JP4709824B2 - 燃料集合体結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃料集合体結合構造に関する。

加圧水型原子炉の燃料集合体は、図１１に示すように、燃料棒１００、上部ノズル１０１、下部ノズル１０２、案内管１０３、上部支持格子１０４、中間支持格子１０５、下部支持格子１０６、異物フィルタから構成されている。上部支持格子１０４及び中間支持格子１０５は、案内管１０３に機械的に結合され、下部支持格子１０６は下部ノズル１０２と共に案内管１０３の下端と機械的に結合され、上部支持格子１０４、中間支持格子１０５及び下部支持格子１０６で燃料棒１００を保持している。そして、図１２に示すように、上部ノズル１０１は、上部支持格子１０４に取り付けられたスリーブ１０７の上端部１０８と溶接により結合されている。また、スリーブ１０７と案内管１０３は機械的に結合されている。

ところで、燃料集合体は、運転中に損傷した燃料棒１００を発電所で取り替える等のために、燃料集合体の上部ノズル１０１を取り外す必要がある場合がある。このため、燃料集合体には、上部ノズル１０１の取り外しを可能とする設計が必要となる。しかし、上述したように、従来、上部ノズル１０１はスリーブ１０７と溶接により結合されるため、発電所で容易に脱着することは不可能であった。

そこで、上部ノズル１０１を脱着可能とする上部ノズル脱着構造として、図１３に示すように、案内管１０３の上端部に雄螺子１０９を形成し、これを上部ノズル１０１に設置されたロッキングカップ１１０を介し、内面に雌螺子１１２が形成されたナット１１１で挟み込み固定するという、ナット１１１を用いた燃料集合体結合構造が知られている（下記特許文献１参照）。

また、上部ノズル脱着構造として、案内管１０３に張り出し部を設け、この張り出し部を、上部ノズル１０１に取り付けたロックリング（図示省略）の開口部に挿入した上でロックリングを回転させることで、案内管１０３の張り出し部とロックリングの受け部とを重なり合わせることにより、案内管１０３と上部ノズル１０１とを結合するという、ロックリングを用いた燃料集合体結合構造が知られている（下記特許文献２参照）。

特開昭５９−１２３８３号公報 米国特許第５８４４９５８号明細書

しかしながら、上述した従来のナット１１１を用いた燃料集合体結合構造の場合、取り外したナット１１１が作業中に落下し燃料に混入した場合、異物損傷の原因となる。
また、上述した従来のロックリングを用いた燃料集合体結合構造の場合、案内管１０３及びロックリングの製造公差の範囲で案内管１０３の張り出し部の底面とロックリングの受け部との間に隙間が生じてしまい、案内管１０３の張り出し部とロックリングとの嵌合部、すなわち上部ノズルの脱着部に上下方向のがたが生じてしまう。

これらのことから、本発明は、上部ノズル脱着時に部品を分解する必要が無いため、取り外した部品が燃料集合体に混入する要因をなくし、上部ノズルの脱着部に上下方向のがたが生ずることのない燃料集合体の結合構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る燃料集合体結合構造は、
上端部に張り出し部が形成されたラッチスリーブと、
前記ラッチスリーブの上端部が挿入されるラッチスリーブ設置穴が形成される上部ノズルと、
前記ラッチスリーブ設置穴の内部に設置され、前記張り出し部と対応する形状の開口部が下面に形成されたロックキーとを備え、
前記ラッチスリーブの上端部を前記ロックキーに挿入した上で該ロックキーを回転させて、前記ラッチスリーブと前記ロックキーとを結合する燃料集合体結合構造において、
前記ロックキーの側面に雄螺子を形成し、前記ロックキーを前記上部ノズル側に対して螺子接合させる螺子接合手段を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る燃料集合体結合構造は、第１の発明に係る燃料集合体結合構造において、
前記螺子接合手段は、前記ラッチスリーブ設置穴の内面に雌螺子を形成して、前記ロックキーと前記ラッチスリーブ設置穴とを螺子接合させたものである
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る燃料集合体結合構造は、第１の発明に係る燃料集合体結合構造において、
前記螺子接合手段は、
前記ラッチスリーブ設置穴の内部に円筒形状の肉厚管を設置し、
前記肉厚管の内面に雌螺子を形成し、前記肉厚管の内部に前記ロックキーを設置して、前記ロックキーと前記肉厚管とを螺子接合させたものである
ことを特徴とする。

