特開 2023-175091 燃料集合体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023175091

(43)【公開日】2023-12-12

(54)【発明の名称】燃料集合体

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/30 20060101AFI20231205BHJP

   G21C 3/10 20060101ALI20231205BHJP

   G21C 3/33 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

G21C3/30 100

G21C3/10 100

G21C3/33 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022087361

(22)【出願日】2022-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤本 清志

(72)【発明者】

【氏名】永吉 拓至

(72)【発明者】

【氏名】古市 肇

(72)【発明者】

【氏名】光安 岳

(57)【要約】

【課題】
ばねがルースパーツとなりにくい構造で、かつ、燃料棒の振動と燃料集合体の圧力損失の増加を抑制できること。
【解決手段】
本発明の燃料集合体は、上記課題を解決するために、燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、前記端栓は、その表面に複数の支持突起を備えていると共に、前記端栓に形成された開口部を通して該端栓の内部に形成されている単一空間に一部が収納され、残りの一部が外部に突出して閉ループ化されたばねを有し、複数の前記支持突起と前記閉ループ化されたばねが、前記タイプレートに形成されている差込み孔の内壁に接触して前記端栓が支持されていることを特徴とする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、
前記端栓は、その表面に複数の支持突起を備えていると共に、前記端栓に形成された開口部を通して該端栓の内部に形成されている単一空間に一部が収納され、残りの一部が外部に突出して閉ループ化されたばねを有し、複数の前記支持突起と前記閉ループ化されたばねが、前記タイプレートに形成されている差込み孔の内壁に接触して前記端栓が支持されていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料集合体であって、
前記端栓の表面には、１２０°間隔で２方向に前記支持突起が、１方向に前記ばねが設けられていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項3】

請求項２に記載の燃料集合体であって、
前記支持突起と前記ばねは、前記タイプレートに形成されている前記差込み孔に前記端栓を差し込んだ時に、前記支持突起と前記ばねの接触する部分が点接触或いは点接触に近い状態になるように前記支持突起は半円形状となっていると共に、前記ばねは部分的に１ヵ所飛び出る形状の出っ張り部を有する形状となっていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項4】

請求項３に記載の燃料集合体であって、
前記ばねは、前記端栓に設けた２つの前記開口部の一方を通して前記ばねの一部及び残りの一部の端部が前記単一空間に収納されて閉ループ化され、前記支持突起と前記閉ループ化されたばね及び前記タイプレートに形成されている前記差込み孔の内壁で前記端栓の横方向の支持構造を構成することを特徴とする燃料集合体。

【請求項5】

請求項４に記載の燃料集合体であって、
２つの前記開口部は、前記端栓の上部及び下部に形成された上部開口部及び下部開口部であり、前記単一空間は、前記端栓内で前記上部開口部と前記下部開口部を連通する開口部連通部であることを特徴とする燃料集合体。

【請求項6】

請求項５に記載の燃料集合体であって、
前記ばねは、短辺と長辺を有する矩形形状の板材が、前記板材の中間部を中心に２つ折りされて閉ループ化された板ばねであることを特徴とする燃料集合体。

【請求項7】

請求項６に記載の燃料集合体であって、
前記板ばねの閉ループ化は、前記板ばねの前記短辺側の両端部或いは両端部付近を溶接して固定するか、又は前記板ばねの前記短辺側の両端部付近に切り込みを設け、前記切り込み部分を嵌め合わせて固定するか、若しくは前記板ばねの前記短辺側の両端部付近に設けられた開口部と、前記開口部の位置がずれないようにするための留め具と、前記留め具を前記端栓内に通すための留め具挿入孔と、前記留め具挿入孔から前記留め具が抜けないようにするための挿入孔止め具とを用いて固定することで行なわれることを特徴とする燃料集合体。

【請求項8】

請求項７に記載の燃料集合体であって、
前記開口部連通部の上方には、２つ折りされた前記板ばねの板ばね中間部が収納できる板ばね中間部収納部が形成され、前記開口部連通部の下方には、閉ループ化された前記板ばねの両端部が収納できる板ばね端部収納部が形成されていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項9】

燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、
前記端栓の周囲に設置され、断面が円筒形又は多角形に形成された筒状の板を備え、前記筒状の板に前記端栓が挿入されて前記筒状の板と前記端栓とを接触させることで前記筒状の板が前記端栓上に固定配置され、かつ、前記筒状の板には、前記タイプレートの内壁面と対向するように前記筒状の板の外側に出っ張り型のばね及び複数の支持突起を有し、前記出っ張り型のばねと複数の前記支持突起及び前記タイプレートに形成されている差込み孔の内壁で前記端栓の横方向の支持構造を構成することを特徴とする燃料集合体。

【請求項10】

請求項９に記載の燃料集合体であって、
前記筒状の板は六角形状を成し、六角形状の前記筒状の板は、その外側面に１２０°間隔で２方向に前記支持突起が、１方向に出っ張り型のばねが設けられていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項11】

請求項１０に記載の燃料集合体であって、
前記端栓と対向するように、六角形状の前記筒状の板の内側に突起状の端栓抑え部を複数備え、複数の前記端栓抑え部と前記端栓とが点接触することで前記端栓と六角形状の前記筒状の板が一体化されていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項12】

燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、
前記端栓の周囲に設置され、断面が円筒形又は多角形に形成された筒状の板を備え、前記筒状の板に前記端栓が挿入されて前記筒状の板と前記端栓とを接触させることで前記筒状の板が前記端栓上に固定配置され、かつ、前記筒状の板には、前記端栓の外表面と対向するように前記筒状の板の内側に出っ張り型のばね及び複数の支持突起を有し、前記出っ張り型のばねと複数の前記支持突起及び前記端栓で前記端栓の横方向の支持構造を構成することを特徴とする燃料集合体。

【請求項13】

請求項１２に記載の燃料集合体であって、
前記筒状の板は六角形状を成し、六角形状の前記筒状の板は、その内側面に１２０°間隔で２方向に前記支持突起が、１方向に出っ張り型のばねが設けられていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項14】

請求項１３に記載の燃料集合体であって、
前記タイプレートと対向するように、六角形状の前記筒状の板の外側に突起状の抑え部を複数備え、複数の前記抑え部と前記タイプレートとが点接触することで前記タイプレートと六角形状の前記筒状の板が一体化されていることを特徴とする燃料集合体。

【請求項15】

請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の燃料集合体であって、
六角形状の前記筒状の板の縦方向の両端部に、筒状の板抜け防止用折り曲がり部を備え、前記筒状の板抜け防止用折り曲がり部が前記タイプレートの上面と下面に引っ掛かることで、前記タイプレートの設置高さ位置で前記端栓の横方向の支持構造が構成されることを特徴とする燃料集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は燃料集合体に係り、原子炉圧力容器内の炉心に稠密配置される複数本の燃料棒と、この複数本の燃料棒を支持固定するタイプレートとで構成されるものに好適な燃料集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の技術分野における背景技術として、例えば、特許文献１に記載の「燃料集合体の上部タイプレート」がある。

【0003】

この特許文献1には、燃料要素間の伸びに差異が生じても、上部タイプレートと燃料要素との間の拘束力をほぼ一定に保持し、かつ、燃料要素の縦方向の伸び及び水流による振動を吸収し易い構造の上部タイプレートを提供するために、燃料要素の上部端栓を挿入することができる差込み穴を穿設し、この差込み穴へ上部端栓を挿入した燃料要素を、その上部で保持するようにした燃料集合体の上部タイプレートにおいて、差込み穴への内面に、燃料要素の上部端栓と凸面で当接して該上部端栓へ押圧力を付与することができる板ばねを、穴中心に関して対称位置に複数個取り付けたことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１－２３２２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、炉心に複数の燃料集合体を装荷し、横断面が十字型の制御棒を燃料集合体間に挿入する沸騰水型原子炉において、複数の燃料棒を燃料集合体のチャンネルボックス内に稠密に配置すると共に、運転中にチャンネルボックス内でボイドを発生させることによって中性子スペクトルを硬化させ、核分裂プルトニウム転換比を向上させた沸騰水型原子炉（以下、低減速スペクトル沸騰水型原子炉と称する）が開発中されている。

【0006】

低減速スペクトル沸騰水型原子炉では、従来の沸騰水型原子炉と同様に、燃料棒の上部と下部にはそれぞれ上部端栓と下部端栓が設けてあり、上部端栓は上部タイプレートの差込み孔に差し込み、下部端栓は下部タイプレートの差込み孔に差し込むことで燃料棒上端部及び下端部を支持している。

