JPH0545197B2 - - 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、一般に原子炉燃料集合体の上部ノズ
ル構造に関し、特に、燃料集合体の棒束への接近
を容易にすると共に、引張荷重を上部ノズルから
頂部もしくは最上部のスペーサ格子の延長スカー
トを介して伝達するようにした、原子炉燃料集合
体の上部ノズル構造に関するものである。

先行技術の発明 多くの原子炉において、炉心部は、束状に群別
されて骨格構造により支持された長い燃料要素又
は燃料棒を含む多数の燃料集合体から構成されて
いる。燃料集合体は一般に長い構造体であり、横
向きに延びる上下の炉心支持板により支持され整
列されている。従来の燃料集合体は、この骨格構
造の一部分として、スペーサ格子により１つの組
織化された配列に保持されている複数の制御棒案
内管、即ち案内シンブルを含み、スペーサ格子
は、制御棒案内シンブルに沿つて軸方向に隔てら
れていると共に、制御棒案内シンブルに取着され
ている。上部ノズル及び下部ノズルは、制御棒案
内シンブルに、その両端において取り付けられ、
一体的な燃料集合体を形成している。上部ノズル
及び下部ノズルは、燃料棒の上端及び下端よりも
それぞれ若干上方及び下方に延び、両者間に燃料
棒を拘束している。この既知構造の燃料集合体の
一例は、米国特許第3235463号明細書に記載され
ている。

原子炉における燃料集合体の運転中に１本以上
の燃料棒に割れその他の傷が発生すると、この燃
料棒は、原子炉から取り出さねばならない。従来
の燃料集合体においては、燃料棒は、案内シンブ
ルが上部ノズル及び下部ノズルに半恒久的に取着
された一体的な燃料集合体の一部分であるので、
破損又は欠陥燃料棒を検出し取り出すことは困難
である。これ等の燃料棒に接近するには、典型的
には、破損燃料集合体を原子炉炉心から取り出
し、制御棒案内シンブルに上部、下部ノズルを固
定している取着部を破壊することが必要となる。
この場合、燃料集合体は、案内シンブルと上部、
下部ノズルとの両方が破損を受けることによつ
て、原子炉内において再使用するには不適当にな
ることが多い。

燃料集合体の交換に多大のコストを要すること
から、運転コスト及び保守コストを最小にするた
めの再構成可能な燃料集合体を開発する努力がな
されている。再構成可能な種々の燃料集合体が考
えられており、その多くは、上部ノズルを制御棒
案内シンブルに取着するためにねじ式構造を用い
ている。このねじ式構造は、上部ノズルを除去
し、骨格構造に収容された燃料棒に接近すること
を可能にする。

即ち、再構成可能な燃料集合体の一例は、米国
特許第3770583号及び第3814667号明細書に記載さ
れている。これ等の米国特許には、上向きに延び
る整列支柱の回りに同軸的に配置された複数のコ
イルばねから基本的に構成される押さえ装置を有
する形式の上部ノズルが開示されており、これ等
の整列支柱が、端板を挿通して、該端板の下面に
配設された締結ナツトと螺合している。上部押さ
え板は、整列支柱に摺動自在に設けられており、
コイルばねは、押さえ板と端板との間に圧縮状態
で介挿されている。整列支柱の上端にある半径方
向に拡大された肩部は、整列支柱上に押さえ板を
保持する。

前記米国特許の装置を改良する過程で、別のね
じ式継手構造がアンソニー等により開示され、米
国特許第3992259号明細書に記載されている。

米国特許第3828868号明細書に示された別の再
構成可能な燃料集合体は、上部ノズルを取り外し
て燃料棒に接近しうるように制御棒案内シンブル
に上部ノズルを取着するねじ式構造を使用してい
る。この米国特許に開示された上部ノズルの取外
し方法は、基本的に、多数のねじ結合部のねじを
緩めて外し上部ノズルを案内シンブルから解放し
てから、取り外しの間に雄ねじから上部ノズルを
引き上げる。上部ノズルの再設置は、この順序を
逆にして行う。

