JP2007518072A - 原子炉の燃料集合体に加わる保持荷重を制限するための方法、及び燃料集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉の運転中に燃料集合体を通り抜ける冷却水の液圧スラストを補償すべく、原子炉の燃料集合体に加わる保持荷重を制限する。
【解決手段】燃料集合体（１）における少なくともひとつの端部片（７）に設けた貫通孔（１８）のそれぞれに、燃料集合体のセンタリングピンのための弾性係合ブッシュ（１５）を固定する。弾性ブッシュ（１５）は、環状の本体を備え、端部片（７）の開口部（１８）に固定される部分（１５ａ）と、切れ目（１７）によって隔てられた弾性枝部とを具備する。弾性ブッシュ（１６）における可撓性の枝部（１６）は、そのそれぞれの自由端において、ブッシュの内側方向に突出してなる軸受面（１９）を備え、そのため、該部分の直径は燃料集合体におけるセンタリングピンの直径に比べて小さくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉の運転中に燃料集合体を通り抜ける冷却水の液圧スラストを補償すべく、原子炉の燃料集合体に加わる保持荷重を制限するための方法及び装置に関する。

水冷される原子炉、特に加圧水で冷却される原子炉のための燃料集合体であって、燃料棒のクラスタを互いに平行に収容して骨組み内に保持し、燃料集合体の長手軸線方向に対して横切るように配置された端部片にて、端部を閉じるような燃料集合体は知られている。
加圧水型の原子炉の場合には、燃料集合体は一般的に、長い正方形のベースをもった平行六面体の形状であり、軸線方向に、例えば４ｍ以上の長さと、側方向におよそ０．２０ｍの長さを有する。燃料集合体の端部片は正方形の形態であって、運転中の原子炉内において下側部分となり、燃料集合体の第１端部に位置する、片方の端部片は、底部端部片を構成していて、該底部端部片は、その四隅に、炉心の支持板ないし下側炉心板に当接すべく意図された足部を備えている。底部端部片の対角線上に配置される２本の足には、孔が穿設されていて、該孔を用いて、下側炉心板から垂直上方へ突設された、燃料集合体のためのセンタリングピンを受け入れる。燃料集合体が下側炉心板の上に配置されたとき、底部端部片に設けた２つの孔は、下側炉心板の２本のピンに係合し、これらが燃料集合体を孔に対して垂直に位置決めし、下側炉心板を通って水が流れられるようにする。燃料集合体における第２の端部に固定される端部片は、燃料集合体が原子炉の炉心内に位置決めされたときには上側部分に配置され、上部端部片と称されるが、これは、特に、その上面には支持用板バネを備え、上部端部片の正方形である横断面の２つの角部には２つのセンタリング孔を備えている。燃料集合体における上部端部片に設けられるセンタリング孔は、上側炉心板の下側に突設されたセンタリングピンを受け入れるが、上側炉心板は、支持板バネをもった炉心の燃料集合体において、その上側部分に載置されるように意図されている。原子炉のチャンバ内に燃料集合体が導入された後に、炉心の燃料集合体を保持すべく、原子炉における上側板は、炉心の上方に位置決めされ、原子炉設備の上側内部片の下側部分を構成する。原子炉の炉心に配置された燃料集合体の上方に上側炉心板が位置決めされたとき、各燃料集合体の領域に配置された、炉心の上側板にあるセンタリングピンは、燃料集合体の上側端部片におけるセンタリング孔に係合する。

下側炉心板と上側炉心板とにおけるセンタリングピンは、円錐台形状の係合部分と円筒形の部材とを備え、その直径はセンタリング孔の直径に比べてわずかに小さくなっている。従って、センタリングピンは、長手軸線方向に対して垂直な横断方向と、長手方向とについて、燃料集合体の保持を行うものであるが、他方、同時に長手方向の偏位を許容して、可撓性によって変形可能である板バネによって軸線方向に保持される燃料集合体について、運転中の原子炉における偏差のある膨張を吸収する。運転中の原子炉において、原子炉の加圧冷却水は、燃料集合体の長手軸線方向に沿って通り抜け、その結果、燃料集合体に対して垂直上方向への液圧スラストを与えるが、これは荷重として明瞭化し、燃料集合体の構造物に作用して、燃料集合体が軸線方向にわずかに偏位したり、横方向に振動したりする。液圧スラストを補償して、液圧スラストの作用下における燃料集合体に、過大な横方向偏位が生じることを防ぐには、強力な特性をもった板バネを用いることが必要になる。そうした板バネは、燃料集合体の構造物に対して大きな圧縮荷重を加え、極めて強固な骨組みを設けることが必要になり、それらの骨組みは運転中の原子炉において、極めて大きな荷重を受ける。