本発明によれば、上部ノズル脱着時に部品を分解する必要が無いため、取り外した部品が燃料集合体に混入する要因をなくし、ラッチスリーブとロックキーとの嵌合部、すなわち上部ノズルの脱着部に上下方向のがたが生ずることのない燃料集合体の結合構造を実現することができる。

以下、本発明に係る燃料集合体結合構造の実施形態について図を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１の実施例に係る燃料集合体結合構造を示した図、図２は本発明の第２の実施例に係る燃料集合体結合構造を示した図、図３は本発明の第３の実施例に係る燃料集合体結合構造におけるロックキーの回り止め構造を示した図、図４は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブの構造の例を示した図、図５は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるロックキーの構造の例を示した図、図６は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブとロックキーとの結合の様子を示した図、図７は本発明に係る燃料集合体結合構造における上部ノズルとラッチスリーブの結合状態を示した図、図８は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブの張り出し部の形状が花形の場合の例を示した図、図９は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるシンブルプラグ集合体及び上部ノズルを示した斜視図、図１０は本発明に係る燃料集合体結合構造におけるシンブルプラグの挿入の様子を示した図である。

はじめに、本発明の燃料集合体結合構造に係るラッチスリーブの構造の例について説明する。
図４において、図４（ａ），（ｃ）はラッチスリーブの側面図、図４（ｂ）はラッチスリーブの上面図、図４（ｄ）はラッチスリーブの図４（ｂ）に示すＡ−Ａ断面での断面図を示している。

図４に示すように、ラッチスリーブ１０は、円筒形状になっており、ラッチスリーブ１０の上端部には上方から見た形状が角部を丸くした四角形状の張り出し部１１が形成されている。ラッチスリーブ張り出し部１１の下部には、後述する上部ノズル３０（図６参照）または、上部ノズル３０に挿入し、溶接結合される後述する肉厚管４０とラッチスリーブ１０を上下方向に固定するために鍔部１２が形成されている。
ラッチスリーブ張り出し部１１と鍔部１２との間には隙間部１３が形成されている。

次に、本発明の燃料集合体結合構造に係るロックキーの構造の例について説明する。
図５において、図５（ａ）はロックキーの下面図、図５（ｂ）はロックキーの側面図、図５（ｃ）はロックキーの上面図、図５（ｄ）は図５（ａ）に示すＢ−Ｂ断面での断面図、図５（ｅ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ断面での断面図を示している。

図５に示すように、ロックキー２０は、円筒形状になっており、下面にラッチスリーブ張り出し部１１（図４参照）と勘合する角部を丸くした四角形状のロックキー開口部２１が形成されている。そして、ロックキー開口部２１の四辺の肉厚部はロックキー２０の受け部２２となっている。ロックキー２０の側面には雄螺子２３が形成されている。

このロックキー２０は、図７に示すように、上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１に回転自在に取り付けられる。なお、ラッチスリーブ設置穴３１の内面の構造については、後述する第１及び第２の実施例において詳細に説明する。

次に、本発明の燃料集合体結合構造に係るラッチスリーブとロックキーとの結合の様子について説明する。
図６において、図６（ａ）はラッチスリーブにロックキーが挿入される様子を示した図、図６（ｂ）はラッチスリーブにロックキーが挿入された直後の様子を示した図、図６（ｃ）はラッチスリーブにロックキーが挿入された後にロックキーを回転させてラッチスリーブとロックキーとが結合された様子を示した図である。