このねじ式構造を使用する再構成可能な燃料集
合体には、高製造コスト、構造の複雑さ、上部ノ
ズルの取り外しと再組み付けの困難さなどの問題
があるだけでなく、照射後にねじ結合部が腐食し
て、作動しなくなるため、上部ノズルを除去する
には、案内シンブルとノズルとのどちらか一方又
は両方に対する破壊作業が必要となるので、コス
トのかかる損傷となり、一般には燃料集合体は再
使用不適となる。

更に、案内シンブルのねじ部分から上部ノズル
を取り外して再設置する作業を反復し、ねじ結合
部を再び締め付けることによつて、ねじ部の損傷
の可能性が高くなる。取り外し及び再設置の間に
生じたねじ部の焼付きもしくは破損によつて、燃
料集合体の骨格構造が損傷を受け、新しい燃料集
合体と交換する必要を生ずる。

また、従来の再構成可能な燃料集合体の構造に
は、燃料集合体にかかる引張荷重と圧縮荷重との
両方を支持すると共に制御要素に対する案内を行
う案内シンブルを利用するものがある。これ等の
多重機能によつて、構造は、上部ノズルを燃料集
合体に対して取り外したり再結合したりするよう
に設計された多数の取外し式部品を含む複雑な構
成要素を必要にする。

溶接によらない別の上部ノズル取付構造は、英
国特許第1228610号明細書に例示し記載されてい
る。しかし、この燃料集合体の場合には、上部ノ
ズルに形成された孔に案内シンブルの上端を挿入
した後、該上端が前記孔とその内部の環状溝との
形状に適合するように、該上端を膨張させること
によつて、案内シンブルの上端を前記孔内に固着
しているので、燃料集合体の分解が同様に困難で
ある。

発明の概要 従つて、本発明の目的は、取り外し及び再設置
の容易な上部ノズルを備えた燃料集合体を提供す
ることにある。

本発明の別の目的は、燃料集合体に取外し式部
品を導入せずにその燃料棒に迅速に容易に接近す
るようにするための上部ノズル構造を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は、上部ノズルにかかる
引張荷重が最上部のスペーサ格子を介して燃料集
合体に伝達される燃料集合体構造を提供すること
にある。

本発明の更に別の目的は、案内シンブルを上部
ノズルに締結することを必要としない燃料集合体
構造を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、長手方
向に延びる制御棒案内シンブルと、横方向に延び
るスペーサ格子と、上部ノズルとを有する燃料集
合体であつて、更に該燃料集合体に前記上部ノズ
ルを着脱自在に取り付けるための取付構造を有
し、前記上部ノズルは、開口が形成された横方向
に延びる板を含んでおり、前記取付構造は、前記
燃料集合体にかかる圧縮荷重を前記上部ノズルを
介して前記制御棒案内シンブルに直接に伝達する
ための第１伝達手段と、前記燃料集合体にかかる
引張荷重を前記上部ノズルを介して前記制御棒案
内シンブルに伝達するための第２伝達手段とを備
える燃料集合体において、前記制御棒案内シンブ
ルは、前記開口に滑り嵌めしており、前記第１伝
達手段は、前記制御棒案内シンブルに固着され
て、前記上部ノズルを支持するように前記横方向
に延びる板の下側に係合するカラーからなり、前
記第２伝達手段は、前記スペーサ格子に設けられ
て上方に延びるスカート部と、該スカート部を前
記上部ノズルに着脱自在にロツクして該スカート
部及び該上部ノズル間に引張荷重を伝達するため
のラツチ手段とからなることを特徴とするもので
ある。

発明の詳細な説明 本発明の好ましい実施例を参照した以下の詳細
な説明及び図面において、同一の符号は、同一の
部分又は類似した部分を表すように用いられてい
る。また、以下の説明において、「前方」、「後
方」、「左側」、「右側」、「上方」、「下方」その他
の
用語は、単に説明の都合上用いられており、本発
明を限定する意味に用いられているものではな
い。図面特に第１図には、周知の方法に従つて構
成された燃料集合体が、総括的に符号１０で、一
部断面側面図により図示されており、この燃料集
合体１０に本発明の好適な実施例が組み込まれて
いる。