冷却水の流量の過渡的な状態が時間的に急激に生じる場合には、燃料集合体はさらに振動を生じ、底部端部片は、燃料集合体が板バネのスラスト作用によって押し下げられるとき、下側炉心板に衝突し、そのために、燃料集合体を長期にわたって原子炉内で使用したとき、摩耗と損傷とを生じさせる。

従って、燃料集合体を通り抜ける冷却水の液圧スラストを補償するために、燃料集合体に作用させる保持荷重については、これを可能な限り制限することが必要になる。
ＦＲ−Ａ−２，４７９，５３５号が提案している装置は、原子炉の燃料集合体に加わる軸線方向の液圧スラストを制限しようとするもので、燃料集合体の上側部分にある金属支持バネを解消して、過渡的な状態における急激な偏位とそれによる機械的衝撃とを解消する。このために、燃料集合体の端部片には、端部片に対して軸線方向に突出してなる管状のハウジングが固定され、ハウジングは端部片に固定された軸線端部にて閉じられ、その他端においては開かれて、ハウジングの内部にしっかりと係合したセンタリングピンを受け入れる。ハウジングはさらに、端部片の領域に較正された孔を備え、原子炉の運転中に燃料集合体が軸線方向の偏位するとき、較正された孔を流れる水によって、これらの偏位にブレーキをかけて、減衰させる。さらに、ハウジングの内部には、可撓性アームからなる分割ブッシュを設けることも可能であって、アームの内径はセンタリングフィンガの直径に比べてわずかに小さくしておく。

ＦＲ−Ａ−２，４７９，５３５号

そうした装置は複雑であり、燃料集合体の端部片に対する実質的な改変を必要とする。特に、既存の燃料集合体を改変することは、燃料集合体の構造に加わる圧縮効果を限定し、運転中の燃料集合体に加わる液圧スラストを補償するために、困難である。

従って、本発明の目的によれば、原子炉の運転中に燃料集合体を通り抜ける冷却水の液圧スラストを補償すべく、原子炉の燃料集合体に加わる保持荷重を制限するための方法であって、燃料集合体が、燃料棒のクラスタを互いに平行に収容し、該クラスタを横切る端部片にて燃料棒の端部を閉じる骨組みであって、端部片は冷却水が流れる燃料集合体の長手方向に対して垂直に配置され、それぞれの端部片は、下側コア支持板又は上側コア板に設けられたセンタリングピンを受け入れるべく意図された、少なくとも２つのセンタリング貫通孔を備えてなる燃料集合体を用いる方法であって、該方法は、新品の燃料集合体又は中古の燃料集合体に用いることができ、燃料集合体に加える圧縮力が少ない、弱い特性をもつ板バネを使用可能であり、運転中の原子炉の燃料集合体における偏位や衝撃を制約できる方法を提供することである。

このために、燃料集合体における少なくともひとつの端部片に設けた少なくともひとつのセンタリング孔のための、センタリングピンに摩擦係合する弾性ブッシュを備え、弾性ブッシュは、固定部分を備えた環状部材を備え、固定部分の外径は最大径であり、軸線長さの一部分にわたって、端部片におけるセンタリング孔の直径と少なくとも等しく、固定部分と弾性ブッシュの自由端との間において、弾性ブッシュの全長にわたり、少なくとも２つの軸線方向の開口部によって互いに隔てられた、少なくとも２つの可撓性アームを備え、ブッシュは、センタリング孔の直径に比べて小さい外径を有し、可撓性アームの自由端部分において、ブッシュの半径方向内方に突出した環状支持面であって、その内径がセンタリングピンの直径に比べて小さいような環状支持面と、を備えていて、
・燃料集合体における少なくともひとつの端部片に設けた孔は、弾性ブッシュの固定部分の外径と実質的に等しい直径をもつように構成され、
・弾性ブッシュは、燃料集合体の端部片の孔に固定される。
本発明による特定の実施形態によれば、
・弾性ブッシュを燃料集合体の端部片に固定するために、少なくとも、クリンプ加工、圧延、溶接、又はネジ止めのいずれかを用いていたり、
・弾性ブッシュは、燃料集合体のひとつだけの端部片の貫通孔に固定され、好ましくは底部端部片の貫通孔に固定したり、
・弾性ブッシュは、燃料集合体における上部端部片及び底部端部片のそれぞれの貫通孔に固定したり、
・弾性ブッシュは、その内径が、センタリングピンにおける円筒形の係合部分の直径に比べて大きくなっていて、センタリングピンにおける円筒形の係合部分の直径に対する公差と、燃料集合体の端部片に係合されるべきセンタリングピン同士の間隔とを考慮に入れており、
・ブッシュの内側にある環状の支持面において、センタリングピンに接触するための、楕円形の支持面と円形の支持面とが設けられ、液圧スラストの下で垂直方向に燃料集合体が偏位するとき、センタリングピンの、弾性ブッシュの支持部分に対する接触と摩擦を最適化したりする。

