JP2016065761A - 燃料チャンネルボックスの製造方法、燃料集合体及びそれを装荷する沸騰水型原子炉の炉心 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料チャンネルボックスの板厚に係らず、クリップ溶接部の腐食を低減し得る燃料チャンネルボックスの製造方法を提供する。【解決手段】ジルカロイ板材５０Ａを横断面Ｕ字状に形成し、Ｕ字状に形成された２つのジルカロイ板材５０Ｂを溶接し角筒管状の燃料チャンネルボックス５０Ｃを形成する。そして、２つのＵ字状に形成された２つの板材が溶接された角筒管状の燃料チャンネルボックス５０Ｃの１つの角部を、冷却用位置決め治具５４Ａに挿入する工程と、冷却用位置決め治具５４Ａに接触する１つの角部に、燃料チャンネルボックス５０Ｃの板厚より薄いクリップ５１Ａを載置し位置決めする工程と、位置決めされたクリップ５１Ａを溶接により燃料チャンネルボックス５０Ｃに接合する工程とを備える【選択図】 図１０

Description

本発明は、燃料チャンネルボックスに係り、クリップ溶接の腐食を低減し、生産性を向上し得る燃料チャンネルボックスの製造方法、燃料集合体及びそれを装荷する沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心に関する。

国内の沸騰水型原子力発電所において、燃料チャンネルボックスのクリップ溶接部に腐食による欠損が確認された。この欠損は入熱量（電流×電圧÷溶接速度）が高いクリップ溶接による溶接部の耐食性低下が原因であると推定されている。

クリップ溶接は、原子炉内での隙間腐食対策として完全溶け込み溶接としており、燃料との取り合いから溶接の裏波量も制限している。また、燃料チャンネルボックスは、薄板のジルコニウムを使用しており、溶接による溶け落ちにも注意し、安定した溶接とする必要がある。これらの要求を満足させるため、結果的に高い入熱量の溶接となり、溶接部の耐食性が低下してしまった。これらを解決するため、低入熱量の溶接を実現させる溶接設備の開発、低入熱量となる溶接条件の選定を進めている。

従来の燃料チャンネルボックスとして特許文献１がある。特許文献１では、ジルコニウム合金板材を成形溶接して角筒管とした後、角筒管の燃料チャンネルボックスの開口側端部にクリップを溶接し、金属アルコキシド含有溶液に接触させることにより、燃料チャンネルボックスの内面及び外面に金属酸化膜を形成している。なお、特許文献１では、角筒管を形成するジルコニウム合金板材よりクリップを形成し、このクリップを角筒管の端部に溶接するものであり、燃料チャンネルボックスの板厚（角筒管の板厚）とクリップの板厚は同じ板厚となる。角筒管の外形にクリップの溶接面の外周を合わせ位置決めすることで、安定したクリップ溶接を実現している。

また、東日本大震災を受け、巨大地震動による燃料チャンネルボックスの変形を防止するため、燃料チャンネルボックスの板厚を増大することも検討している。すなわち、燃料チャンネルボックスを厚肉化する可能性がある。

特開２００１−９９９７０号公報

上述のように、今後、燃料チャンネルボックスは厚肉化（板厚増大）する方向である。しかしながら、特許文献１のように、燃料チャンネルボックスの板厚とクリップの板厚を同一とするものでは、クリップの板厚方向に完全溶け込み溶接する場合、チャンネルボックスの板厚増加に伴う入熱量の増加は避けられず、燃料チャンネルボックスのクリップ溶接部に、腐食による欠損が生じる可能性がある。

本発明は、燃料チャンネルボックスの板厚に係らず、クリップ溶接部の腐食を低減し得る燃料チャンネルボックスの製造方法を提供することにある。

また、本発明は、燃料集合体を構成する燃料チャンネルボックスの板厚に係わらず、クリップ溶接部の欠損を低減し、炉心への燃料集合体の挿抜時における信頼性を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する沸騰水型原子炉の炉心を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の燃料チャンネルボックスの製造方法は、ジルカロイ板材を横断面Ｕ字状に形成し、当該Ｕ字状に形成された２つのジルカロイ板材を溶接し角筒管状の燃料チャンネルボックスを形成する燃料チャンネルボックスの製造方法であって、（１）前記２つの板材が溶接された角筒管状の燃料チャンネルボックスの１つの角部を、冷却用位置決め治具に挿入する工程と、（２）前記冷却用位置決め治具に接触する１つの角部に、前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いクリップを載置し位置決めする工程と、（３）前記位置決めされたクリップを溶接により前記燃料チャンネルボックスに接合する工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の燃料集合体は、被覆管内に核燃料物質が充填された複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の上端部を保持し、上面の外周部に立設する円柱状の１本のポストを有する上部タイプレートと、前記複数の燃料棒の下端部を保持する下部タイプレートと、前記複数の燃料棒を横断面上で格子状に配置するスペーサと、前記複数の燃料棒、上部タイプレート、下部タイプレート及びスペーサを収容する角筒状の燃料チャンネルボックスと、を備え、前記燃料チャンネルボックスの開口端部には、対角線上の２つの角部に溶接により接合されるクリップを有し、前記一方のクリップに形成された貫通孔を前記上部タイプレートのポストが貫通すると共に、前記２つのクリップの板厚は前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いことを特徴とする。

