JP2012088205A - 燃料案内ピン、燃料案内ピンの取付方法、炉心板、および原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心板の強度を確保しつつ、炉心板に燃料案内ピンを埋め込み固定すること。
【解決手段】炉心支持板２２に設けられた有底の凹部２２ａに挿入されて冷やし嵌めにより固定される冷やし嵌め部２と、前記冷やし嵌め部２の上側に設けられて前記炉心支持板２２の上面より突出しつつ前記炉心支持板２２に装荷される燃料集合体が挿入されるピン部３と、前記冷やし嵌め部２と前記ピン部３との間に設けられて前記ピン部３の外径よりも小径に括れて形成され、前記冷やし嵌め部２側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部４ａを有する括れ部４と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、原子炉の炉心板に装荷される燃料集合体の配置を案内する燃料案内ピン、当該燃料案内ピンの取付方法、当該燃料案内ピンが適用される炉心板、および当該燃料案内ピンが適用される原子炉に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載の燃料案内ピンの取付装置は、板厚の厚い（例えば、３００［ｍｍ］〜５００［ｍｍ］）炉心板に、燃料案内ピンを貫通させることなく取り付けることを目的としている。この燃料案内ピンは、炉心板の上部に突出するピン本体となる上部小径部と、炉心板に設けられた凹穴に冷やし嵌めにより埋め込まれる下部大径部とを備えている。

実開昭６０−１２７５９５号公報

しかしながら、炉心板は、燃料案内ピンが取り付けられる周囲に、冷却材を通す連通孔が設けられており、燃料案内ピンの下部大径部の存在により、当該下部大径部と前記連通孔との間の距離を十分に取ることができない場合、炉心板の強度が低下するおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、炉心板の強度を確保しつつ、炉心板に埋め込み固定することのできる燃料案内ピン、燃料案内ピンの取付方法、炉心板、および原子炉を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の燃料案内ピンは、炉心板に設けられた有底の凹部に挿入されて冷やし嵌めにより固定される冷やし嵌め部と、前記冷やし嵌め部の上側に設けられて前記炉心板の上面より突出しつつ前記炉心板に装荷される燃料が挿入されるピン部と、前記冷やし嵌め部と前記ピン部との間に設けられて前記ピン部の外径よりも小径に括れて形成され、前記冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有する括れ部と、を備えることを特徴とする。

この燃料案内ピンによれば、冷やし嵌め部とピン部の間に括れ部を設けることにより、当該括れ部に対してピン部に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有するため、前記応力を冷やし嵌め部から炉心板側に逃がすので、括れ部を設けていない場合と比較して、炉心板の凹部に埋め込まれる冷やし嵌め部の外径を小さく形成することが可能になる。このため、炉心板に設けられる連通孔に対して冷やし嵌め部が離隔される。この結果、炉心板の強度を確保しつつ、大きい板厚の炉心板に、燃料案内ピンを貫通させることなく埋め込み固定することができる。

また、本発明の燃料案内ピンは、前記括れ部の下側に連続して径外方向に延在して設けられ、前記冷やし嵌め部の固定に伴って前記凹部の開口外縁に当接する鍔部を備えることを特徴とする。

この燃料案内ピンによれば、鍔部を備えることにより、上述した括れ部により逃がされる応力を、当該鍔部から炉心板側に逃がすので、冷やし嵌め部の外径をさらに小さく形成することが可能になる。このため、炉心板に設けられる連通孔に対して冷やし嵌め部がさらに離隔される。この結果、炉心板の強度をより確保することができる。しかも、括れ部は、冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有し、当該括れ部に集中する応力を逃がす構成であることから、鍔部の外径は、括れ部を設けていない場合と比較して小さく形成することができる。

また、本発明の燃料案内ピンは、前記冷やし嵌め部は、挿入時に前記凹部の底から離隔する長さで形成されていることを特徴とする。

この燃料案内ピンによれば、冷やし嵌めの膨張時に、冷やし嵌め部の下端面が凹部の底に当接する事態を回避できることから、当該膨張によってピン部が持ち上げられることがない。この結果、炉心板に対するピン部の取り付け精度を向上することができる。

また、本発明の燃料案内ピンは、前記ピン部を挿入しつつ前記炉心板に設けられた雌ネジ凹部に螺合して、前記冷やし嵌め部を前記凹部に押圧する雄ネジリング部材を備えることを特徴とする。

