JPH0478957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は原子炉の燃料集合体に関し、特に、燃
料集合体の上部ノズルの取り外し及び再設置を容
易にする態様で該上部ノズルを案内シンブルに取
り付けるための二重ロツク結合に関するものであ
る。

先行技術の説明 多くの原子炉においては、炉心は、非常に多数
の細長い燃料集合体から構成されている。慣用の
構造によれば、これ等の燃料集合体は、該燃料集
合体に沿つて離間して配置されて制御棒案内シン
ブルに取り付けられている格子により、組織化さ
れた配列で保持されている複数個の燃料棒及び制
御棒案内シンブルを備えている。燃料集合体の両
端に設けられている上部ノズル及び下部ノズル
は、燃料棒の両端を越えて上方及び下方に若干延
びている制御棒案内シンブルに固定される。燃料
集合体の上端部において、案内シンブルは、上部
ノズルのアダプタ板に設けられた通路内でアダプ
タ板に接続されている。各案内シンブルは、上部
ノズルに取り付けるための上部スリーブを備える
ことができる。

原子炉内でのこのような燃料集合体の運転中、
時として、主に内部応力により燃料棒の少数のも
のにその長手方向に沿い割れ、即ちクラツクが発
生して、放射性の核分裂生成物が放出され、もし
くは原子炉の一次冷却材中に入る可能性があり得
る。また、燃料交換中に、このような核分裂生成
物は水で満たされた原子炉キヤビテイ内に入つた
り、使用済み燃料集合体が貯蔵されているプール
を循環する冷却材中に漏洩するかも知れない。燃
料棒は、上部ノズル及び下部ノズルに溶接された
案内シンブルを含む一体の燃料集合体の一部であ
るので、破損燃料棒を検出して取り出すことは困
難である。

最近まで、このような燃料棒に対しアクセスす
るためには、問題のある燃料集合体を炉心から取
り出して、上部ノズル及び下部ノズルを案内シン
ブルに固定している溶接部を破断する必要があつ
た。しかし、このような作業においては、破壊的
な作用で案内シンブル及びノズルに対し再溶接を
不可能にするような損傷がしばしば生じるため
に、燃料集合体を原子炉で更に続けて使用するこ
とが不適当となる。

燃料集合体の交換に要する高コストに鑑みて、
運転及び保守費用を最小限にする目的で、燃料集
合体を再構成可能とすることに大きな関心が寄せ
られている。燃料集合体を再構成可能にする一般
的な仕方は、燃料集合体に着脱自在ないしは取り
外し可能な上部ノズルを設けることである。上部
ノズルを取り外して再設置もしくは交換すること
によつて燃料集合体を再構成する初期の１つの方
法は、本願と同一の出願人による特開昭59−
90081号明細書に例示され記載されている。上部
ノズルは、案内シンブルが上部ノズルのアダプタ
板に溶接されている場所の直ぐ下で該案内シンブ
ルを切断することにより、取り外される。次に、
上部ノズルを案内シンブル上に戻す前に、アダプ
タ板の通路に環状の溝を形成する。案内シンブル
をアダプタ板の通路に挿入した状態で上部ノズル
を案内シンブル上に戻した後、案内シンブルの上
端部の周方向部分を膨出して通路の溝に入れ、上
部ノズルを案内シンブルに固定するようにする。

上述の再構成方法に対する別の解決策は米国特
許願連番第644758号明細書に例示され記載されて
いる。そこには、上部ノズルを案内シンブルの上
端部に着脱自在に装着する取付構造が開示されて
いる。この取付構造は、上部ノズルのアダプタ板
に画成された複数の外側ソケツトと、それぞれ各
案内シンブルの上側端部に形成された複数の内側
ソケツトと、各内側ソケツト内に挿入されて該内
側ソケツトを外側ソケツトと鎖錠もしくはロツク
係合関係に維持する複数の着脱もしくは取り外し
可能なロツク管とを備えている。各外側ソケツト
は、アダプタ板を貫通する通路の形態であつて、
環状の溝を有している。各内側ソケツトは、案内
シンブルの中空の上側端部の形態であつて、該案
内シンブルの上側端部のアダプタ板の通路内に挿
入した時に、環状の溝内に座着する環状の膨出部
を有している。案内シンブルの上側端部には複数
の細長い軸方向スロツトが設けられており、該ス
ロツトが形成されている部分の内向きの弾性収縮
を可能にし、それにより大きな膨出部をアダプタ
板の通路に形成されている環状の周方向溝内に挿
入したり該溝から取り出すことができるようにな
つている。このようにして、案内シンブルの内側
ソケツトは外側ソケツトとロツク係合するように
挿入されたり、該外側ソケツトとのロツク係合か
ら解放されて取り出される。