また、本発明の沸騰水型原子炉の炉心は、被覆管内に核燃料物質が充填された複数の燃料棒を燃料チャンネルボックス内に収容する燃料集合体を、複数体格子状に配列し装荷する沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料チャンネルボックスの開口端部には、対角線上の２つの角部に溶接により接合されるクリップを有し、前記２つのクリップの板厚は前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いことを特徴とする。

本発明によれば、燃料チャンネルボックスの板厚に係らず、クリップ溶接部の腐食を低減し得る燃料チャンネルボックスを提供でき、燃料チャンネルボックスの生産性を向上することが可能となる。

また本発明によれば、燃料チャンネルボックスの板厚に係わらず、クリップ溶接部の欠損を低減し、炉心への燃料集合体の挿抜時における信頼性を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する沸騰水型原子炉の炉心を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

沸騰水型原子力プラントの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る燃料集合体の縦断面図である。 図２に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面図である 図２に示す燃料棒の被覆管を示す断面斜視模式図である。 図２に示すウォータロッドの被覆管を示す断面斜視模式図である。 図２に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図である。 図６に示す本発明の一実施形態に係る燃料チャンネルボックスの概略製造工程を示す図である。 本発明の一実施例に係る実施例１の燃料チャンネルボックスの板厚とクリップ溶接の入熱量との関係を従来例と共に示す図である。 本発明の一実施例に係る実施例１の孔無しクリップと角筒管との配置関係を示す図である。 本発明の一実施例に係る実施例１の孔有りクリップの位置決め工程の説明図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の孔無しクリップと角筒管との配置関係を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の孔有りクリップの位置決め工程の説明図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の孔無しクリップと角筒管との配置関係を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の孔有クリップの位置決め工程の説明図である。

本発明の発明者らは、完全溶け込み溶接を必要とするクリップ溶接の入熱量が、Ｈ＝６０×Ｅ×Ｉ／ｖ（Ｊ／ｃｍ）、ここで、Ｈは完全溶け込み溶接における入熱量、Ｅはアーク電圧、Ｉはアーク電流、ｖは溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）の関係に鑑み、鋭意研究の結果、クリップの板厚を燃料チャンネルボックスの板厚より小さくすることにより、入熱量を低減し、クリップ溶接部における腐食による欠損を低減し得るという新たな知見を得たものである。以下、本発明の燃料チャンネルボックスを用いた燃料集合体が装荷される沸騰水型原子炉について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る燃料チャンネルボックスを用いた沸騰水型原子力プラントの概略構成図を示す。沸騰水型原子力プラント１は、原子炉２及び原子炉格納容器３を備えている。原子炉格納容器３は、原子炉建屋４内に設置されて、上端部に原子炉格納容器上蓋５が取り付けられて密封されている。原子炉格納容器３は、内部に形成されたドライウェル６、及び冷却水が充填された圧力抑制プールが内部に形成された圧力抑制室（ウェットウェル）７を有する。ドライウェル６に連絡されるベント通路８の一端が、圧力抑制室７内の圧力抑制プールの冷却水中に浸漬されている。原子炉格納容器上蓋５の真上に複数に分割された放射線遮蔽体であるシールドプラグ９が配置され、これらのシールドプラグ９が、原子炉建屋４の運転床２９に設置されている。

原子炉建屋４には、原子炉格納容器３が内部に設置されており、この原子炉格納容器３の上部には、原子炉停止時に原子炉圧力容器１１の蓋を開けて燃料集合体１６を取り出し、隣接する使用済燃料貯蔵プール２８へ移す際に通すプールであって、放射線の遮蔽等のために水を張るための原子炉ウェル２６が設けられている。なお、燃料集合体１６の取り出し及び使用済燃料プール２８への移送は、燃料交換機３０にて行われる。さらに、この原子炉ウェル２６を挟み込むように、ドライヤ・セパレータプール２７及び使用済みの燃料を一時的に保管する使用済燃料貯蔵プール２８が設けられている。ドライヤ・セパレータプール２７は、定期検査時に蒸気乾燥器１４や気水分離器１３といった炉内構機器を仮置きする場所として使われる。

原子炉２、原子炉圧力容器上蓋１０が取り付けられて構成される原子炉圧力容器１１、核燃料物質を含む複数の燃料集合体１６が装荷された炉心１２、蒸気乾燥器１４及び気水分離器１３を備えている。炉心１２、蒸気乾燥器１４及び気水分離器１３は原子炉圧力容器１１内に配置される。原子炉圧力容器１１内に設置された炉心シュラウド１５が、炉心１２を取り囲んでいる。炉心１２内に装荷された各燃料集合体１６は、下端部が炉心支持板１７によって支持され、上端部が上部格子板１８によって保持される。気水分離器１３は炉心１２の上端部に位置する上部格子板１８よりも上方に配置され、蒸気乾燥器１４が気水分離器１３の上方に配置される。ここで、燃料集合体１６は、図示しない核燃料物質として例えばＭＯＸ燃料のペレットを、ステンレス製の被覆管内にその軸方向に複数充填された燃料棒を有する。複数の燃料棒を横断面四角形状のチャンネルボックス内に正方格子状に配列して燃料集合体１６が形成されている。

複数の制御棒案内管１９が炉心１２の下方に配置され、複数の制御棒案内管１９を含むサポートシリンダが形成されている。炉心１２内の燃料集合体１６間に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒２０が、各制御棒案内管１９内に配置されている。複数の制御棒駆動機構ハウジング２１が、原子炉圧力容器１１の下鏡２２に取り付けられている。制御棒駆動機構（図示せず）が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング２１内に設置され、制御棒案内管１９内の制御棒２０と連結されている。原子炉圧容器１１内に設置された蒸気乾燥器１４、気水分離器１３、炉心シュラウド１５、上部格子板１８、炉心支持板１７、サポートシリンダ、制御棒案内管１９、炉心シュラウド下部胴は、炉内構造物である。