この燃料案内ピンによれば、雄ネジリング部材をさらに備えることにより、冷やし嵌め部を凹部から抜け止めすることができ、この抜け止めを螺合による締め付け力によって管理することができる。特に、鍔部を備える燃料案内ピンによれば、雄ネジリング部材により鍔部を凹部の開口外縁に押さえ付けることから、冷やし嵌め部の凹部からの抜け止めを螺合による締め付け力によって管理しつつ、炉心板へのピン部の取り付けを強固にすることができる。

また、本発明の燃料案内ピンは、前記冷やし嵌め部を貫通して前記凹部の内外に開口して設けられ、前記冷やし嵌め部の膨張時に前記凹部内の空気を抜く空気抜孔を備えることを特徴とする。

この燃料案内ピンによれば、冷やし嵌め部を貫通して凹部の内外に開口する空気抜孔を設けたことにより、凹部の内壁面に対して摩擦により嵌合する冷やし嵌め部の外周面に対し、空気抜きの溝を設ける構成と比較して、摩擦による嵌合部分を削る必要がなく、凹部へ冷やし嵌め部を嵌合する十分な摩擦力が得られるため、凹部への冷やし嵌め部の嵌合をより強固にすることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の燃料案内ピンの取付方法は、冷やし嵌め部とピン部との間に、前記ピン部の外径よりも小径に括れて設けられ、前記冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有する括れ部が形成された燃料案内ピンを、炉心板に取り付ける燃料案内ピン取付方法であって、冷却した前記冷やし嵌め部を前記炉心板に設けられた有底の凹部に挿入する工程と、前記冷やし嵌め部が膨張して前記凹部に固定された後、前記炉心板に設けられた雌ネジ凹部に、前記ピン部を挿入した雄ネジリング部材を螺合して前記冷やし嵌め部を前記凹部内に押圧する工程と、を含むことを特徴とする。

この燃料案内ピンの取付方法によれば、冷やし嵌めにより凹部に対して冷やし嵌め部を固定した後、炉心板に設けられた雌ネジ凹部に、ピン部を挿入した雄ネジリング部材を螺合することにより、冷やし嵌め部を凹部から抜け止めすることができ、かつこの抜け止めを螺合による締め付け力によって管理することができる。

また、本発明の燃料案内ピンの取付方法は、前記雄ネジリング部材を前記雌ネジ凹部に螺合した後、前記炉心板と前記雄ネジリング部材とを溶接して固定する工程をさらに含むことを特徴とする。

この燃料案内ピンの取付方法によれば、雄ネジリング部材を溶接して周り止めすることで、冷やし嵌め部を凹部から確実に抜け止めすることができ、かつ雄ネジリング部材の螺合による締め付け力を維持することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の炉心板は、燃焼集合体が配置される炉心板であって、上述のいずれか一つに記載の燃料案内ピンが取り付けられていることを特徴とする。

この炉心板によれば、冷やし嵌め部とピン部の間に括れ部を設けることにより、当該括れ部に対してピン部に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有するため、前記応力を冷やし嵌め部から炉心板側に逃がすので、括れ部を設けていない場合と比較して、炉心板の凹部に埋め込まれる冷やし嵌め部の外径を小さく形成することが可能になる。このため、炉心板に設けられる連通孔に対して冷やし嵌め部が離隔される。この結果、炉心板の強度を確保しつつ、大きい板厚の炉心板に、燃料案内ピンを貫通させることなく埋め込み固定することができる。すなわち、強度が確保された炉心板を得ることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の原子炉は、燃料集合体が装荷される原子炉であって、前記燃焼集合体が配置される炉心板に、上述のいずれか一つに記載の燃料案内ピンが取り付けられていることを特徴とする。

この原子炉によれば、冷やし嵌め部とピン部の間に括れ部を設けることにより、当該括れ部に対してピン部に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有するため、前記応力を冷やし嵌め部から炉心板側に逃がすので、括れ部を設けていない場合と比較して、炉心板の凹部に埋め込まれる冷やし嵌め部の外径を小さく形成することが可能になる。このため、炉心板に設けられる連通孔に対して冷やし嵌め部が離隔される。この結果、炉心板の強度を確保しつつ、大きい板厚の炉心板に、燃料案内ピンを貫通させることなく埋め込み固定することができる。すなわち、強度が確保された炉心板を有する信頼性の高い原子炉を得ることができる。

