JPH0132960B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の燃料集合体に関し、具体的に
は、軽水で冷却する原子炉の燃料集合体に関す
る。

公知の形式の軽水炉の燃料集合体は、ウエスチ
ングハウス・エレクトリツク・コーポレーシヨン
（Westinghouse Electric Corporation）が出願
したフランス特許第1536527号および第7018102号
に記載されている。この２つの特許においては、
原子炉の核燃料は互いに隣接する集合体の形式で
炉心に配置されるほぼ矩形の断面の多数の燃料棒
から構成されている。

各燃料集合体は上端部材と下端部材で構成され
た強固な機械的フレームを有し、また、底から最
上部まで冷却水を循環させるためにオリフイスが
形成されている。これら端部材が幾本かの案内管
を固定して各燃料集合体の安定と強度を得てい
る。案内管に連結された支持用グリツドが各集合
体に沿つて幾つか設けられ、このグリツドは断形
が矩形のセルを形成している。支持用グリツドは
燃料棒の通過と横方向の保持を可能とし、この燃
料棒は上端部材と下端部材に接触することなく言
わば摩擦によつてグリツドに懸下されている。

各燃料集合体は下部炉心プレートと上部炉心プ
レートの間に数メートルのび、上部炉心プレート
は原子炉容器の内部装置に属する。各燃料集合体
は下部炉心プレート上に載り、原子炉容器に連結
した前述の２枚のプレートの一体部分を形成して
いる位置決めピンに事実上ねじ込まれている。位
置決めピンは多かれ少なかれ円筒形の凹所に侵入
または延びており、その凹所は各集合体の上端部
材と下端部材の各々に大体２つか４つ形成されて
いる。炉心内で底から最上部まで循環する冷却水
の通常の作動状態のもとでの変化に起因する水圧
変動の影響を受けて前述の２つの炉心プレートの
間での各集合体の垂直上方移動は、燃料集合体の
オリフイスに配置された通常４個のざねによつて
阻止される。このようなばねはフランス特許第
1536257号の第１図に示され、参照数字38を付さ
れている。しかしこのばねは、冷却流の一時的な
偶発的作動状態の結果として、集合体の「跳び上
り」状態の間に炉心内の装置の上部プレートに対
して圧縮される。具体的に説明すると、その状態
は、流水圧が原子炉の通常運転状態の作用とは異
なるレベルである。通常の運転状態のもとでは、
水圧の変動によつて燃料集合体にかかる負荷はそ
の重量の約10％以下で変動する。しかし一過的な
性質の偶発的な状態のものでは、強力で速い衝撃
が集合体に及ぼされる。例えば、この衝撃は集合
体の全重量に達したりそれを越えることさえあ
り、その場合、最初に上部炉心プレートへの有害
な機械的衝撃とつながり、次にその反作用により
下部プレートへの衝撃となる危険が生ずる。

前述の形式の装置は比較的良好に作動できる
が、ばねは、冷却水の水圧の急激かつ重要な過渡
現象によつて圧縮されている間にたくわえられた
エネルギーの復元を有するので、金属製のばねが
そのような燃料集合体の垂直方向の動きを制動し
たり吸収したりする理想的な解決手段でないこと
は疑いない。さらにこれらのばねの機械的特性
は、約300℃の高温と強い放射線のもとで働くの
で、時間と共に相当に低下することもしばしばあ
る。

さらにそのような金属製のばね構造は、温度と
放射線の照射の変化の影響を受けた容器内部での
装置に対する集合体の大きな相対寸法の変動を吸
収することができるよう、大きく作らなければな
らない。このようにばねが大きいことによつて、
ある運転状態のもとでは内部装置はひどく圧迫さ
れる。

本発明は軽水炉の燃料集合体に対する軸方向の
水圧の影響を制限する装置に関する。この装置は
金属製ばねを省略し、簡単で有効的で容易に実現
できる手段によつて、上部及び下部コアプレート
への急激な機械的衝撃および影響を防ぐように作
用して、集合体の軸方向の運動の有害な影響を受
けないことを可能とするものである。