原子炉圧力容器１１は、原子炉格納容器３内の底部に設けられたコンクリートマット２３上に設けられた筒状のペデスタル２４上に据え付けられている。筒状のγ線遮蔽体２５が、ペデスタル２４の上端に設置され、原子炉圧力容器１１を取り囲んでいる。

ここで、燃料集合体１６の構成を説明する。図２に示すように、燃料集合体１６は、上部タイプレート３１、下部タイプレート３２、これらのタイプレートに両端が保持されている複数の燃料棒３３、ウォータロッド３４、これらの燃料棒を束ねる燃料支持格子（スペーサ）３５、及び、燃料支持格子３５により束ねられている燃料棒束を取り囲み上部タイプレート３１に取り付けられた燃料チャンネルボックス３６を備えている。上部タイプレート３１にはハンドル３８が締結されており、ハンドル３８を吊り上げると、燃料集合体１６全体を引き上げることができる。燃料棒としては、その一部に高さが上部タイプレート３１まで達しない部分長燃料棒３７が採用される場合がある。すなわち、部分長燃料棒３７は、上部タイプレート３１へ達する全長燃料棒３３よりも内部に充填される燃料有効長が短い燃料棒である。また、上部タイプレート３１には、後述するクリップの孔を貫通し、このクリップを介して燃料チャンネルボックス３６と接続される１本のポスト３９が設けられている。

図３に示すように、横断面角筒状の燃料チャンネルボックス３６内に、全長燃料棒３３、部分長燃料棒３７及びウォータロッド３４が正方格子状に束ねて収容されている。ここでは、燃料チャンネルボックス３６の横断面略中央部に２本のウォータロッド３４を配し、各ウォータロッド３４を４本の全長燃料棒３３が配置可能な格子領域に配置した例を示している。

原子炉２の炉心１２において、燃料集合体１６は、炉心支持板１７及び上部格子板１８で支持され、円筒形の炉心シュラウド１５に囲まれている。冷却水は、下方より、燃料支持金具のオリフィス及び燃料集合体１６の下部タイプレート３２を経由して角筒状の燃料チャンネルボックス３６内に流入し、燃料棒３３により熱せられて、沸騰により蒸気を発生し、気液二相流となる。

図４に図２に示す全長燃料棒３３における燃料被覆管を示す断面斜視模式図を示し、図５にウォータロッド３４の被覆管を示す断面斜視模式図を示す。図４に示す燃料被覆管４１は、例えば、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材を基材とし、表面には適切な耐環境遮蔽被覆が施されている。端栓４４はＳｉＣ強化繊維からなる焼結セラミックス、もしくはＺｒ合金で作製されている。燃料被覆管４１は、外径が１１ｍｍ程度、管の厚さが１ｍｍ程度である。端栓４４は中実の棒である。燃料被覆管４１内には、燃料ペレット４２が収容され、上部タイプレート３１に保持される一方の端栓４４側には、一端が当該端栓４４の底部に接続され他端が燃料被覆管４１内に収容される燃料ペレット４２の最上部を抑えるよう配置されたプレナムスプリング４３が備えられている。また、上部タイプレート３１には、ねじが切られた円柱状のポスト３９が１本のみ形成されている。ポスト３９は、後述する孔有りクリップの孔を貫通しクリップにネジ止めされる。従って、燃料チャンネルボックス３６はこのポスト３９のみにより上部タイプレート３１に接続されている。

また、図５に示すウォータロッド３４は、冷却水をその内部に通流する中空管４５、下部タイプレート３２及び上部タイプレート３１に保持される端栓４６、中空管４５は軸方向中央部の径より小さい径となる領域４７を有する。中空管４５は、例えば、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材を基材とし、表面には適切な耐環境遮蔽被覆が施されている。端栓４６はＳｉＣ強化繊維からなる焼結セラミックス、もしくはＺｒ合金で作製されている。

図６に、図２に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図を示す。図６において、上述の通り孔有りクリップ５１の孔を貫通するポスト３９及び上部タイプレート３１は、説明の便宜上省略している。図６に示すように、原子炉２の炉心１２に格子状に装荷される燃料集合体１６のうち、４体の燃料集合体１６の中央部に横断面が略十字状の制御棒２０が配設されるとともに、中性子束を検出するために複数個の局部出力領域モニタが配置されている。

また、ジルカロイ製の角筒管（燃料チャンネルボックス）５０Ｃは、制御棒２０と対峙する２つの側面の上端部に炉心１２内で隣接する燃料集合体１６との間隔を維持するため、上記２つの側面の上端部付近にチャンネルスペーサ４８が溶接にて取り付けられている。角筒管（燃料チャンネルボックス）５０Ｃの開口上端部には、対角線上の２つの角部に、ジルカロイ製の孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２が溶接にて取付けられている。これら孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２は、角筒管（燃料チャンネルボックス）５０Ｃに対し炉心１２の径方向、すなわち、燃料集合体１６の軸方向に対し垂直な方向に生じる応力に対抗するための補強材として機能する。また、上述のとおり、孔有りクリップ５１は、上部タイプレート３１に形成されたポスト３９を介して、上部タイプレート３１を角筒管５０Ｃに接続する機能を有する。ここで、本発明の孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２の板厚は、角筒管５０Ｃの板厚よりも薄い。なお、これら、孔有りクリップ５１の形状、板厚等の詳細については実施例にて後述する。