本発明によれば、炉心板の強度を確保しつつ、炉心板に燃料案内ピンを埋め込み固定することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る原子炉の概略図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る炉心板の部分斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る燃料案内ピンの側断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る他の燃料案内ピンの側断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る他の燃料案内ピンの取り付け前の斜視図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の形態に係る原子炉の概略図である。なお、以下の説明では、原子炉１００の使用時の設置状態における上方を各部においても上方とし、使用時の設置状態における下方を各部においても下方として説明する。図１に示す原子炉１００は、エネルギを取り出す際における経路を一次冷却系と二次冷却系とに分離した加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）となっている。加圧水型原子炉が使用される原子力発電プラントの概略について説明すると、加圧水型原子炉では、軽水（冷却材）を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、この軽水の循環経路である一次冷却系に加圧器（図示省略）を設けることにより、一次冷却系では軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水にする。一次冷却系では高温高圧水を、二次冷却系との間で熱交換を行う部分である蒸気発生器（図示省略）に送り、二次冷却系を循環する軽水との間で熱交換を行う。二次冷却系では、この熱交換により蒸気を発生させ、発生した蒸気をタービン発電機（図示省略）へ送ることにより、タービン発電機で発電をする。

このように加圧水型原子炉として設けられる本実施の形態に係る原子炉１００において、圧力容器として設けられる原子炉容器１０は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１１と、当該原子炉容器本体１１の上部に装着されて原子炉容器本体１１に対して開閉可能な原子炉容器蓋１２と、により構成されている。このうち、原子炉容器本体１１は、原子炉１００の設置時の上下方向における上部が開口するとともに、下部が球面状に閉塞されたほぼ円筒形の形状で形成されている。また、原子炉容器本体１１は、開口側の端部である上端側付近に、一次冷却系で用いる冷却水である一次冷却水としての軽水を給排水する入口ノズル１５および出口ノズル１６が形成されている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、原子炉容器本体１１に形成される入口ノズル１５および出口ノズル１６配置の一例を示す。

原子炉容器本体１１内において、入口ノズル１５および出口ノズル１６の下方には、ほぼ円筒形の形状で形成される炉心槽２０が設けられている。炉心槽２０は、ほぼ円筒形の形状で形成され、原子炉容器本体１１の内面と所定の隙間を有し、かつ原子炉容器本体１１の円筒形に対して中心軸が一致するように設けられている。

原子炉容器本体１１内において、上部炉心板２１は、炉心槽２０が有するピン（図示省略）により、炉心槽２０に対して水平方向に位置決めされている。上部炉心板２１は、円板形状で形成され、かつ多数の連通孔（図示省略）が貫通して形成されており、原子炉容器本体１１内に水平に設けられている。また、炉心槽２０は、その下部が下部炉心支持板２２に連結されている。下部炉心支持板２２は、上部炉心板２１と同様に円板形状で形成され、かつ多数の連通孔２３（図３参照）が貫通して形成されており、原子炉容器本体１１内に水平に設けられている。

原子炉容器本体１１内において、炉心槽２０の上方には、上部炉心支持板２５が固定されている。この上部炉心支持板２５は、複数の炉心支持ロッド２６が吊り下げて設けられ、この炉心支持ロッド２６を介して上部炉心板２１を吊り下げて、鉛直方向に支持している。一方、下部炉心支持板２２は、原子炉容器本体１１の内面に対して複数のラジアルキー２７により位置決め保持されており、これにより、炉心槽２０は、複数のラジアルキー２７により原子炉容器本体１１の内面に対して位置決め保持されている。

そして、このように設けられる炉心槽２０と上部炉心板２１と下部炉心支持板２２とにより炉心３０が形成されている。この炉心３０は、多数の燃料集合体（燃料）３１が配置される。この燃料集合体３１は、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成されており、図には明示しないが、上端部に上部ノズルが固定され、下端部に下部ノズルが固定されている。また、燃料集合体３１は、図には明示しないが、多数の燃料棒に加えて、制御棒が挿入される制御棒案内管と、炉内計装用検出器が挿入される炉内計装案内管を有している。

上部炉心支持板２５は、多数の制御棒クラスタ案内管３５が当該上部炉心支持板２５を貫通した状態で、制御棒クラスタ案内管３５を支持している。制御棒クラスタ案内管３５は、複数の制御棒がまとめて駆動されるクラスタ型制御棒（図示省略）用の案内管として設けられている。そして、原子炉容器蓋１２に設けられた制御棒駆動装置（図示省略）から延出された制御棒クラスタ駆動軸が、制御棒クラスタ案内管３５内を通って燃料集合体３１の上方まで延出されている。なお、制御棒は、この制御棒クラスタ駆動軸の下端部に取り付けられており、燃料集合体３１が有する制御棒案内管に挿入されている。