ロツク管は、上部ノズルの上方から、内側ソケ
ツトを形成する案内シンブルの中空の上側端部内
のロツク位置へと挿入される。このロツク位置に
挿入されると、ロツク管は内側ソケツトの膨出部
を環状溝との拡張ロツク係合関係に係止して、そ
れにより内側ソケツトが、外側ソケツトから引き
出されるような圧縮もしくは収縮した解放位置に
移動するのを阻止する。このようにして、ロツク
管は内側ソケツトを外側ソケツトとのロツク係合
関係に維持し、それにより、案内シンブルの上側
端部への上部ノズルの取着状態を維持する。

更に、振動力等により思いもよらず脱落するの
を防止するため、従来、ロツク管はそのロツク位
置に固定していた。そのため、ロツク管を案内シ
ンブルの中空上側端部内のロツク位置に挿入した
後、１対の膨出部が各ロツク管の上部に形成され
ていて、該膨出部が案内シンブルの上側端部にあ
る周方向の膨出部内に嵌入し、該膨出部と締まり
嵌めしていた。

上述した種々の解決策が全面的に受け入れられ
るにも拘わらず、各解決策は、上部ノズルのアダ
プタ板の通路に環状の溝を機械加工を必要とする
欠点がある。従つて、商業的な採用を促進するよ
うに燃料集合体の再構成に対する別の解決策の必
要性が依然として存在する。

発明の概要 本発明は、上述した必要性を満たすように構成
された、上部ノズルを案内シンブルにロツクした
り該案内シンブルからアンロツクしたりするため
の改良構造を有する再構成可能な燃料集合体を提
供する。本発明が提案している二重ロツク結合の
概念は、上部ノズル及び案内シンブル間に今まで
のものよりも強く且つ緊密な結合をもたらす。特
に、案内シンブル上の軸方向に離間した膨出部が
それ等の間に上部ノズルのアダプタ板を捕捉する
ことによつて２つの位置で確実なロツクが行なわ
れる。この二重ロツク結合には、優れた軸方向強
度と横方向荷重に対する優れた耐性とが与えられ
る。更に、この二重ロツク結合は、案内シンブル
及びロツク管の簡単な挿入及び取り外しを可能に
し、アダプタ板の通路内に環状の溝を機械加工す
る必要性を無くし、そして優れた結合整列をもた
らすと共に、結合部の滑りに対する優れた保護を
有する。

従つて、本発明は、中心軸線を有する上側端部
を備えた少なくとも１つの案内シンブルと、離間
した上面及び下面を有すると共に、該上面及び下
面の間に少なくとも１つの通路が延在しているア
ダプタ板を備えた上部ノズルとを含む再構成可能
な燃料集合体において、前記上部ノズルのアダプ
タ板を前記案内シンブルの上側端部に対して解放
自在のロツク係合状態に取り付けるための二重ロ
ツク結合構造であつて、(a)前記案内シンブルの前
記上側端部に画成されていて、該上側端部の中心
軸線に向かう半径方向内方への力が加えられる際
に、前記上側端部が圧縮位置へと内方に弾性的に
収縮するのを許容すると共に、前記半径方向内方
への力が除去される際に、前記上側端部が拡開位
置へと外方側に弾性的に戻るのを許容する許容手
段と；(b)前記案内シンブルの前記上側端部に形成
された上側手段であつて、該上側手段の位置での
前記上側端部に、該上側端部が拡開位置にある時
に前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路よ
りも大きな直径寸法を与えると共に、前記上側端
部を前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路
に挿入したり該通路から取り出す間、前記半径方
向内方への力が加えられる際に、前記上側端部が
収縮位置に圧縮される時に前記アダプタ板の前記
少なくとも１つの通路よりも小さな直径寸法を与
える、ように形成されている前記上側手段と；(c)
前記案内シンブルの前記上側端部に形成された下
側手段であつて、該下側手段の位置にある前記上
側端部に、該上側端部が拡開位置及び収縮位置の
どちらかにある時に前記アダプタ板の前記少なく
とも１つの通路よりも大きな直径寸法を与える、
ように形成されている前記下側手段と；を備える
再構成可能な燃料集合体における二重ロツク結合
構造に存する。上側手段は、前記アダプタ板の前
記上面及び下面間の距離に実質的に等しい距離だ
け前記下側手段から変位していて、前記案内シン
ブルの前記上側端部を前記アダプタ板の前記少な
くとも１つの通路に通し挿入した後、前記アダプ
タ板が前記上側手段及び下側手段間の捕捉位置に
置かれるようになつている。また、二重ロツク結
合構造は、上側端部を拡開位置に保持すると共
に、アダプタ板を上側手段及び下側手段間の捕捉
位置に保持するロツク位置と、アダプタ板を上側
端部に挿入したり上側端部から取り外したりする
際に、上側端部が内方に収縮して圧縮位置に付く
のを許容するアンロツク位置との間で、案内シン
ブルの上側端部に挿入したり上側端部から取り外
したりすることができるロツク管を備えている。

