JPS6331065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の燃料集合体に関し、特に炉
心内で部分的に燃焼した後、燃料集合体を適宜再
構成することを可能にする下部ノズルの改良構造
に関するものである。

通常の商業用動力炉に用いられる形式の燃料集
合体は、燃料棒の長さに沿つて隔置された複数の
格子により互いに平行に離間した関係で保持され
る燃料棒の列を含んでいる。これ等の格子は、燃
料棒間に間挿されると共に上部ノズル及び下部ノ
ズルで終端する多数の制御棒案内管もしくはシン
ブルに固定されている。これ等の制御棒案内管は
上端で上部ノズルに溶接され、下端で米国特許第
3791466号明細書の第３図に図示された形式のね
じ式の締結部材により燃料集合体の最下部の格子
に固定されている。

燃料棒製造工程の間又はその後燃料が原子炉運
転中に照射を受けている間、燃料棒はその被覆材
に割れ、ひび又は亀裂を発生するかも知れず、こ
の傷口ができることにより、原子炉運転中に原子
炉一次冷却材内に、又は燃料交換中に水を張つた
原子炉キヤビイテイ内に、又は原子炉プラントと
再処理施設との両方に在る使用済み燃料貯蔵プー
ル内に、燃料棒から放射性物質が放出される。燃
料棒からのかかる漏れを生じたら、この欠陥燃料
棒を持つ燃料集合体は原子炉に再使用できず、そ
の結果、電力会社は、残りの良好な燃料も欠陥燃
料棒と共に廃棄しなければならないので、コスト
上の重大な問題に悩んでいる。また、放射性燃料
の有害な影響に人と物材の双方を曝さないように
するために、すべての燃料棒を廃棄する際には、
特別の処理手順で行わねばならない。

従来の燃料集合体は再構成することはできな
い。即ち、燃料集合体の下部ノズルが制御棒案内
管に取り外し可能なように取り付けられていて
も、欠陥燃料棒を取り外すことも取り替えること
もできない。これ等の既知構造では照射済み燃料
集合体からノズルを取り外すには、制御案内管を
ノズルに取り付けるねじ式締結部材の溶接部を切
り取つて初めて、各ねじ式締結部材を緩めて取り
去りノズルを取り除くことができる。しかし、燃
料集合体中の欠陥燃料棒を取り替えた後、ノズル
を再び装着し、ねじ式締結部材を取り付け、その
後溶接で所定位置に固定することは非常に難しく
且つ時間のかかる作業である。水中溶接が困難で
あるのに加えて、ねじ式締結部材は遠隔取付が可
能には設計されておらず、そのため、ねじ式締結
部材を下部ノズル及び接続部品にねじ込むとき
に、ねじ山が交叉してねじ込まれて（cross−
threading）しまつたり、かじり（galling）が生
じる危険が非常に大きい。もし、ねじ係合中にこ
のようなねじ山交叉又はかじりのような支障が起
こると、その結果としての相当な財政的損失及び
潜在的に難しい廃棄問題のため、再構成の成功が
危うくなることは明らかである。

従つて、本発明の主な目的は、欠陥燃料棒の検
出及び除去のための接近を可能にすると共に、燃
料棒の取り替え及び燃料集合体への下部ノズルの
再装着を容易にする、取り外し可能な下部ノズル
を有する、再構成可能な燃料集合体を提供するこ
とである。

この目的から、本発明は、長さに沿つて隔置さ
れた複数の格子により半径方向に離間した関係で
保持された燃料棒の列と、前記燃料棒の間に計画
的に間挿され、前記格子に固定された制御棒案内
管と、該制御棒案内管の上端及び下端にそれぞれ
取り付けられた上部ノズル及び下部ノズルと、前
記制御棒案内管の各々の下端内に取り付けられ、
中央にねじ穴を有する端栓と、前記下部ノズルを
前記端栓の各々と相互に結合する締結部材とを備
え、該締結部材が、頭体と、前記端栓中に延入す
る一体の茎部とを含み、該茎部は、前記下部ノズ
ル及び前記制御棒案内管を結合して頑丈で剛な組
立体とすべく、前記茎部の長さの大部分に沿つて
外側にねじが切られていると共に、前記端栓にあ
る前記ねじ穴に嵌合するようになつている、再構
成可能な燃料集合体において、次の構成要件、即
ち、(a)前記締結材料は、前記端栓内への該締結部
材のねじ込みのための位置へ該締結部材が入り易
いように、次第に減少する直径を有して前記茎部
から突出する複数の部分を有し、(b)前記締結部材
の前記頭体は、複数の部品のねじ係合を行うため
工具を受け入れるようになつている孔を有し、(c)
前記締結部材の前記頭体は、前記締結部材を前記
下部ノズル中のロツクすべく、前記下部ノズルに
ある溝との係合状態にスエージされて入ることが
できる部分を含み、(d)前記締結部材の前記頭体
は、前記締結部材を前記下部ノズルに挿入中又は
前記下部ノズルからの取り出し中に該締結部材を
を把持して保持するため工具によつて係合される
ようになつている周溝を有する、ことの組み合わ
せに特徴を有するものである。

