(57)【要約】【課題】運転中にスペーサの外幅が増加することを想定し、スペーサの機械的健全性を確保するため、チャンネルボックスとスペーサの干渉に基づく荷重を低減するとともに、燃料集合体検査時におけるチャンネルボックスの着脱作業を容易にする燃料集合体のスペーサを提供する。【解決手段】チャンネルボックス７の内部に装着される核燃料物質を充填した複数本の燃料棒４と内部に冷却材の一部が流れるウォータロッド５とを、相互間隔を保つように正方格子状に配列する燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサ６の外枠６１の各外側面における一方の角部側にのみに、少なくとも１つの突起部６２を設けた。【選択図】図３
2010151536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネルボックスの内部に装着される核燃料物質を充填した複数本の燃料棒と内部に冷却材の一部が流れるウォータロッドとを、相互間隔を保つように正方格子状に配列する燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサの外枠の各外側面における一方の角部側にのみに、少なくとも１つの突起部を設けたことを特徴とする燃料集合体のスペーサ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサの外枠の各外側面における他方の角部側に、前記突起部の突出量より小さい突出量を有する突出部を更に設けたことを特徴とする燃料集合体のスペーサ。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサの外枠の各外側面における他方の角部側に、前記突起部に対して燃料集合体の軸線方向にずれをもった突出部を更に設けたことを特徴とする燃料集合体のスペーサ。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサの外枠の各外側面における一方の角部側にのみに設けた少なくとも１つの突起部は、燃料集合体の軸線方向にずれをもって互い配置されていることを特徴とする燃料集合体のスペーサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のスペーサを備えた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、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体のスペーサ及び燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沸騰水型原子炉用燃料集合体は、正方角筒状のチャンネルボックス内に核燃料を収容した多数本の燃料棒と核燃料を収容してないウォータロッドを正方格子状に配列すると共に、それらの上下両端部を上部タイプレートと下部タイプレートとによりそれぞれ固定し、その中間部に、複数個のスペーサを具備し、燃料棒及びウォータロッドの相互間隔を保っている。
【０００３】
上述したスペーサの外枠側面には、水平方向に突出した突起部が設けられている。この突起は、外周の燃料棒まわりの冷却材を確保するため、チャンネルボックス内面と燃料棒の間隙を適切に維持する役割を果たす。この突起は各種のスペーサによって形状は異なるが、一般的にはスペーサの各４側面では同様の配置形状をしている（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平６−３３１７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スペーサの製造時には、スペーサの外幅（スペーサを構成する対向する該外枠に設けた突起部間の長さ）とチャンネルボックスの内幅の間には、間隙が設けられているが、長時間の照射により、スペーサは、水素吸収、照射成長、及び表面酸化が発生し、スペーサの外幅が増加する傾向がみられる。
【０００５】
このため、更なる燃料の高燃焼度化を進めると、スペーサの外幅の増加量が大きくなることが考えられる。このように、スペーサの外幅の増加量が大きくなると、隙間がなくなり、チャンネルボックスとスペーサとが干渉するので、この干渉を回避することが課題となる。スペーサとチャンネルボックスが干渉すると、照射燃料体検査時におけるチャンネルボックスの取り外しが困難となり、スペーサに過大な荷重を負荷し、チャンネルボックスの着脱作業に支障を来す可能性がある。また、最悪の場合、スペーサを損傷させる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、スペーサの外幅が増加した場合でも、チャンネルボックスの着脱を容易にできる燃料集合体のスペーサ及び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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、チャンネルボックスの内部に装着される核燃料物質を充填した複数本の燃料棒と内部に冷却材の一部が流れるウォータロッドとを、相互間隔を保つように正方格子状に配列する燃料集合体のスペーサにおいて、前記スペーサの外枠の各外側面における一方の角部側にのみに、少なくとも１つの突起部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記スペーサの外枠の各外側面における他方の角部側に、前記突起部の突出量より小さい突出量を有する突出部を更に設けたことを特徴とする。
【０００９】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記スペーサの外枠の各外側面における他方の角部側に、前記突起部に対して燃料集合体の軸線方向にずれをもった突出部を更に設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記スペーサの外枠の各外側面における一方の角部側にのみに設けた少なくとも１つの突起部は、燃料集合体の軸線方向にずれをもって互い配置されていることを特徴とする。
【００１１】