具体的には、案内シンブルの上側端部に画成さ
れて、該上側端部が圧縮位置へと内方に弾性的に
収縮するのを許容する許容手段は、軸方向に延在
するように上側端部に形成された少なくとも１つ
のスロツトである。更に、上側手段及び下側手段
の各々は、案内シンブルの上側端部に好ましくは
周方向に形成される膨出部の形態である。

また、ロツク管は軸方向及び好ましくは周方向
に変位した上側及び下側突出部を含んでおり、こ
れ等の上側及び下側突出部は、ロツク管が上側端
部内のロツク位置に挿入される時に案内シンブル
の上側端部の上側及び下側膨出部に組み合い、ロ
ツク管が案内シンブルの上側端部から取り出され
る時に上側及び下側膨出部から外れるようになつ
ている。更に、ロツク管を案内シンブルの上側端
部に挿入したり上側端部から取り外したりするの
を容易にするために、ロツク管は、上側突出部の
上方に位置した上部環状フランジを備えている。

本発明により達成されたこれ等及びその他の効
果等は、本発明の実施例を例示した図示に関連し
てなされる以下の詳細な説明を読むことによつ
て、当業者に自明となろう。

発明の詳細な説明 以下の説明において、全図面を通し同一参照数
字は同一部分もしくは対応部分を指すものとし、
そして「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、「上
方
向もしくは上向き」、「下方向もしくは下向き」そ
の他同様の術語は、説明の便宜上の表現として用
いたまでであつて、制限的な意味に解釈されては
ならない。

総括的説明 図面、特に第１図を参照すると、符号１０で総
括的に示された再構成可能な燃料集合体が垂直方
向に短縮された形態で図示されている。基本的に
は、燃料集合体１０は、原子炉（図示せず）の炉
心領域において下部炉心板（図示せず）上に燃料
集合体を支持するための下端構造、即ち下部ノズ
ル１２と、この下部ノズル１２から上方に長手方
向に延びる多数の案内管もしくは案内シンブル１
４とを含んでいる。更に、燃料集合体１０は、案
内シンブル１４に沿つて軸方向に離間して設けら
れている複数の横格子１６と、格子１６によつて
横方向に離間した関係で支持された燃料棒１４の
配列とを備えている。また、燃料集合体１０はそ
の中央に位置する計装管２０と、諸部材を破損す
ることなく通常のように取り扱うことのできる一
体のユニツトを形成するために、後述する態様で
案内シンブル１４の上端に着脱自在に取り付けら
れる上端構造、即ち上部ノズル２２とを有してい
る。

前述したように、燃料集合体１０における燃料
棒１８の配列は、燃料集合体の長さに沿つて離間
して設けられた格子１６によつて互いに離間した
関係で保持されている。各燃料棒１８は核燃料ペ
レツト２４を収容しており、その両端は、燃料棒
を気密に封止するために、上部端栓２６及び下部
端栓２８によつて閉塞されている。通常、上部端
栓２６と核燃料ペレツト２４との間のプレナムに
ばね３０が配置されていて、核燃料ペレツトを燃
料棒１８内で密に詰まつた関係に保持している。
核分裂性物質からなる核燃料ペレツト２４は、原
子炉の炉心の反応出力源となる。水又はほう素含
有水のような液体減速材・冷却材が炉心の燃料集
合体を通つて上向きにポンプ送りされて、該炉心
内に発生される熱を有用な仕事を行わせるために
取り出す。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒３
２が燃料集合体１０において所定位置に配置され
た案内シンブル１４内を往復動可能である。上部
ノズル２２は下部アダプタ板３４を有し、複数
（１つのみ図示する）の通路３６がこのアダプタ
板３４を貫通するように形成されている。制御棒
３２を受ける案内シンブル１４は、その最上部の
端部がアダプタ板の通路３６内に同軸的に位置付
けられている。特に、上部ノズル２２と作動的に
関連しているのは、半径方向に延びる複数のフル
ーク、即ち腕４４を備えた円筒形部材４２を有す
るロツドクラスタ制御機構４０である。円筒形部
材４２には内部にねじが切られている。各腕４４
は１つ以上の制御棒３２に相互接続されているの
で、ロツドクラスタ制御機構４０は、案内シンブ
ル１４内で制御棒３２を上下に移動させることに
より燃料集合体１０における核分裂過程を制御す
るように、全て周知の態様で作動可能である。

