JP5738067B2 - 燃料集合体の組立方法および燃料集合体の組立構造 - Google Patents

Description

本発明は、加圧水型原子炉に使用される燃料集合体を組み立てるための燃料集合体の組立方法および燃料集合体の組立構造に関するものである。

加圧水型原子炉に使用される燃料集合体は、縦横の長さがそれぞれ約２００ｍｍ、高さが約４０００ｍｍの細長い形状となっており、その骨格は、複数本の制御棒案内シンブルの上端部を上部ノズルに、制御棒案内シンブルの下端部を下部ノズルにそれぞれねじ止めにより機械的に結合して形成されている。そして、燃料集合体の燃料棒は、制御棒案内シンブルの軸方向に所定間隔を隔てて配設した複数の支持格子で保持されている。

従来、燃料集合体の組立については、種々の提案がされているが（例えば、特許文献１〜３）、概ね以下の手順で行われていた。まず、組立用のドラムに所定数の支持格子を固定し、金属製の薄肉管である計装用案内シンブルを全ての支持格子の中心のセルに挿入する。次に、全ての支持格子の所定のセルに燃料棒を順次挿入する。その後、燃料集合体の骨格となる長さ約４０００ｍｍの金属製の薄肉管である制御棒案内シンブルを全ての支持格子の所定のセルに挿入する。

そして、制御棒案内シンブルの軸方向位置を調整し、制御棒案内シンブルの下端部を下部ノズルにねじ止めにより結合した後、制御棒案内シンブルの上端部を上部ノズルにねじ止めにより結合する。

具体的には、まず、下部ノズルと制御棒案内シンブルの下端部とを結合する。即ち、予め下部ノズルに形成された貫通孔および制御棒案内シンブルの下端部の内周面に形成された下部雌ねじ部を用いて、下部ノズルの上面側に制御棒案内シンブルの下端部を接触させた後、下部ノズルの貫通孔に下部ノズルの下面側から雄ねじ（シンブルスクリュー）を挿入し、この雄ねじを制御棒案内シンブルの下部雌ねじ部に締め付けることにより固定する。

次に、上部ノズルと制御棒案内シンブルの上端部とを結合する。即ち、予め上部ノズルに形成された貫通孔および制御棒案内シンブルの上端部の外周面に形成された上部雄ねじ部を用いて、制御棒案内シンブルと、最上部の支持格子のスリーブとを内側から拡管することにより支持格子を制御棒案内シンブルに固定した後、上部ノズルの貫通孔に上部ノズルの下面側から制御棒案内シンブルの上部雄ねじ部を挿入し、上部ノズルの上面側に突出した上部雄ねじ部に雌ねじ（リングナット）を締め付ける。

このようにして組み立てられる燃料集合体は、原子炉への装荷作業性、原子炉内における隣接する燃料集合体の干渉を防ぐという観点から、真直ぐであることが要求され、ねじれおよび傾きなどの形状の公差に関して厳しく制限されている。

特開平５−１２６９８５号公報 特開平９−２９２４９０号公報 特開２００２−３５０５８５号公報

しかし、上記した従来の燃料集合体の組立方法の場合、上部ねじおよび下部ねじを締め付ける際、各ねじの回転方向が逆方向となり、制御棒案内シンブルの下端部と下部ノズルとを雄ねじで結合した後、制御棒案内シンブルの上端部と上部ノズルとを雌ねじで結合した場合、制御棒案内シンブルの下端部と上端部とが逆方向にねじれた状態になる。このため、組み立てられた燃料集合体には、ねじれの残留応力（トルク）が発生する。この結果、燃料集合体を組立用のドラムから取り出して自立させたときには、ねじ止めによるねじり方向の力が解放されて、燃料集合体にねじれや傾きを生じさせるため、必要な真直度をもつ燃料集合体を製造することが困難であった。

図３は、燃料集合体の曲がり、ねじれを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。１は燃料集合体、２は燃料集合体の胴部、１１は最上部支持格子、１２は最下部支持格子、１３は中間部支持格子であり、最上部支持格子１１は上部ノズル３０の近くに取り付けられ、最下部支持格子１２は下部ノズル２０の近くに取り付けられている。そして、上部ノズル３０、下部ノズル２０のいずれも拘束されている。このとき発生する上部ノズル３０および下部ノズル２０に対する中間支持格子１３の水平方向の位置ずれの程度がねじれの変位である。

