JP3636537B2

JP3636537B2 - 燃料集合体及びその組立方法

Info

Publication number: JP3636537B2
Application number: JP10585096A
Authority: JP
Inventors: 隆志児島; 政史吉田; 修二山崎
Original assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH09292490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料集合体及びその組立方法に関するものであり、特に制御棒案内管にスリーブを介して上部ノズルを取り付けるようにした燃料集合体及び組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の燃料集合体として、例えば特開平６−３０８２６７号公報に記載のものがある。この燃料集合体１０は、図１１に示すように、上部ノズル１及び下部ノズル２が所定間隔離間して配置され、これらノズル１，２の間に所定間隔をおいて複数の支持格子３が配設され、上部ノズル１にはスリーブ４が、支持格子３にはスリーブ５が、そして最下部の支持格子３にはインサート６がそれぞれ予め固定されている。
そして、各支持格子３の格子空間には多数の燃料棒７が挿通支持されている。また、制御棒案内管８は上部ノズル１及び下部ノズル２に結合されていると共に、支持格子３の格子空間内に挿通され且つ支持格子３に結合されている。例えば、制御棒案内管８は、上部ノズル１のスリーブ４と支持格子３のスリーブ５とに嵌合されて、拡管（バルジ）操作によって固定され、拡管部Ａ，Ｂが設けられる。
【０００３】
ところで、制御棒案内管８を固定するための、上部ノズル１のスリーブ４と支持格子３のスリーブ５は、組み立てられた燃料集合体１０が反応炉の中で高温（約２９０〜３２０℃）状態に保持された際、これらスリーブ４，５に固定された制御棒案内管８がまっすぐになるように設計され、形成されている。
他方、例えば図１１に示すように、燃料集合体１０の長手方向に直交する断面の中心を通過する中心線を中心軸Ｏとすると、従来では、常温下、例えば燃料集合体１０の組立時等において、上部ノズル１が制御棒案内管８に結合される前の状態では、スリーブ５と制御棒案内管８は、それぞれ中心軸Ｏと平行な方向に延在するように固定されている。また、スリーブ４は中心軸Ｏの周囲に所定間隔で上部ノズル１に配列されて固定されており、これに対応して制御棒案内管８も中心軸Ｏの周囲に所定間隔で支持格子３に配列されて固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、支持格子３よりも上部ノズル１の方が熱膨張率が大きいために、常温では、上部ノズル１における中心軸Ｏの周囲の各スリーブ４は、中心軸Ｏからの距離が支持格子３における中心軸Ｏの周囲の対応する各制御棒案内管８迄の距離よりも若干小さいように、互いにズレた位置（距離Ｌ）に設定されている（図１２参照）。しかもこの位置ズレ（ピッチ差）の距離Ｌは中心軸Ｏから離れるに従って漸次増大するようになっている。
従って、制御棒案内管８を上部ノズル１のスリーブ４に嵌合させて組み立てる際、制御棒案内管８とスリーブ４との間にズレがあるために、スムーズに嵌合操作ができず、組立作業に時間がかかるという欠点がある。しかも、嵌合の際、制御棒案内管８やスリーブ４をズレ量に応じて曲げる作業が必要になり、曲げた状態で嵌合保持されるので、組立後に曲げ応力が残留し、制御棒案内管８の変形等を生じ易く、反応炉の可動時に中性子棒を制御棒案内管８内に挿入できなかったり、移動操作がスムーズにできなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、組立後の常温下においても曲げ応力が残留せず、制御棒案内管の変形等が生じにくい燃料集合体及びその組立方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による燃料集合体の組立方法は、下部ノズル及び支持格子に制御棒案内管が挿通され、上部ノズルに予め固定されたスリーブが制御棒案内管の先端部と嵌合されてなる燃料集合体の組立方法において、