更に、第５の発明は、第１乃至第４の発明に係るスペーサを備えたことを特徴とする燃料集合体にある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料集合体のスペーサによれば、チャンネルボックスを燃料集合体から抜き取る際のスペーサの軸方向摩擦力を軽減することができ、スペーサを補強することなく、燃料集合体の機械的健全性が確保される。
【００１３】
本発明の燃料集合体によれば、燃料集合体からチャンネルボックスを容易に抜き取ることができるので、燃料集合体の検査作業が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の燃料集合体のスペーサ、及び燃料集合体の実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１及び図２は、本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態、及び本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態を備えた本発明の燃料集合体の第１の実施の形態を示すもので、図１は本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態を備えた本発明の燃料集合体の第１の実施の形態を示す縦断正面図、図２は図１のII−II矢視から見た本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図、図３は図２に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態の正面図である。  
図１において、燃料集合体１は、ハンドルを有する上部タイプレート２と、下部タイプレート３と、両端が上部タイプレート２と下部タイプレート３に保持された多数の燃料棒４と、多数の燃料棒４の中心位置に配置されたウォータロッド５、及び軸方向に複数（この例では３つ）配置したスペーサ６を備え、そのスペーサ６で束ねた燃料棒４の外側をチャンネルボックス７で覆う構造をしている。チャンネルボックス７は、上部タイプレート２に固定される。
【００１５】
上述した複数のスペーサ６の内、上側と下側とのスペーサ６Ａ，６Ｂは、通常使用しているスペーサであり、これらのスペーサの中間部に設けたスペーサ６が、本発明のスペーサ６である。燃料集合体１は、一般的に軸方向によって燃焼度が異なるので、この例では、スペーサ６の外幅の増加が大きいと推測される位置に、本発明のスペーサ６を設けている。
【００１６】
次に、本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態の詳細な構成を、図２及び図３を用いて説明する。  
図２及び図３において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。スペーサ６には、燃料棒４とチャンネルボックス７の内面との間の間隙を保つために、スペーサ６の外枠６１の各４つの外側面には、それぞれ１つの突起部６２が設けられている。各突起部６２は、外枠６１の各４つの外側面の一方側の角部付近のみに配置されている。また、各突起部６２は、図２に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置に配置することが望ましい。
【００１７】
次に、上述した本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態の動作を図１乃至図３を用いて説明する。  
スペーサ６の製造時には、突起部６２とチャンネルボックス７との間に隙間を有するように設計されているが、照射により、スペーサ７が膨らみ、照射の長さによっては、突起部６２がチャンネルボックス７に接触し、荷重が発生する可能性がある。原子炉では、照射中の燃料集合体１に対し、異常がないことを確認するため、定期的に原子炉を停止し、検査を実施している。
【００１８】
その際、検査対象となった燃料集合体１からチャンネルボックス７を取り外し、外観観察を行う。チャンネルボックス７を取り外す際、スペーサ６の突起部６２がチャンネルボックス７の内面に接触し、荷重が発生した状態では、チャンネルボックス７を取り外すことが困難となり、最悪の場合、スペーサ６が損傷する可能性がある。本発明の実施の形態に係るスペーサ６においては、スペーサ６の突起部６２がチャンネルボックス７の内面に接した場合、突起部６２はチャンネルボックス７からの反力を受けた状態となる。
【００１９】
この場合に、背面の同じ位置に、突起部６２がないため、反力を逃すことができ、突起部６２に作用するチャンネルボックス７からの反力による発生荷重を低く抑えることができる。更に、チャンネルボックス７を燃料集合体１から抜き取る際、スペーサ６は前述した反力によりチャンネルボックス７に対して、図２の矢印の方向に変位させ、反時計方向に回ることが可能となるので、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。
【００２０】
この実施の形態によれば、チャンネルボックス７を燃料集合体１から抜き取る際のスペーサの軸方向摩擦力が低減されることによって、構造的健全性を阻害する原因が排除されるので、燃料集合体１のスペーサ６を補強することなく、機械的健全性を確保することができる。
【００２１】
図４及び図５は、本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態を示すもので、図４は本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態を備えた燃料集合体の上面図、図５は図４に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態の正面図である。図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分である。  
本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態は、スペーサ６の外枠６１の各４つの外側面に、外側面の一方側の角部付近に突起部６２ａを設け、更に、外側面の他方側の角部付近に突起部６２ａの突出量よりも小さい突出量を有する突起部６２ｂを設けたものである。また、２つの突起部６２ａ，６２ｂは、図４に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置にそれぞれ配置することが望ましい。