本発明は添付図面に一例として示す好適な実施
例に関する次の説明から一層容易に明らかになろ
う。

同一符号は同一又は相当部分を示す図面におい
て、第１図には、多くの燃料棒１２を含む原子炉
燃料集合体１０の一部が図示されており、該燃料
棒１２はその長さ沿いに隔置された多数の格子１
４によつて互いに半径方向に離間して保持されて
いる。通常の17×17型燃料集合体構造において、
燃料棒は長さが約4.3ｍ（14ft）で、８又は９個
の格子１４が燃料集合体の長さに沿つて隔置され
ている。多くの制御棒案内管もしくは案内シンブ
ル１６は、燃料棒の間に計画的に分散されてお
り、原子炉内における核分裂過程の制御を助ける
のに用いる制御棒を受け入れるのに十分な寸法の
ものである。制御棒案内管は、上部ノズル１８に
溶接部２２で固定されるスリーブ２０を介して上
部ノズル１８に取り付けられる。スリーブと制御
棒案内管の双方に90゜の間隔で外側に突出するよ
うに設けられた膨出部２４はこれ等の部品を互い
に固定する。

制御棒案内管１６は、冷却材の流れを燃料集合
体を通して上方へ指向させるのに加えて、その上
方に在る諸構成要素の重量を吸収するように設計
された下部ノズル２６に同様に取り付けられてい
る。第２図に示すように、各制御棒案内管１６
は、格子挿入スリーブ２８と締結部材３０とを介
して下部ノズル２６に取り付ける。スリーブ２８
は管状の外形をなし、制御棒案内管１６の下端が
ちようど入る寸法である。スリーブ２８の下端３
２は、下部ノズル２６の上表面３４にしつかり着
座するよう、平らに機械加工されている。端栓３
６は各制御棒案内管１６の下端に溶接され、その
長さに沿つて符号３８で示すようにねじが切られ
た中央通路もしくはねじ穴を有する。部品を結合
するのに用いたステンレス鋼製の締結部材３０
は、端栓３６に形成されたねじ穴３８に一致する
形状の雄ねじ部（茎部）４０を有すると共に、端
栓３６の実質的に全長に亙つて延びるのに十分な
長さのものである。

これ等の部品の設計が、製造過程中に制御棒案
内管の集合体に下部ノズルを組み付けることを非
常に容易にするのは明らかである。即ち、この組
み付けを行うために、燃料集合体の再構成中、燃
料集合体をその底部が最上方となるように逆さの
姿勢で据え付けて、底部が燃料交換室における水
面下約3.7ｍ（12ft）のレベルに在るようにする。
ねじ式締結部材３０の全長は約4.8cmに過ぎず、
ねじ部における最大径は6.3mmであるから、また、
実際問題として、どの部品も取扱工具から外れて
はならないことから考えて、約6.1ｍ（20ft）の
距離で再構成を首尾よく行うべきなら、部品は取
り替えが容易であるように設計されていなければ
ならず、しかも、高度に単純で且つ信頼性がなけ
ればならない。締結部材３０の端部（茎部４０か
ら突出する部分）４２は、締結部材が下部ノズル
２６と制御棒案内管の端栓３６とに挿入される時
に該締結部材のための先導ガイドとして役立つ長
くて細い構造のものである。挿入中に締結部材が
止まるのを防ぐために、締結部材の端部４２は外
側に45゜の角度で傾斜していて、締結部材が端栓
の軸方向のねじ孔３８に滑り込むのを助ける斜面
４４を形成している。この斜面４４は、滑らかな
外表面を有する比較的に長い円筒胴（茎部から突
出する部分）４６に合体しており、円筒胴４６の
直径は端栓ねじ穴３８よりも僅かに小さいだけで
ある。この円筒胴は締結部材の長さに比し比較的
に長いので、該円筒胴は、ねじ穴３８及び茎部４
０の螺合を行う前に、締結部材の茎部を端栓中で
正確に方向付け且つ整列させる作用を行う。ねじ
山が交叉したり、かじりを起こさずにねじ穴３８
及び茎部４０の最初の螺合を容易にするために、
円筒胴４６の端部は同様に斜面４８を備えてい
る。第２図を参照すると、ねじはこの斜面４８か
ら実際に始まり切られていることが示されてい
る。締結部材をこのように設計することにより、
締結部材を端栓内に固定する直前に、ねじ穴３８
及び茎部４０の接合点において滑らかな移行状態
が得られることは明らかである。また、ねじ部を
クロムメツキすることは、ねじを損傷から保護し
たり、かじりを起こし易い傾向から保護する助け
となる。