上部ノズルのスリーブを傾斜させ且つこれらスリーブは上部ノズルの中心から離間するに従って漸次傾斜角が増大するように配置して固定し、
制御棒案内管は、最上部の支持格子から突出する先端部について、各スリーブに対向する制御棒案内管を当該スリーブと同一角度に傾斜させて固定し、
その後、スリーブと制御棒案内管の先端部を互いに嵌合させて、固定するようにしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、予めスリーブと制御棒案内管が傾斜して形成されているから、従来のもののように結合に当たってスリーブと制御棒案内管の先端部を大きく曲げる必要もなく、しかも結合状態で同一の傾斜角とされているから、結合後に残留応力がほとんど残らず、制御棒案内管の変形も生じない。
【０００７】
本発明による燃料集合体は、請求項１記載の組立方法により製造されたことを特徴としている。
【０００８】
本発明による上部ノズルのスリーブ位置決め装置は、上部ノズル位置決め用の載置基準部材と、この上部ノズルの各孔に挿入された各スリーブの一端を位置決め支持する基準部材とを備え、上部ノズルの孔に挿入されたスリーブは傾斜し且つその傾斜角が上部ノズルの中心からの距離に応じて増大するように支持されてなることを特徴とする。
そのため、上部ノズルを載置基準部材に載置して位置決めし、上部ノズルの各孔内にスリーブを挿入して、基準部材上でスリーブの他端を位置決めすれば、任意の所定角度に設定でき、その状態で溶接等の手段でスリーブを上部ノズルに固定できる。
基準部材は所定間隔に設置された突部または凹部にスリーブの一端を嵌合させることで位置決めするようにしてもよい。
【０００９】
本発明による制御棒案内管加工装置は、支持格子を支持して位置決めする載置部と、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の先端部に嵌合可能な各穴が穿設された案内管固定部材とを備え、案内管固定部材の各穴は案内管固定部材の中心から離間するに従って、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の位置より相対的に漸次中心よりにズレて形成され、支持格子の載置部と案内管固定部材を位置合わせして、制御棒案内管を案内管固定部材の穴に挿入することで、制御棒案内管の先端部が傾斜させられ、且つその傾斜角は支持格子の中心からの距離に応じて増大するように支持されてなることを特徴とするものである。
各穴を制御棒案内管の各先端部に対向させて、案内管固定部材を制御棒案内管の先端部に挿入すると、制御棒案内管の先端部は対応する穴内に進入し、先端部と穴との位置ズレのために微小角度傾斜させられることになる。この状態で、制御棒案内管を拡管操作等でスリーブに固定できる。
また、各穴の開口部にテーパ面を形成してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図９により説明するが、上述の従来技術と同様の部分または部材には同一の符号を用いてその説明を省略する。
図１は本実施の形態による上部ノズルと制御棒案内管の先端部との要部説明図、図２はスリーブ付き上部ノズルの底面図、図３は上部ノズルのスリーブと制御棒案内管の先端部との位置関係を示す要部断面図、図４は上部ノズルのスリーブ溶接治具を示す側面図、図５は図４に示す溶接治具の平面図、図６は図４におけるスリーブ下端の溶接治具による位置決め状態を示す部分断面図、図７は最上部の支持格子から突出する制御棒案内管の先端部の加工治具を示す部分断面図、図８は図７に示す制御棒案内管の先端部と加工治具との拡大断面図、図９はスリーブと制御棒案内管の先端部との嵌合工程を示す図である。
