JP3742698B2 - 荷重支持にチャネルまたは冷却材棒を選択的に用いる燃料集合体構造および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
この発明は、沸騰水型原子炉容器における燃料集合体の構造に関し、特に、燃料集合体の荷重を支持するのに冷却材棒を選択的に利用し、これにより燃料タイロッドを用いる必要をなくした、燃料集合体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉容器における従来の燃料集合体は、下部タイプレート、上部タイプレート、そして上部および下部タイプレート間に支持された複数の密閉燃料棒の配列を含む。燃料棒は、蒸気を発生させるのに必要な臨界反応を支持するために、密閉容器内に核燃料ペレットを収容したものである。燃料棒の配列内には１本以上の冷却材棒が含まれ、同じく上部および下部タイプレート間に支持されている。タイプレート、燃料棒および冷却材棒はチャネルで囲まれている。このチャネルは、通常、断面が正方形で、金属（好ましくはジルカロイと称される合金）で形成される。水が燃料集合体の底部から頂部に流れる。水は、チャネル内の下部タイプレートを経て内部に入り、直立している燃料棒間を通過する。水と発生した蒸気が燃料棒間のチャネル内部から、上部タイプレートを通って外に出る。チャネルは、必要な減速冷却材の流れを、タイプレート間に限定された流路に閉じこめる。
【０００３】
下部タイプレートおよび上部タイプレートは、密閉された燃料棒を鉛直な直立する格子配列状態に支持する役目を果たす。代表的には、上部タイプレートは、燃料棒支持点の上方格子配列を形成する。通常、これらの支持点のうち約８個に対応するおすねじ付きタイロッドおよび取付け具を配置する。タイロッドは、燃料棒と同様の燃料を収容し、下端がねじ切りされ、下部タイプレートに取り付けられるようになっている。同様に、下部タイプレートは、燃料棒支持点の下方格子配列を形成する。これらの下方支持点は、大部分、上部タイプレートの上方支持点に対応する。通常、これらの支持点のうち約８個にめすねじ穴をねじ切りする。これらのねじ穴は、上部タイプレートの上方穴に対応する。下部タイプレートのこれらのねじ切り支持点に燃料タイロッドのねじ切り下端を配置する。こうして、通常、２つのタイプレートを燃料タイロッドで一緒に結着する。
【０００４】
またタイプレートは、流体流れを燃料集合体に出入りさせる開口の格子配列を画定する。具体的には、下部タイプレートは、水冷却材を内部に入れるための開口の第１格子配列を画定する。この冷却材は、反応で生成したはやい中性子を減速、すなわちスローダウンして反応を継続するおそい（または熱）中性子を生成する能力を発揮する。同時に、冷却材がチャネル内の燃料集合体を通して上方に通過するにつれて、冷却材の一部が蒸気に変換される。この蒸気と蒸気に変換されず、液相に留まっている冷却材は、上部タイプレートを通って外に出る必要がある。その結果、上部タイプレートには、燃料棒支持点の格子配列間に、独特の開口の配列を形成する。上部タイプレートの開口配列は、蒸気／水の２相混合物が燃料集合体から外に流れ出るのを許す。
【０００５】
燃料バンドルは、炉のいわゆる「停止」（outage）時に定期的に交換および／または点検する必要がある。原子炉の中心にある蒸気を発生する炉心から上置き要素を取り除いて、遮蔽水を通して炉心へのアクセスを可能にしたときに、このような停止が起こる。このような「停止」中に、炉容器炉心の数セクションの取外し、検査および／または交換を行う。放射線抑制用水浴に沈められた炉心においては、燃料集合体をハンドルで遠隔把持することにより、検査のために交換すべき燃料バンドルを取り外す。ハンドルは、燃料集合体を容器から取りはずすときに、ハンドルに対して従属関係にある燃料集合体の全重量に対する支持点を、燃料集合体の頂部に設定しなければならない。ひとたび燃料集合体をハンドルで支持したら、燃料集合体の全重量はハンドルにより支えられる。この重量には、燃料棒および冷却材棒の重量、上部タイプレートの重量、下部タイプレートの重量および包囲チャネルの重量が含まれる（６００ポンド以上）。
【０００６】
ひとたび燃料集合体を容器から取りはずしたら、タイプレート、燃料棒および冷却材棒をチャネルから分離することができる。チャネルから分離してしまえば、燃料棒の検査および／または交換は容易である。しかし、従来、燃料タイロッドのねじ切り端栓がそのねじ連結部で焼きつく傾向があり、このため燃料タイロッドの交換が困難で時間がかかるものとなっている。さらに、燃料集合体の設計寿命が長くなるにつれて、腐食作用により燃料タイロッドが弱くなる。この弱化が起こるのは、材料の腐食薄肉化のせいで、また水素の発生およびその吸収による延性の減少による。
【０００７】
したがって、上部および下部タイプレート間にねじ係合により連結された燃料タイロッドを含まない燃料集合体構造を開発する必要がある。さらに、燃料集合体のために、腐食作用による影響の少ない構造的荷重経路を利用する必要がある。一般に、腐食は表面現象であるので、体積対表面積比が高い構造体はこの点での余裕が大きい。沸騰水型炉の燃料集合体の通常の設計に余分な構造をつけ加えなければ、体積対表面積比がもっとも高い構成要素はチャネルである。チャネルを用いて荷重を支持する燃料集合体が、本出願人の１９９５年１０月１２日付け米国出願番号０８／５４２３８２（平成８年特許願第２６３４１１号）に記載されている。
【０００８】
燃料集合体荷重を支えるのにチャネルおよび冷却材棒を選択的に使用できるようにし、燃料集合体全体を炉容器から取りはずすか、燃料バンドル（すなわち、チャネルなし）のみを炉容器から取りはずすことができれば、有効である。
【０００９】
【発明の開示】
したがって、この発明の目的は、燃料集合体荷重を支えるための構造部材としてチャネルおよび冷却材棒を選択的に使用できるようにする燃料集合体構造を提供することにある。この発明の別の目的は、燃料タイロッドを利用しない荷重経路を介して燃料集合体を吊り上げることを可能にする燃料集合体構造を提供することにある。この発明の他の目的は、燃料バンドルおよび燃料集合体を吊り上げる方法を提供することにある。
【００１０】
このような目的を達成するために、この発明によれば、複数の燃料棒および少なくとも１本の冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルを含む沸騰水型原子炉におけるタイプレート用のラッチピン装置（アセンブリ）が提供される。ラッチピン装置は、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能なラッチピンと、前記ラッチピンと協動するアンカーアセンブリとを備える。アンカーアセンブリは、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するようにラッチピンを選択位置に係止する。
【００１１】
前記ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒のいずれかと係合可能であるか、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と同時に係合可能であるのがよい。好ましくは、前記タイプレートがラッチピン内腔を含み、ラッチピンがラッチピン内腔内に移動自在に配置されている。好適な実施例では、ラッチピンに、前記ラッチピン内腔の外端を画定するヘッドを設け、前記ラッチピン装置はさらに、前記ヘッドと前記ラッチピン内腔の内端間に配置されたばねを含む。この実施例では、ばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向かって押圧する。
【００１２】
前記アンカーアセンブリが、ラッチピン内腔に形成された少なくとも１個の環状溝と、前記ヘッドを貫通してヘッドの直径方向両側から半径方向外向きに延在するアンカーピンとを備え、前記アンカーピンが前記環状溝にはまる形状とすることが出来る。第１の構成例では、前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備える。一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルおよび前記冷却材棒からはずれる第２ラッチピン位置に対応する。前記ラッチピンは、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合し、かつ前記アンカーピンが２個の前記環状溝のいずれにもはまらない第３ラッチピン位置に移動できるような形状とするのがよい。
