠きを＝４− 設けることによって、溶接ナゲツトを形成した際に、同
溶接ナゲツトの軸方向位置と帯板の上縁及び下縁の軸方
向位置との間に実質的に段差が生じ、支持格子の冷却材
入口側及び出口側における溶接ナゲツトによる流路の急
縮小が緩和されて、形状変化に伴う圧力損失の増加抑制
になる。式な、下縁の切欠きの端部断面を漸減させるこ
とによっても、冷却材入口側の流路の急な縮小を緩和し
、形状変化に伴う圧力損失の増加抑制になる。

［実施例］ 次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明するが、図中、同一符号は同−又は対応部
分を示すものとする。

第１図は、本発明に従って構成された支持格子２０を部
分的に斜視図で示すもので、該支持格子２０は、互いに
平行に目一つ離れて配置された第１の複数の帯板２０ａ
と、互いに平行に且つ離れて配置されると共に、前記第
１の複数の帯板２０ａと直交して組み立てられた第２の
複数の帯板２０ｂとを含み、このように組み立てること
によって、隣接する１対の第１の帯板２０ａと隣接する
１対の第２の帯板２０ｂとによって、燃料棒（図示せず
）を受は容れうる１つの開口２０ｃが画成される。この
ようにして１つのｆｍＤ２０ｃを画成する各帯板部分２
０ａ’、２０ｂ’を以下セグメントという。

各帯板２０ａ、２０ｂは第２図に示すような平面形状を
有しく実質的に同一形状でよいので１つの帯板により代
表して双方を示す。また、燃料棒を支持するためのスプ
リング及びディンプル等は本発明の要旨ではないので図
示を省略する。）、従来同様に、各帯板２０ａ、２０ｂ
の高さのほぼ半分までスリ７＋−２０ｄが形成されてお
り、スリット２０ｄ、２０ｄ間の帯板部分２０ａ　′、
２０ｂ　’が前述したセグメントである。

これ等の帯板２０ａ、２０ｂは、従来の帯板と同様に一
方の帯板２０ｕのスリ７ｌ−２０ｄに他方の帯板２０ｂ
に形成されたスリ７ｌ−２０ｄを合わぜ差し込むことに
より、第１図に部分的に示した格子の形状に組み立てら
れる。

さて、本発明によれば、各帯板２０ａ、２０ｂの−Ｌ縁
及び下縁には従来同様に−Ｌ述したスリット２０ｄに整
列して溶接タブ１０が形成される他に、スリット２０ｄ
間の各セグメントには、帯板から上方及び下方にそれぞ
れ延びる各溶接タブ１０の延長基線１０−１．１０−２
よりも下方及び−上方に切り込まれた台形状のり欠き１
４が形成されると共に、冷却材入口側である各帯板の下
縁部の断面は、第２八図に符号１３で示すように、その
柳断面積が下方に向かうほど漸減するように面取りされ
ている。尚、上述したように帯板２０ａ、２０ｂを組み
立てることによって、溶接タブ１０は十字状に交差し、
この交差部を溶接すると、溶接点は第１図に示すような
軸方向の高さ位置に溶接ナゲツト１１を形成する。第１
図において、左方の４個は溶接前の交差部を示し、右方
の４個は溶接されて溶接ナゲツト１１が形成された後の
交差部を示している。第１図から、溶接ナゲツト１１の
軸方向位置と帯板２ａ、２ｂの上縁及び下縁もしくは切
欠き１４の底縁１４ａの軸方向位置との間に段差が形成
されたことが分かる。

第２図には台形状の切欠き１４を例示したが、切欠き１
４の形状及び寸法は各種燃料集合体について強度解析及
び熱水力解析を実施し最適な値とすることができる。溶
接タブ１０も同様である。

例えば、１．７ｘｉＴ型燃料集合体についての例を説明
すると、第３図の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は切欠き深
さをパラメータとした座屈荷重、動的剛性及び耐震性能
についての強度解析結果を示し、第４図は同じく切欠き
深さをパラメータとした圧損係数についての熱水力解析
結果を示しており、これ等の結果を総合すると、耐震強
度の要求を満足しつつ極力圧損を抑制するには、切欠き
深さが１．．７５ｍｍであることが好適である。尚、上
記解析は溶接ナゲツトの大きさの影響を受けるので、溶
接ナゲツトの大きさ　（熱水力解析では溶接ナゲツトの
投影面積、強度解析では溶接ナゲツトの幅及び軸方向長
さ）をパラメータとして更に解析結果を出し、切欠き深
さを較正すれば一層好適である。

上記の実施例ては、各切欠き１４を同一形状、同一寸法
にしているが、冷却材の圧力損失の増大抑制と機械的強
度の確保という矛盾する要求を満たすことができる限り
において、帯板は様々な形状に変形することができる。