図７に、本発明の一実施形態に係る燃料チャンネルボックスの概略製造工程を示す。まず、図７の最上部の図面に示すように、ジルカロイ製の平板であるジルカロイ板材５０Ａを準備する（工程１）。ここで、ジルカロイ板材５０Ａの板厚は、数ｍｍ程度である。次に、プレス加工にてジルカロイ板材５０Ａを、巨視的には横断面コ字状、微視的には横断面Ｕ字状に加工する（工程２）。以下では横断面Ｕ字状として説明する。工程２により、横断面Ｕ字状のジルカロイ板材５０Ｂを２枚形成する。その後、これら２枚の横断面Ｕ字状のジルカロイ板材５０Ｂを溶接にて接合し、角筒管５０Ｃを形成する（工程３）。角筒管５０Ｃの２つの側面の上端部付近にチャンネルスペーサ４８を溶接にて接合する。また角筒管５０Ｃの開口上端部の対角線方向の２つの角部、すなわち、対角線上の２つの角部にそれぞれ、孔有りクリップ５１、孔無しクリップ５２を位置決めし、完全溶け込み溶接にて角筒管５０Ｃに孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２を接合し燃料チャンネルボックスを形成する（工程４）。なお、工程４において、チャンネルスペーサ４８と、孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２の溶接による接合順は、逆の順番に行ってもかまわない。

このように形成される角筒管５０Ｃの板厚よりも薄い孔有りクリップ５１及び孔無しクリップ５２を有する本発明の一実施形態による燃料集合体１６によれば、クリップ溶接部の欠損が低減されることにより、炉心１２から燃料集合体１６を引き抜く場合において、孔有りクリップ５１が剥離し、上部タイプレート３１及び下部タイプレート３３間に保持される燃料棒３３、部分長燃料棒３７及びウォータロッド３４より角筒管５０Ｃが脱落することを防止でき、信頼性の高い燃料集合体を実現できる。

また、このような燃料集合体１６を沸騰水型原子炉の炉心１２に装荷することにより、例えば、炉心１２より燃料集合体１６を引き抜く場合において、上述のとおり孔有りクリップ５１が剥離し、角筒管５０Ｃと共に炉心１２に残存する（ルースパーツ）事態を防止でき、高信頼な沸騰水型原子炉の炉心を実現することができる。

以下、図面を用いて、孔有りクリップ５１の形状及び孔有りクリップ５１の位置決めの詳細に関する本発明の実施例について説明する。

図９に、本発明の実施例１に係る孔無しクリップ５２Ａと角筒管５０Ｃとの配置関係を示す。図９に示すように、角筒管５０Ｃの角部の内側には、溶接時における冷却機能を兼ねる冷却用位置決め治具５４Ａが配置され、冷却用位置決め治具５４Ａ上に孔無しクリップ５２Ａ及びこの孔無しクリップ５２Ａの略三角形状の頂角部を模した切り欠き部を有する位置決め治具（第２のクリップ位置決め治具）５３が配置される。図９に示すように、位置決め治具５３の切り欠き部は、孔無しクリップ５２Ａの略三角形状の頂角部と角筒管５０Ｃの上端部上で嵌合し、冷却用位置決め治具５４Ａと協働し孔無しクリップ５２Ａを位置決めする。

孔無しクリップ５２Ａは、ジルカロイ製の略三角形状の平板であり、その頂角部に対向する底辺部の両端部が切り欠かれ段差状をなしている。また、孔無しクリップ５２Ａの底辺部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔無しクリップ５２Ａの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ａに設けられた段差部と当接可能となっている。孔無しクリップ５２Ａの板厚Ｔ１、角筒管５０Ｃの板厚Ｔ２は、Ｔ１／Ｔ２＝１／２の関係にある。また、孔無しクリップ５２Ａの角筒管５０Ｃの上端部に溶接により接合される接合面の幅ＷはＴ１と等しい。すなわち、接合面の幅Ｗは角筒管５０Ｃの板厚の１／２となる。

ここで、図８に、燃料チャンネルボックス（角筒管）の板厚（Ｔ２）とクリップ溶接の入熱量との関係を従来例と共に示す。横軸に燃料チャンネルボックス（角筒管５０Ｃ）の板厚Ｔ２（ｍｍ）、縦軸にクリップ溶接の入熱量（Ｊ／ｃｍ）を取り、丸印及び三角印が従来のクリップによる値、ひし形印が本実施例の孔無しクリップ５２Ａによる値を示している。本実施例の孔無しクリップ５２Ａの板厚Ｔ１は２．０５ｍｍで固定とし、従来のクリップの板厚（Ｔ１）は燃料チャンネルボックスの板厚（Ｔ２）と同一としている。

図８に示すように、従来のクリップでは、クリップの板厚Ｔ１が２．０５ｍｍ・燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が２．０５ｍｍで、入熱量７０００Ｊ／ｃｍの時、クリップ溶接部における欠損は生じず。また、クリップの板厚Ｔ１が２．５４ｍｍ・燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が２．５４ｍｍで、入熱量９０００Ｊ／ｃｍの時、クリップ溶接部における欠損は確認されず、同一の板厚で入熱量１６００Ｊ／ｃｍでは、クリップの溶接部における欠損が確認された。また、クリップの板厚Ｔ１が３．０５ｍｍ・燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が３．０５ｍｍで、入熱量１１０００Ｊ／ｃｍの時、クリップ溶接部における欠損は確認されなかった。