【0007】

開発中の低減速スペクトル沸騰水型原子炉では、より多くの燃料棒を稠密に配置するため、燃料棒径を従来のＢＷＲ燃料（例えば、９×９の燃料配置）よりも細くしている。そのため、流力振動による燃料棒破損の防止対策が必要となる。最新の沸騰水型原子炉（例えば、１１×１１の燃料配置）では、燃料棒上端部及び下端部に燃料棒の振動対策とされる燃料スペーサを配置した設計が既に存在する。

【0008】

上述した特許文献１には、燃料棒の上部端栓が上部タイプレートの差込み孔に差込まれた状態で、上部タイプレートの上部端栓の差込み孔の内壁に板バネを９０°間隔で４方向に設置し、板ばねにより燃料棒上部端栓部の振動を抑制できることが記載されている。

【0009】

しかし、特許文献1では、上部タイプレートの差込み孔の内壁面に４枚の板ばねを溶接設置しているが、板ばねと上部タイプレートの材質が異なることが推測されるため（例えば、板ばねはインコネル製、上部タイプレートはステンレス製）、異種金属の溶接部の破損によって板ばねがルースパーツ化するリスクが考えられる。

【0010】

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ばねがルースパーツとなりにくい構造で、かつ、燃料棒の振動と燃料集合体の圧力損失の増加を抑制できる燃料集合体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の燃料集合体は、上記目的を達成するために、燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、前記端栓は、その表面に複数の支持突起を備えていると共に、前記端栓に形成された開口部を通して該端栓の内部に形成されている単一空間に一部が収納され、残りの一部が外部に突出して閉ループ化されたばねを有し、複数の前記支持突起と前記閉ループ化されたばねが、前記タイプレートに形成されている差込み孔の内壁に接触して前記端栓が支持されていることを特徴とする。

【0012】

また、本発明の燃料集合体は、上記目的を達成するために、燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、前記端栓の周囲に設置され、断面が円筒形又は多角形に形成された筒状の板を備え、前記筒状の板に前記端栓が挿入されて前記筒状の板と前記端栓とを接触させることで前記筒状の板が前記端栓上に固定配置され、かつ、前記筒状の板には、前記タイプレートの内壁面と対向するように前記筒状の板の外側に出っ張り型のばね及び複数の支持突起を有し、前記出っ張り型のばねと複数の前記支持突起及び前記タイプレートに形成されている差込み孔の内壁で前記端栓の横方向の支持構造を構成することを特徴とする。

【0013】

また、本発明の燃料集合体は、上記目的を達成するために、燃料棒の上下両端部に設けられた端栓と、該端栓の少なくとも上部を支持するタイプレートとを備えた燃料集合体であって、前記端栓の周囲に設置され、断面が円筒形又は多角形に形成された筒状の板を備え、前記筒状の板に前記端栓が挿入されて前記筒状の板と前記端栓とを接触させることで前記筒状の板が前記端栓上に固定配置され、かつ、前記筒状の板には、前記端栓の外表面と対向するように前記筒状の板の内側に出っ張り型のばね及び複数の支持突起を有し、前記出っ張り型のばねと複数の前記支持突起及び前記端栓で前記端栓の横方向の支持構造を構成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ばねがルースパーツとなりにくい構造で、かつ、燃料棒の振動と燃料集合体の圧力損失の増加を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の燃料集合体が採用される沸騰水型原子炉の全体構成の概略を示す縦断面図である。

【図2】沸騰水型原子炉に採用される従来の燃料集合体を示す部分断面図である。

【図3】沸騰水型原子炉に採用される従来の燃料集合体内に組み込まれる燃料棒を示す全体図である。

【図4】沸騰水型原子炉に採用される従来の燃料集合体内に燃料棒を組み込んだ状態の上部端栓の支持状態を示す部分断面図である。

【図5】沸騰水型原子炉に採用される従来の燃料集合体内に燃料棒を組み込んだ状態の下部端栓の支持状態を示す部分断面図である。

【図6】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の上部端栓に設けた横方向の支持構造部を示す斜視図である。

【図7(a)】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の上部端栓に設けた横方向の支持構造部を示す正面図である。

