JPS61231484A - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に原子炉燃料集会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。

九１１糺へＩｉ 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っ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３，２３５，４６３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
受けることによって、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
能な種々の燃料気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
有能にする。

即□ち、再構成可能な燃料集合体の一例は、米国特許第
３，７７０，５８３号及び第３，８１４，６６７号明細
書に記載されている。これ等の米国特許には、上部きに
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、とれ等の整列支柱が
、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。１１列支柱の上端に
□ある半径ガ向に拡大された肩部ｉよ、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３，９
９２，２５９号明細書に記載されてＣＸる。

米国特許第３．８２８．８６８号明細書龜示された別の
再構成可能な燃料集き体は、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゛本釣に、
多数のねじ結合部のねじを緩めそ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
射後にねし結き部が腐食して、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
けることによって、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
は破損によって、燃料集合体の骨格構造が損傷を受け、
新しい燃料集き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って、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
な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
１，２２８，６１０号明細書に例示し記載されている。

しかし、この燃料集金体の場合には、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って、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。

主１！１１１− 従って、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、上部ノズルにがかる引張荷重
が最上部のスペーサ格子を介して燃料気合体に伝達され
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。

本発明は、これ等の目的及びその他の目的を達成するた
めに、長手方向に延びる制御棒案内シンブルと横方向に
延びる最上部のスペーサ格子とを備えた燃料集合体を提
供する。燃料集合体は、上部ノズルと、該上部ノズルを
燃料集合体に着脱自在に取り付ける取付構造を備えてい
る。この取付構造は、燃料集合体にかかる圧縮荷重を上
部ノズルを介して制御棒案内シンブルに直接伝達する第
１伝達手段と、燃料集会体にかかる引張荷重を上部ノズ
ル及びスペーサ格子を介して制御棒案内シンブルに伝達
する第２伝達手段とを備えている。

上部ノズルは、好ましくは、横方向に延びる開口付きア
ダプタ板を含んでいる。案内シンブルの上端は、アダプ
タ板の開口内に遊合する寸法に作られている。荷重カラ
ー（シンブルカラー）は、案内シンブルの上端付近で該
案内シンブルに、圧縮荷重を案内シンブルにアダプタ板
を介して伝達するために取着されている。

更に、最上部のスペーサ格子は、直立状の延長スカート
と、該延長スカートを上部ノズルに取着するためのラッ
チ手段とを好ましくは備えている。

本発明は、上端部を有する案内シンブルと、最上部のス
ペーサ格子と、複数の直立状の燃料棒とを備えた燃料集
会体の上部ノズルの取付・取外し方法も提供する０本発
明によれば、取付・取外し方法は、燃料気合体にかかる
圧縮荷重を支持するための支持手段を案内シンブル上に
用意し、そして上部ノズルに最上部のスペーサ格子を弾
性的にラッチさせる弾性ラッチ手段を用意する、ステッ
プを含む、上部ノズルを燃料集合体に取り付けるには、
上部ノズルを、圧縮荷重の支持手段の方に下動させ、弾
性ラッチ手段により最上部のスペーサ格子にラッチする
。

案内シンブルの上端に取着した荷重カラーを用いて圧縮
荷重を支持することが好ましい。上部ノズルは、案内シ
ンブルの上端に遊合される寸法の開口を備えたアダプタ
板を有している。案内シンブルの上端に該開口を整列さ
せた状態で、荷重カラーにアダプタ板が当接するまで上
部ノズルを下動させるや 最上部のスペーサ格子は、開口を備えた延長スカートを
有し、上部ノズルは、弾性的に付勢されたロックピンを
有するのが有利である。このロックピンは、ラッチ中、
延長スカートの開口がロックビンと整列するまで、偏向
位置に保たれている。

その後、ロックピンは解放されて延長スカートの開口中
に進入する。

上部ノズルを取り外すには、延長スカートの開口からロ
ックビンを引き出し、上部ノズルを燃料集合体から引き
上げることにより、複数の直立状燃料棒に接近しうるよ
うにする。