また、本発明によれば、原子炉のための燃料集合体であって、燃料集合体が、燃料棒（５）のクラスタを互いに平行に収容し、該クラスタを横切る端部片にて燃料棒の端部を閉じる骨組みであって、端部片は冷却水が流れる燃料集合体の長手方向に対して垂直に配置され、それぞれの端部片は、下側コア支持板又は上側コア板に設けられたセンタリングピンを受け入れるべく意図された、少なくとも２つのセンタリング貫通孔を備えてなる燃料集合体において、燃料集合体の少なくともひとつの端部片における少なくともひとつの貫通孔に、環状部材を備えた弾性ブッシュが固定され、その固定部分の外径は、最大径において、貫通孔の軸線長さ部分にわたって該貫通孔の直径と少なくとも等しく、固定部分と弾性ブッシュの自由端との間において、弾性ブッシュの全長にわたり、少なくとも２つの軸線方向の開口部によって互いに隔てられた、少なくとも２つの可撓性アームを備え、固定部分の直径に比べて小さい外径をもち、可撓性アームの自由端部分において、ブッシュの半径方向内方に突出した環状支持面であって、その内径がセンタリングピンの直径に比べて小さいような環状支持面と、を備え、端部片の孔に挿入されるべく意図されていることを特徴とする燃料集合体が提供される。

望ましくは、
・貫通孔の直径は以下の方程式によって定められ、すなわち
ＤＤ ＝ＤＢ ＋ ＤＩ − ＤＣ
ここで、ＤＤは、端部片（７）に設けられる貫通孔（１８）の孔径、ＤＩは、弾性ブッシュの流れ部分における内径、ＤＢは、ブッシュ（１５）における可撓性アーム（１６）の外径、ＤＣは、ブッシュ（１５）の弾性アーム（１６）における内側支持部分の直径、であることを特徴とするか、
・弾性ブッシュの内径は、センタリングピンの直径に比べて大きくなっていて、センタリングピンの直径に対する公差と、燃料集合体の端部片に挿入されるべきセンタリングピン同士の間隔とを考慮に入れていることを特徴とする。
本発明を明瞭に理解できるように、本発明による実施形態と、本発明の方法の実施に用いられる弾性ブッシュとについて、以下、例示的に説明する。

図１は、加圧水で冷却される原子炉における燃料集合体を示していて、符号１にて示された燃料集合体の全体は、下側炉心板２と上側炉心板３との間にて、原子炉の炉心に配置される。
燃料集合体１は骨組みから構成されていて、骨組みは符号４ａ及び４ｂなどのスペーサ格子から構成され、燃料集合体の燃料棒５をクラスタ状に保持しており、燃料棒はすべて互いに平行になっていて、スペーサ格子のセルの内部にて横方向に保持され、格子は正方形のメッシュをもった規則的な網状組織に従って配置されている。また、燃料集合体における骨組みは、燃料棒５の長さよりも長い長さの案内棒６を備え、底部端部片７と上側端部片８とは、燃料棒５のクラスタの端部から軸線方向へと突出してなる案内管６の端部に固定されている。
燃料集合体における底部端部片７は、横に配置された正方形の板と、その四隅の領域にて板７に固定的に結合された足部９とから構成される。図１に示すように、燃料集合体１は、足部９を介して、下側炉心板２の上に載っている。正方形の端部片７において、その対角線上にある２本の足部９には孔１０が穿設されていて、これらのそれぞれには、炉心支持板２の上面に突設されたセンタリングピン１１が挿入されて、その上に燃料集合体が位置決めされ、燃料集合体の２つの足部の孔１０に係合しているピン１１によって、下側炉心板２上にて燃料集合体を位置決めし、センタリングする。水が流れるための孔は、下側炉心板２に貫通している。原子炉の炉心にある燃料集合体１のそれぞれに対して、一般に４つの水孔が設けられ、底部端部片の横断板の下方に開かれていて、これを通って、較正された水流孔が延在し、原子炉の冷却水をクラスタ状にされた燃料集合体の燃料棒５の間を通して分配させる。

