JP3399677B2 - 加圧水形原子炉用燃料集合体 - Google Patents

加圧水形原子炉用燃料集合体

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子炉に使用するための
燃料集合体に関し、特に原子炉炉心からの燃料集合体の
不用意な取り出しを阻止するための加圧水形原子炉用燃
料集合体に対する上側タイプレート／反応ピン解離構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉は周期的に保守点検並びに燃料交
換を行う必要がある。燃料交換作業は、原子炉容器の中
に置かれている機器および装置を燃料棒を含んでいる燃
料集合体から成る炉心の上に取り出すことを必要とす
る。燃料交換作業中において除去する必要がある幾つか
の機器は上側炉心の内部支持構造物であり、その最下位
部分は上側炉心支持板を含んでいる。燃料交換作業中に
おいては上側炉心板を含む上側炉心支持構造物が取り外
され、関連した燃料の交換作業が行われ、その後で上側
炉心板が再び設置される。
【０００３】上側炉心支持板は、下側炉心支持板におけ
る所定の位置にその下端が配置されている燃料集合体の
上部を燃料集合体が互いに平行になるように整列する働
きをする。上側炉心板の下側から下向きに整列ピンが延
びており、そのうちの二本が各燃料集合体の上側タイプ
レートにある二つの整列孔に挿入される。上側炉心支持
板が原子炉炉心の頂点の上で整列され燃料集合体の上に
降ろされると、整列ピンはそれぞれ整列孔の中に滑り込
み、燃料集合体の上部をその所定の位置に整列させる。
図２は、燃料集合体の上側タイプレート３７にある整列
孔を通って本来の位置に置かれている上側炉心支持板９
０の二つの整列ピン９２を示している。
【０００４】もし各燃料集合体の中に挿入すべき一方あ
るいは両方の整列ピン９３、９４と燃料集合体との間に
不整合が生ずると、曲がった整列ピンが上側タイプレー
ト３７にある整列孔３８にはまり損ない、上側タイプレ
ートにぶつかって無理に押し込まれてしまうか、上側タ
イプレートにある整列孔の中に無理にはめ込まれて固着
してしまう（図３参照）おそれがある。
【０００５】整列ピンのそのような不整合、曲がり、上
側タイプレートにある整列孔への無理な押し込み、ある
いは燃料集合体の上側タイプレートとのぶつかりは、そ
れにも拘わらず燃料集合体が原子炉容器（図示せず）の
中に互いに平行な本来の位置に置かれるので検出するこ
とはできない。燃料集合体の上側タイプレートの整列孔
内における整列ピンの固着により生じ得る問題は、次の
燃料交換作業あるいは保守点検作業で上側炉心支持板が
再び取り外されるまで通常は検出できない。別の起こり
得る問題は、燃料集合体の不用意な持ち上げが生ずるこ
とである。
【０００６】次回の燃料交換作業において、上側炉心支
持板が燃料取出しの準備作業中に持ち上げられ、それと
ともに曲がった整列ピンにより上側炉心支持体に無理に
押し込まれ固着してしまっている照射済み燃料集合体も
持ち上げられるおそれがでてくる。
【０００７】このような原子炉炉心からの照射済み燃料
集合体の不用意な持ち上げおよび不安全な取り出しは、
少なくとも作業に遅れを生じ、固着した燃料集合体が安
全に解離されるまで燃料交換作業に不都合を生ずる。も
っと重大なことは、不用意に持ち上げられた燃料集合体
が別の照射済み燃料集合体の上に落下し、燃料棒の被覆
管が割れることによって、燃料棒の中から核分裂生成物
が放出されて安全性および健康上の問題を生ずるおそれ
のあることである。原子炉の燃料交換作業中においては
一次冷却系統は閉鎖系統となっていないので、核分裂生
成物の放出を一次冷却系統内に抑えることができなくな
る。従って核分裂生成物は格納建屋の中に放出されてし
まうおそれがある。
【０００８】燃料集合体が上側炉心支持板の整列ピンに
固着あるいは粘着したときの燃料集合体の不用意な持ち
上げは、もし固着した燃料集合体の重量と上側炉心支持
板および上側炉心内容物の重量との総計が上側炉心支持
