JPH07104423B2

JPH07104423B2 - 高燃焼度用燃料集合体用の上部ノズル

Info

Publication number: JPH07104423B2
Application number: JP3352486A
Authority: JP
Inventors: 昌弘上田; 一麻森
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH0694872A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】既知の如く高燃焼度用燃料集合体
にあって、その照射成長が大きくなることから、当該縦
方向寸法を短くしなければならず、かかる高燃焼度用燃
料集合体に対して、原子炉内にあって、可燃吸収棒集合
体（ＢＰＡ）の如き内挿物を、当該燃料集合体の制御棒
案内管に、押圧スプリングの弾力により押入されるに当
り、短い寸法とした上記高燃焼度用燃料集合体の上部ノ
ズルに、押圧スプリングの押圧力を充分に作用させるこ
とができなくなる。本発明はこのような場合に、上記の
ノズルにつき付帯物を設置することで、押圧スプリング
の押圧力を充分に発揮させ、内挿物が原子炉冷却材の流
れにより振動し、これにより、当該内挿物が損傷してし
まうのを防止しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示す通り、加圧水型原子炉用の原
子燃料集合体１は、上部ノズル２と下部ノズル３との間
に多数の燃料棒４と制御棒案内管（シンブル管）５が引
き揃えの状態にて、複数段に配設された支持格子６によ
って結束され、当該制御棒案内管５により、上、下部ノ
ズル２、３が結合されたもので、図中７はホールドダウ
ンスプリングを示している。

【０００３】上記の如き原子燃料集合体にあっては、近
年その高燃焼度化が図られており、かかる高燃焼度用燃
料集合体は、照射成長が大きくなるので、従来寸法のま
まであると、当該高燃焼度用燃料集合体を原子炉内にお
ける下部炉心板上に載設したとき、その上部ノズル側
は、燃焼が進行した時に上部炉心板と干渉する虞れが生
ずることとなり、このため、高燃焼度用燃料集合体の全
長を短くしなければならない。

【０００４】また、高燃焼度用でない普通の原子燃料集
合体１は、図１の（Ｂ）における左側に明示の如く、原
子炉８の下部炉心板８ａに下部ノズル３を載置し、その
上部ノズル２と原子炉８の上部炉心板８ｂとの間に、所
謂内挿物９を狭装することで、その押圧スプリング９ａ
の押圧力によって、内挿物９を上部ノズル２の図５に示
す如き平板状のアダプタプレート２ａに対して圧着させ
るようにしている。

【０００５】この際、もちろん当該内挿物９の挿入素子
９ｂを、前記原子燃料集合体１の制御棒案内管５に挿入
するのであり、当該挿入状態は、押圧スプリング９ａに
より押下される内挿物９の中央突部９ｃが、上部ノズル
２のアダプタプレート２ａに上記の如く圧着されること
で保持され、従って、この状態は原子炉８における冷却
材の流れによっても振動を生ずることなく、この結果内
挿物が損傷してしまうといった心配もない。

【０００６】ここで、上記の内挿物９とは、加圧水型原
子炉用の原子燃料集合体１における制御棒案内管５内
に、上方から挿入される挿入物の総称であって、プラギ
ングデバイス、ＢＰＡ（可燃吸収棒集合体）、ＲＣＣ
（制御棒）、中性子源などを示しており、図６に上記の
ＢＰＡが開示されている。この内挿物９にあって、９ｄ
が上部炉心板８ｂに当接される上位支承部で、これと下
位取付部９ｅとの間に、前記の押圧スプリング９ａが介
装されており、下位取付部９ｅにビス止めされた挿入素
子９ｂが下方へ吊設されていて、図中短い方が挿入素子
９ｂとしてのプラグ棒を示し、長い方がＢＰＲ（Ｂｕｒ
ｎａｂｌｅＰｏｓｉｏｎＲｏｄ）を示している。

【０００７】ところが、前掲高燃焼度用燃料集合体１ｓ
の場合は、図１の（Ｂ）における右側に示した如く、そ
の縦向寸法が短くなり、従って、その原子炉８における
上部ノズル２の位置も低下することとなるから、これ
に、前記の内挿物９を装荷させるようにすれば、当然の
ことながら、その中央突部９ｃが上部ノズル２に押当し
たとき、押圧スプリング９ａは可成りの伸長状態とな
る。従って、充分な力で内挿物９を高燃焼度用燃料集合
体１ｓの制御棒案内管５内に挿入しておくことができ
ず、この結果、冷却材の流れによる振動が生ずることと
なる。