【００１３】
別の構成例では、前記アンカーアセンブリが前記ラッチピンの前記ヘッドとは反対の端部に配置されたフックを備え、前記フックが冷却材棒と選択的に係合可能である。この構成では、前記フックが前記ラッチピンの長さ方向軸線からずれて配置されている。前記ラッチピンは、前記ラッチピン内腔内に回転自在に配置され、前記フックが前記冷却材棒と係合する係合位置と、前記フックが前記冷却材棒からはずれる非係合位置との間でラッチピンの長さ方向軸線のまわりを回転する。またさらに、前記ラッチピンは前記ラッチピン内腔の内端にあけた穴を貫通し、前記フックが前記ヘッドとは反対側の、前記穴を通り越したラッチピンの端部に固定される。この配置では、前記アンカーアセンブリはさらにストッパ面を含み、前記非係合位置で前記フックがストッパ面に当接する。
【００１４】
前記ラッチピンが、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された内側シャフトと、この内側シャフトを包囲し、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された外側シャフトとを含み、前記内側シャフトが前記外側シャフトに対して相対移動可能とすることが出来る。この配置では、前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された少なくとも１つの環状溝と、前記外側シャフトに形成された穴と、この穴内に配置され、前記環状溝および前記内側シャフトと係合可能なアンカー部材とを備える。アンカー部材がボールであるのがよい。前記アンカーアセンブリが前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備える。一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合する第２ラッチピン位置に対応する。前記内側シャフトが、冷却材棒と係合し得る係合シャフト部分と、移行シャフト部分と、内側シャフトヘッドとを備え、前記内側シャフトヘッドが第１直径部分と、テーパ部分と、直径が第１直径部分より小さい第２直径部分とを備え、前記アンカー部材が前記内側シャフトに前記内側シャフトヘッドのテーパ部分で係合する。前記ラッチピンがさらに、前記外側シャフトの内端に固定され、前記外側シャフトの内側に受けを画定するロックリングを備え、前記ラッチピン装置がさらに、前記受けと前記内側シャフトヘッドの第１直径部分との間に配置されたばねを備え、このばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向けて押圧する。前記外側シャフトが前記燃料集合体チャネルと係合し得る外側シャフトヘッドを備え、前記外側シャフトヘッドが、もっとも内側の第１直径と、第１直径より小さい中間位置の第２直径と、第２直径より大きいもっとも外側の第３直径を有する。
【００１５】
この発明の別の観点によれば、複数本の燃料棒と、少なくとも１本の冷却材棒と、前記燃料棒および冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルと、前記燃料集合体チャネルの内側に配置され、前記燃料棒および冷却材棒を横方向に支持する上部タイプレートと、前記燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合し得るラッチピン装置とを備える燃料集合体が提供される。
【００１６】
前記ラッチピン装置がラッチピンを備え、前記冷却材棒が前記ラッチピンを受け入れる形状とされた係合穴を備えるようにすることが出来る。前記ラッチピン装置がさらに、前記ラッチピンと協動するアンカーアセンブリを備えるのがよい。前記アンカーアセンブリは、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するようにラッチピンを選択位置に係止する。前記ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒のいずれかと係合可能であるか、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と同時に係合可能である。前記タイプレートがラッチピン内腔を含み、前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置することが出来る。前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔の外端を画定するヘッドを備え、前記ラッチピン装置がさらに、前記ヘッドと前記ラッチピン内腔の内端間に配置されたばねを備え、このばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向かって押圧する。
【００１７】
この発明のさらに他の観点によれば、沸騰水型原子炉において燃料集合体を吊り上げる方法が提供される。この方法は、ラッチピン装置を燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能とし、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するように、ラッチピンを選択位置に係止し、燃料集合体を上部タイプレートを介して吊り上げる工程を含む。
【００１８】
【発明を実施する最良の態様】
この発明の上記および他の特徴と効果をさらに明瞭にするために、以下にこの発明の好適な実施態様を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、この発明の１実施例による沸騰水型原子炉用の燃料集合体（フュールアセンブリ）の断面を示す。燃料集合体１０は、複数本の燃料棒１２と、１対の冷却材棒１４（好適な実施例として２本の冷却材棒１４を図示し、説明するが、燃料集合体によっては１本の冷却材棒を使用することも多い）と、これらの燃料棒１２および冷却材棒１４を取り囲むチャネル１６とを含む。燃料棒１２は１０Ｘ１０の行列に配置するのが好ましく、複数のスペーサ１８によりチャネル内で横移動しないように固定されている。冷却材棒１４は通常、燃料棒配列の中心に配置される。冷却材棒１４の上端および下端両方に小さな穴を設けて、水を冷却材棒内に引きこむことができるようにし、こうして減速材を燃料棒配列内に導入する。１本のウォータロッドは、スペーサ１８それぞれに機械的にロックされたスペーサ捕捉棒としても機能し、これにより各スペーサ１８の軸線方向位置を固定する。燃料棒スペーサ１８にインコネルＸのばねを設けて燃料棒間の間隔を維持する。
【００１９】
燃料棒１２および冷却材棒１４は下部タイプレート２０により支持されている。上部タイプレート２２は燃料棒１２および冷却材棒１４を受け入れ、その横移動を阻止する。燃料棒の端栓はピンを有し、そのピンがタイプレート２０、２２のアンカー穴にはまる。各燃料棒の上部端栓の上に膨張空間を確保し、燃料棒が軸線方向に膨張するのを許す。つまり、燃料棒が上部タイプレート２２の穴内ですべることで、軸線方向熱膨張差を吸収する。従来の構造とは異なり、燃料棒を下部タイプレート２０または上部タイプレート２２にねじ込まない。冷却材棒１４の片方または両方を下部タイプレート２０にしっかりねじ込んでもよい。従来技術と関連して前述したように、長期の浸漬時間の間にねじ山が焼きつきを起こしがちであるので、なんであれタイプレート２０、２２にねじ込むのは望ましくない。しかし、燃料棒１２とは異なり、冷却材棒１４は燃料棒１２程頻繁にバンドルから引き抜く必要がない。したがって、この発明では、冷却材棒１４はねじ込みその他の手段でしっかりと下部タイプレート２０に固定する。
【００２０】
ノーズピース２６への移行部分として機能する移行部材２４が、下部タイプレート２０をチャネル１６内に支持する。チャネル１６を適当な構造により移行部材２４に固着する。図示の実施例では、ボルト２８をチャネル１６を経て移行部材２４にねじ込んでいる。チャネル１６のほぼ正方形の断面の各側面に一つずつ、４個のボルト２８をねじ込むのが好ましい。移行部材２４には、その対応する正方形断面の各側面に、対応するボルト受け取り穴３０がねじ切りされている。ボルト２８は合金Ｘ−７５０製とするのが好ましい。