板および上側炉心内容物に対する最大許容重量内にある
ときには検出できない。燃料集合体の不用意な持ち上げ
は更に他の手順上のあるいは作業上の制限を守ったとし
ても検出できない。同様に水中の照明器具およびカメラ
の使用はこれらの器具に故障および／又は誤操作を生じ
易く、従ってそのような器具の設置および使用は、固着
したピンおよび燃料集合体の持ち上げの検出を保証しな
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は燃料集
合体の不用意な持ち上げが生じないようにすることにあ
る。
【００１０】本発明の別の課題は、上側炉心支持板の無
理な押し込みにより固着した整列ピンによる原子炉炉心
あるいは原子炉容器からの燃料集合体の不用意な持ち上
げおよび取り外しが生じないようにすることにある。
【００１１】本発明の更に別の課題は、固着した燃料集
合体の不用意な持ち上げ、取り出しおよび落下が生じな
いようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によればこれらの
課題は、上側タイプレート、下側タイプレート、縦方向
に延びる互いに平行な多数の燃料棒およびこれらの燃料
棒を支持するためのスペーサ格子から成る加圧水形原子
炉用燃料集合体であって、上側タイプレートが上側炉心
支持板に関して燃料集合体を整列するために上側炉心支
持板の整列ピンを収容するための整列孔を形成するよう
にされている第１の部分を有し、この第１の部分がここ
に所定の機械的な力が伝達されたときに上側タイプレー
トから外されるように上側タイプレートからの解離手段
を含み、燃料集合体の重量の少なくとも一部から生ずる
前記力が第１の部分の整列孔に無理に押し込まれた整列
ピンによって伝達されるようにしたことによって解決さ
れる。
【００１３】
【実施例】以下図面に示した実施例を参照して本発明を
詳細に説明する。
【００１４】図１は、下側タイプレート１２、案内管１
４、案内管に沿って互いに間隔を隔てられた複数のスペ
ーサ格子１６、スペーサ格子１６によって半径方向に間
隔を隔てられ支えられている燃料棒１８、計装管２８お
よび案内管の上端に取り付けられている上側タイプレー
ト３７から成っている加圧水形原子炉（ＰＷＲ）の燃料
集合体１０を示している。各燃料棒１８は一般に核分裂
性物質から成る核燃料ペレット２０、燃料棒を密封する
上端プラグ２２および下端プラグ２４を含んでいる。プ
レナムリング２６が燃料棒内におけるペレットの位置を
維持している。冷却材／減速材としての水が燃料集合体
の中を通して上向きに圧送され、これによって燃料棒に
よって発生される熱を除去する。核分裂反応を制御する
ために使用される制御棒は案内管１４の中に配置されて
いる。数本の制御棒はグループにまとめられ、その各制
御棒はそれぞれ半径方向アーム３２を有している。この
半径方向アーム３２は、制御棒クラスタ３６内における
制御棒を昇降し案内管の中を出し入れし従って燃料集合
体の中を出し入れするための制御棒クラスタ制御機構を
形成するために、中央円筒状部材３４において他の制御
棒の半径方向アーム３２と相互に接続されている。
【００１５】よく知られているように加圧水形原子炉の
上側タイプレート３７は、上側炉心支持板の整列ピンを
上側タイプレートの整列孔の中に位置することを許すよ
うに設計されている。これらの整列ピンは上述したよう
に上側炉心支持板が取り外されおよび／又は再び挿入さ
れるときに曲がることがある。もし整列ピンが上側タイ
プレートの孔と再び整合できないほど曲がってしまう
と、この整列ピンは上側タイプレートに無理に押し込ま
れるかそれにぶつかってしまうおそれがある。次回に上
側炉心支持板が取り外されるとき、固着した燃料集合体
は、もしピンが燃料集合体の整列孔の中に燃料集合体を
その自重を保持するのに十分な力で固着していると、不
用意にも上側炉心支持板と一緒に取り出されてしまう。
もし整列ピンが燃料集合体を保持する力を持たずに燃料
集合体の中に押し込まれ、これを適所に保持している
と、燃料集合体は落下してしまい、燃料棒の中に捕捉さ
