JPH0151796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉燃料集合体に関し、特に、通常
の燃料集合体シンブル管プラグ装置の作動上の欠
点及び障害無しに、該プラグ装置と同様の使用上
の機能をもたらすように、燃料集合体のシンブル
管と作動的に関連した原子炉燃料集合体シンブル
管キヤツプに関するものである。

原子力発電プラントの技術で周知のように、典
型的な設備又は発電プラントの原子炉炉心は、例
えば少なくとも100体或はそれ以上の燃料集合体
から構成することができ、また、各燃料集合体
は、例えば大体数百本の燃料棒から構成すること
ができる。一例として、通常の燃料集合体は17×
17列の燃料棒として知られるものから構成されて
おり、これは、17列の燃料棒があり各列に17本の
燃料棒があることを意味している。同様に、多数
の制御棒が燃料集合体内に配置されるようになつ
ており、従つて、前述した燃料棒の列内には、制
御棒を内部に配置することのできる対称配列シン
ブルの方形列が間挿されている。

任意の特定の時間における特定発電プラント又
は設備についての出力要求に応じて、発電プラン
ト又は設備の出力は、制御棒を使用して炉心燃料
集合体内のその位置によつて周知の方法で適宜に
制御される。特に、燃料棒が燃料集合体内に位置
する深さが適宜制御されるだけでなく、特定燃料
集合体内の制御棒の数が同様に制御される。代表
的な17×17の燃料棒配列においては、かかる燃料
集合体内に24本の制御棒を受け入れる用意がされ
ている。しかし、上述した出力要求及び発電プラ
ントの対応する出力に従つて、特定燃料集合体内
に用いられている、即ち配置されている制御棒の
実際の本数はゼロから24本まで変化する。燃料集
合体内の特定位置に制御棒が用いられていない、
即ち配置されていない場合、例えば閉ループ冷却
系統内に存在する砕片がシンブル管或は原子炉炉
心のその他の部分に集積するのを防止するため
に、シンブル管を効果的に実質的に閉じておかな
ければならない。また、シンブル管内を通る水冷
却材の流量を適切に制御しなければならない。

上述した作動上の目的を達成するために、作動
的に関連した制御棒を持たないシンブル管につい
て、シンブル管プラグ装置が従来用いられてい
た。第１図を参照すると、各シンブル管プラグ装
置は燃料集合体の上部ノズル及び下部ノズルを相
互に固着するシンブル管１０を備えている。勿
論、単に１本のシンブル管ではなく多数のシンブ
ル管１０が各燃料集合体の上部ノズル及び下部ノ
ズルを相互に連結していることを理解されたい。
特に、シンブル管１０の上端は燃料集合体の上部
ノズルアダプタ板１４に画成された孔１２内に挿
入されており、符号１６で示すように、上部ノズ
ルアダプタ板１４の上面に該孔の周辺を取り巻い
て溶接されている。各シンブル管１０の下端は、
シンブル管端栓内にねじ係合する例えば段付きボ
ルトのような図示しない適当な在来手段によつ
て、下部ノズル上部プレートに結合することがで
きる。

以上の記載から分かるように、シンブル管１０
は、特定原子炉設備についての出力要求に応じて
原子炉制御棒を収容するようになつており、特定
燃料集合体内に用いられる、即ち配置される制御
棒の実際の本数は、内部に制御棒を収容すべきシ
ンブル管１０の対応する数よりも少ないことがあ
る。従つて、特定燃料集合体の特定の位置に制御
棒が用いられていない、即ち配置されていないよ
うな場合、閉ループ冷却系統内に存在するかも知
れない砕片がシンブル管或は原子炉炉心のその他
の部分に進入してそこに溜まるのを防止するよう
に、シンブル管１０を効果的に実質的に閉じるた
め、即ち栓塞するため、シンブル管プラグ１８が
シンブル管１０内に設けられていた。