原子炉の炉心に装荷されたとき、正方形の基部をもった平行六面体である燃料集合体１において、これを区画する平坦な垂直面は、隣接して配置され、燃料集合体のスペーサ格子における外周面は実質的に接触する。
また、燃料集合体１の骨組みは、上側端部片８を備え、これは案内管６における上側端部部分に固定されている。図１に示した燃料集合体における上側端部片８は、正方形の断面をもった枠組み８ａと、枠組み８ａにしっかりと結合された横断板とを備え、これを通って、燃料集合体の冷却水のための孔が延在する。
端部片の対角線上に配置された、正方形８ａにおける２つの角部には、２つの孔１２が設けられていて、これらはそれぞれ、上側炉心板３が燃料集合体の上方に位置決めされて炉心に装荷されたとき、原子炉の上側炉心板３の下側に突設されたセンタリングピン１３を受け入れることを意図している。

枠組み８ａの各辺にはそれぞれ、燃料集合体を下側炉心板３の下方に保持すべく、一組の板バネ１４が配置されている。組をなす板バネ４のそれぞれは、枠組み８ａの角部の領域において、端部片の枠組み８ａに固定されていて、４つの板バネが枠組みの２つの角部に固定されるが、これらの角部は、上側炉心板のピン１３のために係合孔１２が設けられている対角線に対して垂直である、第２の対角線に沿った角部である。
原子炉の炉心に装荷された後、原子炉のチャンバの内部では、下側炉心板の上の所定位置に載置されている燃料集合体のそれぞれにおいて、原子炉機器における上側中間片は、再び炉心の上方に位置決めされ、下側部分においては、上側炉心板に燃料集合体の上側端部片に設けた孔に係合する案内ピンを備える。板バネ１４は、機器の上側中間片の重量と、チャンバのカバーを閉じるためのクランプ力とによって圧縮され、圧縮力は、骨組みと燃料棒のクラスタとからなる燃料集合体の構造へと伝達される。

燃料集合体の上にある上側炉心板を支持するには、板バネを用いることが必要であり、というのは、原子炉の温度が運転温度にまで昇温したとき、原子炉の構造物と燃料集合体との間に、偏差的な膨張が生じるためである。偏差的な膨張は、燃料集合体の圧縮バネ１４によって吸収される。
原子炉の運転中において、冷却水は燃料集合体の中を極めて高速にて流れるので、燃料集合体は、上方垂直方向への、すなわち冷却水が流れる方向への、液圧スラストにさらされる。液圧スラスト下において、特に原子炉の過渡的な運転状態において、燃料集合体の偏位を可能な限り抑制ないし制限するために、優良な特性をもった板バネ１４、すなわち、強い圧縮力を燃料集合体の構造物に伝達できるような板バネが用いられる。優良な特性をもったバネを用いるならば、燃料集合体についての垂直偏位や横振動は制限されないし抑制され、そのため特に、液圧スラストの作用の下で燃料集合体が上昇し終えた後に、下側炉心板上にある燃料集合体の底部端部片に対して、激しい衝撃が加わることが防がれる。

原子炉の炉心の燃料集合体に作用する圧縮力を制限する観点からは、保持バネを補うために、液圧スラストの作用の下にて、燃料集合体の垂直偏位を打ち消す力を発生させることも案出されている。
本発明によれば、液圧スラストを打ち消すように働く圧縮荷重の制限は、燃料集合体の少なくともひとつの端部片における貫通孔の内側にある、下側炉心板又は上側炉心板のうち少なくともひとつのセンタリングピン同士の間に働く機械的摩擦によって発生する。
本発明による方法によれば、新品の燃料集合体又は中古の燃料集合体に対して改変を施して、垂直偏位と、液圧スラスト作用の下にある、原子炉の炉心内の燃料集合体の横振動とを実質的に減少ないし抑制し、一方、これと同時に、燃料集合体に加わる保持荷重を実質的に制限できる。