燃料集合体１０は、基本的に、原子炉（図示し
ない）の炉心領域において下部炉心板（図示しな
い）上に燃料集合体１０を支持するための下端構
造、即ち下部ノズル１２を備えている。長手方向
に延びる多数の燃料棒案内シンブル１４は、下部
ノズル１２から上方に突出している。横方向に延
びる複数のスペーサ格子１６は制御棒案内シンブ
ル１４に沿つて軸方向に離間されている。長い燃
料棒１８の組織化された配列は、スペーサ格子１
６によつて横方向に隔てられ支持されている。計
装管２０は、燃料集合体１０の中心部に配置され
ている。符号２２によつて総括的に示された上端
構造、即ち上部ノズルは、燃料集合体１０の諸構
成要素を破損することなく普通の仕方で取り扱う
ことの可能な一体的なユニツトを形成するよう
に、以下に詳述する仕方で、案内シンブル１４の
上端に取着されている。

上部ノズル２２は、横方向に延びるアダプタ板
２４を有し、このアダプタ板の直立側壁部２６
は、アダプタ板の外周縁に固着され囲い又はハウ
ジングを形成している。環状フランジ２８は側壁
部２６の頂部に設けられている。環状フランジ２
８に適当にクランプされた押えばね３０（第１図
には１つのみ示す）は、上部炉心板（図示せず）
と普通の仕方で協働し、燃料集合体１０を上方に
通る冷却材流による燃料集合体１０の持ち上がり
を防止しながら、炉心によつて誘起された熱膨張
その他による燃料集合体１０の長さ変化を許容す
る。環状フランジ２８によつて形成された開口中
に配置された通常の制御棒クラスタ３２は、制御
棒案内シンブル１４中において制御棒３６を上下
に移動させるために制御棒３６の上端に連結され
た半径方向に延びる腕もしくはフルーク３４を備
えている。各スペーサ格子１６は、最上部の格子
３８を除いては、燃料棒１８を横方向に隔だてて
支持するための普通の適切な構造とすることがで
きる。

図示した燃料集合体１０は、正方形配列の燃料
棒１８を備えた形式のものであり、制御棒案内シ
ンブル１４は、燃料棒１８の配列中に計画的に配
置されている。下部ノズル１２及び上部ノズル２
２も全体的に正方形の断面形状を備えている。各
図に示した特定的な燃料集合体１０は、単なる例
示であり、下部ノズル１２、上部ノズル２２の形
状も、燃料棒１８及び案内シンブル１４の数及び
形態も本発明を限定するものではなく、本発明
は、ここに示した以外の形状、構造又は形態にも
同様に適用される。

燃料集合体１０を形成するには、スペーサ格子
１６を、長手方向に延びている案内シンブル１４
に、軸方向の所定の離隔位置において取り付け
る。燃料棒１８は、スペーサ格子１６中に挿置さ
れて燃料棒配列を形成する。下部ノズル１２は案
内シンブル１４の下端部に適当に取着され、ま
た、上部ノズル２２は、本発明による改良された
取付構造に従つて、案内シンブル１４の上端部に
後述するように取着される。

次に、第２図、第２Ａ図、第３図を参照して、
最上部のスペーサ格子３８と案内シンブル１４の
上端部とに上部ノズル２２を着脱自在に取り付け
るための改良された取付構造の好ましい第１実施
例を説明する。各案内シンブル１４は、上部ノズ
ル２２を圧縮状態で支持しているが、以下の説明
は、１つの案内シンブル１４について行い、他の
案内シンブル１４も同様に上部ノズル２２を支持
している。同様に、スペーサ格子３８の各側壁部
は、上部ノズル２２を引張状態で支持するための
延長スカート第２伝達手段を構成するスカート
部）４０を備えているが、以下の説明は、上部ノ
ズル２２と１つのスペーサ格子延長スカート４０
との間の構造に向けられている。しかし、４つの
延長スカート４０の各々を使用するのが好ましい
ことに留意すべきである。