また、原子炉容器１０内において、炉心３０の上方に位置して出口ノズル１６に連通する部分は、上部プレナム４１として形成されている。一方、炉心３０の下方に位置し、下部炉心支持板２２と、原子炉容器本体１１の下部で球面状の閉塞されている部分の内面とで形成される半球状の空間は、下部プレナム４２として形成されている。さらに、原子炉容器１０と炉心槽２０との間に形成され、入口ノズル１５と下部プレナム４２とに連通する部分は、ダウンカマー部４５として形成されている。上部プレナム４１は、炉心槽２０と上部炉心支持板２５と上部炉心板２１とで区画されることにより形成され、出口ノズル１６に連通するとともに、上部炉心板２１に形成された多数の連通孔を介して炉心３０に連通している。下部プレナム４２は、炉心槽２０の底部となる下部炉心支持板２２と原子炉容器本体１１とで区画されることにより形成され、下部炉心支持板２２に形成された多数の連通孔２３（図３参照）を介して炉心３０に連通している。ダウンカマー部４５は、原子炉容器本体１１と炉心槽２０の側壁とによって区画されることにより形成され、上部は入口ノズル１５に連通しており、下部は下部プレナム４２に連通している。

このように構成された原子炉１００を運転する場合には、冷却材や中性子減速材として用いられる軽水を循環させながら、燃料集合体３１を構成する燃料として燃料集合体３１に含まれているウラン２３５やプルトニウムなどの核分裂性物質に対して核分裂反応させる。核分裂性物質に対して核分裂反応をさせる場合には、原子炉容器蓋１２に設けられた制御棒駆動装置によって制御棒クラスタ駆動軸を移動させ、燃料集合体３１への制御棒の挿入量を調節する。これにより、炉心３０内での核分裂反応を制御する。核分裂性物質が核分裂をした場合、熱エネルギが発生するが、燃料集合体３１の周囲は循環する軽水が満たされているため、この熱エネルギは燃料集合体３１の周囲の軽水に伝達される。これにより、原子炉容器１０内に満たされた軽水は加熱される。このように、核分裂反応時に発生する熱エネルギによって加熱された高温の軽水は、出口ノズル１６から排出され、蒸気発生器に送られる。

つまり、燃料集合体３１に含まれている核分裂性物質が核分裂することにより、中性子を放出し、減速材および一次冷却系の冷却水として用いられている軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子にし、新たな核分裂を起こし易くするとともに、発生した熱を奪って冷却する。

また、制御棒は、核分裂性物質の核分裂時に放出される中性子を吸収することにより、炉心３０内で生成される中性子数を調節することができるように設けられている。例えば、燃料集合体３１への制御棒の挿入量を増加させた場合には、制御棒で吸収する中性子の量が増加するため、核分裂性物質を核分裂させる中性子の量が減少する。反対に、制御棒を引き抜く方向に移動させ、燃料集合体３１への制御棒の挿入量を低減させた場合には、制御棒で吸収する中性子の量が低減するため、核分裂性物質を核分裂させる中性子の量が増加する。これにより、核分裂性物質が核分裂をする頻度を変化させることができるため、原子炉１００の運転時は、制御棒の挿入量を調節することにより核分裂反応を制御し、核分裂反応によって発生する熱エネルギの量を調節する。

また、原子炉１００の運転時には、一次冷却系で軽水を循環させるが、この軽水は、４つの入口ノズル１５から原子炉容器本体１１内に流入し、入口ノズル１５と連通するダウンカマー部４５を下向きに流れ落ちて下部プレナム４２に到達し、流れる向きを下部プレナム４２の球面状の内面によって上向きに変える。これにより軽水は下部プレナム４２から上昇し、下部炉心支持板２２の連通孔２３を通過した後、炉心３０に流入する。炉心３０に流入した軽水は、炉心３０に配設される燃料集合体３１から発生する熱エネルギを吸収することにより、燃料集合体３１を冷却する一方、高温となって上部炉心板２１まで上昇する。上部炉心板２１に到達した高温の軽水は、上部炉心板２１の連通孔を通過して上部プレナム４１まで上昇し、出口ノズル１６を通って原子炉容器本体１１から排出される。

図３は、本発明の実施の形態に係る炉心板の部分斜視図である。炉心板、すなわち上述した下部炉心支持板２２は、板の厚さ方向である上下方向に貫通した連通孔２３が、多数形成されている。また、下部炉心支持板２２は、その上面に、燃料案内ピン１が突出して設けられている。燃料案内ピン１は、燃料としての燃料集合体３１の下部ノズルに設けられた穴に挿入され、燃料集合体３１の位置を案内することで、下部炉心支持板２２への燃料集合体３１の配置に用いるものである。この燃料案内ピン１は、１つの燃料集合体３１に対して少なくとも２つを１組として用いられ、多数の燃料集合体３１を下部炉心支持板２２上に配置することができるように複数組み設けられている。