図６に示すように、ラッチスリーブ１０は、矢印Ｉで示すようにラッチスリーブ１０の上部ノズル固定部１２が上部ノズル３０の下面に突き当たるまで、上部ノズル３０に取り付けられたロックキー開口部２１に挿入される。そして、矢印Ｔで示すようにロックキー２０を４５度回転させることでラッチスリーブ１０の隙間部１３にロックキー２０の受け部２２が入り込み、ラッチスリーブ１０の張り出し部１１がロックキー２０の受け部２２と重なり合うことで嵌合し、ラッチスリーブ１０がロックキー２０から抜けなくなることにより、ラッチスリーブ１０と上部ノズル３０とが結合される。

また、ラッチスリーブ１０の張り出し部１１とロックキー２０の受け部２２との重なりがなくなる状態までロックキー２０を回転（ここでは、４５度）させることで、ラッチスリーブ１０からロックキー２０を引き抜き、上部ノズル３０を取り外すことができる。

なお、ラッチスリーブ１０の張り出し部１１の形状としては、図４〜図６に示した四角形以外にも、三角形や多角形としたり、図８に示すように、ラッチスリーブ１０の上端部に形成する張り出し部１１の形状を花形等としてもよく、張り出し部１１の形状に応じて適宜ラッチスリーブ１０の張り出し部１１とロックキー２０の受け部２２とが重なるために必要なロックキー２０の回転角度を決定するようにすればよい。なお、図８において、図８（ａ）は張り出し部の形状が花形のラッチスリーブの側面図、図８（ｂ）は張り出し部の形状が花形のラッチスリーブの上面図を示している。

次に、本発明の第１の実施例に係る燃料集合体結合構造について説明する。
図１に示すように、ロックキー２０の側面には雄螺子２３が形成されている。上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１の内面には雌螺子３２が形成されている。ロックキー２０はラッチスリーブ設置穴３１の内部に設置され、ロックキー２０とラッチスリーブ設置穴３１とは螺子接合されている。

以上のように、本実施例によれば、ロックキー２０をラッチスリーブ設置穴３１から完全に取り外すことなく、ロックキー２０とラッチスリーブ１０（図６参照）との結合を解除し、上部ノズル３０を取り外すことができるため、上部ノズル３０脱着時に部品を分解する必要が無いため、取り外した部品が燃料集合体に混入する要因をなくすことができる。

また、ロックキー２０はラッチスリーブ設置穴３１の内面に形成された雌螺子３２を通して回転しながら上下方向に昇降するため、ロックキー２０の受け部２２（図６参照）とラッチスリーブ１０の張り出し部１１（図６参照）の底面との隙間を埋めることができるため、結合時にはロックキー２０とラッチスリーブ１０との嵌合部の上下方向のがたをなくすことができ、結合解除時にはロックキー２０とラッチスリーブ１０との嵌合部に隙間を生じさせることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る燃料集合体結合構造について説明する。
まず、本実施例の背景について説明する。上述した第１の実施例に係る燃料集合体結合構造の場合、ロックキー２０とラッチスリーブ１０の結合・解除操作において、ロックキー２０を回転させると、ラッチスリーブ設置穴３１の内面に形成された雌螺子３２を通して回転しながら上下方向に昇降する。

したがって、ロックキー２０とラッチスリーブ１０を結合したときの上下方向のがたをなくすためには、少なくとも上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１の内面に加工される雌螺子３２の加工開始点を調整する必要がある。

また、燃料集合体として上部ノズル３０を組み付ける場合には、上部ノズル３０に設置される全てのロックキー２０に対して、上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１の内面に加工される雌螺子３２の加工開始点を、結合させたときにがたがなくなるように調整しなければならない。

このため、本実施例では、上部ノズル３０側の雌螺子の加工開始点を容易に調整できるように後述する円筒形状の肉厚管４０（図２参照）を設置した上で、この肉厚管４０の内部にロックキー２０を設置する構造とした。