図２及び図３は、本発明による方法を実施するために、底部端部片の領域において燃料集合体にブレーキをかける手段を示している。
図２は、燃料集合体の底部端部片における足部９の部分を示していて、この足部は原子炉の下側炉心板の上に載置されるものである。
本発明による制限方法においては、底部端部片の足部９に貫通してなる孔の内側に、弾性ブッシュ１５を挿入ないし固定して、その内部の孔に、原子炉の下側炉心板に設けたセンタリングピンを受け入れるようにする。
弾性ブッシュ１５は、割溝付きのブッシュとして構成されていて、４つの可撓性アーム１６は互いに隔てられ、これらを隔てる４つの開口部１７については、その軸線方向は、可撓性のブッシュ１５の長さにわたる一部分に延びている。
可撓性のブッシュ１５は、燃料集合体の底部端部片の足部９に延通してなる孔１８について、その内側にある固定部分１５ａを備える。弾性ブッシュの固定部分１５ａは、ブッシュ１５における片方の軸線端部に配置され、その軸線方向に延びた長さは、例えば弾性ブッシュの全長に対して、１０〜２０％のオーダーである。ブッシュの残りの部分にわたって、固定部分１５ａと可撓性アーム１６の自由端との間には、弾性アーム１６と開口部１７とが延びている。

管状のブッシュの外径は、その固定部分１５ａにおいては、端部片の足部９における上側部分の孔の直径ＤＡと実質的に等しくなっている。
図２及び図３に示すように、端部片の孔１８の内側にブッシュは固定される。端部片の足部９に設けた孔１８にブッシュ１５を固定するには、締り嵌めやクリンプ加工を用いるか、あるいは、端部片の足部９と弾性ブッシュ５とを構成する材料が冶金的に互換性があるならば、溶接によって固定される。
燃料集合体９を構築する場合には、孔１８の直径ＤＡ、故に弾性ブッシュ１５の固定部分１５ａにおける外径を選択して、下側炉心板の案内ピンの直径を考慮にいれつつ、所定の壁厚をもったブッシュ１５を位置決めできるようにする。いずれにせよ、孔１８の直径は、案内ピンの直径に比べて大きくて、案内ピンは弾性ブッシュ１５の内側に挿入されなければならず、弾性ブッシュは底部端部片の足部９の貫通孔１８に固定される。

既存の燃料集合体の場合、つまり例えば、在来タイプの新品の燃料集合体や中古の燃料集合体の場合には、燃料集合体の底部端部片における足部９に孔を穿設して、その直径については、下側炉心板に設けた案内ピンの直径に比べてわずかに大きくなるようにする。その場合には、最適な寸法をもったブッシュ１５を位置決めするため、端部片の足部に設けた孔には再ボーリング加工を施して、ブッシュ１５をその固定部分１５ａによって孔の中に固定可能であるような孔１８を得る。

ブッシュ１５は、弾性アーム１６のそれぞれの自由端、つまり、弾性アーム１６をブッシュの固定部分１５ａに結合するための部分から離れた部分において、ブッシュの内側へ向けて半径方向に突出したリム１９を備え、４つの弾性アーム１６から突出している４つのリムは、不連続ではあるが、実質的には環状である支持部分１９を構成している。
把持の状態、従ってブッシュ内にて係合したクランプ指部に働く摩擦力を定める、ブッシュについての幾何学的な特性については、特に、ブッシュにおける弾性アームの外径ＤＢと、ブッシュにおいて弾性ブッシュ１５に挿入されるセンタリングピンに対する、環状の形態をもった支持面１９の領域における、弾性アームの内径ＤＣと、ブッシュ１５において弾性アーム１６の自由端部分とは反対側である、孔１８の部分の直径ＤＤと、によって定められる。

一般的に、直径ＤＤは直径ＤＡと等しくて、孔１８は端部片の足部にわたって一定の直径を有している。しかしながら、ブッシュを固定する領域の直径が、弾性アームを受け入れる部分の直径と異なっているように孔１８を形成することも可能である。
弾性アームの支持内径ＤＣは、下側炉心板におけるセンタリングピンの外径と等しいことが必要であり、少ない把持力は、センタリングピンと可撓性ブッシュとの間の垂直方向における、摩擦荷重に従って計算できる。把持力の計算においては、可撓性アームの長さと半径と共に、燃料集合体に対して作用する横振動荷重も考慮に入れる必要がある。

