(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をおいて互いに向かい合う上部ノズルと下部ノズル、これらのノズル間に互いに間隔をおいて且つ平行に延びる、両端がこれらのノズルに固定された複数の中空案内管、これらの中空案内管に固定され互いに長手方向に間隔をおいて配設された複数の燃料棒支持格子及びこれらの燃料棒支持格子に挿通されて支持され互いに間隔をおいて平行に延びる複数の燃料棒からなる原子炉用燃料集合体において、前記上部ノズル上に取り付けられる押さえばねであって、基端が共通の位置で固定された１枚の塑性特性上側板ばねと１枚の下側板ばねとから構成され、両板ばねが、析出硬化型ニッケル基合金から形成されると共に合わせた厚さが４．６ｍｍ〜５．２ｍｍであることを特徴とする原子炉用燃料集合体の上部押さえばね構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉用燃料集合体の構造に関し、特に加圧水型原子炉用燃料集合体の上部ノズルに取り付けられる押さえばねの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧水型原子炉に広く使用されている燃料集合体は、一般に間隔をおいて互いに向かい合う上部ノズルと下部ノズル、これらのノズル間に互いに間隔をおいて且つ平行に延び両端がそのノズルに固定された複数の中空の制御棒案内管、その案内管に固定され互いに長手方向に間隔をおいて配設された複数の燃料棒支持格子及びこの燃料棒支持格子に挿通されて支持され互いに間隔をおいて平行に延びた複数の燃料棒から構成されている。その燃料棒は、互いに直交する方向、即ち行方向と列方向に間隔をおいてアレイ状に配設されているが、その行及び列の数に応じて、１７×１７型、１５×１５型等と称されている。
而して、このような燃料集合体は、原子炉容器内において下部炉心板上に位置決めされて装荷され、上部は上部炉心板により保持される。そして、原子炉運転中は、下部炉心板の多数の貫通流れ穴を通って流入した原子炉冷却材が下部ノズルを通り且つ燃料棒に沿って上方に流れ、更に上部ノズルを通って上方へ流れるから、上向きの冷却材力を受ける。一方、上部炉心板や下部炉心板を含む炉内構造物と燃料集合体との間に熱膨張差が生じたり、又燃料集合体は中性子の照射を受けて成長し、長さが増大する。従って、熱膨張差などの長さの変化を吸収し、且つ冷却材力に対抗して燃料集合体を適正位置に保持するため押さえばねが上部ノズルの上面に取り付けられて使用されている。
【０００３】
図４に所謂１７×１７型燃料集合体の押さえばねの従来構造が示されている。図において、押さえばね１は、２枚の下部スプリング３と１枚の上部スプリング５から構成された複合ばねであり、それらの基端が共通の締付ボルト７により前述の燃料集合体の上部ノズル９の上面に固定されている。そして図５の詳細図に示すように、下部スプリング３の先端部には幅方向に延びたスロット３ａが穿設されていて、上部スプリング５の垂直部５ａが挿通されている。上部スプリング５の垂直部５ａは曲がり部５ｂを介して本体側に連絡し、その曲がり部５ｂの下端部に当接段５ｃが形成されている。そして、上下方向に変形する上部スプリング５は、初期変形後当接段５ｃが下部スプリング３の上面に接触し、以後は上部スプリング５と下部スプリング３は一体となって変形する。即ち、押さえばね１は、非線形の特性を有するが、上部スプリング５は図６に示すように塑性ばね特性を有する。このようなばねの特性は、燃料集合体の燃焼度増加乃至運転累積時間に伴う全長の伸び、運転中（温態）に発生する炉内構造物と燃料集合体との間の熱膨張差を考慮したものである。尚、押さえばね１の構成材料は、使用環境や必要耐力を考慮して析出硬化型ニッケル基合金が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の押さえばねにおいて、基端取り付け部に近い付け根部に最大応力が発生するが、その応力値が相対的に高く、高温の原子炉冷却材環境下と材質の特性から応力腐食割れの危険性があった。
従って、本発明の目的は、必要なばね力を確保しつつ、応力腐食割れの惧れの無い原子炉用燃料集合体の上部押さえばねを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
如上の課題を解決するため、本発明によれば、間隔をおいて互いに向かい合う上部ノズルと下部ノズル、これらのノズル間に互いに間隔をおいて且つ平行に延びる、両端がこれらのノズルに固定された複数の中空案内管、これらの中空案内管に固定され互いに長手方向に間隔をおいて配設された複数の燃料棒支持格子及びこれらの燃料棒支持格子に挿通されて支持され互いに間隔をおいて平行に延びる複数の燃料棒からなる原子炉用燃料集合体において、前記上部ノズル上に取り付けられる押さえばねは、基端が共通の位置で固定された１枚の塑性特性上側板ばねと１枚の下側板ばねとから構成され、両板ばねは析出硬化型ニッケル基合金から形成されると共に合わせた厚さが４．６ｍｍ〜５．２ｍｍとなるように設定されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず図２を参照して、燃料集合体１０の構造を説明する。