本発明によれば、上記の課題は水冷型原子炉の
燃料集合体を所定の距離だけ軸方向に移動できる
ようにしてこれに作用する冷却水の水圧の影響を
制限する装置において以下のようにして解決され
た。すなわち、この装置は燃料集合体の上方に位
置する上部内部装置の下部プレートと下部内部装
置の下部プレートにそれぞれ連結された位置決め
ピンを備え、燃料集合体の上端部材と下端部材に
は前記位置決めピンを収容する中空円筒形のハウ
ジングが設けられており、原子炉内の水圧が通常
の作動状態の正常の変動範囲にある間は、燃料集
合体が軸方向に動かないように位置決めピンに所
定の摩擦力を与えこれを保持するように、位置決
めピンの外径に対応してそれよりわずかに小さい
内径をもつ円筒形のスリツトを備えた伸縮性スリ
ーブが前記ハウジング内に設けられ、一時的に急
速な運転状態の結果として生じる原子炉内の水圧
の急激な変動の際に、位置決めピンがスリツトを
有する伸縮スリーブを押し拡げながらその中に侵
入することによつて燃料集合体の機械的制動作用
を行うと共に、ハウジング内の冷却水の制御排水
を行なうことによつて水圧の吸収を行う開口がハ
ウジングの燃料集合体の端部材に近い部分に形成
されたものである。

それによれば、燃料集合体に対する軸方向の水
圧の影響を制限する手段は、計算された２つの複
合構造から成り、その一方は摩擦による機械的な
制動手段であり、他方は水圧制動による減速手段
である。すなわち、前者はハウジング内に設けら
れた、スリツトを有する伸縮スリーブであり、こ
のスリーブは、原子炉内の水圧が通常の作動状態
の正常の変動範囲にある間には、燃料集合体が軸
方向に動かないように位置決めピンに所定の摩擦
力を与えこれを保持し、且つ一時的に急速な運転
状態の結果として生じる原子炉内の水圧の急激な
変動の際に、位置決めピンがスリーブの摩擦力に
抗してスリーブを押し拡げてこれに侵入する際に
機械的制動作用を行なう。そして後者はハウジン
グの燃料集合体の端部材に近い部分に設けられた
開口であり、原子炉内の水圧が急激に変動して、
位置決めピンがハウジング内の伸縮スリーブに侵
入した際に、ハウジング内から冷却水をこの開口
を介して制御排水することによつて水圧の吸収を
行う。従つて、伸縮スリーブと位置決めピンの相
対的な寸法並びにハウジングの開口を大きさを、
所望の制動および吸収作用を得るように計算され
た大きさにすることができる。

本発明による実施態様においては、位置決めピ
ンを密封するように、ガスケツトを前記ハウジン
グの内壁に接触させて対応するハウジングの端に
挿入することによつて、スリーブはハウジングに
固定される。同様にしてスリーブは摩擦力を位置
決めピンに及ぼす。これに加えて、集合体の端部
材の近くのハウジングの壁に排水用の計算された
大きさの開口があることによつて好適な水圧制動
作用が得られ、ガスケツトは制動部材または吸収
部材を構成する。

また別の実施態様においては、ガスケツトとス
リツト付スリーブの間でハウジングの端にパツキ
ング座金を設けることも可能であるので、この座
金はハウジングとスリーブによつて形成された環
状チヤンバーの端に対して、ハウジングの軸に垂
直な丸いリング状表面を提供する。

前述の変更態様のすべてについて、円筒形伸縮
性スリーブのスリツトは様々な形を取ることがで
きる。具体的に述べると、このスリツトは円筒表
面の母線に沿つてのびることができし、らせん形
にすることもできるし、また前記表面の破線の形
にすることもできる。

前述の実施例の改良として、閉鎖された円筒形
スリーブは底部に円筒形の周辺Ｖみぞを有し、こ
のみぞは端固定具の対面壁と共に計算された大き
さの開口の排け口となる環状チヤンバーを形成
し、このチヤンバーはハウジングの軸に垂直な丸
いリング形の表面で囲まれている。