これに対し、本実施例では、クリップの板厚Ｔ１が２．０５ｍｍ・燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が２．５４ｍｍで、入熱量７０００Ｊ／ｃｍでクリップの溶接部における欠損は確認されず、更にクリップの板厚Ｔ１が２．０５ｍｍ・燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が３．０５ｍｍで、入熱量７０００Ｊ／ｃｍでもクリップの溶接部における欠損は確認されなかった。

上述のとおりクリップを完全溶け込み溶接するためには、板厚方向にクリップを溶かす必要があり、従来のクリップの場合、燃料チャンネルの板厚Ｔ２の増大に伴いクリップの板厚Ｔ１も増大させる必要がある。クリップの板厚Ｔ１が増大すれば、それに応じて入熱量も増大させる必要が生じる。しかし、本実施例によれば、クリップの板厚Ｔ１を２．０５ｍｍに一定とし、燃料チャンネルボックスの板厚Ｔ２が２．５４ｍｍ、３．０５ｍｍと増大しても入熱量は同一で、７０００Ｊ／ｃｍと低入熱量での完全溶け込み溶接が可能となることが図８よりわかる。従って、本実施例によれば、クリップ溶接部における欠損の発生を低減できる。

なお、孔無しクリップ５２Ａ及び孔有りクリップ５１Ａの板厚Ｔ１が１ｍｍ以下となると、溶接による接合強度上の問題はないものの、溶接作業の難易度が飛躍的に向上する。従って、孔無しクリップ５２Ａ及び孔有りクリップ５１Ａの板厚Ｔ１は、１ｍｍより厚くすることが好ましい。また、燃料チャンネルボックス（角筒管５０Ｃ）の板厚Ｔ２を最大３．０５ｍｍとした場合、１／３≦Ｔ１／Ｔ２≦４／５とするのが好ましく。作業性を考慮するとＴ１／Ｔ２＝１／２とするのが望ましい。また、Ｗ＜Ｔ２とするのが好ましく、Ｗ１＝Ｔ１とするのが望ましい。

図１０に、本発明の実施例１の孔有りクリップの位置決め工程を示す。図１０において、左側に正面図を、右側に正面図のＡ―Ａ断面矢視図を示す。

図１０（ａ）に示すように、略三角柱状の形状を有する冷却用位置決め治具５４Ａに角筒管５０Ｃを挿入する。正面図及び断面図に示すように、冷却用位置決め治具５４Ａは、略三角形状の頂角に対向する底辺側に、雌ねじが切られた開孔を有し、その開孔が位置する上方に段差が形成されている。冷却用位置決め治具５４Ａに角筒管５０Ｃを挿入することにより、角筒管５０Ｃの自重により、冷却用位置決め治具５４Ａに自己整合的に角筒管５０Ｃが位置決めされる（セルフアライメント）。

次に、図１０（ｂ）に示すように、孔有りクリップ５１Ａを冷却用位置決め治具５４Ａ及び角筒管５０Ｃの上端部に載置する。ここで孔有りクリップ５１Ａは、ジルカロイ製の略三角形状の平板であり、その頂角部に対向する底辺部の両端部が切り欠かれ段差状を成し、ポスト３９が貫通しねじ止め可能とする孔を備えている。また、孔有りクリップ５１Ａの底辺部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔有りクリップ５１Ａの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ａに載置されるとき、冷却用位置決め治具に５４Ａに設けられた段差部と当接する。続いて、孔有りクリップ５１Ａの上方に角筒管５０Ｃの上端部に係るよう位置決め治具（第２のクリップ位置決め治具）５３を載置する。位置決め治具５３の切り欠き部は、孔有りクリップ５１Ａの略三角形状の頂角部と角筒管５０Ｃの上端部上で嵌合し、孔有りクリップ５１Ａは冷却用位置決め治具５４Ａと位置決め治具５３により位置決めされる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、略三角形状の板状をなしその底辺付近中央部に雄ねじを有するねじ付き板状押圧部材５５を取付ける。このとき、ねじ付き板状押圧部材５５の雄ねじは、冷却用位置決め治具５４Ａに設けられた雌ねじが切られた開口にネジ止めされる。これにより、位置決めされた孔有りクリップ５１Ａは、冷却用位置決め治具５４Ａ及び角筒管５０Ｃの上端部に固定される。

続いて、図１０（ｄ）に示すように、位置決め治具（第２のクリップ位置決め治具）５３を取り外し、孔有りクリップ５１Ａを角筒管５０Ｃの上端部に溶接により取り付ける。

図１０（ｅ）に示すように、孔有りクリップ５１Ａが完全溶け込み溶接にて角筒管５０Ｃの上端部に接合した後、ねじ付き板状押圧部材５５を取り外す。

なお、孔有りクリップ５１Ａの対角線方向に取り付けられる孔無しクリップ５２Ａは、図１０（ｅ）に示す工程後、角筒管５０Ｃを１８０°回転し、図１０（ａ）から図１０（ｅ）に示す工程を繰り返すことにより、角筒管５０Ｃの上端部に完全溶け込み溶接にて取付ける。