【００２２】
換言するならば、この実施の形態は、図２及び図３に示す実施の形態において、外枠６１の各外側面の他方側の角部付近に、突出量の小さい突起部６２ｂを配置したものである。
【００２３】
この実施の形態は、前述した第１の実施の形態と同様に、突出量の大きい突起部６２ａがチャンネルボックス７の内面に接しても、背面側の突起部の突出量が小さいため、突出量の大きい突起部６２ａに作用するチャンネルボックス７からの反力による発生荷重を低く抑えることができる
なお、上述の実施の形態においては、突出量の大きい突起部６２ａと、突出量の小さい突起部６２ｂとを、外枠６１の各外側面の一方側及び他方側の角部付近にそれぞれ１個配置したが、突起部６２ａと突起部６２ｂとを、それぞれ２個ずつ配置することも可能である。２つの突起部６２ａ，６２ｂは、図４に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置にそれぞれ配置することが望ましい。
【００２４】
図６及び図７は、本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態を示すもので、図６は本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図、図７は図６に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態の正面図である。図６及び図７において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分である。  
本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態は、スペーサ６の外枠６１の各４つの外側面に、外側面の一方側の角部付近に突起部６２ｃを設け、更に、外側面の一方側の角部と他方側の角部との間に、突起部６２ｃの突出量と同じ突出量を有する突起部６２ｄを設けたものである。また、２つの突起部６２ｃ，６２ｄは、図６に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置にそれぞれ配置することが望ましい。
【００２５】
換言するならば、この実施の形態は、図２及び図３に示す実施の形態において、外枠６１の各外側面の一方側の角部と他方側の角部との間に、突起部６２ｃの突出量と同じ突出量を有する突起部６２ｄを更に設けたものである。
【００２６】
この実施の形態によれば、これらの突起部６２ｃ，６２ｄがチャンネルボックス７に接触した場合、背面の同じ位置に、突起部６２がないため、反力を逃すことができ、突起部６２ｃ，６２ｄに作用するチャンネルボックス７からの反力による発生荷重を低く抑えることができるため、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。スペーサ６の外枠６１の剛性があまり高くない場合は更に効果的である。また、照射によりチャンネルボックスに膨らみが生じることが知られており、該膨らみはチャンネルボックス7の辺中央が相対的に大きくなる。このため、図６に示す実施例においては、突起部６２ｃよりも突起部６２ｄに対峙するチャンネルボックス７の膨らみが相対的に大きくなるため、チャンネルボックス７と突起部６２ｄの隙間の方が、突起部６２ｃとの隙間よりも相対的に大きくなる。その場合、図6の実施例では、反時計方向に回ることが可能となるので、更に、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。
【００２７】
図８及び図９は、本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態を示すもので、図８は本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図、図９は図８に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態の正面図である。図８及び図９において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分である。  
本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態は、スペーサ６の外枠６１の各４つの外側面に、外側面の一方側の角部付近に突起部６２ｅを設け、更に、図９に示すように、外側面の他方側の角部付近に突起部６２ｅに対して燃料集合体１の軸線方向にずれをもった突出部６２ｆを更に設けたものである。また、２つの突起部６２ｅ，６２ｆは、図８に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置にそれぞれ配置することが望ましい。
【００２８】
換言するならば、この実施の形態は、図２及び図３に示す実施の形態において、外枠６１の各外側面の他方側の角部付近に、燃料集合体１の軸線方向にずれをもった突出部６２ｆを更に設けたものである。
【００２９】
この実施の形態によれば、突起部６２ｅがチャンネルボックス７の内面に接触した際に、図８において、背面の同じ位置に、突起部６２ｆがないため、反力を逃すことができるので、突起部６２ｅに作用するチャンネルボックス７からの反力による発生荷重を低く抑えることができ、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。突起部６２ｅがチャンネルボックス７の内側に接触した際に、スペーサ６に対して水平面内での反時計回りの反力を受け、更に、突起部６２ｆがチャンネルボックス７の内面に接触した際に、スペーサ６に対して時計回りの反力を受けるので、チャンネルボックスに負荷される荷重の均等化が図れ、スペーサが動き易くなる効果が得られ、前述した第１の実施の形態と同様に、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。
【００３０】