本発明のその他の特徴及び利点は、図面は示した好まし
い実施例の以下の詳細な説明によって一層明らかとなろ
う。

日の　ｔ＠Ｈ 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、１！１面特に第１図
には、周知の方法に従っ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ｌＯ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１
２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に沿っ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１６によ
っ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
よって総括的に示された上端構造、即ち上部ノズルは、
燃料気合体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ットを形成す
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２８に適当にクランプされた押さえばね
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、炉心によっ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によっ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グ３４
を備えている。各スペーサ格子１６は、最上部の格子３
８を除いては、燃料棒１Ｂを横方向に隔たてて支持する
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２２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気合体１０
は、単なる例示であり、下部ノズル１２、上部ノズル２
２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
た取付構造に従って、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２八図、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）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４
０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２Ｚを着脱自在に支持し取り付けるための改
良取付構造は、溶接その他によって案内シンブル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伝達手段もし
くは支持手段）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に好まし
くは取外し式部品なし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成上部ノズル燃料集
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、例えば押さえばね３０によって加えられる
荷重は、シンブルカラー４４（荷重カラー）によって案
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。半径方向の隙間量は、小さい
のが好ましく、約０．０５１ｚｚ　（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かち取り外すことができ、案内シ
ンブル１４と上部ノズル２２との間のいかなるロック解
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１
０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靭でも、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ッチ手段を備
えている。このラッチ手段は、側壁部２６にある開口４
８と整列される延長スカート４０の開口４２を含んでい
てよい。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ックビン５２は、延長スカー）
４０中に配設されている。舌片５０は、側壁部２６又は
環状７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２八図に最
もよく示すように、好ましくは、ノツチ状先端５４を有
し、この先端には転量工具、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っている。

また、弾性ラッチ手段を構成する開口４２、開口４８、
舌片５０及びロックピン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、ロックピン５２が開口
４２を離れるまで、第２八図において左方に舌片５０を
引剥がすことによっ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１
４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
ックピン５２との間の十分な隙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０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及びロックピン５２と整列させ
ることができる。舌片５０を解放すると、ロックピン５
２は、延長スカート４０に対して側壁部２６をロックす
る。

次に、本発明の第２実施例を、第４図、第５八図、第５
Ｂ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４０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ット６０に係合するようにな
っている。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及びスロット８０は、弾性ラ
ッ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を通っ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を通って
遊合すると共に、スロット６０と係合しなくなるように
舌片５９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にラッチされなくなる。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
れてスロット６Ｇとの係合から外れる位置に舌片５９を
保持するようになった、ノツチ付き先端フ２を備えてい
る。そのため、工具６４の突出部分６６を舌片５９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。この持ち上げの問、上部ノズルＺ２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、本発明による燃料本合体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
且つ簡単に組み付は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
取り外すことによって、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、成る所定の燃焼度に
ついて一層近似的に最適な水素対ウラン比に向かって、
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０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ッチ方
式を使用しなり、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、本発明の原理に従っ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所面側面図であ
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２八図は、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５八図及び第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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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
   体において、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であって、 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及び
   前記スペーサ格子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の取
   付構造。 ２）上端部を有する案内シンブルと、最上部のスペーサ
   格子と、複数の直立状の燃料棒とを備えた燃料集合体の
   上部ノズルの取付方法であって、前記燃料集合体にかか
   る圧縮荷重を支持するための支持手段を前記案内シンブ
   ル上に用意し、前記上部ノズルに前記最上部のスペーサ
   格子を弾性的にラッチさせるための弾性ラッチ手段を用
   意し、 圧縮荷重を支持する前記支持手段上に前記上部ノズルを
   下動させ、 前記弾性ラッチ手段によって前記上部ノズルを前記最上
   部のスペーサ格子にラッチする、 諸ステップからなる上部ノズルの取付方法。