上部ノズル２２を着脱自在に支持し取り付ける
ための改良取付構造は、溶接その他によつて案内
シンブル１４に取着され、圧縮荷重の下にアダプ
タ板２４に当接することにより上部ノズル２２を
支持するように半径方向の寸法が定められている
シンブルカラー（第１伝達手段）４４と、燃料集
合体１０を引張荷重の下に支持するために上部ノ
ズル２２の側壁部２６に着脱自在に取着される最
上部のスペーサ格子３８に形成される複数の延長
スカート（第２伝達手段）４０とを含んでいる。
これ等の構成要素及び結合部の詳細並びに迅速取
外し式上部ノズル燃料集合体の別の好ましい実施
例について以下に説明する。

本発明の好ましい実施例によれば、上部ノズル
２２からの圧縮荷重、例えば押さえねば３０によ
つて加えられる荷重は、シンブルカラー４４（荷
重カラー）によつて案内シンブル１４に伝達さ
れ、引張荷重、例えば持ち上げ荷重は、最上部の
スペーサ格子３８の上向きに延びる延長スカート
４０に、上部ノズル２２を介して伝達される。最
上部のスペーサ格子３８は、膨出のような任意の
既知の方法で案内シンブル１４に取着することが
できる。そのため、延長スカート４０にかかるい
かなる引張荷重も、スペーサ格子３８を介して案
内シンブル１４に伝達されるため、案内シンブル
１４を上部ノズル２２に結合するために従来使用
されていた多くの高価で複雑な取外し式部品は不
要になる。

前記のように、案内シンブル１４は、アダプタ
板２４の開口４６中に遊合される。半径方向の〓
間量は、小さいのが好ましく、約0.051mm（２ミ
ル）のオーダーとする。好ましくは、少なくとも
上部ノズル２２の近傍の案内シンブル１４の部分
は、ステンレス鋼からできており、シンブルカラ
ー４４は、案内シンブル１４の上端部付近にろう
付け、溶接その他により固着された同軸状のステ
ンレス鋼スリーブにより形成されている。シンブ
ルカラー４４は、開口４６よりも半径方向の寸法
を大きくすることにより、上部ノズル２２上のい
かなる圧縮荷重も、シンブルカラー４４を介し
て、案内シンブル１４により支持される。しか
し、案内シンブル１４と開口４６との間の遊合に
より上部ノズル２２を後述する仕方で案内シンブ
ル１４から取り外すことができ、案内シンブル１
４と上部ノズル２２との間のいかなるロツク解
除、ねじ止め解除、又はその他の取外し操作も必
要ではない。

スペーサ格子１６の延長スカート４０は、燃料
集合体１０への機械的支持を与えると共に燃料集
合体１０を通る適切な冷却材流を許容する任意の
幾何学的形状としてよい。延長スカート４０は、
上部ノズル２２の側壁部２６に沿い延びている。
尚、金属板製の延長スカート４０は、引張荷重の
下では強靱でも、圧縮荷重の下では比較的容易に
座屈するので、圧縮強度を与えることについて
は、第一義的には依存しえない。各延長スカート
４０は、引張荷重を支持しうる仕方で最上部のス
ペーサ格子３８を上部ノズル２２に取着するため
の弾性ラツチ手段を備えている。このラツチ手段
は、側壁部２６にある開口４８と整列される延長
スカート４０の開口４２を含んでいる。各側壁部
２６は、ばね鋼製の舌片５０を有し、舌片５０
は、延長スカート４０のためのスペースを側壁部
２６との間に形成するように、この側壁部とほぼ
平行に延びている。整列された開口４２，４８の
数に対応した数のほぼ直角配置のロツクピン５２
は、延長スカート４０中に配設されている。舌片
５０は、側壁部２６又は環状フランジ２８に一体
的に形成されるか、又は溶接その他により固着さ
れている。舌片５０は、第２Ａ図に最もよく示す
ように、好ましくは、ノツチ状先端５４を有し、
この先端には転開工具、即ち引剥がし工具５８の
先端５６を容易に係合させることができる。引剥
がし工具５８の先端５６は、第３図に最もよく示
すように、舌片５０のノツチ状先端５４に対し相
補形状となつている。また、弾性ラツチ手段を構
成する開口４２、開口４８、舌片５０及びロツク
ピン５２は、延長スカート４０と共に第２伝達手
段を構成している。