【図7(b)】図７（ａ）の側面図である。

【図7(c)】図７（ｂ）の平面図である。

【図8】図７（ｃ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図9】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒に横方向の支持構造部を設けた上部端栓を燃料集合体内に組込んだ状態を示す部分詳細断面図である。

【図10(a)】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の下部端栓に設けた横方向の支持構造部を示す正面図である。

【図10(b)】図１０（ａ）の側面図である。

【図10(c)】図１０（ｂ）の平面図である。

【図11】図１０（ｃ）のＤ－Ｄ線に沿った断面図である。

【図12】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒で横方向の支持構造部を設けた下部端栓を燃料集合体内に組み込んだ状態の部分詳細断面図である。

【図13】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の上部端栓或いは下部端栓に用いられる横方向の支持構造部を構成する板ばねを示す斜視図である。

【図14】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の上部端栓に用いられる板ばねを取り付けるために必要な開口部を示す図７（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【図15】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例１における燃料棒の上部端栓の上部開口部に板ばね端部を挿入し始めている状態を示す断面図である。

【図16】図１５の状態から板ばねの板ばね中間部が上部端栓内の板ばね中間部収納部に収納されている状態を示す断面図である。

【図17】図１６の状態で板ばねの両端部両端部を溶接部で接合した状態を示す断面図である。

【図18】図１７の状態から溶接部で接合された板ばねの両端部両端部が上部端栓内の板ばね端部収納部に収納されている状態を示す断面図である。

【図19】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例２における燃料棒の上部端栓或いは下部端栓に用いられる横方向の支持構造部を構成する板ばねを示す斜視図である。

【図20】図１９に示した板ばねの両端部に設けた切込部同士を嵌め合わせた状態を示す斜視図である。

【図21】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例３における燃料棒の上部端栓或いは下部端栓に用いられる横方向の支持構造部を構成する板ばねを示す斜視図である。

【図22】図２１に示した板ばねを燃料棒の上部端栓に設けた図１８に相当する図である。

【図23】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例４における燃料棒の上部端栓に設けた横方向の支持構造部を示す斜視図である。

【図24】図２３の平面図である。

【図25】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例４における燃料棒の上部端栓の周囲に設けた六角形状の筒状の板の展開図である。

【図26】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例４における燃料棒の上部端栓の周囲に設けられる六角形状の筒状の板を示す斜視図である。

【図27】図２４のＥ－Ｅ線に沿った断面図である。

【図28】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例５における燃料棒の上部端栓に設けた横方向の支持構造部を示す斜視図である。

【図29】図２８の平面図である。

【図30】沸騰水型原子炉に採用される本発明の燃料集合体の実施例５における燃料棒の上部端栓の周囲に設けられる六角形状の筒状の板を示す斜視図である。

【図31】図２９のＦ－Ｆ線に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図示した実施例に基づいて本発明の燃料集合体を説明する。なお、以下に説明する各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

【0017】

先ず、本発明の燃料集合体が採用される沸騰水型原子炉１００を、図１を用いて説明する。図１に示す本発明の燃料集合体が採用される沸騰水型原子炉１００は、低減速スペクトル沸騰水型原子炉である。

【0018】

図１に示すように、沸騰水型原子炉１００は、原子炉圧力容器１０１の内部に配置される円筒状の炉心シュラウド１０２と、この炉心シュラウド１０２の内部に配置され、複数の燃料集合体１２０が正方格子状に配置される炉心１０３と、原子炉圧力容器１０１の内部に配置され炉心１０３を覆うシュラウドヘッド１０４と、シュラウドヘッド１０４に配置され上方へ延伸する気水分離器１０５と、気水分離器１０５の上方に配置される蒸気乾燥器１０６と、炉心シュラウド１０２の内部に配置され炉心１０３の上端部に配置される上部格子板１２９と、炉心シュラウド１０２の内部に配置され炉心１０３の下端部に配置される炉心支持板１０８と、炉心支持板１０８に配置される燃料支持金具１０９と、原子炉圧力容器１０１の内部に配置され燃料集合体１２０の核反応を制御するため、炉心１０３に横断面十字形状の制御棒（図２に示す十字型制御棒１３２）を挿入可能とする制御棒案内管１１０と、原子炉圧力容器１０１の底部よりも下方に配置される制御棒駆動機構ハウジング（図示せず）の内部に配置され、十字型制御棒１３２と連結する制御棒駆動機構１１１と、原子炉圧力容器１０１の底部に、その下方から原子炉圧力容器１０１の内部に貫通するように配置され、インペラ１１７を備えるインターナルポンプ１１３と、から概略構成されている。