【００２１】
ベイルハンドル・アセンブリ３２が上部タイプレート２２と一体である。図１および図２に示すように、ベイルハンドル・アセンブリ３２はベイルハンドル３３および２つのボス部材３４を含む。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向に見た断面である。ボス部材３４には、内部に内腔（チャネル）３６が形成されている。ラッチピン３８が内腔３６内に移動自在に配置されている。ラッチピンキャップまたはヘッド４０がラッチピン３８の外端に固定され、キャップ４０のもっとも外側の第１直径は、チャネル１６のラッチピン穴４２を通過できる形状となっており、もっとも内側の第２直径は、チャネル１６のラッチピン穴４２より大きく、ラッチピン３８用のストッパ面として作用する。ラッチピンキャップ４０の内側面はボス部材３４の内腔３６の境界を決める。ばね４４が、ラッチピンキャップ４０の内側面と内腔３６の端部との間で、内腔３６内にかつラッチピン３８のまわりに配置されている。ばね４４はラッチピン３８を、チャネル１６のラッチピン穴４２に係合する伸長位置に押圧する。
【００２２】
作動時には、移行部材２４がボルト２８によりチャネル１６に剛固に固着されているので、またラッチピン３８がチャネル１６のラッチピン穴４２に挿入されているので、燃料集合体１０をベイルハンドル・アセンブリ３２で吊りあげる際に、チャネル１６が燃料集合体１０の構造的荷重を支える。前述したように、チャネル１６は、燃料集合体１０内の構成要素のうちもっとも高い体積対表面積比を有し、うまく腐食作用を免れる。
【００２３】
図３にさらに言及すると、ボルト４３が、ウォータロッド１４間かつ上部タイプレート２２の穴４５内に配置されている。ボルト４３は内腔４７中に延在する。ほぼ円筒形の部材５１がボルト４３の端部に固着され、内腔４７の境界を決めている。ばね５３が、円筒形部材５１と内腔４７の頂部とによって画定された空間内で、ボルト４３のまわりに配置されている。ばね５３は、図３に示すように、上部タイプレート２２をウォータロッド主ばねサポート５５から離間した状態に維持する役目を果たす。さらに、ばね５３は、ラッチピン３８がラッチピン穴４２の上端に係合するように、上部タイプレート２２を上向きに押しあげる。またさらに、ウォータロッド主ばねの予備荷重力を上部タイプレート２２からそらせる。
【００２４】
図４に、この発明によるラッチピン装置（アセンブリ）１００を示す。ラッチピン・アセンブリ１００は、ラッチピン３８により上部タイプレート２２とチャネル１６間または上部タイプレート２２と冷却材棒１４間に選択的に取り付けることができる。図４に示すように、この実施例の冷却材棒１４は上部タイプレート２２を貫通してさらに上方に延在する。図３に示す実施例と同様、ラッチピン３８はボス部材３４の内腔３６内を移動でき、ばね４４がラッチピン３８を取り囲み、ラッチピン３８をチャネルと係合する方向に押圧する。ラッチピン３８の端部が上部タイプレート２２の穴１０８を貫通する。
【００２５】
ラッチピン３８の端部キャップまたはヘッド４０′は、アンカーピン１０２がヘッド４０′に貫通しかつヘッド４０′の直径方向反対側から半径方向外向きに延在するように、変更されている。内腔３６には、アンカーピン１０２を受け入れる形状の２つの環状溝１０４が設けられている。
図４に示す位置において、アンカーピン１０２は内腔３６の溝１０４からはずれている。したがって、ばね４４がラッチピン３８をチャネルと係合するもっとも外側の位置に押圧する。図５に移ると、ラッチピン３８を、好ましくは外部工具（図示せず）により、内向きに駆動すると、ラッチピンシャフトが冷却材棒１４の穴１０６を貫通する。アンカーピン１０２の位置が２つの溝１０４のうち内側の溝と合致したとき、外部工具によりラッチピン３８を、アンカーピン１０２が溝１０４にはまるまで、約９０°回転する。この位置で、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げると、燃料バンドルを容器から取り外すことができ、チャネルは所定位置に留まる。図５に示す位置を第１ラッチピン位置と呼ぶ。
【００２６】
図６に、アンカーピン１０２が２番目の溝１０４と係合している、第２ラッチピン位置を示す。この位置で、ラッチピン３８が冷却材棒１４ともチャネル１６とも係合していないので、上部タイプレート２０を燃料集合体から取りはずすことができる。図４に示す位置では、燃料集合体をベイルハンドル３３により吊り上げると、燃料集合体全体を容器から取りはずすことができる。
【００２７】
図７−図１０に、この発明の別の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）２００を示す。この配置では、ラッチピン３８′は、上部タイプレート２２の穴１０８を貫通するラッチピン３８′の端部にフック部材２０２が固定されたものに変更されている。アーム部材２０４がラッチピン３８′の端部から延在し、そしてフック部材２０２がラッチピン３８′の長さ方向軸線２０６からずれるように、フック部材２０２がアーム部材２０４の端部に固定されている。その結果、フック部材２０２を回転して冷却材棒１４と係合または脱離することができる。外部工具（図示せず）によりラッチピン３８′を回転する。
【００２８】
この構成において、フック部材２０２を冷却材棒１４と係合させたとき、ヘッド４０はチャネルから引き抜かれた状態に維持される。したがって、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げるとき、燃料バンドルを、チャネル１６なしで、炉容器から取りはずすことができる。図９および図１０においては、外部工具によりラッチピン３８′を回転することにより、フック部材２０２を冷却材棒１４からはずす。フック部材２０２を係合状態から解放すると、ばね４４がラッチピン３８′を外向きに押すので、ヘッド４０がチャネル１６に係合する（図９参照）。この位置で、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げると、燃料集合体全体を炉容器から取りはずすことができる。表面２０８は、ラッチピン３８をチャネル１６と係合させるときに、フック部材２０２に対するストッパ面となる。さらに、非係合位置において、フック部材２０２はウォータロッドに接触しない（図１０参照）。
【００２９】
図１１−図１４に、この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）３００を示す。図１１において、この実施例のラッチピンは、外側シャフト３０２と内側シャフト３０４とからなる。外側シャフト３０２は、内腔３６内に配置され、内側シャフト３０４を取り囲んでいる。外側シャフト３０２のヘッド部分には、燃料集合体のチャネル１６を受け入れるようになった凹所３０６が設けられている。外側シャフト３０２には、外側シャフト３０２の外周に沿ってほぼ均等間隔で、複数（３個以上、好ましくは５個）の穴３０８があけられている。穴３０８はアンカー部材またはボール３１０を受け入れる形状となっている。ロックリング３１２が外側シャフト３０２の最内端に、好ましくはねじにより固着され、ばね４４用の受けとなる。
【００３０】
内側シャフト３０４は係合シャフト部分３１４と、移行シャフト部分３１６と、内側シャフトヘッド３１８とを含む。内側シャフトヘッド３１８は、第１直径部分３２０と、テーパ部分３２２と、第１直径部分３２０より直径が小さい第２直径部分３２４とを含む。テーパ部分３２２は外側シャフト３０２に対して穴３０８に隣接して位置するので、ボール３１０がテーパ部分３２２に接触する。内腔３６には、ボール３１０を受け入れる形状の２つの環状溝３２６が形成されている。
【００３１】
図１１に示した位置で、外側シャフト３０２の凹所形成部分３０６はチャネル１６の穴から突出しているので、ラッチピン装置が上部タイプレート２２とチャネル１６とを連結する。ばね４４が、内側シャフトヘッド３１８を押圧するので、内側シャフトヘッドのテーパ部分３２２がボール３１０を外向きに駆動し、溝３２６と係合させる。その結果、ラッチピン装置３００はチャネル係合位置にしっかり固定される。
【００３２】