本実施例によれば、角筒管５０Ｃの板厚より薄い板厚を有する孔有りクリップ５１Ａ及び孔無しクリップ５２Ａを、各筒管５０Ｃの上端部に高精度に位置決めでき、燃料チャンネルボックスの生産性を向上できる。なお、本実施例によれば、角筒管５０Ｃの板厚の増大に係わらず、薄い１種類の板厚のクリップを使用することが可能となり、更なる生産性の向上が図られる。

また、本実施例によれば、孔有りクリップ５１Ａ及び孔無しクリップ５２Ａの溶接時、低入熱量とすることが可能となり、クリップ溶接部における腐食による欠損を低減できる。

図１１に本発明の実施例２の孔無しクリップ５２Ａと角筒管５０Ｃとの配置関係を示し、図１２に本発明の実施例２の孔有りクリップ５１Ａの位置決め工程を示す。実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付している。本実施例では、冷却用位置決め治具の形状を、略三角柱状の形状に替えて略四角（台形）柱状とし、冷却用位置決め治具のみを用いて孔有りクリップ５１Ａ及び孔無しクリップ５２Ｂを位置決め可能とした点が実施例１と異なる。その他の点については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、冷却用位置決め治具５４Ｂは、横断面が略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状の柱状体をなしている。横断面が略台形状の冷却位置決め用治具５４Ｂの２つの脚部、すなわち冷却用位置決め治具５４Ｂの両端部が、角筒管５０Ｃの内面と接触する。また、冷却用位置決め治具５４Ｂの略中央部には、雌ねじが切られた開孔を有し、その開孔の角筒管５０Ｃの角部に向かう方向側に段差が形成されている。

孔無しクリップ５２Ａは、ジルカロイ製の略三角形状の平板であり、その頂角部に対向する底辺部の両端部が切り欠かれ段差状をなしている。また、孔無しクリップ５２Ａの底辺部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔無しクリップ５２Ａの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ａに設けられた段差部と当接可能となっている。

図１２（ａ）に示すように、横断面略台形状の柱状体をなす冷却用位置決め治具５４Ｂに角筒管５０Ｃを挿入する。冷却用位置決め治具５４Ｂに角筒管５０Ｃを挿入することにより、角筒管５０Ｃの自重により、角筒管５０Ｃの内面が冷却用位置決め治具５４Ｂの脚部と接触するよう自己整合的に位置決めされる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、孔有りクリップ５１Ａを冷却用位置決め治具５４Ｂ及び角筒管５０Ｃの上端部に載置する。ここで孔有りクリップ５１Ａは、ジルカロイ製の略三角形状の平板であり、その頂角部に対向する底辺部の両端部が切り欠かれ段差状をなし、ポスト３９が貫通しねじ止め可能とする孔を備えている。また、孔有りクリップ５１Ａの底辺部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔有りクリップ５１Ａの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ｂに載置されるとき、冷却用位置決め治具に５４Ｂに設けられた段差部と当接し、角筒管５０Ｃの上端部に対し孔有りクリップ５１Ａが位置決めされる。

図１２（ｃ）では、略三角形状の板状をなしその底辺付近中央部に雄ねじを有するねじ付き板状押圧部材５５を取付ける。このとき、ねじ付き板状押圧部材５５の雄ねじは、冷却用位置決め治具５４Ｂに設けられた雌ねじが切られた開口にネジ止めされる。これにより、位置決めされた孔有りクリップ５１Ａは、冷却用位置決め治具５４Ｂ及び角筒管５０Ｃの上端部に固定される。この状態で、孔有りクリップ５１Ａを角筒管５０Ｃの上端部に溶接により取り付ける。

続いて、図１２（ｄ）に示すように、孔有りクリップ５１Ａが完全溶け込み溶接にて角筒管５０Ｃの上端部に接合した後、ねじ付き板状押圧部材５５を取り外す。なお、孔有りクリップ５１Ａの対角線方向に取り付けられる孔無しクリップ５２Ａは、図１２（ｄ）に示す工程後、角筒管５０Ｃを１８０°回転し、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に示す工程を繰り返すことにより、角筒管５０Ｃの上端部に完全溶け込み溶接にて取付ける。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、１種類の冷却用位置決め治具５４Ｂにより、様々な板厚の角筒管５０Ｃに対し、孔有クリップ５１Ａ及び孔無しクリップ５２Ａを位置決めすることが可能となり、更に燃料チャンネルボックスの生産性を向上することが可能となる。また、実施例１における位置決め治具５３は不要となり、作業工程の短縮化も図られる。

図１３に本発明の実施例３の孔無しクリップ５２Ｂと角筒管５０Ｃとの配置関係を示し、図１４に本発明の実施例３の孔有りクリップ５１Ｂの位置決め工程を示す。実施例２と同一の構成要素に同一の符号を付している。本実施例では、孔無しクリップ５２Ｂ及び孔有りクリップ５１Ｂの形状を、略三角形状の平板に替えて略台形状の平板とした点が実施例２と異なる。

図１３に示すように、孔無しクリップ５２Ｂは、略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状の平板をなしている。略台形状の孔無しクリップ５２Ｂの２つの脚部が、角筒管５０Ｃの上端部に配置される。冷却用位置決め治具５４Ｂは、横断面が略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状の柱状体をなしている。横断面が略台形状の冷却位置決め用治具５４Ｂの２つの脚部、すなわち冷却用位置決め治具５４Ｂの両端部が、角筒管５０Ｃの内面と接触する。また、冷却用位置決め治具５４Ｂの略中央部には、雌ねじが切られた開孔を有し、その開孔の角筒管５０Ｃの角部に向かう方向側に段差が形成されている。また、孔無しクリップ５２Ｂは、ジルカロイ製の略台形状の平板であり、その下底部の両端部が切り欠かれ段差状をなしている。また、孔無しクリップ５２Ｂの下底部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔無しクリップ５２Ｂの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ｂに設けられた段差部と当接可能となっている。

