米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 核技術 -> 財団法人電力中央研究所

発明の名称 核燃料集合体
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−178178(P2007−178178A)
公開日 平成19年7月12日(2007.7.12)
出願番号 特願2005−374775(P2005−374775)
出願日 平成17年12月27日(2005.12.27)
代理人 【識別番号】100078765
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久
発明者 古賀 智成 / 西村 聡 / 木下 泉 / 坪井 靖 / 中川 雅俊
要約 課題
燃料集合体内の外周部位に冷却材の不要な流れを防止して内側配置の燃料ピン側に効率よく冷却材を流すことができ、熱効率が高く、寿命中の性能が安定した燃料集合体を提供する。

解決手段
冷却材を導入するエントランスノズル4および操作用のハンドリングヘッド4を有し複数本の燃料ピンを収納するラッパ管2と、このラッパ管内に配置され燃料ピン5を径方向に支持するグリッド9と、ラッパ管内に挿入され各グリッドをラッパ管の軸方向に固定保持するライナー管8とを備え、燃料ピンの主たる発熱長に対してその燃料ピンとラッパ管との間に周辺流れ抑止体12を設置する。
特許請求の範囲
【請求項1】
液体金属を冷却材とする原子炉の炉心に装荷される核燃料集合体であって、垂直に配置されるラッパ管の下端に冷却材を導入するエントランスノズルを設けるとともに、前記ラッパ管の上端に操作用のハンドリングヘッドを設け、かつ前記ラッパ管内に複数本の燃料ピンを径方向に支持するグリッドを設けたものにおいて、前記燃料ピンの主たる発熱長に対応する周辺燃料ピンと前記ラッパ管との間の周辺流路部に、前記冷却材流れを抑止する周辺流れ抑止体を設置したことを特徴とする核燃料集合体。
【請求項2】
前記周辺流れ抑止体は、前記周辺流路部に設置されたブロックであり、このブロックは、前記周辺流路部の流路面積を、前記周辺燃料ピンから中心側の流路面積と略同等となるように閉塞する断面を持つ請求項1記載の核燃料集合体。
【請求項3】
前記ブロックは、前記グリッドの軸方向に沿って複数体積み重ねられ、この積み重ねられたブロック群により前記グリッドの軸方向相対位置が保持されている請求項2記載の核燃料集合体。
【請求項4】
前記ブロックは、前記ラッパ管の内周面に対向配置されるリング状をなし、周壁部に当該ブロック内周側の冷却材流路と当該ブロック外周側の前記周辺流路部とを連通させる冷却材流通孔が形成されている請求項2記載の核燃料集合体。
【請求項5】
前記周辺燃料ピンの発熱長以外の部位に、当該各燃料ピンの外周側を覆い、かつ前記グリッド間の相対位置を保持するスリーブが設置されている請求項1記載の核燃料集合体。
【請求項6】
前記ハンドリングヘッドの下部に、前記スリーブを押し下げるスプリングが設けられ、このスプリングの押し下げ力により前記スリーブを介して前記グリッドおよび前記周辺流れ抑止体が上方から弾性力をもって押圧保持されている請求項5記載の核燃料集合体。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体金属等の冷却材を用いた小型原子炉の核燃料集合体に係り、特にバンドルにグリッドを複数段構成した核燃料集合体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、この種の原子炉では、核燃料集合体が支持部材に装着された状態で炉心内に支持されている。液体金属等の冷却材を用いる原子炉では、炉心内に支持された核燃料集合体内の複数本の燃料ピンに冷却材を循環させるようになっている。この場合、例えば小型原子炉の場合には、燃料ピンをラッパ管に収容し、駆動源を不要として冷却材循環が可能な構成となっている。ラッパ管は、下端に冷却材を導入するエントランスノズルを有するとともに、上端に操作用のハンドリングヘッドを有する構成となっている。ラッパ管内には、燃料ピンを径方向に支持するグリッドと、ラッパ管内に挿入され各グリッドをラッパ管の軸方向に固定保持するライナー管とが備えられ、各燃料ピンの径方向間隔保持はグリッドにより行われるようになっている。グリッドの軸方向間隔はタイロッドもしくはライナー管等により保持されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8〜図11を参照して核燃料集合体100の従来例について説明する。図8および図9において、複数の燃料ピン101はグリッド102によりピン間隔を保持され、ラッパ管103内に収納される。燃料ピン101はその下部を下部ピン支持板105、上部を上部支持板106に固定されている。液体金属等の冷却材はエントランスノズル104の冷却材流入口108から流入し、ハンドリングヘッド107の冷却材流出口109から流出する。