図２において、燃料集合体１０は下部炉心板Ａと上部炉心板Ｂの間に置かれた状態で示されているが、前述と同様な構造の上部ノズル１１と、下部炉心板Ａ上に置かれる下部ノズル１３が複数の中空案内管１５により連結されている。中空案内管１５は一般には図示しない制御棒を案内するために使用され、これにその長手方向に間隔を置いて配置された複数の燃料棒支持格子１７が固定されている。この支持格子１７は、１５行と１５列に配置された格子開口を有し、その格子開口のうち中空案内管１５の無いものに複数の燃料棒１９が１本づつ挿通されて支持されている。そして、従来のものと同様な態様で、押さえばね２０が上部ノズル１１の上面の平行する２つの側縁に沿って取り付けられている。
【０００７】
押さえばね２０の構造を図１を参照して更に詳しく説明する。図１において、上部ノズル１１は、多数の冷却材流れ穴が分布して穿設された略正方形のノズル板１１ａと、その周縁から上方に延びた角筒形側壁１１ｂとを有し、押さえばね２０の基端は、その側壁１１ｂの上部隅部に形成された取り付け部１１ｃに取付けボルト１８により締め付けられ、固定されている。押さえばね２０は、上部スプリング２１と下部スプリング２３とから構成され、その上部スプリング２１は幅が略一定の板ばねであり、析出硬化型ニッケル基合金であるインコネル７１８（商品名）から成型して形成されている。そして、上部スプリング２１は、ばね本体部２１ａと曲がり部２１ｂと垂直部２１ｃとを有し、同様な板ばねである下部スプリング２３は、従来のものと同様な構造関係で上部スプリング２１と組み合わされている。
【０００８】
以上のように構成された押さえばね２０を備えた燃料集合体１０は、図１に示すような状態で原子炉の炉心に装荷されると、押さえばね２０には取り付け時変形が与えられる。このような冷態時でも冷却材は冷却材ポンプにより炉心内を流されるから、この条件で燃料集合体１０に作用される浮き上がり力に耐えるように前述の取り付け時変形量がばね特性から設定されている。更に、原子炉が出力運転となり、温態時になると下部炉心板Ａ及び上部炉心板Ｂを含む炉内構造物の熱膨張量が相対的に大きく、ばね変位量が減少する。このような変形量に対応する冷態時ばね力ＦＣ、温態時ばね力ＦＨ及び温態時ばね応力σＨとばねの厚さｔの関係が図３に示されている。そして、図３は、これらの関係がばねの枚数ｎをパラメータとして変わる状況を網羅的に示すため、比較例としてｎ＝３（従来構造）、ｎ＝１の場合も併せ図示されている。尚、冷態時ばね力ＦＣ及び温態時ばね力ＦＨに関するグラフにおいて、下限値及び上限値は燃料集合体１０の浮き上がりを防止する必要力、上部ノズル１１の強度から許容される限界からそれぞれ定まるものである。
【０００９】
図３から明らかなように、本発明の上記実施形態の押さえばね２０（ｎ＝２）は、ばね厚さｔが４．６ｍｍから５．２ｍｍの範囲において、冷態時ばね力ＦＣ及び温態時ばね力ＦＨの必要条件を満足し、更に温態時ばね応力σＨも応力腐食割れの感受性が小さい範囲に入っている。尚従来の構造（ｎ＝３、図中星印）において、ばね厚さｔは４．０ｍｍであり、冷態時ばね力ＦＣ及び温態時ばね力ＦＨの必要条件を満足しているが、温態時ばね応力σＨが相対的に高い。更に温態時ばね応力σＨを低くするには、発条の枚数ｎを少なくして１にすれば良いが、こうすると冷態時ばね力ＦＣの必要条件を満たすが、温態時ばね力ＦＨの必要条件を満たさず、不適である。
更に、前記実施形態において、上部スプリング２１は従来のばねと同様の塑性ばね特性を有しているから、燃料集合体１０が中性子を浴びて伸長してもその塑性変形により温態時ばね応力σＨが大きく変化することはない。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料集合体の上部ノズル上に取り付けられる押さえばねを２枚の板ばねで構成し、両板ばねを析出硬化型ニッケル基合金から形成すると共に合わせた厚さを４．６ｍｍ〜５．２ｍｍに設定したので、温態時ばね応力σＨが応力腐食割れ感受性の小さい範囲内にあり、運転中燃料集合体を適正な位置に押さえて保持できると共に応力腐食割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の要部を示す部分立断面図である。
【図２】前記実施形態に係る燃料集合体の一部省略立面図である。
【図３】本発明の作用を説明するグラフである。
【図４】従来のものの構造を示す部分立断面図である。
【図５】図４のＶ部を示す部分斜視図である。
【図６】従来のものの構成ばねの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  燃料集合体
１１  上部ノズル
１３  下部ノズル
１５  中空案内管
１７  支持格子
１８  取付けボルト
１９  燃料棒
２０  押さえばね
２１  上部スプリング
２３  下部スプリング
ｔ    ばね厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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