JPH0113076B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断面正多角形状をなし、互いに密接
集合して原子炉炉心を構成する棒状の原子炉用燃
料集合体に関し、更に詳しくは、ハンドリングヘ
ツド部における球面状のガイド構造と丸みをもつ
たキーとの組合せにより、燃料交換時における自
己方位調整機能を有する原子炉用燃料集合体に関
するものである。

一般に、高速増植炉の炉心は、正六角形断面を
もつた燃料集合体や、同じく正六角形断面をもつ
たその他の炉心構成要素（例えば、制御棒や中性
子遮蔽体など）が互いに密接する如く、数百本、
正三角格子状に配設されることが多い。そのた
め、使用済燃料集合体を１本炉心から引抜くと、
そこには６本の周辺燃料集合体で囲まれた六角柱
状の空孔が生じることになる。この六角形の空孔
に新燃料集合体を挿入するため、炉心上部からそ
れを降下させても、通常、燃料交換機は、燃料集
合体を単に吊下げているだけで、その向きを変え
うるようにはなつていないので、空孔の向きと新
燃料集合体の向きとが一致するとは限らない。一
致していればそのまま挿入できるが、ずれた状態
となると、挿入不可能となる。

そこで、従来、燃料集合体には、空孔の向きと
それに挿入する新燃料集合体の向きとが一致して
いなくても、挿入していつたとき、新燃料集合体
が空孔の向きに合せて自動的に回転し、適正な方
向を向くよう何らかの自己方位調整機構が組込ま
れている。

その典型的な例としては、例えば特公昭48−
1755号公報にみられるように、燃料集合体のエン
トランスノズル部基端に、端部の一方に斜方向に
エツジを有するカムを備え、かつ垂直断面の稜の
延長線に合致する縦方向のキー（突出部）を有
し、ハンドリングヘツド部には燃料集合体の各面
の最終部にＶ型の斜面を設け、両者の係合によつ
てキーがＶ型の斜面に沿つて案内されて、挿入し
た燃料集合体が適正な方向を向くようにしたもの
がある。

しかし、このような構造だと、キーとハンドリ
ングヘツド部にそれぞれ複雑な加工を施さねばな
らず、製作性が悪いためコスト高となるし、ま
た、キーとＶ型斜面とは面接触であるので滑りが
悪く、更に、キーの先端は斜切したエツジ型であ
るので、新燃料集合体を挿入していつたとき周囲
の燃料集合体に当つて「かじり」（金属同士が当
接したとき、一方の先鋭部が他方の面に喰い込ん
でその表面を損傷させるとともに、局部的にくつ
つき、摩擦が大きくなつて動かなくなる現象）が
生じ、挿入燃料集合体が自己方位調整機能を果し
えなくなるといつた事態が生じうる。炉心の容量
が大型化するにつれて、燃料集合体も当然のこと
ながら大型化、大重量化するので、「かじり」の
問題の解決、挿入時における燃料集合体の回転し
やすさをより良好にすることは極めて重要なこと
である。

本発明は、上記のような従来技術の実情に鑑み
なされたもので、その目的は、僅かな挿入荷重に
よつても滑らかな回転運動を行なわせることがで
き、また大型化し、自重が増大しても「かじり」
等が生じず、信頼性の高い自己方位調整機能を有
するとともに製作性の良好な原子炉用燃料集合体
を提供することにある。

上記目的を達成すべく案出された本発明は、ハ
ンドリングヘツド部の頂部と中間多角筒部の上端
部を、丸みをもたせたアール（Ｒ）形状のガイド
構造にするとともに、エントランスノズル部の上
端位置に設けた複数のキーの先端外面もアール構
造として、挿入する燃料重合体に２段階で回転モ
ーメントを与えて、スムーズに適正方位に向くよ
うに工夫されている。

すなわち本発明は、上端側に位置するハンドリ
ングヘツド部と、中間部に位置し正多角形の断面
形状を有する中間多角筒部と、下端部に位置する
エントランスノズル部とが連続して棒状をなす原
子炉用燃料集合体において、前記ハンドリングヘ
ツド部は円筒状でその上端に円筒の面取り部を有
する形状をなし、ハンドリングヘツド部と中間多
角筒部との境界は多角筒の面取り部で連続する形
状であり、中間多角筒部とエントランスノズル部
との境界部分には、中間多角筒部の稜線に沿つて
下方に突出した、下端外面に丸く整形された長さ
の異なる複数本のキーを配設したことを特徴とす
る原子炉用燃料集合体である。