第１図に示すように、シンブル管プラグ１８は
実質的に円筒形の形状であり、シンブル管プラグ
１８の上端には、本体部分よりも実質的に直径の
小さい垂直茎部２０が設けられている。また、シ
ンブル管プラグ１８の最上方部はねじを切つた垂
直ボルト部分２２の形態に作られており、該部分
２２の直径方向の広がりは垂直茎部２０のそれよ
り小さい。このようにして、環状のフランジ又は
段部２４が垂直茎部２０と垂直ボルト部分２２と
の間に画成される。押さえ装置の基板２６が上部
ノズルアダプタ板１４の上方に垂直方向に隔置さ
れた関係で配置されており、シンブル管プラグ１
８の垂直ボルト部分２２が基板２６を貫通できる
ように、貫通孔２８が押さえ装置の基板２６内に
設けられている。このため、ナツト３０をボルト
部分２２にねじ係合させることができ、シンブル
管プラグ１８を押さえ装置の基板２６に固着する
ようになつており、また、ナツト３０を垂直ボル
ト部分２２に十分にねじ込み締め付けたときに
は、ナツト３０が押さえ装置の基板２６の上面３
２に接触し、一方シンブル管プラグ１８の段部２
４は押さえ装置の基板２６の下面に接触する。最
後に、ボルト部分２２に対するナツト３０の逆行
運動、従つてねじの緩みを防止するために、ボル
ト部分２２内に画成された図示しない溝又はスロ
ツト内にロツクワイヤ３６が挿入され、符号３８
で示すように後からナツト３０に溶接されてい
る。

従つて、シンブル管プラグ装置は種々の指定作
用を果たしてきたが、シンブル管プラグ１８は製
作するのに全く不経済である。加えて、特定の燃
料集合体に関して相当な数のシンブル管プラグ１
８が用いられる場合、燃料交換作業中に、即ち例
えば特定の燃料集合体を原子炉炉心内のある位置
から原子炉炉心内の他の位置へ移しているとき
に、或は新燃料集合体を炉心内に挿入していると
きに、押さえ装置の基板２６を上部ノズルアダプ
タ板１４及びそのシンブル管１０に対して垂直方
向に位置決めしている、即ち調節している場合、
全部のシンブル管プラグ１８をシンブル管１０に
関して適切に整列させることが非常に難しいこと
がしばしば分かつていた。そのため、特にかかる
燃料交換作業又は燃料サイクル再装荷が全て遠隔
操作で且つ水中下の条件で行なわれることを思い
出すと、燃料交換作業の効率がしばしば相当に阻
害され、実質的に低減する。更に、通常の原子炉
運転中、例えば発電プラントの出力要求に従つて
制御棒集合体の高さ調節を行いたいとき、燃料棒
集合体が、シンブル管プラグ１８が取着されるの
と同じような態様で、押さえ装置の基板２６に結
合されることが認められており、或は燃料効換作
業の開始の間、シンブル管１０内でのシンブル管
プラグ１８の運動に関して、即ちシンブル管１０
からのシンブル管プラグ１８の引き抜きに関して
問題がある。この問題は、シンブル管プラグ１８
とシンブル管１０との間にしばしばくさび状に食
い込んで、上述した運転モード中にシンブル管プ
ラグ１８及びシンブル管１０の間に行なわれると
考えられる相対運動を妨げる閉ループ冷却系統内
の砕片により生じるものであることは明らかであ
る。通常のシンブル管プラグ装置によれば、シン
ブル管を通る閉ループ冷却系統の流量を精確に制
御するために、小さな環状スペース４０をシンブ
ル管プラグ１８とシンブル管１０との間に画成し
ているが、このような環状スペース４０を設けて
いるにも拘わらず、前述した作動上の問題がやは
り起こつている。

従つて、本発明の目的は、比較的に安価に製造
しうるにも拘わらず、炉心の組立と燃料交換とが
容易であり、しかもシンブル管を通る冷却材の流
量を精確に制御もしくは規制しうるシンブル管キ
ヤツプを備えた原子炉を提供することにある。

この目的から、本発明によると、上部ノズルア
ダプタ板と、下部ノズルアダプタ板と、前記上部
ノズルアダプタ板及び前記下部ノズルアダプタ板
の間に支持された複数の燃料棒と、前記上部ノズ
ルアダプタ板及び前記下部ノズルアダプタ板に端
部で固着されて前記上部ノズルアダプタ板及び前
記下部ノズルアダプタ板を相互に結合する複数の
シンブル管とをそれぞれ有する複数の燃料集合体
が、上向きの冷却材の流れの中で支持されて、押
さえ板により所定位置に保持されている原子炉に
おいて、前記押さえ板には、前記シンブル管のう
ちの所定のものにぴつたり蓋をするように該所定
のシンブル管と軸方向に整列した状態で、複数の
シンブル管キヤツプが装着されており、該シンブ
ル管キヤツプの各々は、前記シンブル管を通る前
記冷却材の体積流量を制御するために所定断面積
の流路もしくは貫通孔を有している。