【0004】
このように構成された核燃料集合体100においては、低圧損のグリッド102としてリング型のものが用いられていた。また、図10に示すように、ラッパ管103の内面側、すなわち燃料バンドルの外側に、薄肉六角管であるライナー管110を設置して、グリッド102をライナー管110と交互に積み重ねることで、グリッド102の軸方向間隔を保っていた。
【0005】
また、燃料バンドルの周囲の流路面積が大きいため、中心部燃料の被覆管温度が相対的に高くなるので、それを被覆管温度制限以下にする必要があり、そのため熱効率の低下が見られた。この現象を押さえるために、図11に示すように、ライナー管110にその周壁を折り加工して形成される周辺流れ防止突起112を設けることが知られている。
【特許文献1】特開平6−174882号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、従来の燃料集合体ではライナー管にその周壁を折り加工して形成される周辺流れ防止突起を設ける等の提案がされているが、必ずしも十分に周辺流れを抑えることが困難であった。
【0007】
燃料集合体内の周辺流れを可能な限り抑えるためには、ラッパ管と周辺ピンの間に生じる流路面積を、周辺燃料ピンから中心側の燃料ピンで囲まれる流路面積と同程度になるように閉塞する必要がある。具体的には、周辺燃料ピンの内側に三角配列されている燃料ピンで囲まれる流路面積と同等程度になるように、ラッパ管と周辺燃料ピンとの間に形成される流路面積を確保することが必要である。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、周辺燃料ピンとラッパ管との間における周辺流路部での冷却材の不要な流れを抑止し、内側配置の燃料ピン側に効率よく冷却材を流すことができるようにし、熱効率が高く、寿命中の性能が安定した燃料集合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記の目的を達成するために、請求項1に係る発明では、液体金属を冷却材とする原子炉の炉心に装荷される核燃料集合体であって、垂直に配置されるラッパ管の下端に冷却材を導入するエントランスノズルを設けるとともに、前記ラッパ管の上端に操作用のハンドリングヘッドを設け、かつ前記ラッパ管内に複数本の燃料ピンを径方向に支持するグリッドを設けたものにおいて、前記燃料ピンの主たる発熱長に対応する周辺燃料ピンと前記ラッパ管との間の周辺流路部に、前記冷却材流れを抑止する周辺流れ抑止体を設置したことを特徴とする核燃料集合体を提供する。
【0010】
請求項2に係る発明では、前記周辺流れ抑止体が前記周辺流路部に設置されたブロックであり、このブロックは、前記周辺流路部の流路面積を、前記周辺燃料ピンから中心側の流路面積と略同等となるように閉塞する断面を持つ核燃料集合体を提供する。
【0011】
請求項3に係る発明では、前記ブロックは、前記グリッドの軸方向に沿って複数体積み重ねられ、この積み重ねられたブロック群により前記グリッドの軸方向相対位置が保持されている核燃料集合体を提供する。
【0012】
請求項4に係る発明では、前記ブロックは、前記ラッパ管の内周面に対向配置されるリング状をなし、周壁部に当該ブロック内周側の冷却材流路と当該ブロック外周側の前記周辺流路部とを連通させる冷却材流通孔が形成されている核燃料集合体を提供する。
【0013】
請求項5に係る発明では、前記周辺燃料ピンの発熱長以外の部位に、当該各燃料ピンの外周側を覆い、かつ前記グリッド間の相対位置を保持するスリーブが設置されている核燃料集合体を提供する。
【0014】
請求項6に係る発明では、前記ハンドリングヘッドの下部に、前記スリーブを押し下げるスプリングが設けられ、このスプリングの押し下げ力により前記スリーブを介して前記グリッドおよび前記周辺流れ抑止体が上方から弾性力をもって押圧保持されている核燃料集合体を提供する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、燃料ピンの主たる発熱長に対応する周辺燃料ピンとラッパ管との間に周辺流れ抑止体を設置したことにより、燃料集合体内の外周部位に冷却材の不要な流れを抑止して内側配置の燃料ピン側に効率よく冷却材を流すことができる。したがって、熱効率が高くかつ、寿命中の性能が安定した燃料集合体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明に係る燃料集合体の一実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
【0017】