使用時には、上部ノズル２２は、ロツクピン５
２が開口４２を離れるまで、第２Ａ図において左
方に舌片５０を引剥がすことによつて除去するこ
とができる。この時に上部ノズル２２は、遊合さ
れた案内シンブル１４から簡単に引き上げること
ができる。再組み付けのためには、延長スカート
４０を通すための側壁部２６とロツクピン５２と
の間の十分な〓間を与えるに足るだけ舌片５０を
側壁部２６に対し引剥がすだけでよい。次に、ア
ダプタ板２４の開口４６を案内シンブル１４と整
列させ、開口４２を開口４８及びロツクピン５２
と整列させることができる。舌片５０を解放する
と、ロツクピン５２は、延長スカート４０に対し
て側壁部２６をロツクする。

次に、本発明の第２実施例を、第４図、第５Ａ
図、第５Ｂ図を参照して説明する。第４図の実施
例において、スペーサ格子３８の延長スカート４
０は、舌片５９で終端しており、舌片５９は、上
部ノズル２２の側壁部２６に形成された相補形状
のスロツト６０に係合するようになつている。好
ましくは、各舌片５９は、後述する持ち上げ・解
放工具６４が係合するための直立フランジ部分６
２を備えている。舌片５９及びスロツト６０は、
弾性ラツチ手段を構成すると共に、延長スカート
４０と協働して第２伝達手段を構成している。

上部ノズル２２の側壁部２６は孔６８を備えて
いることが好ましく、持ち上げ・解放工具６４の
延長スカート偏向部分６６はこの孔６８を通つて
突出するように構成されている。工具６４の上述
の部分６６は、小さな円筒状部材から単に成り、
この円筒状部材は、孔６８を通つて遊合すると共
に、スロツト６０と係合しなくなるように舌片５
９を偏向させるに足るだけ突出するように、大き
さが定められている。これは第５Ａ図に最もよく
示されている。この位置では最上部のスペーサ格
子３８は上部ノズル２２にラツチされなくなる。
工具６４は、舌片拘束部分７０も有し、この拘束
部分は、舌片５９上のフランジ６２を拘束し、側
壁部２６から離れるように偏向されてスロツト６
０との係合から外れる位置に舌片５９を保持する
ようになつた、ノツチ付き先端７２を備えてい
る。そのため、工具６４の突出部分６６を舌片５
９との接触から離し、即ち第５Ｂ図において右方
に移動させた時、フランジ６２と係合するよう
に、工具６４の舌片拘束部分７０を下動させて、
上部ノズル２２を持ち上げることができる。この
持ち上げの間、上部ノズル２２を支持するため
に、環状フランジ２８に当接する工具６４の部分
を使用してもよい。

このように、本発明による燃料集合体１０は、
燃料集合体１０にかかる引張荷重を支持するよう
に、最上部のスペーサ格子を変更し、圧縮荷重を
支持するためのシンブルカラーを案内シンブル上
に用意することにより、迅速且つ簡単に組み付け
及び再組み付けでき、また燃料集合体中の個別の
燃料棒は、単に前記のように上部ノズルを取り外
すことによつて、各燃料サイクルの終了時に定常
的な方式で取り扱うことができる。迅速取外し式
の上部ノズルは、前記の別の利点の外に、或る所
定の燃焼度について一層近似的に最適な水素対ウ
ラン比に向かつて、燃料集合体中の燃料棒の濃縮
度を正確に設計することを可能とする。また、迅
速取外し式の上部ノズルは、燃料棒への迅速な接
近を可能とし、先行従来の取付構造による多くの
高価で複雑な取外し部品を不要にする。