図４は、本実施の形態に係る燃料案内ピンの側断面図である。図４に示すように、燃料案内ピン１は、金属材からなり、冷やし嵌め部２と、ピン部３と、括れ部４とを備えている。

冷やし嵌め部２は、上下方向に延在する棒状に形成され、下部炉心支持板（炉心板）２２に設けられた有底の凹部２２ａに挿入されて、冷やし嵌めにより凹部２２ａに嵌合し下部炉心支持板２２に固定されるものである。この冷やし嵌め部２は、本実施の形態では、断面が円形の円柱形に形成されているが、断面が楕円形や多角形であってもよい。この場合、凹部２２ａは、冷やし嵌め部２の断面形状に合う、円形、楕円形または多角形の開形状となる。すなわち、冷やし嵌め部２は、冷却による金属の収縮時に、凹部２２ａ内に挿入され、その後の金属の膨張によって凹部２２ａの内壁面と摩擦により嵌合するように、凹部２２ａの開形状と合った断面形状をしていればよい。また、冷やし嵌め部２は、凹部２２ａの底側に向く下端部が先細りに形成されている。このように、下端部を先細りに形成することにより、凹部２２ａへの冷やし嵌め部２の挿入が容易となる。

ピン部３は、上下方向に延在する棒状に形成され、冷やし嵌め部２の上側に連続して形成されており、冷やし嵌め部２を凹部２２ａに嵌合した状態で、下部炉心支持板２２の上面より突出して設けられ、燃料集合体３１の下部ノズルの穴に挿入されるものである。このピン部３は、本実施の形態では、断面が円形の円柱形に形成されているが、断面が楕円形や多角形であってもよい。この場合、下部ノズルの穴は、ピン部３の断面形状に合う、円形、楕円形または多角形の開形状となる。すなわち、ピン部３は、下部ノズルの穴に挿入されるように、当該穴の開形状と合った断面形状をしていればよい。また、ピン部３は、下部炉心支持板２２の上面より突出する上端部が先細りに形成されている。このように、上端部を先細りに形成することにより、下部ノズルの穴へのピン部３の挿入が容易となる。

括れ部４は、冷やし嵌め部２とピン部３との間に設けられており、ピン部３の外径よりも小径に括れて形成されている。括れ部４は、冷やし嵌め部２側となる下側部分において、冷やし嵌め部２側となる括れ部４の下端から最も括れる部分に向けて円弧状で滑らかに窄まる下側絞部４ａを有している。また、括れ部４は、ピン部３側となる上側部分が、最も括れる部分に向けて括れ部４の上端から円弧状またはテーパ状で滑らかに窄まる上側絞部４ｂをさらに有している。

このように、本実施の形態の燃料案内ピン１は、下部炉心支持板２２に設けられた有底の凹部２２ａに挿入されて冷やし嵌めにより固定される冷やし嵌め部２と、冷やし嵌め部２の上側に設けられて下部炉心支持板２２の上面より突出しつつ下部炉心支持板２２に装荷される燃料集合体３１が挿入されるピン部３と、冷やし嵌め部２とピン部３との間に設けられてピン部３の外径よりも小径に括れて形成され、冷やし嵌め部２側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部４ａを有する括れ部４と、を備える。

この燃料案内ピン１によれば、冷やし嵌め部２とピン部３との間に括れ部４を設けることにより、当該括れ部４に対してピン部３に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部２側となる括れ部４の下端から最も括れる部分に向けて円弧状で滑らかに窄まる下側絞部４ａを有するため、前記応力を冷やし嵌め部２から下部炉心支持板２２側に逃がすので、括れ部４を設けていない場合と比較して、下部炉心支持板２２の凹部２２ａに埋め込まれる冷やし嵌め部２の外径を小さく形成することが可能になる。このため、下部炉心支持板２２に設けられる連通孔２３に対して冷やし嵌め部２が離隔される。この結果、下部炉心支持板２２の強度を確保しつつ、例えば、３００［ｍｍ］〜５００［ｍｍ］の板厚の下部炉心支持板２２に、燃料案内ピン１を貫通させることなく埋め込み固定することが可能になる。