れている核分裂生成物が放出されるおそれがある。
【００１６】本発明によれば燃料集合体１０の上側タイ
プレート３７は、これに取り付けられている上側タイプ
レート解離用コーナーポストを有している。この上側タ
イプレート解離用コーナーポストは上側タイプレートの
受け部に取付けピン、ボルトあるいは上側タイプレート
にポストを固定するための別の機械的手段によって取り
付けられている。燃料集合体の浮力重量、即ち該集合体
の重量から水による浮力を減じた重量より小さな値に相
応する所定の力が解離用コーナーポストに供給される
と、解離用コーナーポストは上側タイプレートから外れ
る。好適には、解離用コーナーポストは燃料集合体の浮
力重量の３０％〜４５％の荷重が取付けピン、ボルトあ
るいは他の機械的取付け手段に伝達されたときに上側タ
イプレートから解離される。それから燃料集合体は通常
の燃料集合体取扱装置を利用して安全に持ち上げられ、
上側タイプレートが修理されるか取り替えられる場所に
移送される。
【００１７】図２は図１に示されている代表的なＰＷＲ
用燃料集合体および上側炉心支持板の一部を概略的に示
している。図２は整列ピン９２が上側タイプレート３７
にある整列孔３８の中に正確に入り込んでいる状態の上
側タイプレート３７および上側炉心支持板９０を示して
いる。図３は、上側タイプレートにある整列孔３８の中
にはまり込んでいない曲がった第１の整列ピン９３と、
曲がった状態で燃料集合体の上側タイプレート３７の整
列孔３８の中に無理に押し込まれている第２の整列ピン
９４を概略的に示している。
【００１８】上側炉心支持板が取り外され、これによっ
て燃料集合体の重量が固着したピンにかけられるとき
（図４Ａ）、上側タイプレート解離用コーナーポストは
上側タイプレートから外される。上側タイプレート解離
用コーナーポストは燃料集合体の受け部から外され、こ
れによって燃料集合体をその本来の所定の位置にとどま
らせる。上側タイプレート解離用コーナーポストが上側
タイプレートから外され、これによって固着した整列ピ
ンを上側タイプレートから自由にした後、上側タイプレ
ート解離用コーナーポストは整列ピンに固着したままと
なり、上側炉心支持板と一緒に取り出されるか（図４Ｂ
参照）、あるいは後で燃料集合体が取り出されるときに
取り外すべき上側タイプレートに留まる。その本来の炉
心位置に留まることによって、炉心支持板に固着した燃
料集合体が不用意に動くという危険は排除される。
【００１９】図５は本発明の有利な実施例を分解斜視図
で示しており、ここでは図を簡単にするため燃料集合体
の上側タイプレートの一部および上側タイプレート解離
用コーナーポストだけが示されている。上側タイプレー
ト４０は側壁４２を有している。その各側壁４２から横
に水平の引掛けフランジ４４が延びている。上側タイプ
レート４０の対角線上の二つの角に凹所４８が側壁４２
の縁部４３およびフランジ４４の肩部４５によって形成
されている。
【００２０】上側タイプレート４０の凹所４８の中にぴ
ったりはまり込む上側タイプレート解離用コーナーポス
ト６０は破断ピン７０によって縁部４３および肩部４５
に取り付けられている。この実施例において解離用コー
ナーポスト６０は案内ピン整列孔６６を形成するように
されている四つの側壁６２と天井壁６４を持って示され
ている。上側タイプレート解離用コーナーポスト６０の
周辺形状は縁部４３と肩部４５によって形成された凹所
４８にぴったり合わされている。
【００２１】上側タイプレート解離用コーナーポスト６
０は一つの側壁６２から延びている舌片６８を有してい
る。舌片６８に適合するスロット４６が上側タイプレー
ト４０の側壁４２の一つの面に形成されている。上側タ
イプレート解離用コーナーポスト６０は図５に示されて
いるように、孔５０の中にねじ込むことによってスロッ
ト４６の中にある舌片６８を固定する破断ピン７０と、
孔５２の中にねじ込むことによって側壁６２を肩部４５
に固定する破断ピン７０によって取り付けられている。
【００２２】破断ピン７０の形状、構造材料および強度
は、上側炉心支持板９０の整列ピン９４が無理に押し込