【００１１】
図１及び２に示す上部ノズル１において、その底面１２に設けられた孔（図示せず）にそれぞれスリーブ４が嵌挿され、溶接されている。各スリーブ４（＝４ａ，４ｂ）は、図２において、その中心軸Ｏを中心にその周囲にほぼ升目上に所定間隔で８本の周囲スリーブ４ａが取り付けられ、更にその外周に所定間隔で１６本の周囲スリーブ４ｂが取り付けられた配置となっている。
しかも、周囲スリーブ４ａ，４ｂはそれぞれ中心軸Ｏを含む各平面内で中心軸Ｏに対して微小角度αｉだけ中心軸Ｏ方向に傾斜しており、しかもこの周囲スリーブ４ａ，４ｂの傾斜角度αｉは中心軸Ｏから離間するに従い、この離間距離に応じて漸次増大するようになっている。
これに対して、上部ノズル１と対向して配置されたスケルトンの嵌合前の図１の状態において、上部ノズル１の中心軸Ｏに対応して、各支持格子３及び下部ノズル２が中心軸Ｏと同軸で直交して配設されている。また、各支持格子３のスリーブ５及び下部ノズル２に連結された制御棒案内管８は、中心軸Ｏの周囲に設けられ、最上部の支持格子３のスリーブ５から先端部８′（＝８′ａ，８′ｂ）が突出している。制御棒案内管８の先端部８′ａ、８′ｂは、図１でスリーブ４ａ，４ｂに対応して配置され、それぞれ中心軸Ｏを含む各平面内で中心軸Ｏに対して微小角度αｉだけ中心軸Ｏ方向に傾斜しており、しかもこの周囲の先端部８′ａ，８′ｂの傾斜角度αｉは中心軸Ｏから離間するに従い、この離間距離に応じて漸次増大するようになっている。
そのため、制御棒案内管８の先端部８′ａ，８′ｂは、それぞれ互いに対向する周囲スリーブ４ａ，４ｂと同一の微小角度αｉだけ、中心軸Ｏに対して同一方向に傾斜するように形成されている（図３参照）。
そのため、各対向するスリーブ４と制御棒案内管８の先端部８′は、互いに嵌合された状態でその傾斜角度αｉがそれぞれ一致することになる。
【００１２】
次に上述のようなスリーブ４及び制御棒案内管８の製作に用いられる治具について説明する。
図４及び図５に示すスリーブ溶接治具（スリーブ位置決め装置）１４において、略四角形板状で脚を有する支持台１６の上面四隅に脚部１８がそれぞれ起立させられている。脚部１８を貫通させた基準プレート（基準部材）２０が、脚部１８にガイドされて上下動可能とされている。この基準プレート２０は、その中央底部に固定されたアーム部２２に上下動可能に支持され、アーム部２２の作動は図示しないギヤを介して連結されたハンドル２４によって制御される。
【００１３】
脚部１８の上端には、中央孔１８ａが穿設された枠状の載置基準板（載置基準部材）２６が固定され、この載置基準板２６に上部ノズル１の底面１２の周辺部が載置されるように中央孔１８ａの大きさが設定されている。また、載置基準板２６の隣接する二辺の枠上には、上部ノズル１の側面に当接して位置決めする一対の位置決め板２８，２８が固定され、各対向する他の二辺の枠上には上部ノズル１を挟持するためのクランプ部材３０，３０がそれぞれ取り付けられている。
そして、基準プレート２０上には、上部ノズル１の孔に嵌合された各スリーブ４について、位置に応じて微小角度αｉだけ傾斜させた状態で支持するための複数のスリーブ位置決め用の突起３２がそれぞれ設けられている。この突起３２はスリーブ４の内径より若干小さい外径の略円柱形状を呈し、先端がテーパ面とされている。図４では突起３２の一部が破線Ｃの枠で示されており、その拡大図が図６に示されている。
【００１４】
図７及び図８は制御棒案内管８の先端部８′を曲げるための加工治具（案内管加工装置）３４を示すものであり、制御棒案内管８が固定された各支持格子３及び下部ノズル２の側面を挟持して位置決めするための載置面３６がそれぞれ設けられている（図７では一部のみが示されている）。