ラッチピン装置がチャネル１６からはずれ、冷却材棒と係合するようにラッチピン装置を移動するには、外部工具により、内側シャフト３０４をばね４４の力に抗して内方にずらす。その結果、テーパ部分３２２が相対移動するので、ボール３１０が溝３２６との密接な係合関係から解放される。つぎに、外部工具を用いて外側シャフト３０２を内方に、ボール３１０が内側の溝３２６にはまるまで、駆動する。図１２に示すこの状態で、内側シャフト３０４を冷却材棒１４の穴３２８内に駆動し、これにより冷却材棒１４と係合する。したがって、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げれば、燃料バンドルを、チャネルなしで、炉容器から取りはずすことができる。
【００３３】
図１３に、この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）４００を示す。この配置では、ラッチピン３８″が、工具４０２を受け入れる中空なものに変更されている。工具４０２はラッチピン３８″内で、燃料集合体チャネル係合位置（図１３に示す）と冷却材棒係合位置との間を移動できる。工具４０２に、遠隔操作できるハンドル４０４を設けるのがよい。作動時には、オペレータが工具４０２を内向きに移動して冷却材棒１４と係合させる。工具の長さは、燃料集合体チャネル１６および冷却材棒１４と同時に係合するか、燃料集合体チャネル１６のみに係合するような長さとする。工具の形状は、燃料バンドルをチャネルから取りはずした後冷却材棒に係合できるような形状とするのがよい。工具４０２には、これをラッチピン３８″内の所定位置にロックする構造を設けるのが好ましい。
【００３４】
ラッチピン装置１００、２００、３００、４００の構成要素はインコネルＸ−７５０から形成するのが好ましく、成形部材（たとえば、ヘッド４０、ラッチピン３８′、内側シャフト３０４）は棒材から切削加工するのが好ましい。もちろん、当業者であればこれらの構成要素を形成する他の材料や方法も想起できるであろう。この発明は、上に図解し説明した構造に限定されない。
【００３５】
図１４は、この発明による別のハンドルアセンブリの斜視図である。このハンドルアセンブリを用いれば、この発明のラッチピン装置を、燃料棒を受け入れる上部タイプレート格子を持たない燃料集合体に組み込むことが可能である。燃料集合体の頂部付近に追加のスペーサ１８（図１参照）を設けるか、複数のスペーサ１８の間隔を燃料集合体に沿ってさらに広げることができる。
【００３６】
ハンドルアセンブリ５００は、内腔５０６が内部に形成された１対のボス部材５０４と一体のベイルハンドル５０２を含む。１対のアウトリガー５１０を有する交差部材５０８は、ベイルハンドル５０２とほぼ直交するような形状となっている。図１４に示すように、ハンドルアセンブリ５００の中心平面は、内腔５０６の長さ方向軸線が規定する平面より下方に位置する。冷却材棒１４は中心平面にあけた穴５１２を上向きに貫通する。この発明のラッチピン装置をハンドルアセンブリ５００の構造に組み込むのは容易である。
【００３７】
以上、この発明を現在のところもっとも実用的かつ好適と考えられる実施例について説明したが、この発明は図示の実施例に限定されず、特許請求の範囲に含まれる種々の改変や均等な配置をすべて包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による燃料集合体の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線方向に見た図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向に見た断面図である。
【図４】この発明のラッチピン装置の断面図である。
【図５】冷却材棒に係合した状態のラッチピン装置の断面図である。
【図６】中立位置にあるラッチピン装置の断面図である。
【図７】この発明の別の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図８】図７のラッチピン装置の平面図である。
【図９】燃料集合体チャネルに係合している図７のラッチピン装置の断面図である。
【図１０】図９のラッチピン装置の平面図である。
【図１１】この発明の他の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図１２】燃料集合体チャネルに係合している図１１のラッチピン装置の断面図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図１４】この発明の別の実施例によるハンドルアセンブリの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体
１２ 燃料棒
１４ 冷却材棒
１６ チャネル
２０ 下部タイプレート
２２ 上部タイプレート
３２ ベイルハンドル・アセンブリ
３４ ボス部材
３６ 内腔
３８ ラッチピン
４０ ラッチピンキャップ
４２ ラッチピン穴
４４ ばね
１００ ラッチピン装置
１０２ アンカーピン
１０４ 環状溝
２００ ラッチピン装置
２０２ フック部材
２０４ アーム部材
３００ ラッチピン装置
３０２ 外側シャフト
３０４ 内側シャフト
３１０ ボール
３１２ ロックリング
３１４ 係合シャフト部分
３１６ 移行シャフト部分
３１８ 内側シャフトヘッド
３２０ 第１直径部分
３２２ テーパ部分
３２４ 第２直径部分
３２６ 環状溝
４００ ラッチピン装置
４０２ 工具
【技術分野】
この発明は、沸騰水型原子炉容器における燃料集合体の構造に関し、特に、燃料集合体の荷重を支持するのに冷却材棒を選択的に利用し、これにより燃料タイロッドを用いる必要をなくした、燃料集合体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉容器における従来の燃料集合体は、下部タイプレート、上部タイプレート、そして上部および下部タイプレート間に支持された複数の密閉燃料棒の配列を含む。燃料棒は、蒸気を発生させるのに必要な臨界反応を支持するために、密閉容器内に核燃料ペレットを収容したものである。燃料棒の配列内には１本以上の冷却材棒が含まれ、同じく上部および下部タイプレート間に支持されている。タイプレート、燃料棒および冷却材棒はチャネルで囲まれている。このチャネルは、通常、断面が正方形で、金属（好ましくはジルカロイと称される合金）で形成される。水が燃料集合体の底部から頂部に流れる。水は、チャネル内の下部タイプレートを経て内部に入り、直立している燃料棒間を通過する。水と発生した蒸気が燃料棒間のチャネル内部から、上部タイプレートを通って外に出る。チャネルは、必要な減速冷却材の流れを、タイプレート間に限定された流路に閉じこめる。
【０００３】
下部タイプレートおよび上部タイプレートは、密閉された燃料棒を鉛直な直立する格子配列状態に支持する役目を果たす。代表的には、上部タイプレートは、燃料棒支持点の上方格子配列を形成する。通常、これらの支持点のうち約８個に対応するおすねじ付きタイロッドおよび取付け具を配置する。タイロッドは、燃料棒と同様の燃料を収容し、下端がねじ切りされ、下部タイプレートに取り付けられるようになっている。同様に、下部タイプレートは、燃料棒支持点の下方格子配列を形成する。これらの下方支持点は、大部分、上部タイプレートの上方支持点に対応する。通常、これらの支持点のうち約８個にめすねじ穴をねじ切りする。これらのねじ穴は、上部タイプレートの上方穴に対応する。下部タイプレートのこれらのねじ切り支持点に燃料タイロッドのねじ切り下端を配置する。こうして、通常、２つのタイプレートを燃料タイロッドで一緒に結着する。
【０００４】
またタイプレートは、流体流れを燃料集合体に出入りさせる開口の格子配列を画定する。具体的には、下部タイプレートは、水冷却材を内部に入れるための開口の第１格子配列を画定する。この冷却材は、反応で生成したはやい中性子を減速、すなわちスローダウンして反応を継続するおそい（または熱）中性子を生成する能力を発揮する。同時に、冷却材がチャネル内の燃料集合体を通して上方に通過するにつれて、冷却材の一部が蒸気に変換される。この蒸気と蒸気に変換されず、液相に留まっている冷却材は、上部タイプレートを通って外に出る必要がある。その結果、上部タイプレートには、燃料棒支持点の格子配列間に、独特の開口の配列を形成する。上部タイプレートの開口配列は、蒸気／水の２相混合物が燃料集合体から外に流れ出るのを許す。
【０００５】