好適な実施例においては、シンブル管キヤツプ
は、同軸状の態様で一体に形成された垂直軸部分
を有するデイスク状基部を含んでいる。各キヤツ
プの基部の直径方向の広がりは垂直基部のそれよ
りも実質的に大きく、従つて、両者の間には環状
の段部が形成され、各キヤツプは押さえ装置基板
の下面にしつかり着座又は係合することができ
る。また、キヤツプ基部の下面は凹部が設けられ
ており、即ち皿ぐりされていて垂下する環状のス
カート部を造つており、該スカート部は、燃料集
合体上部のノズルのアダプタ板の上面に着座する
ようになつており、且つシンブル管の上端と上部
ノズルのアダプタ板との間に形成される溶接結合
部を環状に囲んでいる。キヤツプの軸部は、押さ
え装置の基板内に従来から設けられておりシンブ
ル管プラグのボルト部分が通常入つていた貫通孔
を上方に延び、その後、キヤツプ軸部の上端は適
当に変形されて半径方向外側に広がるボス部を形
成し、該ボス部が押さえ装置基板の上面に係合す
ることにより、キヤツプが押さえ装置基板内に取
着されている。

特定の燃料集合体内に幾本かの制御棒が設けら
れている場合、即ち少なくとも２本があれば、押
さえ装置基板とシンブル管との間の十分な整列
が、かかる制御棒によつて、燃料集合体上部ノズ
ルのアダプタ板及びその中に装着されたシンブル
管に対して得られるであろう。このような条件下
で、それぞれのシンブル管に対するシンブル管キ
ヤツプの適切な整列が実際に実現されるであろ
う。しかし、特定の燃料集合体内で何等制御棒を
用いるべきでないなら、シンブル管キヤツプとそ
れ等の関係するシンブル管との間の上述した整列
要求を達成するため、少なくとも２本の通常のシ
ンブル管プラグをこの特定の燃料集合体内に保持
しておかねばならない。シンブル管プラグ、制御
棒及び本発明のシンブル管キヤツプが全て燃料集
合体押さえ装置の基板に画成された同じ貫通孔内
に装着されるようになつていることを考えると、
本発明のシンブル管キヤツプは、既存の設備、ハ
ードウエア、及び系統の諸構成要素に対する改変
の必要無しに、後から取り付ける方法で既存の燃
料集合体内に設けることができる。

本発明のその他種々の目的、特徴、及び付随す
る利点は、同一符号は同一又は対応部分を示す添
付図面に関する下記の詳細な説明を理解すること
によつて、十分に明らかになるであろう。

図面、特に第２図を参照すると、新規且つ改良
された原子炉燃料集合体シンブル管キヤツプ装置
が符号１００で総括的に示されている。先ず注意
しておきたいことは、第１図の従来の原子炉燃料
集合体シンブル管プラグ装置に開示された同様の
部分に対応する、第２図に開示された原子炉燃料
集合体シンブル管プラグ装置の全構成部分は、
100台の番号が付けられている点を除いて、同様
の参照番号が与えられていることである。

上述したように、本発明のシンブル管キヤツプ
は、特定の燃料集合体内で何等制御棒が用いられ
ていない場合において従来のシンブル管プラグ１
８の実質的に全てに作動的に取つて代わるため
に、或は少なくとも２本の制御棒が用いられる特
定の燃料集合体に特有である作動状況下において
従来のシンブル管プラグ１８の全てに実際に作動
的に取つて代わるために、開発されてきた。本発
明のシンブル管キヤツプが特定の燃料集合体内の
特定のシンブル管位置でシンブル管プラグ１８に
実際に取つて代わつているこのような状況下にお
いて、従来のシンブル管プラグ１８並びにそれに
関連したナツト３０及びロツクワイヤ３６はシン
ブル管１０及び押さえ装置基板２６から取り出さ
れていて、同軸状に配置された垂直軸部分１４４
と一体に形成されたデイスク状基部１４２を備え
ている本発明のシンブル管キヤツプに代えられて
いる。基部１４２の直径方向の広がりは軸部分１
４４のそれより実質的に大きく、従つて、軸部分
１４４の下端の回りには環状の棚部又は肩部１４
６が画成されている。各キヤツプには冷却材の体
積流量を制御するために所定断面積を有する軸方
向の流路即ち貫通孔１４８が設けられていて、第
１図のシンブル管１０内に配置されたときにシン
ブル管プラグ１８の回りに画成される環状スペー
ス４０によつて行なわれるのと同様の方法で、原
子炉運転中にシンブル管１１０を上方に流れ抜け
る閉ループ冷却材の流量を制御しており、また、
第２図及び第３図から分かるように、貫通孔１４
８の上端は漏斗状領域１５０に開口している。漏
斗状領域１５０はキヤツプの環状上部リム部１５
２内に画成されている。