また、各制御棒案内管８の先端部８′に嵌合して、先端部８′ａ，８′ｂをその位置に応じて微小角度αｉだけ傾斜させるための複数の穴４０が穿設された案内管固定プレート（案内管固定部材）３８が設けられている。この案内管固定プレート３８の穴４０は、その平面の中心軸Ｏの周囲に所定間隔でそれぞれ穿設されている周囲の穴４０ａ，４０ｂによって構成されている。しかも、各穴４０ａ，４０ｂはそれぞれ制御棒案内管８の先端部８′ａ，８′ｂに対応する。
また、各穴４０には、表裏両端に同一のテーパ面４１ａ，４１ａが形成されており、先端部８′を傾斜させる前においては、中心軸Ｏ以外は先端部８′との間に微小な位置ズレ（ピッチ差）が存在するが、挿入時にテーパ面４１ａ，４１ａによって、先端部８′がガイドされて微小角度だけ屈曲加工されるから、先端部８′の穴内へのスムーズな挿入と傾斜加工が可能になる。
尚、制御棒案内管８の先端部８′に対する案内管固定プレート３８の穴４０の挿入深さは図示しない規制部材によって一定量に規定され、これによって先端部８′の傾斜角αｉが制御される。
【００１５】
本実施の形態は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
まず、上部ノズル１にスリーブ４を溶接するために、図４に示すように、載置基準板２６上に底面１２を載置し、一対の位置決め板２８，２８に上部ノズル１の側面を当接させる。そして、クランプ部材３０，３０でそれぞれ対向する側面を押して位置決め板２８，２８で挟持することで、上部ノズル１を載置基準板２６上の所定位置に保持できる。そして、ハンドル２４を操作して基準プレート２０を上下動させて、上部ノズル１の底面１２に対して所定距離に設定する。
この状態で、上部ノズル１の底面１２の図示しない各孔にスリーブ４を挿入すると、各スリーブ４は載置基準板２６の中央孔２６ａを通過して、その下端が基準プレート２０上に設けられた対応する各突起３２に嵌合する。スリーブ４は、下端縁が基準プレート２０上に当接することで、正確に位置決めされる。
各スリーブ４、即ち周囲のスリーブ４ａ，４ｂは中心軸Ｏに対して微小量傾斜し、その傾斜角αｉは中心軸Ｏからの距離に応じて大きくなる。
この状態で、各スリーブ４を上部ノズル１に対して溶接すればよい。
【００１６】
次に、複数の支持格子３と下部ノズル２に制御棒案内管８が固定されたものの最上部の支持格子３から突出する制御棒案内管８の先端部８′の加工方法について説明する。
まず、図７に示すように、各支持格子３と下部ノズル２の側面を載置板３６上に載置し、対向する側面を他の載置板３６で挟持する。この状態で各制御棒案内管８は、全長に亘って互いに平行であり、中心軸Ｏとも平行である。そして、案内管固定プレート３８の周囲を最上部の支持格子３の周囲と位置合わせして、案内管固定プレート３８をスリーブ４の所定深さまで嵌挿してゆく（図７参照）。この時、周囲の制御棒案内管８の先端部８′ａ，８′ｂは案内管固定プレート３８の周囲の穴４０ａ，４０ｂと若干の位置ズレ（ピッチ差）が存在する。しかしながら、図８に示すように、各穴４０にはその表裏面にテーパ面４１ａ，４１ａが形成されているから、いずれの面から先端部８′に押し付けても、先端部８′ａ，８′ｂとの位置ズレに関わらず、各先端部８′ａ，８′ｂはテーパ面４１ａ，４１ａにガイドされて各穴４０ａ，４０ｂに挿入され、中心軸Ｏからの距離に応じた微小角度αｉだけ傾斜させられるようわずかに屈曲させられる。
【００１７】
その後、制御棒案内管８と支持格子３のスリーブ５とを拡管操作で互いに固定する。
この場合の各先端部８′ａ，８′ｂの屈曲位置は、図３に示されているように、最上部の支持格子３のスリーブ５と制御棒案内管８との拡管部４４付近となる。
このようにして、制御棒案内管８は、最上部の支持格子３から突出する先端部８′が微小角度αｉだけ傾斜加工させられる。しかも、その傾斜角度αｉは中心軸Ｏに対して離間するにつれて漸次増大し、図１に示すスリーブ４付きの上部ノズル１と対向させた状態で、各対向するスリーブ４と同一方向に同一角度だけ傾斜することになる（図３参照）。