弾性ブッシュ１５において、支持部分１９以外の部分の内径ＤＩは、下側炉心板に設けたセンタリングピンの直径に比べて大きくなければならず、燃料集合体のセンタリングピンの位置に関する未知の変数が考慮される。
事故的状況にあっても、ブッシュと下側炉心板のセンタリングピンとの間の動きを制限できるように、可撓性アームの外径及び内径に従って、以下の公式を用いて、可撓性アームとは反対側に位置する孔１８の部分の直径ＤＤを計算することが可能である。
ＤＤ＝ＤＢ＋ＤＩ−ＤＣ
このように、ブッシュ１５において、可撓性アーム１６の直径方向の遊びは、センタリングピンがブッシュ１５に挿入されたとき、たわんで変形したアームの最大偏位と等しくなっている。支持面１９の領域においてなされる、ブッシュ１５とセンタリングピンとの間の支持は、可撓性アーム１６の自由端に隣接しており、下側炉心板の足部９の支持面に隣接して配置され、センタリングピンのたわみに関して、応力の発生をさらに防ぐ。事故的状況における横応力については、上述の直径ＤＤの計算において選定された値に応じて、可撓性のアーム１６は、孔１８の内面に対して当接し、センタリングピンは下側炉心板に隣接したセンタリングピンの部分によって保持されているため、センタリングピンはたわむようには促されない。

直径ＤＤを計算してこれが確立したならば、かかる直径ＤＤに応じて、燃料集合体の底部端部片の足部に、孔１８を機械加工又は再機械加工する。
燃料集合体に作用する圧縮力を実質的に制限するため、また、燃料集合体を確実に保持するため、燃料集合体の底部端部片と上側端部片との両方の孔に対して、弾性ブッシュを位置決めする必要がある。その場合、下側炉心板の案内ピンの表面と、上側炉心板のピンの表面との両方にて、ブレーキ作用が生じる。
燃料集合体の上側端部片において枠組み８ａの孔１２に配置される弾性ブッシュの構造及びその取付については述べないが、上側端部片の孔への弾性ブレーキブッシュの取り付けについては、燃料集合体の底部端部片の足部の貫通孔に弾性ブッシュを取り付けるやり方と同じである。
弾性ブッシュ１５を作る素材は、高い弾性限界をもち、塑性流動についての敏感性はわずかである。特にニッケル合金、例えば７５０番合金や、７１８番合金、マルテンサイト・ステンレス鋼、例えばＺ１２ＣＮ１３など、または、チタン又はチタンの合金を用いることができる。燃料集合体の端部片は、一般的には、オーステナイトのステンレス鋼から作られるので、端部片の貫通孔に弾性ブッシュを収縮嵌めで固定することは、いくつかの不都合を生じさせることになり、というのは、ブッシュを構成する弾性材料の膨張係数がオーステナイト鋼の膨張係数に比べて小さいためである。ある種の事例にあっては、弾性ブッシュと端部片との間の結合を溶接によって行うことも可能であると共に好ましい。その他の事例において、弾性ブッシュと端部片との間がねじ込み式の組立体にあっては、弾性ブッシュのねじが緩むことがないように、ねじ込み組立体の固定を行う。

上述したブッシュのような弾性ブッシュによれば、各端部片毎に数百ｄａＮの摩擦荷重が得られ、燃料集合体の全体では３００〜４００ｄａＮが得られる。
燃料集合体と燃料集合体のセンタリングピンとの間に、そうした軸線摩擦荷重が得られることで、燃料集合体に作用させるべき圧縮荷重を著しく低く抑えることができる。低減できる圧縮荷重は、５０％以上であり、これがため、燃料集合体を軽量な構造物にすることができる。

図５に示すように、ピン１１は、センタリングピン１１のネジ切り部分に螺合されたナット１１’によって下側炉心板２に固定され、センタリングピンは下側炉心板２を延通してなる孔に係合している。
図４Ａに示すように、２本のピン１１は、下側炉心板２に固定されて、配置されたときの燃料集合体に対して垂直になっており、燃料集合体の底部端部片における２つの孔に係合することができる。
ピン１１は、下側炉心板において片側に配置され、その他の２つの流水孔２０は、燃料集合体に水を供給して流すためのものである。
図４Ａにはさらに、本発明による２つの弾性ブッシュ１５を示していて、このブッシュは事前に燃料集合体の底部端部片に係合されていたものであり、また燃料集合体は図４Ａに示した位置において下側炉心板の上に載置され、上述の如く、端部片の貫通孔の内部に固定されている弾性ブッシュ１５は、ピン１１に対して係合する。弾性ブッシュ１５を満足できる状態においてピン１１に係合させる、すなわち、ピン１１に過剰なたわみ荷重を作用させることがないためには、弾性ブッシュが構成され、燃料集合体の端部片に固定されたとき、センタリングピン１１の円筒形部分の直径ＤＳ（図５参照）に関して許される公差と、センタリングピンの円筒面に最も近くと最も遠くの母線間の距離Ｌ１及びＬ２とに許される公差とを考慮することが必要である。