以下、図面に基づき本発明について更に詳しく
説明する。第１図は本発明に係る原子炉用燃料集
合体の一実施例を示す説明図であり、第２図はそ
の−矢視図である。燃料集合体は、上端側に
位置するハンドリングヘツド部１と、中間部に位
置する断面正六角形状の中間六角筒部２と、下端
側に位置するエントランスノズル部３とが連続し
た棒状体であり、中間六角筒部２の内部には多数
の燃料ピンが収納されている。

さて、本実施例では、ハンドリングヘツド部１
は、基本的には円筒体４と、その上端（頂部）に
形成した円筒の面取り部５を有する構造である。
この円筒の面取り部５は、円錐面ではなく、あた
かも「椀」を伏せたような曲面であり、縦断面で
みれば、半径Ｒ１を有するようなＲ（アール）を
もつた面である。また、ハンドリングヘツド部１
と中間六角筒部２との境界は六角筒の面取り部６
が形成され、それによつて連続する構造である
が、その六角筒の面取り部６も円錐形ではなく、
縦断面でみれば、半径Ｒ２を有するようなＲ（ア
ール）をもつた球面状である。

他方、中間六角筒部２とエントランスノズル部
３との境界部分では、中間六角筒部２の稜線に沿
つて下方に延長突出する３個のキー７ａ，７ｂ，
７ｃが設けられている。これら３個のキー７ａ，
７ｂ，７ｃは、それぞれ長さが異なり、７ａ，７
ｂ，７ｃの順に小さくなつていて、120度の間隔
で取付けられる。各キーは、それらの下端外面が
球面状に丸みをおびた形状（半径Ｒ３）であり、
中間六角筒部２の下端部の稜に形成した溝に嵌込
まれることによつて取付けられる。

このように構成した原子炉用燃料集合体は、燃
料交換時、新燃料集合体を挿入する際、燃料集合
体それ自身が適正な方向を向くような自己方位調
整機能を有する。そのメカニズムは、次の如くで
ある。

使用済燃料集合体を新燃料集合体と交換するた
め、使用済燃料集合体を１本炉心から引抜くと、
第３図、第４図に示すように、そこには６本の周
辺燃料集合体で囲まれた六角柱形の空孔ができ
る。説明の便宜上、周辺の６本の燃料集合体をそ
れぞれ符号１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１
０ｅ，１０ｆで表わし、また、生じる空孔を符号
１１で表わすこととする。このような空孔１１内
に、炉上部から新燃料集合体１０を挿入する。前
述の如く、燃料交換機は、通常、燃料集合体を吊
下げているだけで、それに正確な方向性を付与し
うるものではないので、燃料集合体自身が方位調
整機能を付与することになる。

さて、生じた空孔１１の方位に対して、挿入す
る新燃料集合体の方位が合致していればなんら問
題はないが、そのようなことが生じるのはかなり
稀で、一般には第４図に示すように、多少ずれて
（角度θをもつて）挿入される。すると、まず、
最も長いキー７ａの先端が周辺燃料集合体１０ａ
の円筒の面取り部５ａに当る。前述の如く、円筒
の面取り部はＲ構造であり、またキーの先端も丸
みを有する構造であるので、球面状同士の点接触
であり、燃料集合体１０の自重が作用することに
よつて、「かじり」を生じることなく、スムーズ
に、例えば第４図のようなθ＜30゜の場合には、
上方からみたとき、矢印Ｘにて示す如く反時計廻
りに回転するような回転モーメントを受けて回転
し、同時に降下する。他のキー７ｂ，７ｃがそれ
ぞれ対応する周辺燃料重合体１０ｃ，１０ｅの円
筒の面取り部５ｃ，５ｅに当つたときも同様であ
る。かくして、挿入される新燃料集合体１０は、
キーが円筒の面取り部でガイドされて、方位の粗
調整がなされ、そのまま下方へ案内される。そし
て、最長のキー７ａが周辺燃料集合体１０ａの六
角筒の面取り部６ａに当接すると、上記と同様
に、回転モーメントを受けて回転し、各キーがそ
れぞれ六角筒の面取り部でガイドされて最終的に
方位の微調整がなされ、所定の位置に収まるので
ある。キー７ａの先端の当接点の軌跡を第３図に
符号Ｐで示す。これは、周辺燃料集合体１０ａを
90゜回転させた状態を図面左半分に重ねて描き、
それに軌跡を描き入れたものである。従つて、同
図において、二つの点Ｑが同じ位置を示している
ことになる。