締結部材の頭体又は頭端５０は、部品が互いに
接続された後、締結部材を所定位置にロツクする
鎖錠もしくはロツキングカツプの性質を有する。
この頭端５０が含む幅広のフランジ５２は、一致
する形状に加工された表面５４と係合するように
設計されており、締結部材が格子挿入スリーブ２
８及び端栓３６を引つ張つて下部ノズルの上面３
４に係合させる時に、表面５４はトルクを受ける
ベースになる。

更に、頭端５０は、締結部材を下部ノズルに鎖
錠するカツプ形状の比較的薄い円筒壁（下部ノズ
ルの孔５８に入る部分）５６をその下端に有す
る。この円筒壁５６は、締結部材の頭端から外側
に突出すると共に、工具によつて容易に変形でき
るように十分に薄肉であり、該工具によつて円筒
壁５６をスエージして下部ノズル２６に形成され
た溝５８（第２図及び第３図）に入れる。これに
より下部ノズルに締結部材を確実にロツクし、運
転中の原子炉内で起こる振動力と水力とが作用す
る時の下部ノズルからの該締結部材の位置ずれを
防ぐ。締結部材の頭端の中心に在る六角の孔６０
は締結部材の全長に亙つて延びる通路６２に続い
ている。通路６２の目的は、規制された量の冷却
材が該締結部材が取り付けられている制御棒案内
管を通つて常に確実に流れるようにすることであ
る。

締結部材の頭端は、下部ノズル及び制御棒案内
管の組立体に対して締結部材の係脱を行うために
使用されるねじ式締結部材の装着・除去用取扱工
具６１（第６図）を受け入れるように設計されて
いる。締結部材の頭端外面にある環状溝もしくは
周溝６３は、締結部材を制御棒案内管の端栓内に
回して入れる前、及び回して入れている間、締結
部材に対する前記工具６１の鎖錠係合を容易にす
る。第６図に示すように、約4.3〜5.5ｍ（約14〜
18ft）の長さを有する工具６１は、どちらの方向
にも工具を容易に回せるようにハンドル６６その
他の手段を上端に有する長い円柱形部材６４を含
む。円柱形部材内において一端７０で不動状態に
固定された軸６８は、ピンその他の手段で該軸６
８に取着されたストツパ７２を含む。軸の下端７
４は六角形の形状をなし、軸に支持されたハウジ
ング７８の下向き運動を制限するフランジ７６を
有する。ばねで押される球状端を有する止めピン
８０は工具ハウジング７８の壁を貫通して設置さ
れ、下部ノズル２６及び制御棒案内管端栓３６に
対して締結部材を挿入したり取り除きたい時に、
締結部材の頭端外面にある周溝６３との係合状態
にばね８２で押される。ばね８４はストツパ７２
とハウジング７８との間に作用し、締結部材の頭
端外面に形成した周溝への止めピン８０の係合を
行うべくハウジング７８を常に下方へ押してい
る。

第４図及び第５図に示された変形実施例は、締
結部材の頭端構造にある上記鎖錠カツプとは異な
る構造のものである。図示のように、締結部材頭
端は下部ノズルの下面から外側に突出し、そして
第２図の実施例のように、周溝６３と六角形の孔
６０とを備えている。締結部材の頭端本体から外
側に半径方向に延びる環状フランジ（下部ノズル
の溝に入る部分）８３は対峙して配置した一対の
溝８５にかぶさつているので、締結部材にトルク
をかけて最終位置にねじ込んだ後、下部ノズル表
面の溝８５にフランジ８３の一部を変形させて入
れる工具を用いて、締結部材を下部ノズル本体に
鎖錠することができる。