図１０及び図１１は、本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態を示すもので、図１０は本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図、図１１は図１０に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態の正面図である。図１０及び図１１において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分である。  本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態は、スペーサ６の外枠６１の各４つの外側面の一方側の角部付近のみに、それぞれ１つの突起部６２ｇを設け、各突起部６２ｇは図１１に示すように、燃料集合体の軸線方向にずれをもって互い配置したものである。また、各突起部６２ｇは、図１０に示すように、燃料集合体１の鉛直方向を回転軸とした回転対称位置に配置することが望ましい。
【００３１】
この実施の形態によれば、突起部６２ｇがチャンネルボックス７の内面に接触した際に、図１１において、背面の同じ位置に、突起部６２がないため、反力を逃すことができ、突起部６２ｇに作用するチャンネルボックス７からの反力による発生荷重を低く抑えることができるため、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。また、本形態では、例えば、図１１に示すスペーサ６の外枠６１の右側に位置する突起部６２ｇと背面に位置する突起部６２ｇは異なる軸線位置にあるため、それぞれの軸線位置におけるスペーサの反力を逃すスペースをより多く設けることができるため、更に、チャンネルボックス７を燃料集合体１から容易に抜き取ることができる。
【００３２】
図１２は、本発明の燃料集合体の他の実施の形態を示す縦断正面図で、この図１２において、図１に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。  
この実施の形態は、図２及び図３に示すようなスペーサ６の外枠６１に設けた突起部６２の位置が左右逆のスペーサ６を、交互に設けたものである。
【００３３】
例えば、図２に示す本発明の実施例のスペーサ６のみを適用した場合、スペーサ６の外幅が増加してチャンネルボックス７の内面とスペーサ６の突起部６２が干渉すると、本発明の効果によってスペーサ６がチャンネルボックス７から受ける反力が低減する。しかしながら、同時に燃料集合体１の全長に亘って燃料束に捩れが生じる可能性があるため、燃料の核熱特性を考慮し、念のためこのような捩れを生じない構造を提供することが好ましいと考えられる。図１２に示す実施の形態では、突起部62の位置が左右逆のスペーサ６を交互に配置したことにより、前述の捩れ発生を防止できる効果がある。また、燃料集合体１からチャンネルボックス７を容易に着脱できる効果は、本発明の他の実施例と同様であり、燃料集合体１の検査作業が向上する。また、本発明によれば、チャンネルボックスとスペーサの干渉によって発生する荷重を低減できるので、燃料の機械的健全性確保の観点で好適な構造を提供でき、特に、高燃焼度燃料のように長期間使用される燃料の信頼性を向上できる効果がある。
【００３４】
なお、上述の実施の形態においては、図２及び図３に示すようなスペーサ６を用いた燃料集合体１を示したが、図４、図６、図８及び図１０に示すスペーサを用いて燃料集合体１を構成可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態を備えた本発明の燃料集合体の第１の実施の形態を示す縦断正面図である。
【図２】図１のII−II矢視から見た本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図である。図２に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態の正面図である。
【図３】図２に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第１の実施の形態の正面図である。
【図４】本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図である。
【図５】図４に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第２の実施の形態の正面図である。
【図６】本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図である。
【図７】図６に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第３の実施の形態の正面図である。
【図８】本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図である。
【図９】図８に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第４の実施の形態の正面図である。
【図１０】本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態を備えた燃料集合体の断面図である。
【図１１】図１０に示す本発明の燃料集合体のスペーサの第５の実施の形態の正面図である。
【図１２】本発明の燃料集合体の他の実施の形態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１          燃料集合体
２          上部タイプレート
３          下部タイプレート
４          燃料棒
５          ウォータロッド
６          スペーサ
７          チャンネルボックス
６１        スペーサ６の外枠
６２        突起部
【図１】
2010151536.tif 000003
【図２】
2010151536.tif 000004
【図３】
2010151536.tif 000005
【図４】
2010151536.tif 000006
【図５】
2010151536.tif 000007
【図６】
2010151536.tif 000008
【図７】
2010151536.tif 000009
【図８】
2010151536.tif 000010
【図９】
2010151536.tif 000011
【図１０】
2010151536.tif 000012
【図１１】
2010151536.tif 000013
【図１２】
2010151536.tif 000014