この実施態様においては、対応する端部材に近
いスリーブの端で集合体が跳び上がる間に位置決
めピンがハウジング内部に侵入することによつて
排除される水の通過を容易とするため、１個かそ
れ以上の開口を形成することができる。

添付図面を参照して本発明をその実施例によつ
て以下に具体的に説明することとする。

第２，３図および４図は図示しない燃料集合体
の上端部材に連結したハウジングを示すものであ
る。しかし、対応する集合体の下端部材はこの上
部部材と同じ性質で対称的に働くが、下向きの手
段を有することは明白である。以下の説明は簡潔
な記述を行なうために、前記の制動装置が位置決
めピンの侵入と排水によつて作動する場合につい
て述べるが、位置決めピンの引き出しと関連する
ハウジングへの水の流入量の制御による対称的な
作動を本発明の一部を成すことは明らかである。

第１図は軽水炉の燃料集合体の公知の構造全体
を示すもので、その容器は参照数字１で指示され
ている。内部装置は容器１の内部に懸下されてい
る。この内部装置は上部内部装置と下部内部装置
より成る。上部内部装置は上部プレート２と下部
プレート４より成り、これらはスペーサによつて
連結されている。下部内部装置は溶接で接合され
た芯筒体３と下部プレート５より成る。２枚のプ
レート４と５の間には符号６で示すような燃料集
合体が配置され、この集合体はプレート５の上に
載せられている。燃料集合体は符号７のような幾
つかの位置決めピンによつて、プレート４とプレ
ート５の間で軸方向に空〓ができるように保持さ
れている。燃料集合体６の構造は上端部材８と下
端部材９を有し、符号１０で示すような案内管に
よつて補強され間隔をあけられている。燃料棒１
１は支持用グリツド１２によつて所定位置に保持
され、グリツド１２は燃料棒１１を通過させるよ
うに断面が矩形であるセルを形成している。グリ
ツド１２自体は案内管１０に連結されている。案
内管１０は中空で、連鎖反応を抑制すると共に必
要なとき原子炉を急速に停止するのに使用する吸
収棒２４を受入れる。

第１図に示されている装置は300℃近い温度の
加圧熱水中に含浸され、この熱水は取入れ口１３
と出口１４の間で炉心内を循環する。このように
して異なる集合体６が上向き冷却流に含浸されて
いるので、集合体は、特に冷却流状態に急激な変
化が生じたとき２枚のプレートの間で跳び上が
る。

本発明の第１の実施例を示す第２図には、軽水
冷却原子炉の上部内部装置の図示しないプレート
に連結された位置決めピン７が示されている。こ
の軽水冷却原子炉の燃料集合体の上端部材は参照
数字８で指示されている。

図示の実施例においては、上端部材８は２つの
ハウジングまたは凹所１５を有するが、第２図に
はこのうちの１つだけを図示している。図示して
いないハウジング１５は対応の位置決めピン７を
収容し、図示のものと同様にピン７はハウジング
１５の内部で軸方向に摺動するようになつてい
る。これによつて図示しない燃料集合体を所定位
置に保持することができると同時に、冷却水の上
向きの流れの状態の変動に起因する通常の水圧の
変動に対してその燃料集合体は反作用するように
燃料集合体が軸方向にある程度動くことができる
ようにしている。ハウジング１５内部への位置決
めピン７の、多かれ少なかれこの侵入は、通常の
運転状態のもとで燃料集合体が軸方向に動くこと
を阻止するようにするため、相当な制動作用、例
えば水の跳上げ力の約10分の１、を伴なつて起る
ようにしなければならない。