また、図４は、燃料集合体の傾きを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図４においては、下部ノズル２０は拘束され、上部ノズル３０は拘束されていない。このとき発生する上部ノズル３０の下部ノズル２０に対するズレの程度が傾きの変位である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、制御棒案内シンブルにおける残留応力の発生を抑制することができ、ねじれや傾きが小さく真直度が高い燃料集合体を容易に製造できる燃料集合体の組立方法および燃料集合体の組立構造を提供することにある。

本発明者は、以下の各技術により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、本発明に関連する各技術について説明する。

本発明に関連する第１の技術は、
下部ねじを上向きに螺進させることにより、制御棒案内シンブルの下端部と下部ノズルとをねじ止め結合し、
前記下部ねじとは逆ねじの関係にある上部ねじを下向きに螺進させることにより、前記制御棒案内シンブルの上端部と上部ノズルとをねじ止め結合することを特徴とする燃料集合体の組立方法である。

本技術によれば、下部ねじおよび上部ねじとして相互に逆ねじの関係にあるねじを採用し、下部ねじを上向きに螺進させることにより、制御棒案内シンブルの下端部と下部ノズルとをねじ止め結合し、下部ねじとは逆ねじの関係にある上部ねじを下向きに螺進させることにより、制御棒案内シンブルの上端部と上部ノズルとをねじ止め結合する。このため、制御棒案内シンブルの上部ねじおよび下部ねじの締め付け時の回転方向が同方向になり、制御棒案内シンブルにはねじれによる残留応力の発生が抑制される。この結果、制御棒案内シンブルのねじれに伴って燃料集合体にねじれや傾きが発生することを防ぐことができる。

本発明に関連する第２の技術は、
相互に逆ねじの関係にある上部ねじおよび下部ねじと、
制御棒案内シンブルの下端部に形成された下部ねじ部と、
前記制御棒案内シンブルの上端部に形成され、前記下部ねじ部とは逆ねじの関係にある上部ねじ部と
を備えており、
前記下部ねじが上向きに螺進されて前記下部ねじ部と螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの下端部と下部ノズルとがねじ止め結合されており、
前記上部ねじが下向きに螺進されて前記上部ねじ部と螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの上端部と上部ノズルとがねじ止め結合されていることを特徴とする燃料集合体の組立構造である。

本技術によれば、相互に逆ねじの関係にある上部ねじおよび下部ねじにより、制御棒案内シンブルの下部ねじ部および上部ねじ部にそれぞれ螺合されるように構成されているため、制御棒案内シンブルの上部ねじおよび下部ねじの締め付け時の回転方向が同方向になり、制御棒案内シンブルのねじれに伴って燃料集合体にねじれや傾きが発生しない燃料集合体の組立構造を提供することができる。

本発明は上記の各技術に基いてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
上部ねじと、
下部ねじと、
前記上部ねじと螺合される上部ねじ部が上端部に設けられていると共に、前記下部ねじと螺合される下部ねじ部が下端部に設けられている制御棒案内シンブルと、
前記制御棒案内シンブルの前記上端部が挿通される貫通孔が設けられている上部ノズルと、
前記下部ねじが挿通される貫通孔が設けられている下部ノズルとを備え、
前記上部ねじ部と前記下部ねじ部との関係、および前記上部ねじと前記下部ねじとの関係が逆ねじの関係にある燃料集合体の組み立て方法であって、
前記下部ねじを下方から前記下部ノズルの前記貫通孔に挿通させた後、前記下部ねじを前記下部ねじ部に下方から螺合させることにより、前記制御棒案内シンブルの前記下部ねじ部と前記下部ノズルとをねじ止め結合し、
前記制御棒案内シンブルの前記上端部を下方から前記上部ノズルの前記貫通孔に挿通させた後、前記上部ねじを前記上部ねじ部に上方から螺合させることにより、前記制御棒案内シンブルの前記上部ねじ部と前記上部ノズルとをねじ止め結合する
ことを特徴とする燃料集合体の組立方法である。