原子炉の下側炉心板におけるすべてのピンのパターン作成は完了し、パラメータＤＳ，Ｌ１，Ｌ２についての最大変数偏差が確立された。
それに基づいた計算によって、弾性ブッシュを提供するために不可欠である内径ＤＩが得られた。
前述の如く、ブッシュ１５を取り付けるために設けたり再加工したりしなければならない、端部片を貫通する孔の直径ＤＤについても計算によって得られた。
弾性ブッシュ１５はさらに、それぞれの燃料集合体について取り付けられ、ブッシュは下側炉心板２におけるピン１１に対して中心合わせの準備が出来ると共に、ブッシュを良好にクランプし、その摩擦力によって、燃料集合体に作用する圧縮力を実質的に減少させる。

楕円の支持面をもったブッシュを用いて、ブッシュの向きを合わせることで、図４Ｂに示すように、これら２つの相いれない目的が調和して、弾性ブッシュ１５が配置されている対角線に対して垂直な方向に、より強固なクランプが得られる。
従って、本発明によれば、必要な保持力が得られ、また、燃料集合体の構造物に作用する圧縮力は減少して、このため簡単かつ効率的に、軽量な燃料集合体の構造を用いることができるようになる。

本発明は図示した実施形態に限定されるものではない。
従って、弾性ブッシュは、上述したのとは異なるタイプのものでも良く、弾性ブッシュは、燃料集合体の垂直偏位にブレーキをかける任意のその他の手段に関連していても良い。
本発明は、水冷式のあらゆるタイプの原子炉に適用できる。

図１は、運転中の加圧水型原子炉における燃料集合体を示した斜視図であって、原子炉の炉心における下側炉心板と上側炉心板とを示している。 図２は、本発明による方法を実施した場合について、燃料集合体の端部片に取り付けられた弾性ブッシュを示した軸線断面図である。 図３は、図２の線３−３に沿っての断面図である。 原子炉の下側炉心板におけるセンタリングピンを示した上面図であって、これらのピンは、燃料集合体の底部端部片に設けた２つの弾性ブッシュに挿入されており、図４Ａは、第１の構成変形例に関する。 原子炉の下側炉心板におけるセンタリングピンを示した上面図であって、これらのピンは、燃料集合体の底部端部片に設けた２つの弾性ブッシュに挿入されており、図４Ｂは第２の構成変形例に関する。 図５は、原子炉の炉心における下側支持板に設けたセンタリングピンを示した一部破断正面図である。

Claims (9)