シンブル管キヤツプ装置１００内で本発明の各
シンブル管キヤツプを用いるに際し、第３図に示
したようなキヤツプを押さえ装置基板（押さえ
板）１２６の下方位置から、符号１１６で示すよ
うな周辺溶接部によつて燃料集合体上部ノズルの
アダプタ板１１４内に固着されるシンブル管１１
０内に同軸に整列されるべき押さえ装置の貫通孔
１２８に挿通する。キヤツプを押さえ装置基板１
２６の貫通孔１２８内に挿入して、その環状棚部
又は肩部１４６を押さえ装置基板１２６の下面１
３４に係合させ、それから、キヤツプの上部リム
部１５２が押さえ装置基板１２６の上面１３２に
係合し該上面に関して符号１５４で示すような立
上がりボス部を形成するように、上部リム部１５
２を半径方向外方に開く態様で変形させる。この
ような方法で、各キヤツプが押さえ装置の基板１
２６内に固定的に取着される。

更に続いて、押さえ装置基板１２６を燃料集合
体上部ノズルのアダプタ板１４に対して適切に位
置決めするとき、それぞれのシンブル管１１０と
同軸状に整列される各キヤツプは、符号１１６で
示すように燃料集合体上部ノズルのアダプタ板１
１４に溶接されたシンブル管１１０の上端に干渉
してはならず、且つ該上端を実際に収容しなけれ
ばならない。そのため、本発明の各シンブル管キ
ヤツプには上側に向かつて凹部又は皿ぐり部１５
６が設けられていて、該凹部１５６によつて、基
部１４２の周辺回りに垂下するスカート部１５８
を画成している。スカート部１５８の内径はシン
ブル管１１０と燃料集合体上部ノズルのアダプタ
板１１４との間に画成された周辺溶接部１１６の
外径よりも若干大きく、このようにして、本発明
のシンブル管キヤツプは、押さえ装置基板１２６
が燃料集合体上部ノズルのアダプタ板１１４に関
して位置決めされるときに、関連したシンブル管
１１０の溶接取着部を収容する。このように配置
するとき、本発明の各シンブル管キヤツプはその
スカート部１５８の底部リム部が燃料集合体上部
ノズルのアダプタ板１１４の上面に着座し、その
ため、各シンブル管１１０の上端は本発明の目的
に従つて、本発明の各シンブル管キヤツプ内に画
成された冷却材流量制御の貫通孔１４８を除い
て、効果的に閉止される。

上記のことから分かるように、本発明のシンブ
ル管キヤツプによつて、従来のシンブル管プラグ
の作動上の特質を持ち続けながら、かかるシンブ
ル管プラグの作動上の欠点が排除される。特に、
従来のシンブル管プラグ１８と本発明のシンブル
管キヤツプとの作動上の相異は、シンブル管プラ
グ１８が原子炉燃料集合体シンブル管の上端内に
配設されるようになつているのに対して、本発明
のシンブル管キヤツプは原子炉燃料集合体シンブ
ル管１１０の外部に配置されることに特に留意さ
れたい。このようにして、本発明のシンブル管キ
ヤツプは作動上関連する燃料集合体シンブル管１
１０の上端を効果的に閉止することができるが、
該シンブル管キヤツプは、シンブル管１１０の外
部に配設されているので、シンブル管１１０の内
壁面に関して何等の引きずり力、即ち摩擦力を生
じさせない。また、シンブル管１０内に原子炉燃
料集合体のシンブル管プラグ１８を配置すること
に関係して従来起きていた整列上の問題は完全に
解消された。