図１４（ａ）に示すように、横断面略台形状の柱状体をなす冷却用位置決め治具５４Ｂに角筒管５０Ｃを挿入する。冷却用位置決め治具５４Ｂに角筒管５０Ｃを挿入することにより、角筒管５０Ｃの自重により、角筒管５０Ｃの内面が冷却用位置決め治具５４Ｂの脚部と接触するよう自己整合的に位置決めされる。

次に、図１４（ｂ）に示すように、孔有りクリップ５１Ｂを冷却用位置決め治具５４Ｂ及び角筒管５０Ｃの上端部に載置する。ここで孔有りクリップ５１Ｂは、ジルカロイ製の略台形状の平板であり、その下底部の両端部が切り欠かれ段差状をなし、ポスト３９が貫通すしねじ止め可能とする孔を備えている。また、孔有りクリップ５１Ｂの下底部のうち上記両端部に形成された段差部を除く部分（孔有りクリップ５１Ｂの角筒管５０Ｃの横断面中央側の側面）は、冷却用位置決め治具５４Ｂに載置されるとき、冷却用位置決め治具に５４Ｂに設けられた段差部と当接し、角筒管５０Ｃの上端部に対し孔有りクリップ５１Ｂが位置決めされる。

続いて、図１４（ｃ）では、略三角形状の板状をなしその底辺付近中央部に雄ねじを有するねじ付き板状押圧部材５５を取付ける。このとき、ねじ付き板状押圧部材５５の雄ねじは、冷却用位置決め治具５４Ｂに設けられた雌ねじが切られた開口にねじ止めされる。これにより、位置決めされた孔有りクリップ５１Ｂは、冷却用位置決め治具５４Ｂ及び角筒管５０Ｃの上端部に固定される。この状態で、孔有りクリップ５１Ｂを角筒管５０Ｃの上端部に溶接により取り付ける。

図１４（ｄ）に示すように、孔有りクリップ５１Ｂが完全溶け込み溶接にて角筒管５０Ｃの上端部に接合した後、ねじ付き板状押圧部材５５を取り外す。なお、孔有りクリップ５１Ｂの対角線方向に取り付けられる孔無しクリップ５２Ｂは、図１４（ｄ）に示す工程後、角筒管５０Ｃを１８０°回転し、図１４（ａ）から図１４（ｄ）に示す工程を繰り返すことにより、角筒管５０Ｃの上端部に完全溶け込み溶接にて取付ける。

本実施例によれば、実施例２の効果に加え、図１３に示すように実施例２と比較し、孔有りクリップ５１Ｂの溶接による接合面の長さ、すなわち、溶接距離が短くなるため溶接時間の短縮化が図られる。

また、本実施例によれば、溶接部が直線状のみとなるため溶接作業における作業性の向上も図られる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・沸騰水型原子力プラント、２・・・原子炉、３・・・原子炉格納容器、４・・・原子炉建屋、５・・・原子炉格納容器上蓋、６・・・ドライウェル、７・・・圧力抑制室、８・・・ベント通路、９・・・シールドプラグ、１０・・・原子炉力容器上蓋、１１・・・原子炉圧力容器、１２・・・炉心、１３・・・気水分離器、１４・・・蒸気乾燥器、１５・・・炉心シュラウド、１６・・・燃料集合体、１７・・・炉心支持板、１８・・・上部格子板、１９・・・制御棒案内管、２０・・・制御棒、２１・・・制御棒駆動機構ハウジング、２２・・・下鏡、２３・・・ コンクリートマット、２４・・・ペデスタル、２５・・・γ線遮蔽体、２６・・・原子炉ウェル、２７・・・ドライヤ・セパレータプール、２８・・・使用済燃料貯蔵プール、２９・・・運転床、３０・・・燃料交換機、３１・・・上部タイプレート、３２・・・下部タイプレート、３３・・・燃料棒、３４・・・ウォータロッド、３５・・・燃料支持格子、３６・・・燃料チャンネルボックス、３７・・・部分長燃料棒、３８・・・ハンドル、３９・・・ポスト、４１・・・燃料被覆管、４２・・・燃料ペレット、４３・・・プレナムスプリング、４４・・・端栓、４５・・・中空管、４６・・・端栓、４７・・・領域、４８・・・チャンネルスペーサ、５０Ａ・・・ジルカロイ板材、５０Ｂ・・・横断面Ｕ字状のジルカロイ板材、５０Ｃ・・・角筒管（燃料チャンネルボックス）、５１，５１Ａ，５１Ｂ・・・孔有りクリップ、５２，５２Ａ，５２Ｂ・・・孔無しクリップ、５３・・・位置決め治具（第２のクリップ位置決め治具）、５４Ａ，５４Ｂ・・・冷却用位置決め治具、５５・・・ねじ付き板状押圧部材

Claims (19)