【0019】

また、上記したインターナルポンプ１１３は、円筒状の炉心シュラウド１０２の外面と原子炉圧力容器１０１の内面との間に形成される環状のダウンカマ１１４に向けて配置される。

【0020】

また、原子炉圧力容器１０１の内部の冷却水（サブクール水：飽和状態より低い温度の冷却水）１１８は、インターナルポンプ１１３によって、原子炉圧力容器１０１の底部側から炉心１０３の内部に流入し、炉心１０３の内部に流入した冷却水１１８は、燃料集合体１２０（図２参照）の核反応により加熱されて気液二相流となり、気水分離器１０５に流入する。

【0021】

気水分離器１０５に流入した気液二相流は、湿分を含む蒸気（気相）と水（液相）とに分離され、水（液相）は、再び冷却水１１８としてダウンカマ１１４に降下し、一方、蒸気（気相）は、蒸気乾燥器１０６に流入して湿分が除去され、主蒸気配管１１５を介してタービン（図示せず）に供給される。タービンに供給された蒸気は、復水器（図示せず）で水に戻され、給水配管１１６を介して原子炉圧力容器１０１の内部に流入する。

【0022】

また、後述するが、炉心１０３は、正方格子状に配置される複数の（４つの）燃料集合体１２０と、この燃料集合体１２０の核反応を制御するため、燃料集合体１２０間に配置される十字型制御棒１３２と、を有している。

【0023】

次に、燃料集合体１２０について、図２を用いて説明する。

【0024】

図２に示す燃料集合体１２０は、上記したように炉心１０３に複数体が配置され、正方格子状に配置されている。

【0025】

図２に示すように、燃料集合体１２０は、四角筒状（四角形状又は正方形状）のチャンネルボックス１２５と、このチャンネルボックス１２５に正方形状に稠密に配置された燃料棒１２１と、縦方向（燃料集合体１２０の高さ方向：縦方向）に複数個が配置され、燃料棒１２１を横方向（水平方向）に一定間隔で支持する（燃料集合体１２０の高さ方向で燃料棒１２１が相互に接触しないように任意の間隔で燃料棒１２１を支持する）スペーサ１２２と、燃料棒１２１の上部を固定する上部タイプレート１２４と、燃料棒１２１の下部を固定する下部タイプレート１２３と、上部タイプレート１２４に配置されたハンドル１３０と、から概略構成されている。

【0026】

そして、図２に示す燃料集合体１２０は、その上部が上部格子板１２９で支持され、その下部が燃料支持金具１０９で支持されている。

【0027】

また、隣接する燃料集合体１２０の間には、十字型制御棒１３２が上下方向に移動するための十字型制御棒１３２の移動空間１４０が形成され、十字型制御棒１３２の移動空間１４０は、チャンネルボックス１２５に配置されているチャンネルスペーサ１３３によって形成されている。

【0028】

また、燃料支持金具１０９には、下部タイプレート１２３の下部を嵌め込む上部開口部１２７が形成され、隣接する上部開口部１２７間には、十字型制御棒１３２が上下方向に移動するための制御棒移動用開口部１２８が形成されている。

【0029】

図２に示す燃料集合体１２０に採用されている燃料棒１２１を図３に示す。

【0030】

図３に示すように、燃料棒１２１の上端部及び下端部には、それぞれ上部端栓１３４及び下部端栓１３５が設けてある。

【0031】

燃料集合体１２０内における燃料棒１２１の上部端栓１３４の従来の支持部を図４に、下部端栓１３５の従来の支持部を図５に示す。

【0032】

図４及び図５には、上部タイプレート１２４と下部タイプレート１２３とを結合する数本の燃料棒（図示せず）以外の燃料棒１２１を示している。

【0033】

燃料棒１２１の上部は、図４に示すように、上部タイプレート１２４に形成された差込み孔１３８に、燃料棒１２１の上部端栓１３４を差込むことで支持されている。また、燃料棒１２１の本体が熱伸びにより上部タイプレート１２４に接触しないように、燃料棒１２１と上部タイプレート１２４の間には膨張スプリング１３６を設けており、この膨張スプリング１３６の伸縮により、燃料棒１２１の本体の熱伸びを吸収している。なお、膨張スプリング１３６に加わる力は、上部タイプレート１２４の下面１３７で受けている。