【０００８】そこで、上記の如き問題を解消するため、
内挿物９を押える押圧スプリングの力が弱化しない程度
だけ、高燃焼度用燃料集合体１ｓの全長を短くするに止
めることも考慮されているが、これでは、実際上２〜３
ｍｍ程度しか短くすることができず、高燃焼度化の充分
な目的を達成することはできない。

【０００９】また、この問題に解決を与える目的で、上
記内挿物の設計を変更し、これにより高燃焼度用燃料集
合体１ｓの全長が充分に短くなっても、押圧スプリング
による押圧力が減じないように、することも検討されて
いるが、内挿物のうち寿命の長いプラギングデバイス、
ＲＣＣなどを新規なものに取替えるのは経済的でなく、
また、実際上原子炉にあって従来の寸法による原子燃料
集合体と、高燃焼度用燃料集合体とが混在することもあ
り、このような場合、２種類の内挿物を用意して、これ
を使いわけすることは、可成り管理面からしても支障を
生ずることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の難
点に鑑み検討されたもので、請求項１にあっては、前記
の短くした高燃焼度用燃料集合体にあって、内挿物の構
成に変更を加えるのではなく、その上部ノズルに特殊構
成のスプリングをもった昇降受体を適切に付設すること
で、前記の内挿物を直接上部ノズルによって受承するの
ではなく、上記スプリングの弾力に抗して昇降動自在な
当該昇降受体によって受承するようにし、これにより、
内挿物の前記押圧スプリングによる押圧力にて、上記ス
プリングを押縮可能とする。そして、上記押圧スプリン
グによる内挿物の昇降受体に対する押圧力を、高燃焼度
用燃料集合体の短縮化にも拘わらず、充分な大きさに保
持できるようにし、以て、冷却水の流れによって内挿物
が振動し、これにより損傷を受けるといったことが発生
しないようにするのが、その目的である。

【００１１】さらに、請求項２と請求項３にあっては、
上記請求項１における昇降受体の構成を特殊なものとす
ることで、内挿物により圧縮されるスプリングの作動
を、支障なく行わせ得るようにし、高燃焼度用燃料集合
体としての高い信頼性を得ようとしている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１にあっては、上部ノズル本体に
おけるアダプタプレートの中央部にあって、スプリング
の弾力に抗して押下自在とした昇降受体を上向きに突設
し、この昇降受体の上盤には、原子炉の上部炉心板に支
承された内挿物が、その押圧スプリングによる押圧力に
て、高燃焼度用燃料集合体の制御棒案内管内へ、その挿
入素子が押入された状態で、当該内挿物の中央突部を受
承する受座を形成すると共に、前記スプリングが、上記
内挿物の押圧スプリングによる弾力にて、押縮可能なる
よう形成されていることを特徴とする高燃焼度用燃料集
合体用の上部ノズルを提供しようとしている。

【００１３】次に請求項２では、請求項１における昇降
受体に関し、これがアダプタプレートの夫々上高位、下
位に配設された上盤と底盤、そして、これら上盤と底盤
とを連設し、かつ、アダプタプレートの流水孔を貫通し
た連結杆と、当該上盤とアダプタプレートの上面間に介
設したスプリングとによって構成されていることを、そ
の内容としている。

【００１４】さらに、請求項３では、同じく請求項１に
おける昇降受体に関し、これがアダプタプレートの夫々
上高位、下位に配設された上盤と底盤、そして上記アダ
プタプレートの上位に載設された中盤および、当該中盤
と前記の底盤とを連設し、かつ、アダプタプレートの流
水孔を貫通した連結杆と、前記上盤と上記の中盤間に介
設したスプリングと、この上盤から垂設された環状の上
位連結曲杆と、この上位連結曲杆に係嵌されて中盤に両
脚端が連設された環状の下位連結曲杆とからなることを
内容としている。

【００１５】

【作用】請求項１の上部ノズルによるときは、原子炉の
下部炉心板上に載置された短い高燃焼度用燃料集合体
に、その上部ノズルと上部炉心板との間に内挿物が装荷
された際、当該内挿物がもっている押圧スプリングの押
圧力が、本発明に係る昇降受体にて受承されることとな
るから、この際、当該押圧力に抗して昇降受体のもつス
プリングが押縮され、従って、押圧スプリングは不本意
な伸長状態とならず、圧縮の状態を保持し得ることにな
る。