このようにして得られた支持格子３、下部ノズル２及び制御棒案内管８からなるスケルトンに燃料棒８を挿入する。
【００１８】
次に、スケルトンの支持格子３等に固定された制御棒案内管８の先端部８′と上部ノズル１のスリーブ４とを嵌合させる。
その方法について説明すると、まず、図１及び図３に示すように、上部ノズル１と支持格子３の各四周をなす各側面を同一平面上に位置合わせすると、上部ノズル１と支持格子３の各中心軸Ｏが同一直線上で一致し、同時に周囲のスリーブ４ａ，４ｂ及び制御棒案内管８の先端部８′ａ，８′ｂもそれぞれ対向させられる。
次に図９において、ガイドピン１５の一端部１５ａを制御棒案内管８の先端部８′ａ，８′ｂに挿入してストッパー１５ｂで係止させ、他端部１５ｃにストッパー１５ｂより内径の大きいスリーブ４ａ，４ｂを挿入してゆく。そして、ガイドピン１５の他端部１５ｃに設けられたネジ穴１５ｄに図示しないネジを螺合させてガイドピン１５を引き抜くと、各先端部８′ａ又は８′ｂが各スリーブ４ａ又は４ｂ内に挿入された状態になる。
そして、図３において、嵌合状態の先端部８′ａ又は８′ｂ（二点鎖線図示）とスリーブ４ａ又は４ｂは互いにその軸心が一致することになり、そのために傾斜による残留応力がほとんどない。他の先端部８′ａ，８′ｂとスリーブ４ａ，４ｂも同様に嵌合する。
そして、その後に、各先端部８′とスリーブ４を拡管操作等で固定する。
【００１９】
上述のように、本実施の形態によれば、中心軸Ｏの周囲の対向するスリーブ４と制御棒案内管８の先端部８′とが互いに同一の傾斜角αｉとされ、嵌合状態で曲げ応力の残留や制御棒案内管８の変形が生じないので、従来のものと比較して燃料集合体の製作が容易であり、反応炉内で制御棒案内管８内に中性子棒を挿入することが容易でスムーズに移動制御することができる。
【００２０】
尚、図１０はスリーブ溶接治具１４の基準プレート２０の変形例を示すものであり、この基準プレート４６では、突部３２に代えて凹部４８が形成され、この凹部４８内にスリーブ４の先端部が嵌合することで、位置決めされ、所定の微小傾斜角αｉが付与されるようになっている。
また、案内管固定プレート３８の穴４０に形成されるテーパ面４１ａは表裏両面に設けられていなくてもよく、制御棒案内管８の先端部８′に先に挿入される側の面に少なくとも形成されていればよい。
また、案内管固定プレート３８の穴４０には必ずしもテーパ面４１ａが形成されていなくてもよい。
この場合、制御棒案内管８の先端部８′とこれを保持する支持格子３との間には、通常若干のガタが存在するので、そのガタの範囲分だけ先端部８′を所要方向に曲げて、案内管固定プレート３８の穴４０内にそれぞれ挿入することで傾斜させるようにしてもよい。
或いは、各穴４０と制御棒案内管８の先端部８′の一方の開口との間には位置ズレがないようにし、代わりに各穴４０は対応する先端部８′ａ，８′ｂに応じて微小角度曲げるべき方向に傾斜して穿孔されている構成としてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る燃料集合体の組立方法及び燃料集合体は、従来のもののように結合に当たってピッチ差のあるスリーブと制御棒案内管の先端部を屈曲保持する必要もなく、結合状態で結合前と同様の角度に保持されて同一の傾斜角とされているから、結合後に残留応力がほとんど残らず、制御棒案内管の変形も生じない。
【００２２】
本発明による上部ノズルのスリーブ位置決め装置は、上部ノズル位置決め用の載置基準部材と、上部ノズルの各孔に挿入された各スリーブの一端を位置決め支持する基準部材とを備え、上部ノズルの孔に挿入されたスリーブは傾斜し且つその傾斜角は上部ノズルの中心からの距離に応じて増大するように支持されてなるから、上部ノズルに固定する各スリーブを任意の所定角度に設定でき、固定できる。
【００２３】