例えば、第５Ａ図に示すように、同一セグメントについ
ては上縁及び下縁の切欠き１４の深さは同一であるが、
セフメン１〜毎に切欠き１４の深さを変えたり、第５Ｂ
図に示すように、同一セグメントにおける上縁及び下縁
の切欠き深さを変えると共に、セグメント毎に切欠き深
さを変えたり、切欠き１４の形状を第６八図に示すよう
にほぼＶ字形としたり、第６Ｂ図に示すように円弧状と
したりしてもよく、また、面取り部１３は第７八図に示
すように上縁及び下縁の双、方に設けても、第７Ｂ図に
示すように溶接タブ１ｏを除く上縁及び下縁のほぼ全域
に設けてもよい。更に、第８八図及び第８Ｂ図に示すよ
うに、選択された特定の溶接タブ１０′については、同
タブ１０′の基部まで切欠き１４が延長していてもよく
、また、第８Ａ図〜第８Ｄ図に示すように同一支持格子
において溶接タブの高さレベルを変えてもよい。このよ
うに溶接タブの高さレベルを変えると、溶接ナゲツトが
形成される軸方向位置に段差ができるため、流路の息縮
小を緩和し形状変化に伴う圧力損失の増加が更に抑制さ
れる。

帯板形状に圧力損失を低下させる機能をもたせることは
ジルカロイ製の板厚増加型支持格子に特に有効であるが
、支持格子の機能としてより強く且つより圧力損失が小
さいことが一般的に望まれていることから、本発明は、
従来型のインコネル製支持格子で帯板の上縁及び下縁に
溶接ナゲ・ントを形成して固定、製作される支持格子や
、ろう付は等の冶金的結合法により製作される支持格子
に対しても適用しうろことが分かる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、冷却材の圧力損失の増
大抑制と機械的強度の確保という矛盾する要求を満たす
ことができるジルカロイ製に代表される板幅増加型支持
格子が得られ、また、現行のインコネル製支持格子に適
用した場合には、溶接ナゲッ１−寸法の許容範囲を広げ
ることが可能となり、溶接ナケット寸法の管理の簡略化
が図れると共に、支持格子の品質特性の安定性向上にも
大きく寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により構成された核燃料棒支持格子の
一実施例を部分的に示す概略斜視図、第２図は、第１図
の支持格子に用いられる帯板の一部を概略的ら示す倶１
面図、第２八図は、第２図の■Ａ−ｎＡに沿って示す部
分断面図、第３図の（、）、（ｂ）及び（ｃ）は、１７
Ｘ　１７型支持格子に本発明を実施した場合の強度解析
結果を切欠き深さと座屈荷重、動的剛性及び耐震性能と
の関係について示す線図、第４図は、同じく熱水力解析
結果を切欠き深さと圧力損失係数との関係について示す
線図、第５八図及び第５Ｂ図は、切欠き深さに変化を付
けた本発明の支持格子の変形実施例を概略的に示す部分
側面図、第６八図及び第６Ｂ図は、切欠き形状を変えた
本発明の支ｔｌｉ格子の変形実施例を概略的に示す部分
側面図、第７八図及び第７Ｂ図は、帯板上縁及び下縁に
面取り部を追加した変形実施例を概略的に示す部分側面
図、第８Ａ図〜第８Ｄ図は、溶接タブの軸方向位置を変
化させた変形実施例を概略的に示す部分側面図、第９図
は、従来の燃料集合体の全体構成を概略的に示す側面図
、第１０図は、第９図のＸ−Ｘ線に沿って従来の支持格
子を示す概要図、第１１図は、第１０図における領域■
の拡大平面図、第１２図は、従来の支持格子で用いられ
ている帯板の概略側面図、第１３図は、第１２図の帯板
を用いて形成された支持格子の部分斜視図、第１４図は
、第１０図、第１１図及び第１３図に示した支持格子に
おける流路縮小について説明する図である。 １０　　・・・溶接タブ　　１１・・・溶接ナゲッＩ・
１３　　・・面取り部　　１４・・・切欠き２０　　・
・・核燃料棒支持格子 ２０ａ・・・第１の帯板　２０ｂ・・・第２の帯板２０
ａ′・・・第１の帯板のセフメン１〜２０ｂ　’・・・
第２の帯板のセフメン１〜２０ｃ・・・セグメントによ
って画成される開口第３図 を刀欠きノ朶さ　（ｍｍ） 切欠き深さ　（ｍｍ） 切欠き深さ　（ｍｍ） を刀欠き深さ　（ｍｍ） 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに平行に且つ離れて配置された第１の複数の帯板と
   、互いに平行に且つ離れて配置されると共に、前記第１
   の複数の帯板と直交して組み立てられた第２の複数の帯
   板とを有し、前記第１の複数の帯板と前記第２の複数の
   帯板との交差部に溶接ナゲットを形成する核燃料棒支持
   格子において、前記核燃料棒が挿通される開口を画成す
   る前記第１、第２の複数の帯板の各セグメントの下縁及
   び上縁に切欠きを形成し、前記下縁の切欠きの端部断面
   を下方に向かって漸減させてなることを特徴とする核燃
   料棒支持格子。