まれることにより破断ピン７０に伝達される燃料集合体
の重量により荷重されることによるせん断応力が燃料集
合体の浮力重量より小さい値に相応したとき二つの破断
ピン７０がそれぞれ破断されるように選択され決められ
ている。有利な実施例においては、破断ピン７０の破断
せん断応力は燃料集合体の完全な浮力重量の約３０％〜
４５％より小さい。
【００２３】図６に示されている本発明の他の実施例に
おいては、解離用コーナーポスト６０′は上側タイプレ
ート４０′の溝４７にぴったりはまり込むリブ６５を有
している。破断ピン７２は孔７３を貫通して上側タイプ
レート側壁４２の縁部４３′にあるねじ孔５４の中に延
びている。破断ピン７２の上側にキャップ７４が設置さ
れている。
【００２４】図７に示されている更に別の実施例におい
ては、上側タイプレート解離コーナーポスト６０″は図
６の実施例と同様に、壁６２、整列孔６６および上側タ
イプレート４０″の水平引掛けフランジ４４′にコーナ
ーポスト６０″を固定するために孔７３を貫通して延び
ている破断ピン７２を有している。水平引掛けフランジ
４４′は、図５および図６に示されている実施例のよう
に上側タイプレート解離用コーナーポストがぴったりは
まり込む凹所を形成するようにされていない。その代わ
りにコーナーポストは、整列ピンの長さを受け入れるた
めの開口５６が形成されているフランジ４４′の上側面
に取り付けられている。その開口５６は大きな直径を有
しているので、整列ピンは開口５６の中に無理に押し込
まれることはない。各燃料集合体に対して二つの上側タ
イプレート解離用コーナーポストにそれぞれ二本の破断
ピンが存在しているので、図６および図７に示されてい
る破断ピン７２の形状、構造材料および強度は、燃料集
合体の重量により荷重されることによる引張り応力が燃
料集合体の浮力重量より小さい値に相応したとき破断ピ
ン７２が破断されるように選択され決められている。有
利な実施例においては、破断ピン７２の破断引張り応力
は燃料集合体の完全な浮力重量の約３０％〜４５％より
小さい。
【００２５】上側タイプレート解離用コーナーポストの
特別な形状および輪郭並びに解離用コーナーポストを上
側タイプレートに固定するための手段、破断ピンおよび
ボルトの特別な組合せは、当該技術者において知られて
いる種々の方式を選択できる。上述し図示した実施例は
本発明の一例に過ぎず、本発明の範囲を限定するもので
はない。
【００２６】以上本発明を特にその有利な実施例につい
て図示し説明したが、本発明の思想および範囲を逸脱す
ることなしに形状および細部を種々に変更できることは
当該技術者においては自明である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、燃料集合体における上
側タイプレートにある整列孔の中に上側炉心支持板にあ
る整列ピンが万一無理に押し込まれて固着しても、燃料
集合体が不用意に持ち上げられること、およびそれに伴
って燃料集合体が落下するなどの事故が生ずることを確
実に避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加圧水形原子炉用の燃料集合体を示す概略図。
【図２】燃料集合体の上部および上側タイプレートの本
来の位置に置かれている上側炉心支持板の整列ピンの概
略図。
【図３】上側炉心支持板の二つの整列ピンの一つが曲が
り、他方の整列ピンが不整列状態で燃料集合体の上部に
無理に押し込まれているような燃料集合体の上部の概略
図。
【図４】下側炉心支持板と上側炉心支持板との間に配置
され解離用コーナーポストを有している燃料集合体を上
側炉心支持体を持ち上げる前と後における状態を示す概
略斜視図。
【図５】本発明による解離用コーナーポストを含んでい
る燃料集合体の上側タイプレートの一部詳細分解斜視
図。
【図６】本発明の異なった実施例における詳細分解斜視
図。
【図７】本発明の更に異なった実施例における詳細分解