燃料バンドルは、炉のいわゆる「停止」（outage）時に定期的に交換および／または点検する必要がある。原子炉の中心にある蒸気を発生する炉心から上置き要素を取り除いて、遮蔽水を通して炉心へのアクセスを可能にしたときに、このような停止が起こる。このような「停止」中に、炉容器炉心の数セクションの取外し、検査および／または交換を行う。放射線抑制用水浴に沈められた炉心においては、燃料集合体をハンドルで遠隔把持することにより、検査のために交換すべき燃料バンドルを取り外す。ハンドルは、燃料集合体を容器から取りはずすときに、ハンドルに対して従属関係にある燃料集合体の全重量に対する支持点を、燃料集合体の頂部に設定しなければならない。ひとたび燃料集合体をハンドルで支持したら、燃料集合体の全重量はハンドルにより支えられる。この重量には、燃料棒および冷却材棒の重量、上部タイプレートの重量、下部タイプレートの重量および包囲チャネルの重量が含まれる（６００ポンド以上）。
【０００６】
ひとたび燃料集合体を容器から取りはずしたら、タイプレート、燃料棒および冷却材棒をチャネルから分離することができる。チャネルから分離してしまえば、燃料棒の検査および／または交換は容易である。しかし、従来、燃料タイロッドのねじ切り端栓がそのねじ連結部で焼きつく傾向があり、このため燃料タイロッドの交換が困難で時間がかかるものとなっている。さらに、燃料集合体の設計寿命が長くなるにつれて、腐食作用により燃料タイロッドが弱くなる。この弱化が起こるのは、材料の腐食薄肉化のせいで、また水素の発生およびその吸収による延性の減少による。
【０００７】
したがって、上部および下部タイプレート間にねじ係合により連結された燃料タイロッドを含まない燃料集合体構造を開発する必要がある。さらに、燃料集合体のために、腐食作用による影響の少ない構造的荷重経路を利用する必要がある。一般に、腐食は表面現象であるので、体積対表面積比が高い構造体はこの点での余裕が大きい。沸騰水型炉の燃料集合体の通常の設計に余分な構造をつけ加えなければ、体積対表面積比がもっとも高い構成要素はチャネルである。チャネルを用いて荷重を支持する燃料集合体が、本出願人の１９９５年１０月１２日付け米国出願番号０８／５４２３８２（平成８年特許願第２６３４１１号）に記載されている。
【０００８】
燃料集合体荷重を支えるのにチャネルおよび冷却材棒を選択的に使用できるようにし、燃料集合体全体を炉容器から取りはずすか、燃料バンドル（すなわち、チャネルなし）のみを炉容器から取りはずすことができれば、有効である。
【０００９】
【発明の開示】
したがって、この発明の目的は、燃料集合体荷重を支えるための構造部材としてチャネルおよび冷却材棒を選択的に使用できるようにする燃料集合体構造を提供することにある。この発明の別の目的は、燃料タイロッドを利用しない荷重経路を介して燃料集合体を吊り上げることを可能にする燃料集合体構造を提供することにある。この発明の他の目的は、燃料バンドルおよび燃料集合体を吊り上げる方法を提供することにある。
【００１０】
このような目的を達成するために、この発明によれば、複数の燃料棒および少なくとも１本の冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルを含む沸騰水型原子炉におけるタイプレート用のラッチピン装置（アセンブリ）が提供される。ラッチピン装置は、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能なラッチピンと、前記ラッチピンと協動するアンカーアセンブリとを備える。アンカーアセンブリは、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するようにラッチピンを選択位置に係止する。
【００１１】
前記ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒のいずれかと係合可能であるか、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と同時に係合可能であるのがよい。好ましくは、前記タイプレートがラッチピン内腔を含み、ラッチピンがラッチピン内腔内に移動自在に配置されている。好適な実施例では、ラッチピンに、前記ラッチピン内腔の外端を画定するヘッドを設け、前記ラッチピン装置はさらに、前記ヘッドと前記ラッチピン内腔の内端間に配置されたばねを含む。この実施例では、ばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向かって押圧する。
【００１２】
前記アンカーアセンブリが、ラッチピン内腔に形成された少なくとも１個の環状溝と、前記ヘッドを貫通してヘッドの直径方向両側から半径方向外向きに延在するアンカーピンとを備え、前記アンカーピンが前記環状溝にはまる形状とすることが出来る。第１の構成例では、前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備える。一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルおよび前記冷却材棒からはずれる第２ラッチピン位置に対応する。前記ラッチピンは、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合し、かつ前記アンカーピンが２個の前記環状溝のいずれにもはまらない第３ラッチピン位置に移動できるような形状とするのがよい。
【００１３】
別の構成例では、前記アンカーアセンブリが前記ラッチピンの前記ヘッドとは反対の端部に配置されたフックを備え、前記フックが冷却材棒と選択的に係合可能である。この構成では、前記フックが前記ラッチピンの長さ方向軸線からずれて配置されている。前記ラッチピンは、前記ラッチピン内腔内に回転自在に配置され、前記フックが前記冷却材棒と係合する係合位置と、前記フックが前記冷却材棒からはずれる非係合位置との間でラッチピンの長さ方向軸線のまわりを回転する。またさらに、前記ラッチピンは前記ラッチピン内腔の内端にあけた穴を貫通し、前記フックが前記ヘッドとは反対側の、前記穴を通り越したラッチピンの端部に固定される。この配置では、前記アンカーアセンブリはさらにストッパ面を含み、前記非係合位置で前記フックがストッパ面に当接する。
【００１４】
前記ラッチピンが、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された内側シャフトと、この内側シャフトを包囲し、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された外側シャフトとを含み、前記内側シャフトが前記外側シャフトに対して相対移動可能とすることが出来る。この配置では、前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された少なくとも１つの環状溝と、前記外側シャフトに形成された穴と、この穴内に配置され、前記環状溝および前記内側シャフトと係合可能なアンカー部材とを備える。アンカー部材がボールであるのがよい。前記アンカーアセンブリが前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備える。一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合する第２ラッチピン位置に対応する。前記内側シャフトが、冷却材棒と係合し得る係合シャフト部分と、移行シャフト部分と、内側シャフトヘッドとを備え、前記内側シャフトヘッドが第１直径部分と、テーパ部分と、直径が第１直径部分より小さい第２直径部分とを備え、前記アンカー部材が前記内側シャフトに前記内側シャフトヘッドのテーパ部分で係合する。前記ラッチピンがさらに、前記外側シャフトの内端に固定され、前記外側シャフトの内側に受けを画定するロックリングを備え、前記ラッチピン装置がさらに、前記受けと前記内側シャフトヘッドの第１直径部分との間に配置されたばねを備え、このばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向けて押圧する。前記外側シャフトが前記燃料集合体チャネルと係合し得る外側シャフトヘッドを備え、前記外側シャフトヘッドが、もっとも内側の第１直径と、第１直径より小さい中間位置の第２直径と、第２直径より大きいもっとも外側の第３直径を有する。
【００１５】