本発明に従うとこれは第２図の場合、ばね鋼や
インコネルのような伸縮性材料で作られた円筒形
スリーブ１６で行われ、スリーブ１６は円筒の母
線に沿つて、その長さ全体に走るスリツト１７を
有する。このスリーブ１６はハウジング１５の上
部の幅広部分１８によつてハウジング１５の内壁
に接触して固定されている。さらに、非運転状態
のもとでは、その内径は位置決めピン７の外径よ
り小さく、スリーブ１６は位置決めピンの軸方向
への侵入の際にピン７をその摩擦力で保持する。
ハウジング１５によつて構成されている制動部材
に、一時的に急激な流水圧の変動によつて超過圧
力が生じたとき、制御された排水を可能とするよ
うに、計算された大きさの開口１９がハウジング
１５の下部に形成され、この開口１９はスリーブ
１６のスリツト１７に対向して配置されている。

集合体の跳上りの場合、上端部材の制動部材は
水の超過圧力を受け、一方、下端部材は過少圧力
を受ける。これに対して集合体が下向きの運動を
行なつているときは、他端側では反対の現象が生
ずることは明白である。

図示はしないが、第２の変更実施例に従う別の
解決法は、計算された大きさの開口１９にかえ
て、伸縮性スリーブ１６のスリツト１７が制御部
材の計算された流出手段となるように、スリーブ
１６のスリツト１７の大きさを計算し、スリーブ
１６の下部に所定量の空間を形成することであ
る。前述の制動部材はスリーブ１６と位置決めピ
ン７の間の接触によつて密閉される。従つて、ハ
ウジング内の開口１９は水が好適に排水されるよ
うに十分に広く作られる。位置決めピン７とスリ
ーブ１６の直径は、スリーブ１６がピンに及ぼす
半径方向の摩擦力が冷却水の流出量の安定性の不
足によつて燃料集合体が軸方向に振動するのを抑
えるのに十分なように、スリーブ１６の伸縮性の
関数として寸法が決定される。例えば、燃料集合
体の動きを確実に阻止するためには、スリーブ１
６が位置決めピン７を保持するためには軸方向の
摩擦力は水圧の約10分の１で十分である。集合体
の上端部材８の上面にはくぼみ１３が形成され、
これは位置決めピン７の先を収容する働きをする
もので、位置決めピン７の先はこのために丸くさ
れ、前述の最も侵入した位置は、図中１点鎖線２
０で示されている。

第３図は、機械的な制動作用と水圧制動作用を
組合せた、第２図に示したものの変更例を示すも
のである。

このために丸いクリツプ形のガスケツト２５が
ハウジング１５と位置決めピン７の間に設けら
れ、このガスケツトはピン７の側壁にもたれかか
つているので前記ハウジングの頂端を気密的に閉
じている。スリーブ１６は、スリツト１７がその
高さ全体に形成されるように横切られている。制
御排水用の開口２６がスリツト１７に対向するハ
ウジング１５の壁に作られている。この実施例で
は、スリーブ１６の内径は位置決めピン７の外径
より小さく、スリーブ１６はばね鋼かインコネル
より成り、スリーブはピン７に摩擦力を及ぼすこ
とによつてピンを固定することができる。

さらに、ハウジング１５内の水を除去する唯一
の通路は計算された大きさの開口２６であるの
で、これによつて所望の相対的な水圧制動が得ら
れる。

補足的な構成において、ハウジング１５の最上
部にはパツキング座金３０が設けてあり、この座
金はハウジング１５とスリーブ１６の間の環状チ
ヤンバーの他端でハウジングの軸に垂直な丸いリ
ング状表面２９を形成している。必要なとき加圧
水によつて環状表面２９に働く力がスリーブ１６
をわずかに持上げるのを助け、その結果としてハ
ウジング１５の内部の水をそれにみあつた適正な
大きさの開口２６に向けて排水するのが容易とな
る。

前述の変更実施例のすべての場合において、円
筒形の伸縮性スリーブ内のスリツト１７は様々な
形状を取ることができる。このみぞは円筒表面の
母線に沿つてのびることができるし、らせん形で
もよいし、円筒表面上の破線の形でもよい。

第４図は原子炉の特殊な使用に適用可能な第２
の実施例を示すもので、この場合、水圧の通常の
変動の影響を受けて集合体は炉心プレートのいず
れか１枚と接触を続け、本発明に基づく装置は過
渡的な状態のもとで急激で強い衝撃を制動する働
きをするだけである。