1. 原子炉の運転中に燃料集合体（１）を通り抜ける冷却水の液圧スラストを補償すべく、原子炉の燃料集合体（１）に加わる保持荷重を制限するための方法であって、燃料集合体が、燃料棒（５）のクラスタを互いに平行に収容し、該クラスタを横切る端部片（７，８）にて燃料棒の端部を閉じる骨組みであって、端部片は冷却水が流れる燃料集合体の長手方向に対して垂直に配置され、それぞれの端部片（７，８）は、下側コア支持板（２）又は上側コア板（３）に設けられたセンタリングピン（１１，１３）を受け入れるべく意図された、少なくとも２つのセンタリング貫通孔（１０，１２）を備えてなる燃料集合体に対して使用される上記方法において燃料集合体（１）における少なくともひとつの端部片（７，８）に設けた少なくともひとつのセンタリング孔のための、センタリングピン（１１，１３）に摩擦係合する弾性ブッシュ（１５）を備え、弾性ブッシュは、固定部分（１５ａ）を備えた環状部材を備え、固定部分の外径は最大径であり、軸線長さの一部分にわたって、端部片（７，８）におけるセンタリング孔（１０，１２，１８）の直径と少なくとも等しく、固定部分（１５ａ）と弾性ブッシュ（１５）の自由端との間において、弾性ブッシュ（１５）の全長にわたり、少なくとも２つの軸線方向の開口部（１７）によって互いに隔てられた、少なくとも２つの可撓性アーム（１６）を備え、ブッシュの一部分は、センタリング孔の直径に比べて小さい外径を有する可撓性アーム（１６）と、可撓性アーム（１６）の自由端部分において、ブッシュ（１５）の半径方向内方に突出した環状支持面（１９）であって、その内径がセンタリングピン（１１，１３）の直径に比べて小さいような環状支持面と、を備え、燃料集合体（１）における少なくともひとつの端部片（８，９）に設けた孔（１０，１２，１８）は、弾性ブッシュの固定部分（１５ａ）の外径と実質的に等しい直径をもつように構成され、弾性ブッシュ（１５）を、少なくともひとつの端部片（７，８）の孔に固定することを特徴とする方法。
2. 弾性ブッシュ（１５）を燃料集合体の端部片（７，８）に固定するために、少なくとも、クリンプ加工、圧延、溶接、又はネジ止めのいずれかを用いていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 弾性ブッシュ（１５）は、燃料集合体のひとつだけの端部片（７，８）の貫通孔（１０，１２，１８）に固定され、好ましくは底部端部片（７）の貫通孔（１０，１８）に固定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 弾性ブッシュ（１５）は、燃料集合体における上部端部片（８）及び底部端部片（９）のそれぞれの貫通孔に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 弾性ブッシュは、その内径（ＤＩ）が、センタリングピン（１１，１３）における円筒形の係合部分の直径に比べて大きくなっていて、センタリングピンにおける円筒形の係合部分の直径に対する公差と、燃料集合体の端部片に係合されるべきセンタリングピン同士の間隔とを考慮に入れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. ブッシュ（１５）の内側にある環状の支持面において、センタリングピン（１１，１３）に接触するための、楕円形の支持面と円形の支持面とが設けられ、液圧スラストの下で垂直方向に燃料集合体が偏位するとき、センタリングピン（１１，１３）の、弾性ブッシュ（１５）の支持部分（１９）に対する接触と摩擦を最適化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 原子炉のための燃料集合体であって、燃料集合体が、燃料棒（５）のクラスタを互いに平行に収容し、該クラスタを横切る端部片（７，８）にて燃料棒の端部を閉じる骨組みであって、端部片は冷却水が流れる燃料集合体の長手方向に対して垂直に配置され、それぞれの端部片（７，８）は、下側コア支持板（２）又は上側コア板（３）に設けられたセンタリングピン（１１，１３）を受け入れるべく意図された、少なくとも２つのセンタリング貫通孔（１０，１２）を備えてなる燃料集合体において、燃料集合体（１）の少なくともひとつの端部片（７，８）における少なくともひとつの貫通孔（１０，１２）に、環状部材を備えた弾性ブッシュ（１５）が固定され、その固定部分（１５ａ）の外径は、最大径において、貫通孔（１０，１２）の軸線長さ部分にわたって該貫通孔の直径と少なくとも等しく、固定部分（１５ａ）と弾性ブッシュ（１５）の自由端との間において、弾性ブッシュ（１５）の全長にわたり、少なくとも２つの軸線方向の開口部（１７）によって互いに隔てられた、少なくとも２つの可撓性アーム（１６）を備え、固定部分（１５ａ）の直径に比べて小さい外径をもち、可撓性アーム（１６）の自由端部分において、ブッシュ（１５）の半径方向内方に突出した環状支持面（１９）であって、その内径がセンタリングピン（１１，１３）の直径に比べて小さいような環状支持面と、を備え、端部片の孔に挿入されるべく意図されていることを特徴とする燃料集合体。
8. 燃料集合体の端部片における貫通孔（１０，１２，１８）の中に固定される弾性ブッシュ（１５）の直径は、センタリングピン（１１，１３）の直径に比べて実質的に大きく貫通孔の直径は以下の方程式によって定められ、すなわち
   ＤＤ＝ＤＢ＋ＤＩ−ＤＣ
   ここで、ＤＤは、端部片（７）に設けられる貫通孔（１８）の孔径、ＤＩは、弾性ブッシュの流れ部分における内径、ＤＢは、ブッシュ（１５）における可撓性アーム（１６）の外径、ＤＣは、ブッシュ（１５）の弾性アーム（１６）における内側支持部分の直径、であることを特徴とする請求項７に記載の燃料集合体。
9. 弾性ブッシュ（１５）の内径（ＤＩ）は、センタリングピン（１１，１３）の直径に比べて大きくなっていて、センタリングピンの直径に対する公差と、燃料集合体の端部片（８，９）に挿入されるべきセンタリングピン（１１，１３）同士の間隔とを考慮に入れていることを特徴とする請求項７に記載の燃料集合体。

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