この発明の別の観点によれば、複数本の燃料棒と、少なくとも１本の冷却材棒と、前記燃料棒および冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルと、前記燃料集合体チャネルの内側に配置され、前記燃料棒および冷却材棒を横方向に支持する上部タイプレートと、前記燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合し得るラッチピン装置とを備える燃料集合体が提供される。
【００１６】
前記ラッチピン装置がラッチピンを備え、前記冷却材棒が前記ラッチピンを受け入れる形状とされた係合穴を備えるようにすることが出来る。前記ラッチピン装置がさらに、前記ラッチピンと協動するアンカーアセンブリを備えるのがよい。前記アンカーアセンブリは、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するようにラッチピンを選択位置に係止する。前記ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒のいずれかと係合可能であるか、燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と同時に係合可能である。前記タイプレートがラッチピン内腔を含み、前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置することが出来る。前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔の外端を画定するヘッドを備え、前記ラッチピン装置がさらに、前記ヘッドと前記ラッチピン内腔の内端間に配置されたばねを備え、このばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向かって押圧する。
【００１７】
この発明のさらに他の観点によれば、沸騰水型原子炉において燃料集合体を吊り上げる方法が提供される。この方法は、ラッチピン装置を燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能とし、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するように、ラッチピンを選択位置に係止し、燃料集合体を上部タイプレートを介して吊り上げる工程を含む。
【００１８】
【発明を実施する最良の態様】
この発明の上記および他の特徴と効果をさらに明瞭にするために、以下にこの発明の好適な実施態様を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、この発明の１実施例による沸騰水型原子炉用の燃料集合体（フュールアセンブリ）の断面を示す。燃料集合体１０は、複数本の燃料棒１２と、１対の冷却材棒１４（好適な実施例として２本の冷却材棒１４を図示し、説明するが、燃料集合体によっては１本の冷却材棒を使用することも多い）と、これらの燃料棒１２および冷却材棒１４を取り囲むチャネル１６とを含む。燃料棒１２は１０Ｘ１０の行列に配置するのが好ましく、複数のスペーサ１８によりチャネル内で横移動しないように固定されている。冷却材棒１４は通常、燃料棒配列の中心に配置される。冷却材棒１４の上端および下端両方に小さな穴を設けて、水を冷却材棒内に引きこむことができるようにし、こうして減速材を燃料棒配列内に導入する。１本のウォータロッドは、スペーサ１８それぞれに機械的にロックされたスペーサ捕捉棒としても機能し、これにより各スペーサ１８の軸線方向位置を固定する。燃料棒スペーサ１８にインコネルＸのばねを設けて燃料棒間の間隔を維持する。
【００１９】
燃料棒１２および冷却材棒１４は下部タイプレート２０により支持されている。上部タイプレート２２は燃料棒１２および冷却材棒１４を受け入れ、その横移動を阻止する。燃料棒の端栓はピンを有し、そのピンがタイプレート２０、２２のアンカー穴にはまる。各燃料棒の上部端栓の上に膨張空間を確保し、燃料棒が軸線方向に膨張するのを許す。つまり、燃料棒が上部タイプレート２２の穴内ですべることで、軸線方向熱膨張差を吸収する。従来の構造とは異なり、燃料棒を下部タイプレート２０または上部タイプレート２２にねじ込まない。冷却材棒１４の片方または両方を下部タイプレート２０にしっかりねじ込んでもよい。従来技術と関連して前述したように、長期の浸漬時間の間にねじ山が焼きつきを起こしがちであるので、なんであれタイプレート２０、２２にねじ込むのは望ましくない。しかし、燃料棒１２とは異なり、冷却材棒１４は燃料棒１２程頻繁にバンドルから引き抜く必要がない。したがって、この発明では、冷却材棒１４はねじ込みその他の手段でしっかりと下部タイプレート２０に固定する。
【００２０】
ノーズピース２６への移行部分として機能する移行部材２４が、下部タイプレート２０をチャネル１６内に支持する。チャネル１６を適当な構造により移行部材２４に固着する。図示の実施例では、ボルト２８をチャネル１６を経て移行部材２４にねじ込んでいる。チャネル１６のほぼ正方形の断面の各側面に一つずつ、４個のボルト２８をねじ込むのが好ましい。移行部材２４には、その対応する正方形断面の各側面に、対応するボルト受け取り穴３０がねじ切りされている。ボルト２８は合金Ｘ−７５０製とするのが好ましい。
【００２１】
ベイルハンドル・アセンブリ３２が上部タイプレート２２と一体である。図１および図２に示すように、ベイルハンドル・アセンブリ３２はベイルハンドル３３および２つのボス部材３４を含む。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向に見た断面である。ボス部材３４には、内部に内腔（チャネル）３６が形成されている。ラッチピン３８が内腔３６内に移動自在に配置されている。ラッチピンキャップまたはヘッド４０がラッチピン３８の外端に固定され、キャップ４０のもっとも外側の第１直径は、チャネル１６のラッチピン穴４２を通過できる形状となっており、もっとも内側の第２直径は、チャネル１６のラッチピン穴４２より大きく、ラッチピン３８用のストッパ面として作用する。ラッチピンキャップ４０の内側面はボス部材３４の内腔３６の境界を決める。ばね４４が、ラッチピンキャップ４０の内側面と内腔３６の端部との間で、内腔３６内にかつラッチピン３８のまわりに配置されている。ばね４４はラッチピン３８を、チャネル１６のラッチピン穴４２に係合する伸長位置に押圧する。
【００２２】
作動時には、移行部材２４がボルト２８によりチャネル１６に剛固に固着されているので、またラッチピン３８がチャネル１６のラッチピン穴４２に挿入されているので、燃料集合体１０をベイルハンドル・アセンブリ３２で吊りあげる際に、チャネル１６が燃料集合体１０の構造的荷重を支える。前述したように、チャネル１６は、燃料集合体１０内の構成要素のうちもっとも高い体積対表面積比を有し、うまく腐食作用を免れる。
【００２３】
図３にさらに言及すると、ボルト４３が、ウォータロッド１４間かつ上部タイプレート２２の穴４５内に配置されている。ボルト４３は内腔４７中に延在する。ほぼ円筒形の部材５１がボルト４３の端部に固着され、内腔４７の境界を決めている。ばね５３が、円筒形部材５１と内腔４７の頂部とによって画定された空間内で、ボルト４３のまわりに配置されている。ばね５３は、図３に示すように、上部タイプレート２２をウォータロッド主ばねサポート５５から離間した状態に維持する役目を果たす。さらに、ばね５３は、ラッチピン３８がラッチピン穴４２の上端に係合するように、上部タイプレート２２を上向きに押しあげる。またさらに、ウォータロッド主ばねの予備荷重力を上部タイプレート２２からそらせる。
【００２４】
図４に、この発明によるラッチピン装置（アセンブリ）１００を示す。ラッチピン・アセンブリ１００は、ラッチピン３８により上部タイプレート２２とチャネル１６間または上部タイプレート２２と冷却材棒１４間に選択的に取り付けることができる。図４に示すように、この実施例の冷却材棒１４は上部タイプレート２２を貫通してさらに上方に延在する。図３に示す実施例と同様、ラッチピン３８はボス部材３４の内腔３６内を移動でき、ばね４４がラッチピン３８を取り囲み、ラッチピン３８をチャネルと係合する方向に押圧する。ラッチピン３８の端部が上部タイプレート２２の穴１０８を貫通する。
【００２５】