第４図は第２図に示したものと同一の部品、つ
まり位置決めピン７、上端部材８、ハウジング１
５、を有する。しかし第４図においては、純粋な
水圧手段のみで位置決めピン７の制動を行なうこ
とが可能な例を示すものである。従つてこの場
合、スリツトのないスリーブ１６が第３図に関連
して説明したガスケツト２５によつて開口１５に
気密に保持されている。所望の精密な制動を行な
うため、ハウジング１５の底には計算された大き
さの開口２６が形成されて、位置決めピン７の侵
入中にハウジング１５にある水の排出流が所望の
値に制限される。その結果、位置決めピン７の侵
入はかなり減速される。ハウジング１５の内部の
水は上端部材８に近いスリーブ１６の端を通つて
楽に排出される。別の実施例では、排水を容易と
するためにスリーブ１６の下部に開口２７を形成
することが可能である。第４図の実施例ではスリ
ーブ１６の底に円筒形の周辺みぞ２８が形成さ
れ、これはハウジング１５の対向壁と共に環状チ
ヤンバーを形成している。この環状チヤンバーは
ハウジング１５の軸に垂直な丸いリング形表面２
９によつて上部が閉じられている。この構成によ
つて加圧水が前記の環状チヤンバーの中まで均一
に広がつて環状表面２９の図面に対して上方に向
かう力を及ぼす。これによつてスリーブ１６がわ
ずかに持ち上げられて所定の大きさの開口２６に
水が向かうのが助けられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は軽水炉の炉心に燃料集合体を取り付け
るための公知の装置の断面図、第２図は本発明に
基づきスリツト付スリーブによつて位置決めピン
の水圧制動と機械的な制動を行なう装置のハウジ
ングの軸に沿つて概略断面図、第３図は本発明に
基づきスリツト付スリーブと計算された大きさの
開口の両方を用いて位置決めピンの制動を行なう
装置のハウジングの軸に沿つて断面図、第４図は
ハウジングの壁の所定の大きさの開口と共に閉じ
られたスリーブによつて位置決めピンを制動する
ための装置のハウジングの軸に沿つた断面図であ
る。 ２…上部プレート、４，５…下部プレート、６
…燃料集合体、７…位置決めピン、８…上端部
材、９…下端部材、１５…ハウジング、１６…ス
リーブ、１７…スリツト、１９…開口、２６…開
口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水冷型原子炉の燃料集合体を所定の距離だけ
   軸方向に移動できるようにしてこれに作用する冷
   却水の水圧の影響を制限する装置において、この
   装置は燃料集合体の上方に位置する上部内部装置
   の下部プレート４と下部内部装置の下部プレート
   ５にそれぞれ連結された位置決めピン７を備え、
   燃料集合体６の上端部材８と下端部材９には前記
   位置決めピン７を収容する中空円筒形のハウジン
   グ１５が設けられており、原子炉１内の水圧が通
   常の作動状態の正常の変動範囲にある間は、燃料
   集合体６が軸方向に動かないように位置決めピン
   ７に所定の摩擦力を与えこれを保持するように、
   位置決めピン７の外径に対応してそれよりわずか
   に小さい内径をもつ円筒形のスリツト１７を備え
   た伸縮性スリーブ１６が前記ハウジング１５内に
   設けられ、一時的に急速な運転状態の結果として
   生じる原子炉内の水圧の急激な変動の祭に、位置
   決めピン７が伸縮スリーブ１６を押し拡げながら
   その中に侵入することによつて燃料集合体６の機
   械的制動作用を行うと共に、ハウジング１５内の
   冷却水の制御排水を行なうことによつて水圧の吸
   収を行う開口１９，２６がハウジング１５の燃料
   集合体６の端部材８，９に近い部分に形成された
   ことを特徴とする水冷型原子炉の燃料集合体に働
   く軸方向水圧の影響を制限する装置。