図５は、本実施の形態に係る他の燃料案内ピンの側断面図であり、図６は、本発明の実施の形態に係る他の燃料案内ピンの取り付け前の斜視図である。図５および図６に示すように、燃料案内ピン１は、上述した冷やし嵌め部２と、ピン部３と、括れ部４とに加え、さらに鍔部５を備えている。

鍔部５は、括れ部４の下側であって下側絞部４ａに連続し径外方向に延在して円板状に設けられている。すなわち、鍔部５は、括れ部４と冷やし嵌め部２との間に設けられている。この鍔部５は、冷やし嵌め部２の凹部２２ａへの固定に伴い、凹部２２ａの開口外縁に当接するものである。また、下部炉心支持板２２は、凹部２２ａの開口外縁に、鍔部５の下面が当接するための座２２ｂが下部炉心支持板２２の上面より凹んで設けられている。

この燃料案内ピン１によれば、鍔部５を備えることにより、上述した括れ部４により逃がされる応力を、当該鍔部５から下部炉心支持板２２側に逃がすので、冷やし嵌め部２の外径をさらに小さく形成することが可能になる。このため、下部炉心支持板２２に設けられる連通孔２３に対して冷やし嵌め部２がさらに離隔される。この結果、下部炉心支持板２２の強度をより確保することが可能になる。しかも、上述したように、括れ部４は、冷やし嵌め部２側となる下側部分において、冷やし嵌め部２側となる括れ部４の下端から最も括れる部分に向けて円弧状で滑らかに窄まる下側絞部４ａを有し、当該括れ部４に集中する応力を逃がす構成であることから、鍔部５の外径は、括れ部４を設けていない場合と比較して小さく形成することができる。

また、図４および図５に示すように、本実施の形態の燃料案内ピン１において、冷やし嵌め部２は、挿入時に凹部２２ａの底から離隔する長さで形成されている。すなわち、冷やし嵌め部２は、その上下方向の長さが、凹部２２ａの深さよりも短く形成されている。

この燃料案内ピン１によれば、冷やし嵌めの膨張時に、冷やし嵌め部２の下端面２ａが凹部２２ａの底２２ｃに当接する事態を回避できることから、当該膨張によってピン部３が持ち上げられることがない。この結果、下部炉心支持板２２に対するピン部３の取り付け精度を向上することが可能になる。

また、図４〜図６に示すように、本実施の形態の燃料案内ピン１は、ピン部３を挿入しつつ下部炉心支持板２２に設けられた雌ネジ凹部２２ｄに螺合して、冷やし嵌め部２を凹部２２ａに押圧する雄ネジリング部材６をさらに備えている。

雄ネジリング部材６は、ピン部３を挿入する態様で環状に形成され、その外周面に雄ネジ６ａが設けられている。雄ネジリング部材６の環状の内径は、ピン部３の外径よりも大きく形成されている。すなわち、雄ネジリング部材６の環状の内径と、ピン部３の外径との間には、隙間が形成される。雌ネジ凹部２２ｄは、凹部２２ａの開口部分に形成されている。すなわち、雌ネジ凹部２２ｄは、下部炉心支持板２２の上面より凹んで設けられており、その内周面に、雄ネジリング部材６の雄ネジ６ａが螺合する雌ネジが形成されている。

また、雄ネジリング部材６は、ピン部３を挿入するとともに、雌ネジ凹部２２ｄに螺合された場合に当該雌ネジ凹部２２ｄ内に納まるように形成されている。このため、雄ネジリング部材６は、その上面に、径方向に沿って形成された凹溝状の係合部６ｂが形成されている。係合部６ｂは、ピン部３や雌ネジ凹部２２ｄに接触しない、例えば二股形状の工具（図示省略）が挿入されることで、ピン部３を挿入するとともに、雌ネジ凹部２２ｄに螺合される。なお、係合部６ｂは、上記工具が係合して雄ネジリング部材６を雌ネジ凹部２２ｄに螺合させることができれば凹溝状の形状に限らない。例えば、図には明示しないが、係合部６ｂは、雄ネジリング部材６の上面に、径方向に並んで形成された凹孔状に形成されていてもよい。

この燃料案内ピン１によれば、雄ネジリング部材６をさらに備えることにより、冷やし嵌め部２を凹部２２ａから抜け止めすることができ、この抜け止めを螺合による締め付け力によって管理することが可能になる。特に、図５および図６に示す燃料案内ピン１のように、鍔部５をさらに備える構成の場合、雄ネジリング部材６により鍔部５を座２２ｂに押さえ付けることから、冷やし嵌め部２の凹部２２ａからの抜け止めを螺合による締め付け力によって管理しつつ、下部炉心支持板２２へのピン部３の取り付けを強固にすることが可能になる。