【００１６】従って、押圧スプリングは普通の原子燃料
集合体におけると同程度の可成り大きな押圧力で、内挿
物を昇降受体に対して押下させることができ、このため
冷却材の流れにより内挿物が振動してしまうこともな
く、この際、押圧スプリングの有するバネ定数に対し
て、スプリングのバネ定数を適切に選定すれば、短くな
った高燃焼度用燃料集合体の場合における上記押下力
を、普通の原子燃料集合体の場合と同一状態に保有させ
ることが可能となる。

【００１７】請求項２に示した昇降受体を用いるように
したときは、内挿物の中央突部が上盤に支承されると、
押圧スプリングの弾力によって、スプリングが上盤と上
部ノズルのアダプタプレートとの間で圧縮され、上盤と
連結の連結杆が底盤を押下して昇降受体の下降が許容さ
れ、連結杆はアダプタノズルの流水孔を貫通しているの
で、昇降受体の昇降動も確実に行われ、内挿物のない状
態では、スプリングによって底盤がアダプタプレートの
底面側に当接し、不動の状態が保持される。

【００１８】請求項３における昇降受体では、中盤と底
盤およびこれらを連結する連着杆によってアダプタプレ
ートに固定されていると共に、この中盤と上盤との間に
介設のスプリングを押縮自在とし、かつ、上位連結曲杆
と下位連結曲杆とが係嵌状態となっていることから、内
挿物の不使用状態での不動状態が確保され、スプリング
の押縮状態でも安定した昇降動を保証することができ
る。

【実施例】

【００１９】本発明を図１乃至図３によって詳記すれ
ば、図１（Ａ）に示した如く、上部ノズル本体２０にあ
って、そのアダプタプレート２０ａの中央部には、スプ
リング１０の弾力に抗して押下自在とした昇降受体１１
を上向きに突設し、その上盤１１ａに受座１１ｂが形成
されている。この受座１１ｂには、原子炉８の上部炉心
板８ｂに支承された内挿物９が、前記したその押圧スプ
リング９ａによる押圧力で、図１の（Ｂ）に示した通
り、高燃焼度用燃料集合体１ｓの制御棒案内管５へ、そ
の挿入素子９ｂが押入された状態にて、その中央突部９
ｃが受承される。

【００２０】従って、図１（Ｂ）に示されている通り、
短い高燃焼度用燃料集合体１ｓに組み込まれた上部ノズ
ル本体２０と、原子炉８の上部炉心板８ｂとの間に、既
に詳記した如く内挿物９を介設するようにした際、内挿
物９の前記下位取付部９ｅの中央突部９ｃが、昇降受体
１１の受座１１ｂに支承され、これによって内挿物９の
押圧スプリング９ａにより下位取付部９ｅが、スプリン
グ１０を押縮する。

【００２１】このため、押圧スプリング９ａはスプリン
グ１０の抗力を受けて、伸長状態となることなく、圧縮
状態に保持されるから、可成りの力をもって内挿物９
が、上盤１１ａに対して押圧されることとなり、この
際、押圧スプリング９ａのバネ定数に対して、スプリン
グ１０のバネ定数を適度に選定すれば、図１の（Ｂ）に
あって、その左右各側に明示の通り、普通の原子燃料集
合体１に対して内挿物９を介設した場合における下位取
付部９ｅの位置と、短い高燃焼度用燃料集合体１ｓに施
した内挿物９の下位取付部９ｅの位置とを、同高位とす
ることができ、このことで、何れの場合にも押圧スプリ
ング９ａによる上記の押圧力を同一とすることができ
る。

【００２２】ここで、上記の条件を満足することができ
るスプリング１０のバネ定数ｋ₂ は以下のようにして求
めることができる。すなわち、普通の原子燃料集合体１
の場合と、高燃焼度用燃料集合体１ｓとにおける押圧ス
プリング９ａによる押圧力Ｆ（ホールドダウン力）が同
一であるとすれば、上記普通の原子燃料集合体１につい
て、Ｆ＝ｋ₁ （ｌ₁ −Ｄ＋Δｌ₁ ⁰）また、高燃焼度用燃料集合体１ｓについてＦ＝ｋ₁ （ｘ₁ ＋Δｌ₁ ⁰）＝ｋ₂ （ｘ₂ ＋Δｌ₂ ⁰）ｘ₁ ＋ｘ₂ ＝ｌ₁ ＋ｌ₂ −（Ｄ＋ΔＬ）の等式が成立する。ここで、ｌ₁ ：押圧スプリング９ａの取付長 Δｌ₁ ：押圧スプリング９ａの取付時圧縮長 Δｌ₂ ⁰：押圧スプリング９ａのバネ定数ｌ₂ ：スプリング１０の取付長ｋ₁ ：スプリング１０の取付時圧縮長ｋ₂ ：スプリング１０のバネ定数Ｄ：上部炉心板８ｂと上部ノズルのアダプタプレート２
０ａとの間隔 ΔＬ：高燃焼度用燃料集合体１ｓの全長短縮量ｘ₁ ：高燃焼度用燃料集合体１ｓの場合の押圧スプリン
グ９ａの圧縮量ｘ₂ ：高燃焼度用燃料集合体１ｓの場合のスプリング１
０の圧縮量であり、上記の式を解くと、ｋ₂ ＝〔（ｌ₁ −Ｄ＋Δｌ₁ ⁰）／（ｌ₂ −ΔＬ＋Δ
ｌ₂ ⁰）〕・ｋ₁ となる。従って、上記スプリング１０の
取付長ｌ₂ や高燃焼度用燃料集合体１ｓの全長短縮量Δ
Ｌによって、本発明に係るスプリング１０のバネ定数ｋ
₂ は変化するが、押圧スプリング９ａのバネ定数ｋ₁ に
対して、上記の式によりｋ₂ が求められることになる。