特定燃料集合体の上部ノズルアダプタ板１１４
に対する押さえ装置基板１２６の適正な整列、従
つて、シンブル管１１０に関する本発明のシンブ
ル管キヤツプの適正な整列に関連して、少なくと
も２本の制御棒（図示しない）を特定の燃料集合
体内に用いるべき場合、従つて該制御棒を少なく
とも２本のシンブル管１１０内に設けるべき場
合、本発明のシンブル管キヤツプは、作動的に関
連する制御棒を持つていない全てのシンブル管位
置において従来用いられていた従来のシンブル管
プラグ１８の全てに取つて代わるように実際使用
することができることに注目されたい。この使用
モードは、もし少なくとも２本の制御棒が特定燃
料集合体内で用いられているとすれば（制御棒は
シンブル管プラグ１８が押さえ装置の基板２６に
取着されるのと同じような仕方で押さえ装置の基
板１２６に固着されることを思い出されたい）、
シンブル管１０又は１１０及び燃料集合体上部ノ
ズルのアダプタ板１４又は１１４に関する押さえ
装置基板２６又は１２６と図示しない制御棒との
間の適切な整列が既に確保されており、そのため
本発明のシンブル管キヤツプもそれ等の関連シン
ブル管１１０に関して明確に適切に整列されるの
で、有効であることが分かる。

同様に、特定の原子炉燃料集合体が関連した制
御棒を持たない場合、或は１本の制御棒のみが特
定燃料集合体内に用いられている場合、本発明の
シンブル管キヤツプとそれ等の関連する原子炉燃
料集合体シンブル管１１０との間に前述したよう
な同軸的整列を同じようにもたらすためには、少
なくとも１本又は２本の従来のシンブル管プラグ
１８を用いなければならない。

また。従来のシンブル管プラグ１８、図示しな
い燃料集合体制御棒、及び本発明のシンブル管キ
ヤツプは全て、実質的に同じ直径方向の寸法を有
する垂直軸構造を備えており、該軸構造は押さえ
装置基板２６又は１２６の貫通孔２８又は１２８
内に配設されるようになつているために、本発明
のシンブル管キヤツプは、特定燃料集合体内の所
定数の制御棒についての上述した実施例に従つて
実行可能であるように、シンブル管プラグ１８の
任意のものに容易に取つて代わることができるの
で、本発明のシンブル管キヤツプは、現在建設中
の又は将来建設される原子炉設備内に限らず、特
に重要なことには、後から取り付ける技術又はプ
ログラムに従つて既存の原子炉設備内においても
使用しうることに注目されたい。

最後に、本発明のシンブル管キヤツプをそれが
関連する燃料集合体のシンブル管１１０に関して
外部に設けた結果、及び冷却材流量制御用貫通孔
１４８が内部にあるため、第１図に例示したシン
ブル管プラグ装置の冷却材流量制御特性に付随す
る作動上の欠点なしに、冷却材流量の制御を実際
に達成できる。

上述の教示から考えて、本発明の様々な改変及
び変更が可能であることは明らかである。従つ
て、本発明は、特定的に記載したものに限定され
ることなく、特許請求の範囲の範囲内で実施可能
であることを理解されたい。

また、第２図は、原子炉燃料集合体シンブル管
キヤツプ装置１００を示すに際して、関連した原
子炉燃料集合体１０１の一部の立面の部分断面を
描いていることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の原子炉燃料集合体シンブル
管プラグ装置の、その協働部分を示す垂直断面
図、第２図は本発明に従つて構成された新規且つ
改良された原子炉燃料集合体シンブル管キヤツプ
装置の、その協働部分を示す第１図に類似する断
面図、第３図は本発明の新規且つ改良された原子
炉燃料集合体シンブル管キヤツプの側面図、第４
図は第３図の原子炉燃料集合体シンブル管キヤツ
プの底面図である。 １００……燃料集合体シンブル管キヤツプ装
置、１０１……燃料集合体、１１０……シンブル
管、１１４……上部ノズルアダプタ板、１２６…
…押さえ装置基板（押さえ板）、１４２……基部、
１４４……軸部分、１４８……貫通孔（流路）。

【特許請求の範囲】

１ 微濃縮ウラン燃料およびプルトニウム・ウラ
ン混合燃料の２種類の燃料を装荷する重水減速沸
騰軽水冷却圧力管型原子炉において、炉心を軸方
向に３領域に分割し、炉心上部領域および炉心下
部領域にはそれぞれ前記微濃縮ウラン燃料を装荷
し、炉心下端から炉心有効長の3/15〜10.5/15の
領域にある炉心中央領域には前記プルトニウム・
ウラン混合燃料を装荷してなることを特徴とする
原子炉の炉心部構造。