【0034】

一方、燃料棒１２１の下部は、図５に示すように、下部タイプレート１２３に形成された差込み孔１３９に、燃料棒１２１の下部端栓１３５を差込むことで支持されており、燃料棒１２１の荷重は、下部端栓１３５の上方に形成されたテーパ部１３５ａで受けている。

【実施例0035】

次に、本発明の燃料集合体１２０の実施例1について説明する。

【0036】

本発明の燃料集合体１２０の実施例１における特徴となる構成要素は、図６、図７（ａ）、図７（ｂ）、７（ｃ）、図８及び図９に示す燃料棒１２１の上部端栓１３４に設けた板ばね１と複数の支持突起２ａ及び２ｂと支持突起３ａ及び３ｂである。以下、これについて詳細に説明する。

【0037】

図６は、燃料棒１２１の上部端栓１３４に設けた横方向の支持構造部の斜視図、図７（ａ）は、燃料棒の上部端栓に設けた横方向の支持構造部の正面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の側面図、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の平面図、図８は、図７（ｃ）のＡ－Ａ線に沿った断面図、図９は、燃料棒１２１で横方向の支持構造部を設けた上部端栓１３４を燃料集合体１２０内に組込んだ状態の部分詳細断面図である。

【0038】

図６及び図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、燃料棒１２１の上部端栓１３４には、板ばね１と複数の支持突起２ａ及び２ｂと支持突起３ａ及び３ｂが設けてある。

【0039】

即ち、図７（ｃ）に示すように、上部端栓１３４の表面には、１２０°間隔で２方向に支持突起２ａ及び支持突起３ａが、１方向に板ばね１が設けられている。図７（ａ）に示すように、支持突起２ａ及び２ｂと支持突起３ａ及び３ｂは縦方向に２ヵ所設けられており、それらの支持突起２ａと２ｂ及び支持突起３ａと３ｂの位置は、板ばね１を挿入する上部端栓１３４に形成された上部開口部４ａの高さと下部開口部４ｂの高さと同レベルの位置とする（板ばね１の出っ張り部１ｄを中心にして、支持突起２ａと２ｂ及び支持突起３ａと３ｂが同じ間隔で配置されている）。

【0040】

図８は、上部端栓１３４における支持突起３ａ及び３ｂと板ばね１を設けている部分の縦断面図（図７（ｃ）のＡ－Ａ線に沿った断面図）を示し、図９は、図８の上部端栓１３４を上部タイプレート１２４に形成された差込み孔１３８に差し込んだ状態の部分詳細断面図を示す。

【0041】

図９に示すように、支持突起３ａ及び３ｂと板ばね１の形状は、上部タイプレート１２４に形成された差込み孔１３８に上部端栓１３４を差し込んだ時に、支持突起３ａ及び３ｂと板ばね１の接触する部分が点接触或いは点接触に近い状態になるように、支持突起３ａ及び３ｂの形状は半円形状となっており、板ばね１の形状は部分的に１ヵ所飛び出る形状の出っ張り部１ｄを有する形状となっている（例えば、ポンチによる部分的に深絞り加工を施して出っ張り部１ｄを形成している）。

【0042】

なお、支持突起２ａ及び２ｂは、支持突起３ａ及３ｂと同様の形状とする。図９に示すように、上部端栓１３４に設けた支持突起３ａ及び３ｂと板ばね１は、上部タイプレート１２４に形成された差込み孔１３８の内壁面とそれぞれ点接触している（図示していないが、支持突起２ａ及びも支持突起３ａ及び３ｂと同様）。

【0043】

このような構成とするにより、原子炉運転中に冷却水の流れが生じた場合においても、燃料棒１２１の上部端栓１３４は、板ばね１と支持突起２ａ及び２ｂと支持突起３ａ及び３ｂとによる支持により横方向の振動を抑制することができる。また、燃料棒１２１の振動対策としてのスペーサも不要となり、圧力損失増加の抑制効果も期待できる。

【0044】

なお、図９に示すように、燃料棒１２１の縦方向の動きについては、膨張スプリング１３６で支持しているので問題はない。

【0045】

次に、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１１及び図１２に、燃料棒１２１の下部端栓１３５に設けている板ばね１１と複数の支持突起１２ａ及び１２ｂと支持突起１３ａ及び１３ｂを示す。