【００２３】ここで、図１（Ａ）にて示されている昇降
受体１１を具体化した例が図２と図３とに示されてお
り、先ず請求項２に係る図２と図３の（Ａ）（Ｂ）につ
き、以下説示する。図２の（Ａ）（Ｂ）はＰＷＲ燃料集
合体で１４×１４型の場合を示しており、当該昇降受体
１１は上部ノズル本体２０におけるアダプタプレート２
０ａの夫々上高位と下位とに、上盤１１ａと底座１１ｃ
とが配され、これらの各盤１１ａ、１１ｃをリベットや
溶接手段により連設し、かつアダプタプレート２０ａに
穿設されている流水孔２０ｂを貫通した４本の連結杆１
１ｄを具備し、当該上盤１１ａとアダプタプレート２０
ａの上面との間に、前記のスプリング１０が介装されて
いる。

【００２４】ここで、図示の上盤１１ａは四角形に形成
されているが、円形その他の形状のものでよく、連結杆
１１ｄの本数も１本以上であればよいのであって、本実
施例における上盤１１ａの前記した受座１１ｂは、その
中央部に嵌合孔１１ｅを貫設し、これに内挿物９におけ
る中央突部９ｃが嵌合すると共に、その外周部分が嵌合
孔１１ｅの口周縁部に押当するようにして形成されてお
り、従って、内挿物９を使用しない状態ではスプリング
１０の弾力により、底盤１１ｃがアダプタプレート２０
ａの下面に押当し、上盤１１ａがアダプタプレート２０
ａの上面から最も高い位置に配在されている。

【００２５】次に、図３の（Ａ）（Ｂ）に示されている
のは、１５×１５型のＰＷＲ燃料集合体を示しており、
上記のものと実質的に同一構成を有し、ただ昇降受体１
１が９０°だけ回動転置されている点が相違し、もちろ
ん、アダプタプレート２０ａの流水孔２０ｂに係る配設
構成も違っている。要は、アダプタプレート２０ａの流
水孔２０ｂの形状に応じて適切な昇降受体１１を設けれ
ば良い。

【００２６】従って、上記の昇降受体１１を採択した場
合には、内挿物９の下位取付部９ｅにおける中央突部９
ｃが、上盤１１ａの嵌合孔１１ｅに嵌合した状態で、当
該上盤１１ａを押圧スプリング９ａによって押下する
と、スプリング１０が押縮されて連結杆１１ｄがアダプ
タプレート２０ａの流水孔２０ｂを通して底盤１１ｃを
押動し、当該底盤１１ｃが自由に降下することとなり、
押下スプリング９ａによる強力な押圧力が発揮される。

【００２７】次に、図２と図３の（Ｃ）に示された昇降
受体１１が、夫々１４×１４型、１５×１５型のＰＷＲ
燃料集合体に用いられている請求項３に係る他実施例を
示しており、この場合には、アダプタプレート２０ａの
夫々上高位と下位に上盤１１ａと底座１１ｃが配設され
ているが、アダプタプレート２０ａの上面に設けた座ぐ
り凹所２０ｃに中盤１１ｆを設置し、これと底盤１１ｃ
とを、アダプタプレート２０ａの流水孔２０ｂに挿通さ
れた４本の連着杆１１ｇにて、リベットや溶接手段によ
り固設することで、アダプタプレート２０ａに固着す
る。