上部ノズルを案内シンブルに着脱自在に取り付け
る二重ロツク結合構造 第２図〜第５図を参照すると、燃料集合体１０
の燃料棒１８にアクセスするのを容易にするた
め、上部ノズル２２の下部アダプタ板３４を案内
シンブル１４の上側端部３８に着脱自在に結合す
る本発明の改良された特徴が図示されている。本
発明の改良された特徴は総括的に符号４６で示さ
れた二重ロツク結合構造の種々の構成要素からな
つている。

第２図〜第５図に示すように、二重ロツク結合
構造４６は、案内シンブルの各上側端部３８に軸
方向に延びるように画成されたスロツト４８（図
示の実施例においては４個）を含んでおり、該ス
ロツト４８は、上側端部３８の中心軸線Ａに向か
つて半径方向内方に十分な力が加わる際に上側端
部３８が圧縮位置へと内方に弾性的に収縮するの
を許容する許容手段である。

また、結合構造４６は軸方向に離間するよう上
側端部３８に周方向に形成された上側及び上側環
状膨出部５０，５２の形態を取るのが好ましい手
段を含んでいる。上側環状膨出部（上側手段）５
０は、案内シンブルの上側端部３８がその拡開位
置にある時に所定のアダプタ板通路３６の内径寸
法よりも大きい外径寸法を有する。他方、上側環
状膨出部５０のこの外径寸法は、アダプタ板の通
路３６へ挿入したり通路３６から取り出したりす
る間に上側端部３８に加わる半径方向内方への力
により上側端部３８がその圧縮位置へ収縮する時
に減少して、アダプタ板の通路３６の内径寸法よ
りも小さくなる。しかし、下側環状膨出部（下側
手段）５２の場合、案内シンブルの上側端部３８
がその拡開位置及び収縮位置のどちらかにある
時、該下側環状膨出部５２は、アダプタ板の通路
３６の内径寸法よりも大きい外径寸法を有する。
案内シンブルの上側端部３８をアダプタ板３４に
ロツクするため、上側環状膨出部５０は、アダプ
タ板３４の上面５４及び下面５６間の距離にほぼ
等しい距離だけ下側環状膨出部５０から軸方向に
変位している。従つて、案内シンブル１４の上側
端部３８をアダプタ板の通路３６に通して挿入し
た後、アダプタ板３４は上側及び下側環状膨出部
５０，５２間の捕捉位置に置かれる。

更に、結合構造４６は案内シンブルの各上側端
部３８内のロツク位置に取り外し自在もしくは着
脱自在に挿入されるロツク管５８を含んでおり、
ロツク位置においては、上側端部がその拡開位置
に保持され、アダプタ板３４が上側及び下側環状
膨出部５０，５２間の捕捉位置に保持される。ロ
ツク管５８の取り外しによつて上側端部はアンロ
ツク位置に引つ込み、このアンロツク位置におい
て、上側端部３８はアダプタ板３４が上側端部か
ら取り外される際に圧縮位置へ内方に収縮可能で
ある。また、上側端部３８はアダプタ板３４を案
内シンブル１４に戻すように挿入する際にも圧縮
位置に収縮できる。

ロツク管５８を案内シンブル１４の上側端部３
８におけるそのロツク位置に固定するために、ロ
ツク管５８には、案内シンブルの上側端部３８の
上側及び下側環状膨出部５０，５２と組み合うよ
うになつている短いセグメントの形態の軸方向及
び周方向に変位した上側及び下側突出部６０，６
２が備えられている。また、ロツク管５８にある
上部環状フランジ６４は、案内シンブルの上側端
部３８内へのロツク管の挿入及び上側端部３８か
らのロツク管の取り外しのためのロツク管の把持
を容易にするために、上側突出部６０の上方に配
置されている。