【0046】

燃料棒１２１の下部端栓１３５は、図１０（ｃ）に示すように、図７（ｃ）と同様に、下部端栓１３５の表面には、１２０°間隔で２方向に支持突起１２ａ及び１３ａが、１方向に板ばね１１が設けられている。図１０（ａ）に示すように、支持突起１２ａ及び１２ｂと支持突起１３ａ及び１３ｂは縦方向に２ヵ所設けられており、それらの支持突起１２ａ及び１２ｂと支持突起１３ａ及び１３ｂの位置は、板ばね１１を挿入する下部端栓１３５に形成された上部開口部１４ａの高さと下部開口部１４ｂの高さと同レベルの位置とする（板ばね１１の出っ張り部１１ｄを中心にして、支持突起１２ａと１２ｂ及び支持突起１３ａと１３ｂが同じ間隔で配置されている）。

【0047】

図１１は、図１０（ｂ）の下部端栓１３５における支持突起１３ａ及び１３ｂと板ばね１１を設けている部分の縦断面図（図１０（ｃ）のＤ－Ｄ線に沿った断面図）を示し、図１２は、図１１の下部端栓１３５を下部タイプレート１２３に形成された差込み孔１３９に差し込んだ状態の部分詳細断面図を示す。

【0048】

図１２に示すように、支持突起１３ａ及び１３ｂと板ばね１１の形状は、下部タイプレート１２３に形成された差込み孔１３９に下部端栓１３５を差し込んだ時に、支持突起１３ａ及び１３ｂと板ばね１１の接触する部分が点接触或いは点接触に近い状態になるように、支持突起１３ａ及び１３ｂの形状は半円形状となっており、板ばね１１の形状は部分的に１ヵ所飛び出る形状の出っ張り部１１ｄを有する形状となっている（例えば、ポンチにより部分的に深絞り加工を施して出っ張り部１１ｄを形成している）。

【0049】

なお、支持突起１２ａ及び１２ｂは、支持突起１３ａ及び１３ｂと同様の形状とする。図１２に示すように、下部端栓１３５に設けた支持突起１３ａ及び１３ｂと板ばね１１は、下部タイプレート１２３に形成された差込み孔１３９の内壁面とそれぞれ点接触する（図示していないが、支持突起１２ａ及び１２ｂも支持突起１３ａ及び１３ｂと同様）。

【0050】

このような構成とすることにより、原子炉運転中に冷却水の流れが生じた場合においても、図９と同様に、下部端栓１３５は支持突起１３ａ及び１３ｂと板ばね１１による支持により横方向の振動を抑制できる。

【0051】

次に、本実施例の燃料集合体１２０に採用される板ばね１の上部端栓１３４への取り付け手順について、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７及び図１８を用いて説明する。

【0052】

図１３は、燃料棒１２１の上部端栓１３４へ取り付ける前の板ばね１を示す。

【0053】

図１３に示すように、板ばね１は、その端部が短辺１ｅを形成し、その短辺１ｅから上方に延びている長辺１ｆを形成する矩形形状であり、短辺１ｅの長さは上部端栓１３４の外径よりも短くなっている。

【0054】

また、図１３に示すように、板ばね１は、燃料棒１２１の上部端栓１３４に取り付ける前に、板ばね中間部１ａを中心に２つ折りの状態に加工されていると共に、上部端栓１３４の外側に配置される板ばね１の中央（板ばね中間部１ａと板ばね端部１ｂとの中間位置）には、２つ折りの状態に加工された板ばね１を上部端栓１３４に取り付けた後、上部タイプレート１２４に形成された差込み孔１３８の内壁面と接触させるための出っ張り部１ｄが形成されている。

【0055】

また、図１４は、２つ折りの状態に加工された板ばね１を上部端栓１３４に取り付ける部分の断面図（図７（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図）を示す。

【0056】

図１４に示すように、燃料棒１２１の上部端栓１３４の表面には、上部開口部４ａと下部開口部４ｂの２つの開口部を設けており、その上部開口部４ａと下部開口部４ｂは、上部端栓１３４内の単一空間である開口部連通部６を通じて繋がっており、開口部連通部６の上方には、板ばね１の板ばね中間部１ａが収納できる板ばね中間部収納部５ａが形成され、開口部連通部６の下方には、板ばね１の板ばね端部１ｂ及び１ｃが収納できる板ばね端部収納部５ｂが形成されている。