斜視図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体 １２ 上側タイプレート １４ 案内管 １６ スペーサ格子 １８ 燃料棒 ３０ 制御棒 ３７ 上側タイプレート ４２ 上側タイプレートの側壁 ４４ 引掛けフランジ ６０ 解離用コーナーポスト ７０ 破断ピン ９０ 上側炉心支持板 ９４ 整列ピン
フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム デイー ビシヨツプ アメリカ合衆国 99352 ワシントン リツチランド チユーカーコート 5323 (56)参考文献 実開 昭55−81799（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/33 G21C 3/32 G21C 5/06

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上側タイプレート、下側タイプレート、
    縦方向に延びる互いに平行な多数の燃料棒およびこれら
    の燃料棒を支持するためのスペーサ格子から成る加圧水
    形原子炉用燃料集合体であって、上側タイプレートが上
    側炉心支持板に関して燃料集合体を整列するために上側
    炉心支持板の整列ピンを収容するための整列孔を形成す
    るようにされている第１の部分を有し、この第１の部分
    がここに所定の機械的な力が伝達されたときに上側タイ
    プレートから外されるように上側タイプレートからの解
    離手段を含み、燃料集合体の重量の少なくとも一部から
    生ずる前記力が第１の部分の整列孔に無理に押し込まれ
    た整列ピンによって伝達されることを特徴とする加圧水
    形原子炉用燃料集合体。
  2. 【請求項２】 上側タイプレートが凹所を形成するよう
    にされ、第１の部分が上側タイプレートに形成されてい
    るこの凹所で受けられるようにされている上側タイプレ
    ート解離用コーナーポストから成っていることを特徴と
    する請求項１記載の燃料集合体。
  3. 【請求項３】 解離手段がコーナーポストを上側タイプ
    レートに固定する破断ピンから成り、所定の機械的な力
    が燃料集合体の、水による浮力を減じた重量より小さな
    値に相応するせん断応力を前記破断ピンに引き起こした
    ときに該ピンが破断されることを特徴とする請求項２記
    載の燃料集合体。
  4. 【請求項４】 解離手段がコーナーポストを上側タイプ
    レートに固定する破断ピンから成り、所定の機械的な力
    が燃料集合体の、水による浮力を減じた重量の３０％〜
    ４５％に相応するせん断応力を前記破断ピンに引き起こ
    したときに該ピンが破断されることを特徴とする請求項
    ２記載の燃料集合体。
  5. 【請求項５】 上側タイプレート解離用コーナーポスト
    が上側タイプレートにおける凹所に合うような形にされ
    ている複数の壁を有し、これらの壁の一つが舌片を有
    し、上側タイプレートが複数の垂直な側壁およびこれら
    の垂直側壁の一つから水平に延びる少なくとも一つのフ
    ランジを有し、複数の側壁の少なくとも一つがスロット
    を形成するようにされ、破断ピンが少なくとも二つの破
    断ピンであり、その一方の破断ピンが上側タイプレート
    の複数の側壁の一つにおけるスロットにコーナーポスト
    の舌片を固定し、他方の破断ピンがコーナーポストの他
    方の壁を上側タイプレートのフランジに固定しているこ
    とを特徴とする請求項３記載の燃料集合体。
  6. 【請求項６】 解離手段がコーナーポストを上側タイプ
    レートに固定する破断ピンから成り、所定の機械的な力
    が燃料集合体の、水による浮力を減じた重量より小さな
    値に相応する引張り応力を前記破断ピンに引き起こした
    ときに該ピンが破断されることを特徴とする請求項２記
    載の燃料集合体。
  7. 【請求項７】 解離手段がコーナーポストを上側タイプ
    レートに固定する破断ピンから成り、所定の機械的な力