請求項２に記載の発明は、
上部ねじと、
下部ねじと、
前記上部ねじと螺合される上部ねじ部が上端部に設けられていると共に、前記下部ねじと螺合される下部ねじ部が下端部に設けられている制御棒案内シンブルと、
前記制御棒案内シンブルの前記上端部が挿通される貫通孔が設けられている上部ノズルと、
前記下部ねじが挿通される貫通孔が設けられている下部ノズルとを備え、
前記上部ねじ部と前記下部ねじ部との関係、および前記上部ねじと前記下部ねじとの関係が逆ねじの関係にある燃料集合体の組み立て構造であって、
下方から前記下部ノズルの前記貫通孔に挿通された前記下部ねじが前記下部ねじ部に下方から螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの前記下部ねじ部と前記下部ノズルとがねじ止め結合されており、
下方から前記上部ノズルの前記貫通孔に挿通された前記制御棒案内シンブルの前記上端部に設けられた前記上部ねじ部に前記上部ねじが上方から螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの前記上部ねじ部と前記上部ノズルとがねじ止め結合されている
ことを特徴とする燃料集合体の組立構造である。

本発明によれば、制御棒案内シンブルにおける残留応力の発生を抑制することができ、ねじれや傾きが小さく真直度が高い燃料集合体を容易に製造できる。

本発明に係る燃料集合体の組立構造の一実施の形態の要部を示す分解斜視図である。 本発明に係る燃料集合体の組立構造の一実施の形態の要部を示す断面図である。 燃料集合体の曲がり、ねじれを模式的に示す図である。 燃料集合体の傾きを模式的に示す図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて、図を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明に係る燃料集合体の組立構造の一実施の形態の要部を示す分解斜視図である。図２は、本発明に係る燃料集合体の組立構造の一実施の形態の要部を示す断面図である。

１．燃料集合体の組立構造
（１）燃料集合体
図１、図２に示すように、燃料集合体１は、骨格となる複数本の制御棒案内シンブル４０を複数の支持格子（図示せず）で集束し、制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０とを結合すると共に、制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０とを結合することにより構成されている。

制御棒案内シンブル４０は、シンブル管４１と、シンブル管４１の下端部に溶接で取り付けられたシンブル用下部端栓４２と、シンブル管４１の上端部にＴＩＧ溶接で取り付けられたカラー４５とを備えている。

シンブル用下部端栓４２の内周面には、左ねじの雌ねじ部（下部ねじ部の一例）４４が形成されている。一方、カラー４５の外周面には、雌ねじ部４４とは逆ねじの関係にある右ねじの雄ねじ部（上部ねじ部の一例）４６が形成されている。

（２）制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０との結合
制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０との結合は、制御棒案内シンブル４０のシンブル用下部端栓４２と、下部ノズル２０と、スリーブ５０と、シンブルスクリュー（下部ねじの一例）６０とにより行われる。

下部ノズル２０には異径貫通孔２１が形成されており、異径貫通孔２１は、上部に形成された上側大径孔２２と、下部に形成された下側大径孔２３と、中間部に形成された小径孔２４とを有する。上側大径孔２２には、制御棒案内シンブル４０の下端部が収納される。

スリーブ５０は、最下部支持格子１２のシンブルセル（図示せず）の下方から延出されている。スリーブ５０にはシンブル管４１のシンブル用下部端栓４２が内挿されている。スリーブ５０は、シンブルセルに溶接等で接合されている。なお、最下部支持格子１２は下部ノズル２０に近接して配置されている。

制御棒案内シンブル４０のシンブル用下部端栓４２の下部の外周面には、スリーブ５０がかしめ込まれる周溝４３が全周にわたって形成されている。また、制御棒案内シンブル４０のシンブル用下部端栓４２は、スリーブ５０の下端面よりも僅かに突出した状態で位置決めされている。

シンブルスクリュー６０には、下部ノズル２０の下側大径孔２３に収納されるヘッド部６１と、下部ノズル２０の小径孔２４に挿通する軸部６２とが形成されており、小径孔２４から突き出る軸部６２の外周面には左ねじの雄ねじ部６３が形成されている。

そして、スリーブ５０の下部をシンブル用下部端栓４２の周溝４３内にかしめ込んで制御棒案内シンブル４０とスリーブ５０とを一体化することにより、制御棒案内シンブル４０と最下部支持格子１２とが一体化される。また、シンブル用下部端栓４２の雌ねじ部４４に、下方からねじ込まれたシンブルスクリュー６０を螺合することによって、制御棒案内シンブル４０の下端部が下部ノズル２０に結合される。