1. ジルカロイ板材を横断面Ｕ字状に形成し、当該Ｕ字状に形成された２つのジルカロイ板材を溶接し角筒管状の燃料チャンネルボックスを形成する燃料チャンネルボックスの製造方法であって、
   前記２つの板材が溶接された角筒管状の燃料チャンネルボックスの１つの角部を、冷却用位置決め治具に挿入する工程と、
   前記冷却用位置決め治具に接触する１つの角部に、前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いクリップを載置し位置決めする工程と、
   前記位置決めされたクリップを溶接により前記燃料チャンネルボックスに接合する工程と、を備えることを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
2. 請求項１に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記位置決め工程は、溶接により前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの接合面の幅が、前記燃料チャンネルボックスの板厚より小さいことを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
3. 請求項２に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記位置決め工程は、前記クリップの前記燃料チャンネルボックスの横断面中央側の側面が、前記冷却用位置決め治具の表面に形成された段差と当接することで、前記クリップを位置決めすることを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
4. 請求項３に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記位置決め工程は、前記冷却用位置決め治具に形成された開口にねじ止め可能なねじを有する板状押圧部材により、前記クリップを前記冷却用位置決め治具にねじ止め固定することを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
5. 請求項４に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記板状押圧部材は略三角形状であって、前記板状押圧部材の外周部は、前記クリップの溶接部に重ならず、
   前記クリップの溶接後、前記板状押圧部材を前記冷却用位置決め治具より取り外すことを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
6. 請求項３に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの形状は、前記燃料チャンネルボックスの１つの角部の形状を模した略三角形状であることを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
7. 請求項３に記載の燃料チャンネルボックス製造方法において、
   前記クリップは略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状をなし、前記略台形状のクリップの２つの脚部を前記燃料チャンネルボックスの上端部に溶接により接合することを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
8. 請求項３に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記クリップの前記燃料チャンネルボックスに接合される領域の形状は、前記燃料チャンネルボックスの１つの角部の形状を模した略三角形状であり、
   前記クリップの頂角部と前記チャンネルボックスの上端部上で嵌合可能な切り欠き部を有する板状の第２の位置決め治具により、前記クリップを、前記冷却用位置決め治具及び前記第２の位置決め治具により位置決めすることを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
9. 請求項６または請求項７に記載の燃料チャンネルボックスの製造方法において、
   前記冷却用位置決め治具の横断面は、略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状を成し、前記横断面が略台形状の冷却用治具の２つの脚部が、前記角筒管状の燃料チャンネルボックスの内面と接触することを特徴とする燃料チャンネルボックスの製造方法。
10. 被覆管内に核燃料物質が充填された複数の燃料棒と、
    前記複数の燃料棒の上端部を保持し、上面の外周部に立設する円柱状の１本のポストを有する上部タイプレートと、
    前記複数の燃料棒の下端部を保持する下部タイプレートと、
    前記複数の燃料棒を横断面上で格子状に配置するスペーサと、
    前記複数の燃料棒、上部タイプレート、下部タイプレート及びスペーサを収容する角筒状の燃料チャンネルボックスと、を備え、
    前記燃料チャンネルボックスの開口端部には、対角線上の２つの角部に溶接により接合されるクリップを有し、
    前記一方のクリップに形成された貫通孔を前記上部タイプレートのポストが貫通すると共に、前記２つのクリップの板厚は前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いことを特徴とする燃料集合体。
11. 請求項１０に記載の燃料集合体において、
    前記燃料チャンネルボックスの開口端部に接合される前記クリップの接合面の幅は、前記燃料チャンネルボックスの板厚より小さいことを特徴とする燃料集合体。
12. 請求項１１に記載の燃料集合体において、
    前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの形状は、前記燃料チャンネルボックスの１つの角部の形状を模した略三角形状であることを特徴とする燃料集合体。
13. 請求項１１に記載の燃料集合体において、
    前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの形状は、略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状をなし、前記略台形状のクリップの２つの脚部が前記燃料チャンネルボックスの上端部に接合されることを特徴とする燃料集合体。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の燃料集合体において、
    前記クリップの板厚をＴ１、前記燃料チャンネルボックスの板厚をＴ２としたとき、
    １／３≦Ｔ１／Ｔ２≦４／５ となることを特徴とする燃料集合体。
15. 請求項１２または請求項１３に記載の燃料集合体において、
    前記クリップの板厚をＴ１、前記燃料チャンネルボックスの板厚をＴ２、前記クリップの前記前記燃料チャンネルボックスの開口端部に接合される前記クリップの接合面の幅をＷとしたとき、
    Ｔ１／Ｔ２＝１／２且つ、Ｗ＝Ｔ１ となることを特徴とする燃料集合体。
16. 被覆管内に核燃料物質が充填された複数の燃料棒を燃料チャンネルボックス内に収容する燃料集合体を、複数体格子状に配列し装荷する沸騰水型原子炉の炉心において、
    前記燃料チャンネルボックスの開口端部には、対角線上の２つの角部に溶接により接合されるクリップを有し、
    前記２つのクリップの板厚は前記燃料チャンネルボックスの板厚より薄いことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
17. 請求項１６に記載の沸騰水型原子炉の炉心において、
    前記燃料チャンネルボックスの開口端部に接合される前記クリップの接合面の幅は、前記燃料チャンネルボックスの板厚より小さいことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心
18. 請求項１７に記載の沸騰水型原子炉の炉心において、
    前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの形状は、前記燃料チャンネルボックスの１つの角部の形状を模した略三角形状であることを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
19. 請求項１７に記載の沸騰水型原子炉の炉心において、
    前記燃料チャンネルボックスに接合される前記クリップの形状は、略三角形状の頂角部を切り欠いた略台形状をなし、前記略台形状のクリップの２つの脚部が前記燃料チャンネルボックスの上端部に接合されることを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。

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