ラッチピン３８の端部キャップまたはヘッド４０′は、アンカーピン１０２がヘッド４０′に貫通しかつヘッド４０′の直径方向反対側から半径方向外向きに延在するように、変更されている。内腔３６には、アンカーピン１０２を受け入れる形状の２つの環状溝１０４が設けられている。
図４に示す位置において、アンカーピン１０２は内腔３６の溝１０４からはずれている。したがって、ばね４４がラッチピン３８をチャネルと係合するもっとも外側の位置に押圧する。図５に移ると、ラッチピン３８を、好ましくは外部工具（図示せず）により、内向きに駆動すると、ラッチピンシャフトが冷却材棒１４の穴１０６を貫通する。アンカーピン１０２の位置が２つの溝１０４のうち内側の溝と合致したとき、外部工具によりラッチピン３８を、アンカーピン１０２が溝１０４にはまるまで、約９０°回転する。この位置で、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げると、燃料バンドルを容器から取り外すことができ、チャネルは所定位置に留まる。図５に示す位置を第１ラッチピン位置と呼ぶ。
【００２６】
図６に、アンカーピン１０２が２番目の溝１０４と係合している、第２ラッチピン位置を示す。この位置で、ラッチピン３８が冷却材棒１４ともチャネル１６とも係合していないので、上部タイプレート２０を燃料集合体から取りはずすことができる。図４に示す位置では、燃料集合体をベイルハンドル３３により吊り上げると、燃料集合体全体を容器から取りはずすことができる。
【００２７】
図７−図１０に、この発明の別の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）２００を示す。この配置では、ラッチピン３８′は、上部タイプレート２２の穴１０８を貫通するラッチピン３８′の端部にフック部材２０２が固定されたものに変更されている。アーム部材２０４がラッチピン３８′の端部から延在し、そしてフック部材２０２がラッチピン３８′の長さ方向軸線２０６からずれるように、フック部材２０２がアーム部材２０４の端部に固定されている。その結果、フック部材２０２を回転して冷却材棒１４と係合または脱離することができる。外部工具（図示せず）によりラッチピン３８′を回転する。
【００２８】
この構成において、フック部材２０２を冷却材棒１４と係合させたとき、ヘッド４０はチャネルから引き抜かれた状態に維持される。したがって、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げるとき、燃料バンドルを、チャネル１６なしで、炉容器から取りはずすことができる。図９および図１０においては、外部工具によりラッチピン３８′を回転することにより、フック部材２０２を冷却材棒１４からはずす。フック部材２０２を係合状態から解放すると、ばね４４がラッチピン３８′を外向きに押すので、ヘッド４０がチャネル１６に係合する（図９参照）。この位置で、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げると、燃料集合体全体を炉容器から取りはずすことができる。表面２０８は、ラッチピン３８をチャネル１６と係合させるときに、フック部材２０２に対するストッパ面となる。さらに、非係合位置において、フック部材２０２はウォータロッドに接触しない（図１０参照）。
【００２９】
図１１−図１４に、この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）３００を示す。図１１において、この実施例のラッチピンは、外側シャフト３０２と内側シャフト３０４とからなる。外側シャフト３０２は、内腔３６内に配置され、内側シャフト３０４を取り囲んでいる。外側シャフト３０２のヘッド部分には、燃料集合体のチャネル１６を受け入れるようになった凹所３０６が設けられている。外側シャフト３０２には、外側シャフト３０２の外周に沿ってほぼ均等間隔で、複数（３個以上、好ましくは５個）の穴３０８があけられている。穴３０８はアンカー部材またはボール３１０を受け入れる形状となっている。ロックリング３１２が外側シャフト３０２の最内端に、好ましくはねじにより固着され、ばね４４用の受けとなる。
【００３０】
内側シャフト３０４は係合シャフト部分３１４と、移行シャフト部分３１６と、内側シャフトヘッド３１８とを含む。内側シャフトヘッド３１８は、第１直径部分３２０と、テーパ部分３２２と、第１直径部分３２０より直径が小さい第２直径部分３２４とを含む。テーパ部分３２２は外側シャフト３０２に対して穴３０８に隣接して位置するので、ボール３１０がテーパ部分３２２に接触する。内腔３６には、ボール３１０を受け入れる形状の２つの環状溝３２６が形成されている。
【００３１】
図１１に示した位置で、外側シャフト３０２の凹所形成部分３０６はチャネル１６の穴から突出しているので、ラッチピン装置が上部タイプレート２２とチャネル１６とを連結する。ばね４４が、内側シャフトヘッド３１８を押圧するので、内側シャフトヘッドのテーパ部分３２２がボール３１０を外向きに駆動し、溝３２６と係合させる。その結果、ラッチピン装置３００はチャネル係合位置にしっかり固定される。
【００３２】
ラッチピン装置がチャネル１６からはずれ、冷却材棒と係合するようにラッチピン装置を移動するには、外部工具により、内側シャフト３０４をばね４４の力に抗して内方にずらす。その結果、テーパ部分３２２が相対移動するので、ボール３１０が溝３２６との密接な係合関係から解放される。つぎに、外部工具を用いて外側シャフト３０２を内方に、ボール３１０が内側の溝３２６にはまるまで、駆動する。図１２に示すこの状態で、内側シャフト３０４を冷却材棒１４の穴３２８内に駆動し、これにより冷却材棒１４と係合する。したがって、燃料集合体をベイルハンドル３３で吊り上げれば、燃料バンドルを、チャネルなしで、炉容器から取りはずすことができる。
【００３３】
図１３に、この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置（アセンブリ）４００を示す。この配置では、ラッチピン３８″が、工具４０２を受け入れる中空なものに変更されている。工具４０２はラッチピン３８″内で、燃料集合体チャネル係合位置（図１３に示す）と冷却材棒係合位置との間を移動できる。工具４０２に、遠隔操作できるハンドル４０４を設けるのがよい。作動時には、オペレータが工具４０２を内向きに移動して冷却材棒１４と係合させる。工具の長さは、燃料集合体チャネル１６および冷却材棒１４と同時に係合するか、燃料集合体チャネル１６のみに係合するような長さとする。工具の形状は、燃料バンドルをチャネルから取りはずした後冷却材棒に係合できるような形状とするのがよい。工具４０２には、これをラッチピン３８″内の所定位置にロックする構造を設けるのが好ましい。
【００３４】
ラッチピン装置１００、２００、３００、４００の構成要素はインコネルＸ−７５０から形成するのが好ましく、成形部材（たとえば、ヘッド４０、ラッチピン３８′、内側シャフト３０４）は棒材から切削加工するのが好ましい。もちろん、当業者であればこれらの構成要素を形成する他の材料や方法も想起できるであろう。この発明は、上に図解し説明した構造に限定されない。
【００３５】
図１４は、この発明による別のハンドルアセンブリの斜視図である。このハンドルアセンブリを用いれば、この発明のラッチピン装置を、燃料棒を受け入れる上部タイプレート格子を持たない燃料集合体に組み込むことが可能である。燃料集合体の頂部付近に追加のスペーサ１８（図１参照）を設けるか、複数のスペーサ１８の間隔を燃料集合体に沿ってさらに広げることができる。
【００３６】
ハンドルアセンブリ５００は、内腔５０６が内部に形成された１対のボス部材５０４と一体のベイルハンドル５０２を含む。１対のアウトリガー５１０を有する交差部材５０８は、ベイルハンドル５０２とほぼ直交するような形状となっている。図１４に示すように、ハンドルアセンブリ５００の中心平面は、内腔５０６の長さ方向軸線が規定する平面より下方に位置する。冷却材棒１４は中心平面にあけた穴５１２を上向きに貫通する。この発明のラッチピン装置をハンドルアセンブリ５００の構造に組み込むのは容易である。
【００３７】
以上、この発明を現在のところもっとも実用的かつ好適と考えられる実施例について説明したが、この発明は図示の実施例に限定されず、特許請求の範囲に含まれる種々の改変や均等な配置をすべて包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による燃料集合体の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線方向に見た図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向に見た断面図である。