照射済み燃料集合体から欠陥燃料棒を取り除く
ためには、原子炉蓋体を取り除いた後、燃料集合
体を原子炉サイトの使用済み燃料プールから移
す。燃料集合体は180゜反転され、水面下約6.1ｍ
（20ft）に沈められる。下部ノズル本体に先行技
術の構造の締結部材を固定する溶接部は、精密に
芯合わせした固定台又は同様な手段に装着した開
端機で削り取る。本願に開示した種類の特別に設
計された下部ノズルの場合には、ハウジング７８
が取り除くべき締結部材を覆うように、工具６１
は下部ノズルの表面との接触状態に置かれる。締
結部材の一部がスエージされてロツク用の溝に入
つているので、工具を締結部材頭端の中に挿入し
回した後には、材料は溝から追い出される程十分
に薄く且つ可撓性である。工具６１を回し続ける
と、締結部材３０は、ばね８２が止めピン８０を
締結部材頭端の周溝６３に係合するよう押し付け
る点まで案内管端栓から引き上げられる。更に工
具を回すと、締結部材は完全に案内管端栓から引
き上げられる。この手順は、燃料集合体において
下部ノズルと案内管端栓とに取り付けられた各締
結部材について繰り返し行われる。次に、下部ノ
ズルは燃料集合体から取り除かれ、総ての締結部
材及び下部ノズルは原子炉サイト外へ最終的に輸
送するためのコンテナに入れられる。燃料集合体
から欠陥燃料棒を取り除き、燃料集合体に交換用
燃料棒を挿入した後、前と同じ下部ノズル又は新
しい下部ノズルのどちらかを所要の治具とハンド
ル付きの長い取扱工具とを用いて燃料集合体の制
御棒案内管の下端に対して適切に整列させる。そ
の後、締結部材が挿入され所定量までトルクがか
けられる。総てのねじ式締結部材を取り付けた
後、ハンドル付きの長い適当な取扱工具を用い
て、各ねじ式締結部材にある一体の鎖錠部即ち円
筒壁を変形させて下部ノズルの対応する溝に入れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は上部ノズル及び下部ノズルと、それ等
の間にある燃料棒及び制御棒案内管とを含む燃料
集合体の一部を部分的に断面で示した立面図、第
２図は下部ノズルを制御棒案内管に接続するのに
用いた装置を部分的に断面で示した立面図、第３
図は第２図に示す装置を下方から見た図、第４図
は下部ノズルに制御棒案内管を固定するのに用い
た他の装置を一部断面で示す立面図、第５図は第
４図に示す装置を上下から見た図、第６図は下部
ノズルに対する締結部材の挿入と除去とを行うの
に用いる工具の構造を示す図である。 １０……燃料集合体、１２……燃料棒、１４…
…格子、１６……制御棒案内管、１８……上部ノ
ズル、２６……下部ノズル、３０……締結部材、
３６……端栓、３８……端栓のねじ穴、４０……
茎部（雄ねじ部）、４２……端部（茎部から突出
する部分）、４４……斜面（茎部から突出する部
分）、４６……円筒胴（茎部から突出する部分）、
５０……締結部材の頭体、５６……下部ノズルの
溝に入る部分（円筒壁）、５８……下部ノズルの
溝、６０……頭体の孔、６１……工具、６３……
頭体の周溝、８３……下部ノズルの溝に入る部分
（環状フランジ）、８５……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長さに沿つて隔置された複数の格子１４によ
   り半径方向に離間した関係で保持された燃料棒１
   ２の列と、前記燃料棒１２の間に計画的に間挿さ
   れ、前記格子１４に固定された制御棒案内管１６
   と、該制御棒案内管１６の上端及び下端にそれぞ
   れ取り付けられた上部ノズル１８及び下部ノズル
   ２６と、前記制御棒案内管１６の各々の下端内に
   取り付けられ、中央にねじ穴３８を有する端栓３
   ６と、前記下部ノズル２６を前記端栓３６の各々
   と相互に結合する締結部材３０とを備え、前記締
   結部材３０が、頭体５０と、前記端栓３６中に延
   入する一体の茎部４０とを含み、該茎部４０は、
   前記下部ノズル２６及び前記制御棒案内管１６を
   結合して頑丈で剛な組立体とすべく、前記茎部の
   長さの大部分に沿つて外側にねじが切られている
   と共に、前記端栓３６にある前記ねじ穴３８に嵌
   合するようになつている、再構成可能な燃料集合
   体において、次の構成要件即ち、 (a) 前記締結部材３０は、前記端栓３６内への該
   締結部材３０のねじ込みのための位置へ該締結
   部材３０が入り易いように、次第に減少する直
   径を有して前記茎部４０から突出する複数の部
   分４６，４４，４２を有し、 (b) 前記締結部材の前記頭体５０は、複数の部品
   のねじ係合を行うため工具を受け入れるように
   なつている孔６０を有し、 (c) 前記締結部材の前記頭体５０は、前記締結部
   材３０を前記下部ノズル２６中にロツクすべ
   く、前記下部ノズル２６にある溝５８との係合
   状態にスエージされて入ることができる部分５
   ６を含み、 (d) 前記締結部材の前記頭体５０は、前記締結部
   材３０を前記下部ノズル２６に挿入中又は前記
   下部ノズル２６からの取り出し中に該締結部材
   ３０を把持して保持するため工具によつて係合
   されるようになつている周溝６３を有する、 ことの組み合わせに特徴を有する、再構成可能な
   燃料集合体。