まず、図1により全体の概略構成を説明する。図1は燃料集合体10の全体構成を示す断面図である。核燃料集合体10は、垂直に配置されるラッパ管3の下端に冷却材を導入するエントランスノズル4を設けるとともに、ラッパ管3の上端に操作用のハンドリングヘッド7を設け、ラッパ管3内に複数本の燃料ピン1を収納した構成とされている。
【0018】
各燃料ピン1はグリッド2により径方向のピン間隔を保持されており、これらの燃料ピン1は下端部を下部ピン支持板5により、また上端部を上部ピン支持板6により、それぞれ固定支持されている。液体金属等の冷却材は、エントランスノズル4の冷却材流入口8から流入し、ハンドリングヘッド7の冷却材流出口9から流出する。
【0019】
このような構成において、燃料ピン1の主たる発熱長に対応する周辺燃料ピン1aとラッパ管3との間の周辺流路部11での冷却材流れを抑止する周辺流れ抑止体12が設けられている。ここで、主たる発熱長とは、燃料ピン1の軸方向長さ範囲において、放射性燃料物質が収納された範囲をいう。図1の例では、下部ピン支持板5からラッパ管3の略中央高さ位置に設けられたグリッド2aまでの範囲が主たる発熱長の範囲である。中間高さ位置のグリッド2aから上部ピン支持板5までの範囲では燃料ピン1にガスプレナムが形成されており、この範囲は発熱長以外の範囲となる。
【0020】
周辺流れ抑止体12は、周辺流路部11に設置された複数のブロック13として構成されている(図1においては、各ブロック13が右半分のみ示されている)。これらのブロック13は、周辺流路部11の流路面積を、周辺燃料ピン1aから中心側の流路面積と略同等となるように閉塞する断面を持つ構成とされている。そして、これらのブロック13は上下方向に積み重ねられ、上下厚さの設定および積み重ね段数の設定により、各段のグリッド2の軸方向相対位置を保持する構成となっている。
【0021】
所定数の周辺燃料ピン1aの発熱長以外の部位には、燃料ピン1を覆い、かつグリッド2間の相対位置を保持するスリーブ14が配置されている。また、ハンドリングヘッド7の下部には、最上端配置のスリーブ14aを押し下げるスプリング15が設けられ、このスプリング15によりスリーブ14、グリッ2ドおよびブロック13が上方から弾性力をもって押圧保持される構成となっている。
【0022】
次に、図2〜図4により、ブロック13の構成を詳細に説明する。図2は一つのブロック13の全体構成を示す側面図であり、図3は図2の平面図である。図4は図3のA部を拡大して示す部分断面図である。
【0023】
図2に示すように、ブロック13は所定の上下厚さを有し、図3に示すように、平面形状は正六角形となっている。この平面形状は、図3に仮想線で示したラッパ管3の内周面に対応する。なお、ブロック13は、上記の形状を得るために、例えばワイヤー法放電加工等により加工されている。
【0024】
ブロック13の内周面側には、図3に示すように、内側に保持する燃料ピン1の外周面に対応して円弧状の凸部16が形成されている。なお、図3の例では多数の燃料ピン1を設置する場合の構成として、ブロック13の一辺に周辺燃料保持用の11個の凸部16を有する構成が示されている。後述する図5の例では、簡略的にブロック13の凸部16が省略され、ブロック13の一辺に4本の燃料ピン1が配置された構成が示されている。
【0025】
図2および図4に示すように、ブロックの外側面における隅角部両脇部位には、上下方向に沿う溝孔からなる位置決めピン挿入用の係止孔がそれぞれ形成され、これらの係止孔に係止ピンを挿入することにより、上下に積み重ねられるブロックを係止し、径方向の位置決めを行えるようになっている。
【0026】
また、図2および図4に示すように、ブロック13の周壁には、ブロック13の内周側の冷却材流路19とブロック13の外周側の周辺流路部11とを連通させる冷却材流通孔20が形成されている。これにより、ブロック13の内周側と外周側とは冷却材流通孔20を介して連通し、この冷却材流通孔20を介して冷却材が自由に流動することにより、内外周の冷却材圧力は均一化される構成となっている。
【0027】
次に、図1、図5および図6により、スリーブ14の構成を説明する。図5は図1のB−B線断面図(横断面図)であり、図6は図5のC−C線断面図(縦断面図)である。図5に示すように、スリーブ14は燃料ピン1より径が大きく、ラッパ管3の各隅角部内周側に配置され、例えば6本の周辺燃料ピン1aを発熱長以外の部位でそれぞれ被嵌する状態でラッパ管3の内面隅角部に接する配置で組み込まれている。各スリーブ14には図1に示すように、グリッド2間の相対位置を保持するための所定の軸方向長さ(上下長さ)が設定され、各スリーブ14の上下端をグリッド2に当接することにより、上下に配置されているグリッド2間の相対位置を保持することができる。なお、スリーブ14については、図5において6本をコーナに配置しているが、3本以上で十分保持可能である。