図２に示すように、肉厚管４０は円筒形状になっており、肉厚管４０の内面には雌螺子４１が形成されている。なお、本実施例においては、第１の実施例とは異なり、ラッチスリーブ設置穴３１の内面および肉厚管４０の外面は平坦な面を形成しており、上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１に回転自在に設置される。

上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１に設置される全ての肉厚管４０において、肉厚管４０の内面に形成された雌螺子４１の加工開始点は、ロックキー２０とラッチスリーブ１０を結合したときの上下方向のがたをなくすように設置角度が調節される。これらの肉厚管４０は、設置角度を調節された上で、上部ノズル３０と溶接等により結合される。そして、上部ノズル３０と結合された肉厚管４０の内部にロックキー２０を設置する。

以上のように、本実施例によれば、第１の実施例の効果に加え、上部ノズル３０のラッチスリーブ設置穴３１にねじ加工を施す際の加工開始点などを気にすることなく、肉厚管４０によって結合したときの上下方向のがたをなくすように個々に調節した上で、肉厚管４０と上部ノズル３０の上端部１０８を溶接等により結合するだけで、肉厚管４０に形成された雌螺子４１の加工開始点を最適化することが可能となり、上部ノズル３０に設置される全ての結合箇所において上下方向のがたをなくすことが可能となる。

次に、本発明の第３の実施例に係る燃料集合体結合構造について説明する。
上述した第１及び第２の実施例に係るロックキー２０が、何らかの理由で回転してゆるんだ場合、ロックキー２０とラッチスリーブ１０との嵌合部が解除されたり、上下方向のがたが生ずるおそれがある。このためロックキー２０が回転してゆるむことを防止するためのロックキー２０の回り止め構造を設ける必要がある。

この回り止め構造としては、かしめ、ピン止め又は溶接止めなど従来の工業的手法を流用することも可能であるが、これらを用いた場合、発電所等におけるすばやい上部ノズル３０の取り付け（ロックキー２０ゆるみ止め）及び取り外しを行うことができない。このため、本実施例では、ロックキー２０の上端部に円形以外の断面を有する後述する座繰り穴６０（図３参照）を形成しておき、後述するシンブルプラグ５１（図１０参照）の挿入時に、座繰り穴６０と勘合するような張り出し部６１（図３参照）をシンブルプラグ５１の軸方向位置に設けた。

ここで、本発明の第３の実施例に係る燃料集合体結合構造におけるシンブルプラグについて説明する。加圧水型原子炉では、図９に示すようなシンブルプラグ集合体５０に取り付けられたシンブルプラグ５１を、図１０に示す上部ノズル３０のラッチスリーブ１０及びラッチスリーブ１０の内側に機械的に結合された案内管５２へ挿入することで、案内管５２内を冷却水が流れることにより生ずる炉心バイパス流を制御している。

図３において、図３（ａ）はシンブルプラグのロックキー及びラッチスリーブへの挿入時の様子を示した図、図３（ｂ）はシンブルプラグ張り出し部の図３（ａ）にＤ−Ｄで示す断面における断面図、図３（ｃ）はロックキーの図３（ａ）にＥ−Ｅで示す向きにおける上面図、図３（ｄ）はシンブルプラグのロックキー及びラッチスリーブへの挿入後の様子を示した図である。

図３には、六角形状の座繰り穴６０をロックキー２０の上部に形成したものを示す。シンブルプラグ５１の挿入時にこの六角形状の座繰り穴６０に勘合するような六角形の張り出し部６１をシンブルプラグ５１の軸方向位置に形成しておけば、座繰り穴６０にシンブルプラグ５１を挿入することで、六角形の座繰り穴６０とシンブルプラグ５１の六角形のシンブルプラグ張り出し部６１が嵌合し、ロックキー２０が回転することを防ぐことができる。