（３）制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０との結合
制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０との結合は、制御棒案内シンブル４０のカラー４５と、上部ノズル３０と、上部リングナット（上部ねじの一例）８０と、回り止めのロッキングカップ７０とにより行われる。

カラー４５は、上部外周面に右ねじの雄ねじ部４６が形成され、下部にフランジ部４７が形成されている。

上部ノズル３０には、上部が大径で下部が小径の異径貫通孔３１が形成されている。異径貫通孔３１の段部には、その周方向に所定間隔を隔てて複数の切欠き３２が形成されている。異径貫通孔３１の下端縁には、制御棒案内シンブル４０のフランジ部４７を係止する凹部３３が形成されている。

ロッキングカップ７０の下部には、上部ノズル３０の切欠き３２に嵌合させる複数の凸部７１が形成されている。

上部リングナット８０の内周面には制御棒案内シンブル４０の雄ねじ部４６と螺合する右ねじの雌ねじ部８１が形成され、上部リングナット８０の上部には締付工具を係合させるための複数の切欠き８２が形成されている。

そして、ロッキングカップ７０の突起７１を上部ノズル３０の切欠き３２に嵌合し、上部リングナット８０を制御棒案内シンブルのカラー４５の雄ねじ部４６に締め付け、上部リングナット８０の切欠き８２にロッキングカップ７０の周壁上部をかしめ込むことにより、上部リングナット８０の回り止めとする。これにより、制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０とが結合される。

（４）制御棒案内シンブル４０と最上部支持格子１１との結合
制御棒案内シンブル４０と最上部支持格子１１との結合は、最上部支持格子１１に溶接等で固定された第１の格子側スリーブ１４を介して行われ、第１の格子側スリーブ１４とシンブル管４１とをバルジ加工によりバルジ部９０を形成することにより行われる。

２．燃料集合体の組立方法
次に、図２を参照しつつ燃料集合体の組立方法について説明する。

燃料集合体の組立方法は、所定数の制御棒案内シンブル４０を各支持格子の所定のセルに挿入する仮組工程と、各制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０とを結合する第１結合工程と、各制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０とを結合する第２結合工程とを備えている。

（１）仮組工程
仮組工程においては、組立用のドラム（図示省略）に支持格子を固定し、制御棒案内シンブル４０を、最上部支持格子１１から上方へ突出した第１の格子側スリーブ１４に、第１の格子側スリーブ１４の上端から挿通する。

制御棒案内シンブル４０の下端部を、下部ノズル２０の上側大径孔２２に収めることにより、制御棒案内シンブル４０の軸方向において位置決めを行う。なお、シンブル用下部端栓４２には、予めスリーブ５０を取り付ける。

第１の格子側スリーブ１４の下端部を、最上部支持格子１１の貫通孔１５の上端部に溶接等により固着した第２の格子側スリーブ１６に内嵌して抵抗溶接等により固着する。また、第１の格子側スリーブ１４の上端部を、カラー４５の下側内周部とシンブル管４１との間に形成される間隙４８に挿入する。

（２）第１結合工程
第１結合工程においては、下部ノズル２０の異径貫通孔２１の下方からシンブルスクリュー６０を挿し込み、シンブルスクリュー６０を左回転で締め付けてシンブル用下部端栓４２の雌ねじ部４４に螺合する。これにより、制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０とを結合する。

（３）第２結合工程
第２結合工程においては、まず、最上部支持格子１１と上部ノズル３０の間に位置する第１の格子側スリーブ１４とシンブル管４１とをバルジ加工で拡径させてバルジ部９０を形成して、制御棒案内シンブル４０の上端部と最上部支持格子１１とを固定する。

次に、上部ノズル３０を制御棒案内シンブル４０の上端側から被せてカラー４５を上部ノズル３０の異径貫通孔３１に挿通し、カラー４５の雄ねじ部４６に上部リングナット８０を右回転で締め付けて螺合する。これにより、制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル３０とを結合する。

以上のように、制御棒案内シンブル４０の下端部と下部ノズル２０とのねじ止めと、制御棒案内シンブル４０の上端部と上部ノズル２０とのねじ止めを逆ねじの関係にすることにより、ねじり方向が同じになるため、制御棒案内シンブル４０にねじれによる残留応力が生じにくくなる。このため、燃料集合体１を前記組立用のドラムから取り出して自立させた場合には、制御棒案内シンブル４０に発生するねじれが低減して、組立後の燃料集合体１のねじれやそれに伴う傾きを小さくすることができる。