    が燃料集合体の、水による浮力を減じた重量の３０％〜
    ４５％に相応する引張り応力を前記破断ピンに引き起こ
    したときに該ピンが破断されることを特徴とする請求項
    ２記載の燃料集合体。
  8. 【請求項８】 上側タイプレート解離用コーナーポスト
    が上側タイプレートにおける凹所に合うような形にされ
    ている複数の壁を有し、これらの壁の一つが舌片を有
    し、上側タイプレートが複数の垂直な側壁を有し、これ
    らの側壁の少なくとも一つがコーナーポストのリブを受
    けるための溝を形成するようにされ、破断ピンが少なく
    とも二つの破断ピンであり、その一方の破断ピンが上側
    タイプレートの複数の側壁の一つにコーナーポストを固
    定していることを特徴とする請求項６記載の燃料集合
    体。
  9. 【請求項９】 上側タイプレートがその側壁の一つから
    水平に延びるフランジを有し、少なくとも二つの破断ピ
    ンの他方がコーナーポストの他方の壁を上側タイプレー
    トのフランジに固定していることを特徴とする請求項８
    記載の燃料集合体。
  10. 【請求項１０】 少なくとも二つの破断ピンの一方が縦
    方向に延び、コーナーポストを上側タイプレートの複数
    の側壁の一つに固定していることを特徴とする請求項９
    記載の燃料集合体。
  11. 【請求項１１】 少なくとも二つの破断ピンの他方が縦
    方向に延び、コーナーポストを上側タイプレートの他方
    の側壁に固定していることを特徴とする請求項１０記載
    の燃料集合体。
  12. 【請求項１２】 上側タイプレート、下側タイプレー
    ト、上側タイプレートと下側タイプレートの間を縦方向
    に延びる制御棒案内管、縦方向に延びる互いに平行な多
    数の燃料棒、これらの燃料棒を支持するための少なくと
    も一つの案内管に対して横に延びるスペーサ格子、およ
    び上側炉心支持板に関して燃料集合体を整列するために
    上側炉心支持板の整列ピンを受けるための整列孔を形成
    するようにされている上側タイプレート解離用コーナー
    ポストから成る加圧水形原子炉用燃料集合体であって、
    そのコーナーポストがコーナーポストを上側タイプレー
    トに固定するためおよびコーナーポストに所定の機械的
    な力が伝達されたときに上側タイプレートから外される
    ようにするための固定・解離手段を含み、燃料集合体の
    重量の少なくとも一部から生ずる前記力がコーナーポス
    トの整列孔の中に無理に押し込まれた整列ピンによって
    伝達されることを特徴とする加圧水形原子炉用燃料集合
    体。
  13. 【請求項１３】 上側タイプレートがその側壁から水平
    に延びるフランジを有し、固定・解離手段がコーナーポ
    ストをフランジに固定するための少なくとも一つの破断
    ピンから成り、所定の機械的な力が燃料集合体の、水に
    よる浮力を減じた重量より小さな値に相応する引張り応
    力を前記破断ピンに引き起こしたときに該ピンが破断さ
    れることを特徴とする請求項２記載の燃料集合体。
  14. 【請求項１４】 上側タイプレートがその側壁から水平
    に延びるフランジを有し、固定・解離手段がコーナーポ
    ストをフランジに固定するための少なくとも一つの破断
    ピンから成り、所定の機械的な力が燃料集合体の、水に
    よる浮力を減じた重量の３０％〜４５％に相応する引張
    り応力を前記破断ピンに引き起こしたときに該ピンが破
    断されることを特徴とする請求項１２記載の燃料集合
    体。
  15. 【請求項１５】 少なくとも二つの破断ピンが、コーナ
    ーポストから上側タイプレートのフランジに縦方向に延
    びることを特徴とする請求項１４記載の燃料集合体。
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