本発明による制御棒案内管加工装置は、支持格子を支持して位置決めする載置部と、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の先端部に嵌合可能な各穴が穿設された案内管固定部材とを備え、案内管固定部材の各穴は案内管固定部材の中心から離間するに従って、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の位置より相対的に漸次中心よりにズレて形成され、支持格子の載置部と案内管固定部材を位置合わせして、制御棒案内管を案内管固定部材の穴に挿入することで、前記制御棒案内管の先端部が傾斜させられ、且つその傾斜角は支持格子の中心からの距離に応じて増大するように支持されてなるから、位置ズレ（ピッチ差）のある制御棒案内管の先端部は対応する穴内に挿入され、微小角度傾斜させられ、確実に所定角度に曲げられることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施の形態によるスリーブ付き上部ノズルと制御棒案内管の要部説明図である。
【図２】図１に示すスリーブ付き上部ノズルの底面図である。
【図３】上部ノズルのスリーブと制御棒案内管の先端部との位置関係を示す要部断面図である。
【図４】上部ノズルのスリーブの溶接治具を示す側面図である。
【図５】図４に示す溶接治具の平面図である。
【図６】図４におけるスリーブの位置決め状態を示す部分断面図である。
【図７】最上部の支持格子から突出する制御棒案内管の先端部の加工治具を示す部分断面図である。
【図８】図７に示す制御棒案内管と加工治具の拡大断面図である。
【図９】制御棒案内管とスリーブの嵌合工程を示す図である。
【図１０】溶接治具の変形例を示す図６と同様な断面図である。
【図１１】一般的な燃料集合体の要部構成を示す側面図である。
【図１２】図１１に示す燃料集合体の上部ノズルを結合する前の上部ノズルのスリーブと制御棒案内管との位置関係を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１上部ノズル
２下部ノズル
３支持格子
４（４ａ，４ｂ），５スリーブ
８制御棒案内管
８′（８′ａ，８′ｂ）先端部
３８案内管固定プレート
４１ａテーパ面

Claims

下部ノズル及び支持格子に制御棒案内管が挿通され、上部ノズルに予め固定されたスリーブが前記制御棒案内管の先端部と嵌合されてなる燃料集合体の組立方法において、
前記上部ノズルのスリーブを傾斜させ且つこれらスリーブは上部ノズルの中心から離間するに従って漸次傾斜角が増大するように配置して固定し、
前記制御棒案内管は、最上部の支持格子から突出する先端部について、上記各スリーブに対向する制御棒案内管を当該スリーブと同一角度に傾斜させて固定し、
その後、前記スリーブと制御棒案内管の先端部を互いに嵌合させて、固定するようにしたことを特徴とする燃料集合体の組立方法。
請求項１記載の組立方法により製造されてなることを特徴とする燃料集合体。
上部ノズル位置決め用の載置基準部材と、この上部ノズルの各孔に挿入された各スリーブの一端を位置決め支持する基準部材とを備え、前記上部ノズルの孔に挿入されたスリーブは傾斜し且つその傾斜角が上部ノズルの中心からの距離に応じて増大するように支持されてなることを特徴とする上部ノズルのスリーブ位置決め装置。
支持格子を支持して位置決めする載置部と、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の先端部に嵌合可能な各穴が穿設された案内管固定部材とを備え、
前記案内管固定部材の各穴は案内管固定部材の中心から離間するに従って、最上部の支持格子から突出する各制御棒案内管の位置より相対的に漸次中心よりにズレて形成され、
前記支持格子の載置部と案内管固定部材を位置合わせして、制御棒案内管を案内管固定部材の穴に挿入することで、前記制御棒案内管の先端部が傾斜させられ、且つその傾斜角は支持格子の中心からの距離に応じて増大するように支持されてなることを特徴とする案内管加工装置。