上側及び下側環状膨出部５０，５２の各々は上
側端部３８の回りに周方向に延びるものとして例
示されているが、各膨出部は上側端部の回りに連
続している必要はなく、ロツク管５８の突出部６
０，６２に類似する一連の短いセグメントの形態
でよいことを諒解されたい。同様に、上側及び下
側環状膨出部５０，５２が図示のように連続であ
る場合、ロツク管５８の上側及び下側突出部６
０，６２は、短いセグメントの代わりに、上側及
び下側環状膨出部と同様にロツク管の回りに連続
的に延びることができる。

本発明及びそれに付随する利点の多くは上述し
た説明から理解されるであろうし、また、本発明
の精神及び範囲を逸脱することなく、或は本発明
の重要な利点の全てを犠牲にすることなく本発明
の形態、構造及び配列に多くの変更を行うことが
可能であつて、上述の形態等は本発明の好適な或
は例示的な実施例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の改良特徴を実施した再構成
可能な燃料集合体を、明瞭にするため一部を断面
で一部を破断して示す側立面図、第２図は、再構
成可能な燃料集合体の上部ノズル及び案内シンブ
ルと関連した、本発明の改良特徴を含む二重ロツ
ク結合構造の諸構成要素を示す分解断面図、第３
図は、本発明の改良特徴の或るものを示す、第２
図の線３−３における拡大断面図、第４図は、本
発明の他の改良特徴を含んだ案内シンブルの上側
端部を示す、第２図の線４−４における拡大断面
図、第５図は、組み立てられて一緒になつた第２
図の二重ロツク結合構造の全構成要素を示す断面
図である。 １０……燃料集合体、１４……案内シンブル、
２２……上部ノズル、３４……アダプタ板、３６
……アダプタ板の通路、３８……案内シンブルの
上側端部、４６……二重ロツク結合構造、４８…
…許容手段（スロツト）、５０……上側手段（上
側環状膨出部）、５２……下側手段（下側環状膨
出部）、５４……アダプタ板の上面、５６……ア
ダプタ板の下面、Ａ……上側端部の中心軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心軸線を有する上側端部を備えた少なくと
   も１つの案内シンブルと、離間した上面及び下面
   を有すると共に、該上面及び下面の間に少なくと
   も１つの通路が延在しているアダプタ板を備えた
   上部ノズルとを含む再構成可能な燃料集合体にお
   いて、前記上部ノズルのアダプタ板を前記案内シ
   ンブルの上側端部に対して離脱自在のロツク係合
   状態に取り付けるための二重ロツク結合構造であ
   つて、 (a) 前記案内シンブルの前記上側端部に画成され
   ていて、該上側端部の中心軸線に向かう半径方
   向内方への力が加えられる際に、前記上側端部
   が圧縮位置へと内方に弾性的に収縮するのを許
   容すると共に、前記半径方向内方への力が除去
   される際に、前記上側端部が拡開位置へと外方
   に弾性的に戻るのを許容する許容手段と、 (b) 前記案内シンブルの前記上側端部に形成され
   た上側手段であつて、該上側手段の位置での前
   記上側端部に、該上側端部が拡開位置にある時
   に前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路
   よりも大きな直径寸法を与えると共に、前記上
   側端部を前記アダプタ板の前記少なくとも１つ
   の通路に挿入したり該通路から取り出す間、前
   記半径方向内方への力が加えられる際に、前記
   上側端部が収縮位置に圧縮される時に前記アダ
   プタ板の前記少なくとも１つの通路よりも小さ
   な直径寸法を与える、ように形成されている前
   記上側手段と、 (c) 前記案内シンブルの前記上側端部に形成され
   た下側手段であつて、該下側手段の位置にある
   前記上側端部に、該上側端部が拡開位置及び収
   縮位置のどちらかにある時に前記アダプタ板の
   前記少なくとも１つの通路よりも大きな直径寸
   法を与える、ように形成されている前記下側手
   段と、を備え、 (d) 前記上側手段は、前記アダプタ板の前記上面
   及び下面間の距離に実質的に等しい距離だけ前
   記下側手段から変位していて、前記案内シンブ
   ルの前記上側端部を前記アダプタ板の前記少な
   くとも１つの通路に通し挿入した後、前記アダ
   プタ板が前記上側手段及び下側手段間の捕捉位
   置に置かれるようになつている、 再構成可能な燃料集合体における二重ロツク結合
   構造。