本発明をその特定の実施例について以上に説明
したが、本発明は、前述した実施例以外にも種々
変更して実施でき、前述した特定の構造は、本発
明を限定するものではない。例えば、以上に説明
したもの以外の、最上部のスペーサ格子と上部ノ
ズルとの間の迅速取外しのラツチ方式を使用した
り、簡単なシンブルカラー以外の圧縮荷重支持手
段を使用することも、本発明の範囲に包含され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従つて形成された燃
料集合体の、一部は切欠いて示した一部断面側面
図、第２図は、第１図の燃料集合体の一部分を示
す一部断面側面図であり、最上部のスペーサ格子
と上部ノズルとの取付状態を示す一部断面側面
図、第２Ａ図は、第２図において円で囲んだ部分
を示す側断面図、第３図は、燃料集合体の上部ノ
ズルを取り外したり挿入したりする際に有用なば
ね引剥がし工具を示す部分的な側面図、第４図
は、本発明の第２実施例を示し、上部ノズルの持
ち上げ・解放工具と共に、上部ノズルと最上部の
スペーサ格子とを示す部分的な一部断面側面図、
第５Ａ図及び第５Ｂ図は、第４図の上部ノズルと
最上部のスペーサ格子との結合部の一部分を示す
一部断面側面図であり、最上部のスペーサ格子を
解放状態及び係合状態においてそれぞれ示す図で
ある。 １０…燃料集合体、１４…制御棒案内シンブ
ル、２２…上部ノズル、２４…アダプタ板（板）、
３８…スペーサ格子、４０…延長スカート（スカ
ート部）、４４…シンブルカラー（第１伝達手
段）、第１実施例のラツチ手段（延長スカート４
０と協働して第２伝達手段を構成する）、｛４２…
延長スカートの開口、４８…スペーサ格子側壁部
の開口、５０…スペーサ格子側壁部にある舌片、
５２…ロツクピン、｝第２実施例のラツチ手段
（延長スカート４０と協働して第２伝達手段を構
成する）、｛５９…延長スカートにある舌片、６０
…スペーサ格子側壁部にあるスロツト。｝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 長手方向に延びる制御棒案内シンブル１４
   と、横方向に延びるスペーサ格子３８と、上部ノ
   ズル２２とを有する燃料集合体１０であつて、更
   に該燃料集合体１０に前記上部ノズル２２を着脱
   自在に取り付けるための取付構造を有し、前記上
   部ノズルは、開口４６が形成された横方向に延び
   る板２４を含んでおり、前記取付構造は、前記燃
   料集合体にかかる圧縮荷重を前記上部ノズル２２
   を介して前記制御棒案内シンブル１４に直接に伝
   達するための第１伝達手段４４と、前記燃料集合
   体にかかる引張荷重を前記上部ノズル２２を介し
   て前記制御棒案内シンブル１４に伝達するための
   第２伝達手段４０，４２，４８，５０，５２，４
   ０，５９，６０とを備える燃料集合体において、
   前記制御棒案内シンブル１４は、前記開口４６に
   滑り嵌めしており、前記第１伝達手段は、前記制
   御棒案内シンブルに固着されて、前記上部ノズル
   を支持するように前記横方向に延びる板２４の下
   側に係合するカラー４４からなり、前記第２伝達
   手段は、前記スペーサ格子３８に設けられて上方
   に延びるスカート部４０と、該スカート部４０を
   前記上部ノズルに着脱自在にロツクして該スカー
   ト部及び該上部ノズル間に引張荷重を伝達するた
   めのラツチ手段４２，４８，５０，５２，５９，
   ６０とからなることを特徴とする燃料集合体。