実際に、逆ねじを使用して燃料集合体を組み立てたところ、従来法に対してねじれや傾きなどの不具合を約８０％減少することができ、要求仕様を満足する燃料集合体を安定して製造できることを確認した。

なお、上記の実施の形態では、制御棒案内シンブル４０と下部ノズル２０のねじ結合には左ねじを使用すると共に、制御棒案内シンブル４０と上部ノズル３０のねじ結合には右ねじを使用しているが、制御棒案内シンブル４０と下部ノズル２０のねじ結合に右ねじを使用すると共に、制御棒案内シンブル４０と上部ノズル３０のねじ結合に左ねじを使用してもよい。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ 燃料集合体
２ 燃料集合体の胴部
１１ 最上部支持格子
１２ 最下部支持格子
１３ 中間支持格子
１４ 第１の格子側スリーブ
１５ 貫通孔
１６ 第２の格子側スリーブ
２０ 下部ノズル
２１ 異径貫通孔
２２ 上側大径孔
２３ 下側大径孔
２４ 小径孔
３０ 上部ノズル
３１ 異径貫通孔
３２ 切欠き
３３ 凹部
４０ 制御棒案内シンブル
４１ シンブル管
４２ シンブル用下部端栓
４３ 周溝
４４ 雌ねじ部（下部ねじ部の一例）
４５ カラー
４６ 雄ねじ部（上部ねじ部の一例）
４７ フランジ部
４８ 間隙
５０ スリーブ
６０ シンブルスクリュー（下部ねじの一例）
６１ ヘッド部
６２ 軸部
７０ ロッキングカップ
７１ 凸部
８０ 上部リングナット（上部ねじの一例）
８１ 雌ねじ部
８２ 切欠き
９０ バルジ部

Claims (2)

1. 上部ねじと、
   下部ねじと、
   前記上部ねじと螺合される上部ねじ部が上端部に設けられていると共に、前記下部ねじと螺合される下部ねじ部が下端部に設けられている制御棒案内シンブルと、
   前記制御棒案内シンブルの前記上端部が挿通される貫通孔が設けられている上部ノズルと、
   前記下部ねじが挿通される貫通孔が設けられている下部ノズルとを備え、
   前記上部ねじ部と前記下部ねじ部との関係、および前記上部ねじと前記下部ねじとの関係が逆ねじの関係にある燃料集合体の組み立て方法であって、
   前記下部ねじを下方から前記下部ノズルの前記貫通孔に挿通させた後、前記下部ねじを前記下部ねじ部に下方から螺合させることにより、前記制御棒案内シンブルの前記下部ねじ部と前記下部ノズルとをねじ止め結合し、
   前記制御棒案内シンブルの前記上端部を下方から前記上部ノズルの前記貫通孔に挿通させた後、前記上部ねじを前記上部ねじ部に上方から螺合させることにより、前記制御棒案内シンブルの前記上部ねじ部と前記上部ノズルとをねじ止め結合する
   ことを特徴とする燃料集合体の組立方法。
2. 上部ねじと、
   下部ねじと、
   前記上部ねじと螺合される上部ねじ部が上端部に設けられていると共に、前記下部ねじと螺合される下部ねじ部が下端部に設けられている制御棒案内シンブルと、
   前記制御棒案内シンブルの前記上端部が挿通される貫通孔が設けられている上部ノズルと、
   前記下部ねじが挿通される貫通孔が設けられている下部ノズルとを備え、
   前記上部ねじ部と前記下部ねじ部との関係、および前記上部ねじと前記下部ねじとの関係が逆ねじの関係にある燃料集合体の組み立て構造であって、
   下方から前記下部ノズルの前記貫通孔に挿通された前記下部ねじが前記下部ねじ部に下方から螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの前記下部ねじ部と前記下部ノズルとがねじ止め結合されており、
   下方から前記上部ノズルの前記貫通孔に挿通された前記制御棒案内シンブルの前記上端部に設けられた前記上部ねじ部に前記上部ねじが上方から螺合されることにより、前記制御棒案内シンブルの前記上部ねじ部と前記上部ノズルとがねじ止め結合されている
   ことを特徴とする燃料集合体の組立構造。

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