また、図４および図５に示すように、本実施の形態の燃料案内ピン１は、冷やし嵌め部２を貫通して凹部２２ａの内外に開口して設けられ、冷やし嵌め部２の膨張時に凹部２２ａ内の空気を抜く空気抜孔７をさらに備えている。

空気抜孔７は、冷やし嵌め部２の中心に沿って上下方向に延在して設けられている。そして、空気抜孔７は、冷やし嵌め部２の下端面２ａで開口して凹部２２ａ内に通じる一方、括れ部４の位置で側方に曲がって開口して凹部２２ａ外に通じている。

この燃料案内ピン１によれば、冷やし嵌め部２を貫通して凹部２２ａの内外に開口する空気抜孔７を設けたことにより、凹部２２ａの内壁面に対して摩擦により嵌合する冷やし嵌め部２の外周面に対し、空気抜きの溝を設ける構成と比較して、摩擦による嵌合部分を削る必要がなく、凹部２２ａへ冷やし嵌め部２を嵌合する十分な摩擦力が得られるため、凹部２２ａへの冷やし嵌め部２の嵌合をより強固にすることが可能になる。

上述した燃料案内ピン１を下部炉心支持板２２に取り付ける燃料案内ピン取付方法について説明する。図６に示すように、本実施の形態の燃料案内ピン取付方法は、冷やし嵌め部２とピン部３との間に、ピン部３の外径よりも小径に括れて設けられ、冷やし嵌め部２側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部４ａを有する括れ部４が形成された燃料案内ピン１を、下部炉心支持板２２に取り付ける燃料案内ピン取付方法である。この燃料案内ピン取付方法は、冷却した冷やし嵌め部２を下部炉心支持板２２に設けられた有底の凹部２２ａに挿入する工程と、冷やし嵌め部２が膨張して凹部２２ａに固定された後、下部炉心支持板２２に設けられた雌ネジ凹部２２ｄに、ピン部３を挿入した雄ネジリング部材６を螺合して冷やし嵌め部２を凹部２２ａ内に押圧する工程と、を含む。

この燃料案内ピン取付方法によれば、冷やし嵌めにより凹部２２ａに対して冷やし嵌め部２を固定した後、下部炉心支持板２２に設けられた雌ネジ凹部２２ｄに、ピン部３を挿入した雄ネジリング部材６を螺合することにより、冷やし嵌め部２を凹部２２ａから抜け止めすることができ、かつこの抜け止めを螺合による締め付け力によって管理することが可能になる。

なお、図５および図６に示す燃料案内ピン１のように、鍔部５をさらに備える構成の場合、雄ネジリング部材６により鍔部５を座２２ｂに押さえ付けることから、冷やし嵌め部２の凹部２２ａからの抜け止めを螺合による締め付け力によって管理しつつ、下部炉心支持板２２へのピン部３の取り付けを強固にすることが可能になる。

また、図４および図５に示すように、本実施の形態の燃料案内ピン取付方法は、雄ネジリング部材６を雌ネジ凹部２２ｄに螺合した後、下部炉心支持板２２と雄ネジリング部材６とを溶接８により固定する工程をさらに含む。溶接８は、雄ネジリング部材６の周りに連続して設けられる。

この燃料案内ピン取付方法によれば、雄ネジリング部材６を溶接８により周り止めすることで、冷やし嵌め部２を凹部２２ａから確実に抜け止めすることができ、かつ雄ネジリング部材６の螺合による締め付け力を維持することが可能になる。

そして、上述した燃料案内ピン１が取り付けられた本実施の形態の下部炉心支持板２２によれば、冷やし嵌め部２とピン部３との間に括れ部４を設けることにより、当該括れ部４に対してピン部３に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部２側となる括れ部４の下端から最も括れる部分に向けて円弧状で滑らかに窄まる下側絞部４ａを有するため、前記応力を冷やし嵌め部２から下部炉心支持板２２側に逃がすので、括れ部４を設けていない場合と比較して、下部炉心支持板２２の凹部２２ａに埋め込まれる冷やし嵌め部２の外径を小さく形成することが可能になる。このため、下部炉心支持板２２に設けられる連通孔２３に対して冷やし嵌め部２が離隔される。この結果、下部炉心支持板２２の強度を確保しつつ、例えば、３００［ｍｍ］〜５００［ｍｍ］の板厚の下部炉心支持板２２に、燃料案内ピン１を貫通させることなく埋め込み固定することが可能になる。すなわち、強度が確保された下部炉心支持板２２を得ることが可能になる。