【図４】この発明のラッチピン装置の断面図である。
【図５】冷却材棒に係合した状態のラッチピン装置の断面図である。
【図６】中立位置にあるラッチピン装置の断面図である。
【図７】この発明の別の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図８】図７のラッチピン装置の平面図である。
【図９】燃料集合体チャネルに係合している図７のラッチピン装置の断面図である。
【図１０】図９のラッチピン装置の平面図である。
【図１１】この発明の他の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図１２】燃料集合体チャネルに係合している図１１のラッチピン装置の断面図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施例によるラッチピン装置の断面図である。
【図１４】この発明の別の実施例によるハンドルアセンブリの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体
１２ 燃料棒
１４ 冷却材棒
１６ チャネル
２０ 下部タイプレート
２２ 上部タイプレート
３２ ベイルハンドル・アセンブリ
３４ ボス部材
３６ 内腔
３８ ラッチピン
４０ ラッチピンキャップ
４２ ラッチピン穴
４４ ばね
１００ ラッチピン装置
１０２ アンカーピン
１０４ 環状溝
２００ ラッチピン装置
２０２ フック部材
２０４ アーム部材
３００ ラッチピン装置
３０２ 外側シャフト
３０４ 内側シャフト
３１０ ボール
３１２ ロックリング
３１４ 係合シャフト部分
３１６ 移行シャフト部分
３１８ 内側シャフトヘッド
３２０ 第１直径部分
３２２ テーパ部分
３２４ 第２直径部分
３２６ 環状溝
４００ ラッチピン装置
４０２ 工具
Claims (17)
- 複数の燃料棒および少なくとも１本の冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルを含む沸騰水型原子炉におけるタイプレート用のラッチピン装置において、
燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能なラッチピンと、
前記ラッチピンと協動するアンカーアセンブリとを備え、
前記アンカーアセンブリは、ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するようにラッチピンを選択位置に係止するラッチピン装置。 - 前記ラッチピンが燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と同時に係合可能である、請求項１に記載のラッチピン装置。
- 前記タイプレートがラッチピン内腔を含み、前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置されている、請求項１に記載のラッチピン装置。
- 前記ラッチピンが前記ラッチピン内腔の外端を画定するヘッドを備え、前記ラッチピン装置がさらに、前記ヘッドと前記ラッチピン内腔の内端間に配置されたばねを備え、このばねが前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルと係合する位置に向かって押圧する、請求項３に記載のラッチピン装置。
- 前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された少なくとも１個の環状溝と、前記ヘッドを貫通してヘッドの直径方向両側から半径方向外向きに延在するアンカーピンとを備え、前記アンカーピンが前記少なくとも１つの環状溝にはまる形状となっている、請求項４に記載のラッチピン装置。
- 前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備え、一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルおよび前記冷却材棒からはずれる第２ラッチピン位置に対応する、請求項５に記載のラッチピン装置。
- 前記ラッチピンは、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合し、かつ前記アンカーピンが前記２個の環状溝のいずれにもはまらない第３ラッチピン位置に移動できるような形状とされている、請求項６に記載のラッチピン装置。
- 前記アンカーアセンブリが前記ラッチピンの前記ヘッドとは反対の端部に配置されたフックを備え、前記フックが冷却材棒と選択的に係合可能である、請求項４に記載のラッチピン装置。
- 前記フックが前記ラッチピンの長さ方向軸線からずれて配置されている、請求項８に記載のラッチピン装置。
- 前記ラッチピンは、前記ラッチピン内腔内に回転自在に配置され、前記フックが前記冷却材棒と係合する係合位置と、前記フックが前記冷却材棒からはずれる非係合位置との間でラッチピン自身の長さ方向軸線のまわりを回転する、請求項８に記載のラッチピン装置。
- 前記ラッチピンは前記ラッチピン内腔の内端にあけた穴を貫通し、前記フックが前記ヘッドとは反対側の、前記穴を通り越したラッチピンの端部に固定され、前記アンカーアセンブリはさらにストッパ面を含み、前記非係合位置で前記フックがストッパ面に当接する、請求項１０に記載のラッチピン装置。
- 前記ラッチピンが、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された内側シャフトと、この内側シャフトを包囲し、前記ラッチピン内腔内に移動自在に配置された外側シャフトとを含み、前記内側シャフトが前記外側シャフトに対して相対移動可能である、請求項３に記載のラッチピン装置。
- 前記アンカーアセンブリが、前記ラッチピン内腔に形成された少なくとも１つの環状溝と、前記外側シャフトに形成された穴と、前記穴内に配置され、前記少なくとも１つの環状溝および前記内側シャフトと係合可能なアンカー部材とを備える、請求項１２に記載のラッチピン装置。
- 前記アンカー部材がボールであり、前記アンカーアセンブリが前記ラッチピン内腔に形成された２個の環状溝を備え、一方の環状溝は、前記ラッチピンが前記冷却材棒と係合する第１ラッチピン位置に対応し、他方の環状溝は、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルと係合する第２ラッチピン位置に対応する、請求項１３に記載のラッチピン装置。
- 前記内側シャフトが、冷却材棒と係合し得る係合シャフト部分と、移行シャフト部分と、内側シャフトヘッドとを備え、前記内側シャフトヘッドが第１直径部分と、テーパ部分と、直径が第１直径部分より小さい第２直径部分とを備え、前記アンカー部材が前記内側シャフトに前記内側シャフトヘッドのテーパ部分で係合する、請求項１３に記載のラッチピン装置。
- 前記外側シャフトが前記燃料集合体チャネルと係合し得る外側シャフトヘッドを備え、前記外側シャフトヘッドが、もっとも内側の第１直径と、第１直径より小さい中間位置の第２直径と、第２直径より大きいもっとも外側の第３直径を有する、請求項１２に記載のラッチピン装置。
- 燃料集合体を備え、この燃料集合体が、複数本の燃料棒と、少なくとも１本の冷却材棒と、前記燃料棒および冷却材棒を包囲する燃料集合体チャネルと、この燃料集合体チャネルの内側に配置され、前記燃料棒および冷却材棒を横方向に支持する上部タイプレートと、前記燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合し得るラッチピンとを備える、沸騰水型原子炉において、
前記ラッチピンを前記燃料集合体チャネルおよび冷却材棒と選択的に係合可能とし、前記ラッチピンが前記燃料集合体チャネルおよび冷却材棒の少なくとも一方と係合するように、ラッチピンを選択位置に係止し、前記燃料集合体を前記上部タイプレートを介して吊り上げる工程を含む沸騰水型原子炉において燃料集合体を吊り上げる方法。
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