【0028】
図7には、最上端配置のスリーブ14を押し下げるスプリング15の構成が拡大して示されている。この図7に示すように、ハンドリングヘッド7の下端位置に上部ばね押さえ21が設けられ、この上部ばね押さえ21の中央下面から垂直に押え棒22が下向きに突出している。この押え棒22は、最上端に配置されたスリーブ14の上端部に挿入されている。この押さえ棒22の周囲に、押し下げ力を発生させるための上述のスプリング15、例えば圧縮コイルばねが設けられている。一方、最上端に配置されたスリーブ14の上端には、ばね受け部材23が設けられスプリング15の押し下げ力を受けるようになっている。
【0029】
このように、ハンドリングヘッド7に押さえ棒22を設置し、スプリング15とバネ受け部材23を介してスリーブ14を下向きに押し下げる構成とすることにより、周辺流れ防止用のブロック13、スリーブ14およびグリッド2が下方に押圧保持されるようになっている。すなわち、発熱長以外の範囲における、グリッド2間の相対位置を保持する手段として、燃料ピン1よりも径が大きいスリーブ14が燃料ピン1に被嵌設置されている。したがって、スリーブ14とスプリング15を介して、燃料ピン1の軸方向膨張を妨げることなく、グリッド2等を弾性力をもって押圧保持することができ、これによりスリーブ14、グリッド2およびブロック13が上方から弾性力をもって押圧保持される。
【0030】
以上のように、周辺流れ抑止体12は、ラッパ管3に面する係止ピン18とラッパ管3の間隙の周辺流部11に設置され、その流路面積を、中心部の三角配列の燃料ピン1で囲まれる流路面積と略同等になるように閉塞できる断面を持つブロック13として構成されている。また、ブロック13を積み重ねて、グリッド2の軸方向相対位置を保持する構成となっている。また、燃料ピン1を等間隔に保持するグリッド2の軸方向位置を等間隔に保持できるように、炉心発熱部では周辺流れ防止用ブロック13をグリッド2間に複数個積み上げることにより、所定位置に保つ構成としている。また、ブロック13の燃料ピン1に接する部分は、周辺流れを抑制するためにラッパ管3に面する燃料ピン1に沿って流路を閉塞するように、ピン形状に沿うな形状に加工されている。また、ブロック13には、ラッパ管3とブロック13との間のギャップと、ブロック13の内側とを連通させる冷却材流路孔20が穿設され、ブロック13の内側とラッパ管3とのギャップとの圧力差をなくし、変形を防いでいる。
【0031】
さらに、発熱長以外では、グリッド2間の相対位置を保持する手段として、燃料ピン1より径が大きいスリーブ14を燃料ピン1に被嵌設置し、これによりグリッド2を支える構成となっている。さらに、グリッド2、スリーブ14およびブロック13は、ハンドリングヘッド7から支持されたスプリング13を介して上部から押さえることで保持される構成となっている。
【0032】
以上のように、本実施形態によれば、燃料集合体内の外周部位に冷却材の不要な流れを防止して内側配置の燃料ピン側に効率よく冷却材を流すことができる。また、周辺流れ防止用ブロック等からなるによりグリッドを軸方向に適切な位置に固定し、また周辺流れを押さえ集合体内の温度分布を平坦化し、燃料被覆管の温度を抑えることで、燃料寿命を一層延長することができる。
【0033】
さらに、グリッドおよび周辺流れ防止用ブロックとスリーブとにより、ハンドリングヘッドから燃料ピンの軸方向膨張を妨げることなく押さえる構成とすることで、燃料ピンに押さえるための荷重が負荷されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明に係る燃料集合体の一実施形態を示す全体概略断面図。
【図2】図1に示した燃料集合体のブロックを示す拡大図。
【図3】図2の平面図。
【図4】図3のA部拡大図。
【図5】図1のB−B線拡大断面図。
【図6】図5のC−C線断面図。
【図7】図1のD部拡大図。
【図8】従来例の燃料集合体を示す概略図。
【図9】図8のE−E線断面図。
【図10】従来例における燃料集合体の横断面図。
【図11】他の従来例における燃料集合体の横断面図。
【符号の説明】
【0035】
1 燃料ピン
2 グリッド
3 ラッパ管
4 エントランスノズル
5 下部ピン支持板
6 上部ピン支持板
7 ハンドリングヘッド
8 冷却材流入口
9 冷却材出口
10 核燃料集合体
11 周辺流路部
12 周辺流れ抑止体
13 ブロック
14 スリーブ
14a 最上端位置のスリーブ
15 スプリング
16 凸部
17 係止溝
18 係止ピン
19 冷却材流路
20 冷却材流路孔
21 上部ばね抑え
22 押え棒
23 ばね受け材




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013