さらに、上述した燃料案内ピン１が取り付けられた下部炉心支持板２２を有する本実施の形態の原子炉１００によれば、冷やし嵌め部２とピン部３との間に括れ部４を設けることにより、当該括れ部４に対してピン部３に掛かる応力が集中する。そして、冷やし嵌め部２側となる括れ部４の下端から最も括れる部分に向けて円弧状で滑らかに窄まる下側絞部４ａを有するため、前記応力を冷やし嵌め部２から下部炉心支持板２２側に逃がすので、括れ部４を設けていない場合と比較して、下部炉心支持板２２の凹部２２ａに埋め込まれる冷やし嵌め部２の外径を小さく形成することが可能になる。このため、下部炉心支持板２２に設けられる連通孔２３に対して冷やし嵌め部２が離隔される。この結果、下部炉心支持板２２の強度を確保しつつ、例えば、３００［ｍｍ］〜５００［ｍｍ］の板厚の下部炉心支持板２２に、燃料案内ピン１を貫通させることなく埋め込み固定することが可能になる。すなわち、強度が確保された下部炉心支持板２２を有する信頼性の高い原子炉１００を得ることが可能になる。

以上のように、本発明に係る燃料案内ピン、燃料案内ピンの取付方法、炉心板、および原子炉は、炉心板の強度を確保しつつ、炉心板に燃料案内ピンを埋め込み固定することに適している。

１ 燃料案内ピン
２ 冷やし嵌め部
２ａ 下端面
３ ピン部
４ 括れ部
４ａ 下側絞部
４ｂ 上側絞部
５ 鍔部
６ 雄ネジリング部材
６ａ 雄ネジ
６ｂ 係合部
７ 空気抜孔
８ 溶接
２２ 下部炉心支持板（炉心板）
２２ａ 凹部
２２ｂ 座
２２ｃ 底
２２ｄ 雌ネジ凹部
２３ 連通孔
３１ 燃料集合体（燃料）
１００ 原子炉

Claims (9)

1. 炉心板に設けられた有底の凹部に挿入されて冷やし嵌めにより固定される冷やし嵌め部と、
   前記冷やし嵌め部の上側に設けられて前記炉心板の上面より突出しつつ前記炉心板に装荷される燃料が挿入されるピン部と、
   前記冷やし嵌め部と前記ピン部との間に設けられて前記ピン部の外径よりも小径に括れて形成され、前記冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有する括れ部と、
   を備えることを特徴とする燃料案内ピン。
2. 前記括れ部の下側に連続して径外方向に延在して設けられ、前記冷やし嵌め部の固定に伴って前記凹部の開口外縁に当接する鍔部を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料案内ピン。
3. 前記冷やし嵌め部は、挿入時に前記凹部の底から離隔する長さで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料案内ピン。
4. 前記ピン部を挿入しつつ前記炉心板に設けられた雌ネジ凹部に螺合して、前記冷やし嵌め部を前記凹部に押圧する雄ネジリング部材を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料案内ピン。
5. 前記冷やし嵌め部を貫通して前記凹部の内外に開口して設けられ、前記冷やし嵌め部の膨張時に前記凹部内の空気を抜く空気抜孔を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料案内ピン。
6. 冷やし嵌め部とピン部との間に、前記ピン部の外径よりも小径に括れて設けられ、前記冷やし嵌め部側から最も括れる部分に向けて滑らかに窄まる下側絞部を有する括れ部が形成された燃料案内ピンを、炉心板に取り付ける燃料案内ピン取付方法であって、
   冷却した前記冷やし嵌め部を前記炉心板に設けられた有底の凹部に挿入する工程と、
   前記冷やし嵌め部が膨張して前記凹部に固定された後、前記炉心板に設けられた雌ネジ凹部に、前記ピン部を挿入した雄ネジリング部材を螺合して前記冷やし嵌め部を前記凹部内に押圧する工程と、
   を含むことを特徴とする燃料案内ピン取付方法。
7. 前記雄ネジリング部材を前記雌ネジ凹部に螺合した後、前記炉心板と前記雄ネジリング部材とを溶接して固定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の燃料案内ピン取付方法。
8. 燃焼集合体が配置される炉心板であって、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料案内ピンが取り付けられていることを特徴とする炉心板。
9. 燃料集合体が装荷される原子炉であって、
   前記燃焼集合体が配置される炉心板に、請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料案内ピンが取り付けられていることを特徴とする原子炉。

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