【００２８】さらに、上記の中盤１１ｆと上盤１１ａと
の間にスプリング１０を介装すると共に、上盤１１ａか
ら垂設された環状の上位連結曲杆１１ｈと、これに係嵌
されて中盤１１ｆに両脚端が連設された環状の下位連結
曲杆１１ｉとを具備しており、これを使用したとき、上
盤１１ａが押下されることで、上位連結曲杆１１ｈが、
下位連結曲杆１１ｉ内を降下自在であることから、スプ
リング１０が押縮可能となり、昇降受体１１はアダプタ
プレート２０ａに前記の如く固定されているので、よ
り、その安定度は高く、また、この場合の上盤１１ａに
形成された受座１１ｂには、図２の如き嵌合孔１１ｅは
ない。尚１７×１７型のＰＷＲ燃料集合体の場合も、上
記図３の実施例と同様のものを採択することになる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記のようにして構成されるも
のであるから、請求項１によるときは、内挿物の押圧ス
プリングにより押縮されるスプリングの弾力によって、
高燃焼度用燃料集合体の全長が小さくなっても、内挿物
を押える力が減少せず、従って冷却材の流れにより内挿
物が振動して損傷するといった心配を解消することがで
きるので、充分な高燃焼度化を図ることができる。

【００３０】請求項２と請求項３のように、請求項１の
昇降受体を構成することで、簡易な構成で確実に作動
し、耐久性にも富んだものとすることができるので、信
頼性の高い高燃焼度用燃料集合体を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る高燃焼度用燃料集合体用
の上部ノズルを示す正面図で、（Ｂ）は当該燃料集合体
と普通の原子燃料集合体を原子炉に装荷した状態を示す
正面図である。

【図２】（Ａ）は上記上部ノズルの一実施例を示す昇降
受体の近傍部分を示した要部平面図、（Ｂ）は同上要部
正面図、（Ｃ）は他の昇降受体による場合の同上正面図
である。

【図３】（Ａ）は上記上部ノズルの他実施例を示す昇降
受体の近傍部分を示した要部平面図、（Ｂ）は同上要部
正面図、（Ｃ）は他の昇降受体による場合の同上正面図
である。

【図４】普通の加圧水型原子炉用である原子燃料集合体
を示した正面図である。

【図５】同上原子燃料集合体の上部ノズルを示す正面図
である。

【図６】原子燃料集合体に原子炉で装填される内挿物と
しての可燃吸収棒集合体を示す正面図である。

【符号の説明】

１ｓ高燃焼度用燃料集合体用５制御棒案内管８原子炉８ｂ上部炉心板９内挿物９ａ押圧スプリング９ｂ挿入素子９ｃ中央突部１０スプリング１１昇降受体１１ａ上盤１１ｂ受座１１ｃ底盤１１ｄ連結杆１１ｆ中盤１１ｇ連着杆１１ｈ上位連結曲杆１１ｉ下位連結曲杆２０上部ノズル本体２０ａアダプタプレート２０ｂ流水孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部ノズル本体におけるアダプタプレー
トの中央部にあって、スプリングの弾力に抗して押下自
在とした昇降受体を上向きに突設し、この昇降受体の上
盤には、原子炉の上部炉心板に支承された内挿物が、そ
の押圧スプリングによる押圧力にて、高燃焼度用燃料集
合体の制御棒案内管内へ、その挿入素子が押入された状
態で、当該内挿物の中央突部を受承する受座を形成する
と共に、前記スプリングが、上記内挿物の押圧スプリン
グによる弾力にて、押縮可能なるよう形成されているこ
とを特徴とする高燃焼度用燃料集合体用の上部ノズル。
【請求項２】昇降受体がアダプタプレートの夫々上高
位、下位に配設された上盤と底盤、そして、これら上盤
と底盤とを連設し、かつ、アダプタプレートの流水孔を
貫通した連結杆と、当該上盤とアダプタプレートの上面
間に介設したスプリングとによって構成されている請求
項１記載の高燃焼度用燃料集合体用の上部ノズル。
【請求項３】昇降受体がアダプタプレートの夫々上高
位、下位に配設された上盤と底盤、そして上記アダプタ
プレートの上位に載設された中盤および、当該中盤と前
記の底盤とを連設し、かつ、アダプタプレートの流水孔
を貫通した連着杆と、前記上盤と上記の中盤間に介設し
たスプリングと、この上盤から垂設された環状の上位連
結曲杆と、この上位連結曲杆に係嵌されて中盤に両脚端
が連設された環状の下位連結曲杆とからなる請求項１記
載の高燃焼度用燃料集合体用の上部ノズル。