このように、燃料集合体結合構造では、ロックキー２０及びラッチスリーブ１０の内部に挿入されるシンブルプラグ５１を備え、ロックキー２０の上部に円形以外の座繰り穴６０を形成し、シンブルプラグ５１に座繰り穴６０と勘合する形状の張り出し部６１を形成してシンブルプラグ張り出し部６１とし、座繰り穴６０にシンブルプラグ張り出し部６１を嵌合させることでロックキー２０の回転を防ぐことを特徴としている。

なお、本実施例では、例として、座繰り穴６０を六角形状としたが、これ以外の形状であっても円形以外の、例えば多角形や表面にキーを有するような構造としてもよく、決定した座繰り穴６０の形状に応じてシンブルプラグ張り出し部６１の形状を決定して、座繰り穴６０とシンブルプラグ張り出し部６１とが勘合するようにすればよい。

以上のように、本実施例によれば、ロックキー２０及びラッチスリーブ１０内にシンブルプラグ５１を挿入するだけで、シンブルプラグ５１に設けた張り出し部６１とロックキー２０の座繰り穴６０とが嵌合されるため、ロックキー２０が回転することを防ぐことができる。

本発明は、例えば、加圧水型原子炉に使用される燃料集合体の上部ノズルと案内管上端との結合構造に利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る燃料集合体結合構造を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る燃料集合体結合構造を示した図である。 本発明の第３の実施例に係る燃料集合体結合構造におけるロックキーの回り止め構造を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブの構造の例を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるロックキーの構造の例を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブとロックキーとの結合の様子を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造における上部ノズルとラッチスリーブの結合状態を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるラッチスリーブの張り出し部の形状が花形の場合の例を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるシンブルプラグ集合体を示した図である。 本発明に係る燃料集合体結合構造におけるシンブルプラグの挿入の様子を示した図である。 従来の加圧水型原子炉の燃料集合体の構造を示した図である。 従来の加圧水型原子炉の燃料集合体において上部ノズルとラッチスリーブとを溶接により結合した構造を示した図である。 従来のナットを用いた燃料集合体結合構造を示した図である。

符号の説明

１０ ラッチスリーブ
１１ 張り出し部
１２ 鍔部
１３ 隙間部
２０ ロックキー
２１ ロックキー開口部
２２ 受け部
２３ 雄螺子
３０ 上部ノズル
３１ ラッチスリーブ設置穴
３２ 雌螺子
４０ 厚肉管
４１ 雌螺子
５０ シンブルプラグ集合体
５１ シンブルプラグ
５２ 案内管
６０ 座繰り穴
６１ シンブルプラグ張り出し部

Claims (3)

1. 上端部に張り出し部が形成されたラッチスリーブと、
   前記ラッチスリーブの上端部が挿入されるラッチスリーブ設置穴が形成される上部ノズルと、
   前記ラッチスリーブ設置穴の内部に設置され、前記張り出し部と対応する形状の開口部が下面に形成されたロックキーとを備え、
   前記ラッチスリーブの上端部を前記ロックキーに挿入した上で該ロックキーを回転させて、前記ラッチスリーブと前記ロックキーとを結合する燃料集合体結合構造において、
   前記ロックキーの側面に雄螺子を形成し、前記ロックキーを前記上部ノズル側に対して螺子接合させる螺子接合手段を備える
   ことを特徴とする燃料集合体結合構造。
2. 前記螺子接合手段は、前記ラッチスリーブ設置穴の内面に雌螺子を形成して、前記ロックキーと前記ラッチスリーブ設置穴とを螺子接合させたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体結合構造。
3. 前記螺子接合手段は、
   前記ラッチスリーブ設置穴の内部に円筒形状の肉厚管を設置し、
   前記肉厚管の内面に雌螺子を形成し、前記肉厚管の内部に前記ロックキーを設置して、前記ロックキーと前記肉厚管とを螺子接合させたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体結合構造。

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