このように、円筒の面取り部と六角筒の面取り
部の２段階構造とし、それぞれをＲ構造とするこ
とによつて、キーは２段階にわたつて回転モーメ
ントを受け、粗調整、微調整が自動的に行なわれ
て方位が調整されるのである。新燃料集合体が受
ける回転モーメントを大きくしたい時、本実施例
のような２段階構造とすると、円筒の面取り部の
傾きを急峻にでき、新燃料集合体の自重によつ
て、また、他のキーとの相互作用によつて大きな
回転モーメントを与えることができるのである。

ところで、かなり稀なことではあるが、第５図
に示すように、キーとＲ構造の面取り部との当接
位置の適正方位に対するずれ角度θがほぼ30゜と
なるような場合もありうるが、そのような場合で
も本発明によればなんなくクリヤできる。つま
り、新燃料集合体１０が降下すると、キー７ａが
滑つてその高さ分だけ矢印Ｙ方向に押され、その
まま更に降下する。すると、次のキー７ｂが、周
辺燃料集合体１０ｃの円筒の面取り部５ｃに当接
し、同図矢印Ｚで示すように、新燃料集合体１０
には回転モーメントが生じ、回転しながら挿入さ
れていくことになる。それ以降の動作は、前述し
た第４図の場合と同様である。

このようにして、ハンドリングヘツド部１の円
筒の面取り部５と中間六角筒部２の六角筒の面取
り部６とをそれぞれＲ構造とし、それに対応して
エントランスノズル部３のキーも丸みをもたせた
構造とすることにより、「かじり」が生じず、大
きな回転モーメントを与えて、円滑な自己方位調
整動作を行なわせることができるのである。

以上、本発明の好ましい一実施例について詳述
したが、本発明はかかる構造のみに限定されるも
のでないこと勿論であり、特許請求の範囲に記載
した範囲内で種々の変更が可能である。キーは、
中間多角筒部が六角筒状の場合は３個とするのが
最も具合がよいが、２個でもよい。その場合に
は、対称位置（180゜の位置）以外であれば、どこ
に設けてもよい。円筒の面取り部や多角筒の面取
り部は、円錐状の面取りでもよいが、スムーズな
回転をおこさせるためには、実施例に述べたよう
に「椀」を伏せたような丸みを有する曲面とする
のがよい。このとき、アールの中心は必ずしも燃
料集合体の中心軸上に存在する必要はなく、第１
図に示されているように、ずれていてもよい。ま
た、中間多角筒部の形状も、六角筒状にかぎら
ず、四角筒状でもよい。

本発明は、上記のように構成した原子炉用燃料
集合体であるから、燃料集合体が大型化し、自重
が増大しても「かじり」が生じず、挿入方位がず
れていても滑らかな回転運動を行なわせることが
でき、常に、正確に適正な方位に調整させること
ができ、信頼性を著しく高めることができるし、
製作性も極めて良好であるなど、すぐれた効果を
奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２
図はその−矢視図、第３図は側面からみた動
作説明図、第４図、第５図はそれぞれ上面からみ
た動作説明図である。 １……ハンドリングヘツド部、２……中間六角
筒部、３……エントランスノズル部、４……円筒
体、５……円筒の面取り部、６……六角筒の面取
り部、７ａ，７ｂ，７ｃ……キー、１１……空
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上端側に位置するハンドリングヘツド部と、
   中間部に位置し正多角形の断面形状を有する中間
   多角筒部と、下端部に位置するエントランスノズ
   ル部とが連続して棒状をなす原子炉用燃料集合体
   において、前記ハンドリングヘツド部は円筒状で
   その上端に円筒の面取り部を有する形状をなし、
   ハンドリングヘツド部と中間多角筒部との境界は
   多角筒の面取り部で連続する形状であり、前記面
   取り部はいずれも縦断面がアール（Ｒ）を有する
   曲面形状となつており、中間多角筒部とエントラ
   ンスノズル部との境界部分には、中間多角筒部の
   稜線に沿つて下方に突出した、下端外面に丸く整
   形された長さの異なる複数本のキーを配設したこ
   とを特徴とする原子炉用燃料集合体。 ２ 中間多角筒部は正六角形の断面形状を有する
   ものであり、キーの本数は３本であつて、それら
   が中間多角筒部の稜線の一本おきに配設されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の原子炉用燃料集合
   体。