【0057】

図１５は、燃料棒１２１の上部端栓１３４の上部開口部４ａに板ばね端部１ｃを挿入し始めている状態を示しており、図１６は、燃料棒１２１の上部端栓１３４の上部開口部４ａから挿入した板ばね端部１ｃを、下部開口部４ｂを介して上部端栓１３４内から取り出した状態を示している。

【0058】

図１６に示すように、板ばね１の板ばね中間部１ａは、上部端栓１３４内の板ばね中間部収納部５ａに収納されている。

【0059】

図１７は、板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃの両端部を溶接部７で接合した状態を示しており、図１８は、板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃの両端部を接合した溶接部７を、上部端栓１３４内の板ばね端部収納部５ｂに収納している状態を示している。

【0060】

図１８に示す状態で上部端栓１３４を上部タイプレート１２４の差込み孔１３８に差し込むと、板ばね１の出っ張り部１ｄと上部タイプレート１２４の差込み孔１３８の内壁面との接触により、板ばね１の出っ張り部１ｄは、上部端栓１３４側に押される状態となる。その動きに連動し、板ばね中間部１ａと板ばね端部１ｂは、それぞれ板ばね中間部１ａ及び板ばね中間部収納部５ａと板ばね端部収納部５ｂの中で上方向、下方向に動作する。

【0061】

従って、原子炉運転中に冷却水の流れが生じた場合においても、板ばね１が上部端栓１３４から外れることはなく、ルールパーツになることはない。また、板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃの両端部を接合している溶接部７が破損した場合においても、板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃは、板ばね端部収納部５ｂの中にあるため、板ばね１が上部端栓１３４から外れることはない。

【0062】

なお、本実施例では、上部端栓１３４への板ばね１の取り付け手順を説明したが、下部端栓１３５への板ばね１１の取り付け手順も同様である。また、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７及び図１８は、上部端栓１３４に板ばね１を設置する手順を分かりやすく説明したものであり、板ばね１が閉ループ化されると共に、上部端栓１３４内に板ばね１の一部が配置される構造であればよく、本実施例に限定されるものではない。

【0063】

このような本実施例によれば、従来の燃料集合体１２０の構造を大きく変更せず、板ばね１、１１がルースパーツになるリスクを低減できる閉ループ化した板ばね１、１１と複数の支持突起２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ及び１３ｂにより燃料棒１２１の振動抑制に有効な横方向の支持構造を、燃料棒１２１の上部端栓１３４及び下部端栓１３５に有する燃料集合体１２０を提供することができる。

【0064】

また、上記対応により、燃料棒１２１の振動対策としてのスペーサも不要となり、圧力損失増加の抑制効果も期待できる。

【実施例0065】

本発明の燃料集合体１２０の実施例２について、図１９及び図２０を用いて説明する。

【0066】

図１９及び図２０は、本発明の燃料集合体１２０の実施例２における板ばね１の閉ループ化を示し、実施例２における特徴となる構成要素は、板ばね１の板ばね端部１ｂ及び板ばね端部１ｃに切込部１５ａ及び１５ｂを設けたことである。

【0067】

図１９は、板ばね１を閉ループ化する前の状態を示し、板ばね１を上部端栓１３４に取り付ける前に、板ばね中間部１ａを中心に２つ折りの状態に加工しておくことは、図１３に示した実施例１と同様である。

【0068】

また、図１７に示した実施例１では、板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃの両端部を溶接部７で接合していたが、図１９及び図２０に示す実施例２では、板ばね１の板ばね端部１ｂ設けた切込部１５ａと板ばね端部１ｃに設けた切込部１５ｂを、図２０に示すように嵌め合わせることで、板ばね１のみで閉ループ化を実現すると共に、板ばね１がルースパーツになることはない。

【0069】

また、図１７に示す実施例１のような板ばね１の板ばね端部１ｂと板ばね端部１ｃの両端部を接合する溶接部を設ける作業は不要となる。

【0070】

なお、上記した実施例２の構成は、下部端栓１３５に対しても上部端栓１３４と同様に適用可能であることは言うまでもない。

【0071】

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。