JP6602661B2 - 沸騰水型原子炉の燃料交換用治具及び燃料交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換用治具及び燃料交換方法に関する。

図１８に従来の沸騰水型原子炉の縦断面図を示す。原子炉圧力容器１の中央に位置する原子炉炉心２には、複数の燃料集合体２０が装荷されている。

図１９に原子炉炉心２の縦断面図を示す。燃料集合体２０は、燃料棒２１、スペーサ２２、上部タイプレート２３、下部タイプレート２４及びチャンネルボックス２５等で構成されている。燃料集合体２０の下部（下部タイプレート２４）は、燃料支持金具２６に設けられた４つの上部開口部２７のいずれかに嵌合支持されている。燃料集合体２０の重量は、燃料支持金具２６、制御棒案内管４、制御棒駆動機構ハウジング５及び制御棒駆動機構スタブチューブ６を介して原子炉圧力容器１底部の鏡板で受けている。燃料支持金具２６の中央には、十字型制御棒３を上下に移動できるように制御棒移動用開口部２８が設けられている。燃料集合体２０の上部（上部タイプレート２３）は、原子炉炉心２上部に設置される上部格子板１１によって水平方向への移動を拘束されている。尚、上部格子板１１は、燃料集合体２０を原子炉炉心２に装荷する際の案内と位置決めの役割も備えている。

図２０に原子炉炉心２の水平断面図を示す。図２０に示すように、互いに隣接する４体の燃料集合体２０の間には十字型制御棒３が配置されており、十字型制御棒３の配置場所付近には中性子計装配管７が設置されている。

原子炉は、燃料集合体内の燃料の核分裂により運転されているが、運転時間の経過と共に核分裂を行うウラン２３５の割合が少なくなるため、計画的に燃料を新しいものに交換する必要がある。

従来の沸騰水型原子炉の燃料交換方法を図２１により説明する。図２１は、上部格子板１１の１つの格子内に配置された４体の燃料集合体２０ａ〜２０ｄが交換される様子を示している。以下、交換手順を順に説明する。

（１）原子炉圧力容器の上蓋を外し、原子炉炉心上部の蒸気乾燥器、気水分離器等の炉内構造物を取り外し、原子炉炉心上部を開放する（図２１（ａ）参照）。従来の沸騰水型原子炉では、燃料交換時に上部格子板１１を取り外さないため、４体の燃料集合体２０ａ〜２０ｄの上部は上部格子板１１によって水平方向への移動を拘束されている。十字型制御棒３は、４枚の翼の両側面に設けられたローラ（図示せず）が燃料集合体２０ａ〜２０ｄの外周面と接することにより支えられている。

（２）十字型制御棒３を中心に対角線上に配置された２体の燃料集合体２０ａ，２０ｃを原子炉炉心から取り出す（図２１（ｂ）参照）。この時、十字型制御棒３は、対角線上に配置された残りの２体の燃料集合体２０ｂ，２０ｄによって支えられているため、転倒するおそれはない。

（３）燃料集合体２０ａ，２０ｃを取り出した後にできる空間に、２つのダミー燃料集合体（図中、網掛けで示す部分）６０ａ，６０ｃを連結してなるダブルブレードガイド７０を設置する（図２１（ｃ）参照）。

（４）残りの２体の燃料集合体２０ｂ，２０ｄを原子炉炉心から取り出す（図２１（ｄ）参照）。この時、十字型制御棒３は、対角線上に配置された２体のダミー燃料集合体６０ａ，６０ｃによって支えられており、転倒するおそれはない。

（５）十字型制御棒３を原子炉炉心の下側から引き抜き（図２１（ｅ）参照）、ダブルブレードガイド７０を原子炉炉心から取り出す（図２１（ｆ）参照）。

（６）新規燃料を組み込んだ燃料集合体２０ａ〜２０ｄを設置する際は、上記（１）から（５）の手順を逆に行う。

尚、燃料集合体装荷時は、原子炉炉心下部に炉心支持板１２及び燃料支持金具２６が設置されており、かつ原子炉炉心上部に上部格子板１１が設置されている状態で、上記（６）の手順のみを行う。

図２２に軽水増殖炉炉心の水平断面図を示す。軽水増殖炉は、燃料集合体を稠密に配置して水対燃料体積比を低減した沸騰水型原子炉であり、従来の沸騰水型原子炉と比較してプルトニウム増殖比を高めることにより、原子炉運転時における核分裂性プルトニウムの消費量と発生量をほぼ同一（増殖比を約１．０）にすることが可能である。図２２に示すように、燃料集合体２０は、六角形状のチャンネルボックス２５と、このチャンネルボックス２５内に三角格子状に配列された複数の燃料棒２１とで構成され、互いに隣接する３体の燃料集合体２０の間にＹ字型制御棒３０が配置されている。

図２３に軽水増殖炉炉心の縦断面図を示す。燃料集合体２０は燃料棒（図示せず）、スペーサ（図示せず）、上部タイプレート２３、下部タイプレート２４及びチャンネルボックス２５等で構成されている。燃料集合体２０の下部タイプレート２４は、燃料支持金具２６に設けられた３つの上部開口部２７のいずれかに嵌め込み支持されている。燃料集合体２０の重量は、従来の沸騰水型原子炉と同様に、燃料支持金具２６、制御棒案内管、制御棒駆動機構ハウジング及び制御棒駆動機構スタブチューブを介して原子炉圧力容器底部の鏡板で受けている。燃料支持金具２６の中央にはＹ字型制御棒３０を上下に移動できるように制御棒移動用開口部２８が設けられている。燃料集合体２０の上部（上部タイプレート２３）は、燃料集合体の断面積より小さい流路を有する上部格子板１１と上部タイプレート２３との間に設けられたホールドダウンスプリングと呼ばれる上部支持機構３４により嵌合支持されている。

特許文献１は、燃料棒が三角格子状に配列された六角形燃料集合体と、その間に挿入され翼の間隔がそれぞれ１２０度である３枚の翼を持つＹ字型制御棒とを有する炉心の燃料集合体交換時に用いられる燃料交換用治具であって、前記Ｙ字型制御棒の２枚の翼の延長線上に位置する２体の六角形燃料集合体と前記Ｙ字型制御棒とを結合する複数の嵌合部を有することを特徴とする燃料交換用治具を開示している。

特許文献２は、格子状に配列された複数の燃料棒、これら燃料棒の間隔を保持する複数のスペーサ、前記燃料棒の上端を支持する上部タイプレート、前記燃料棒の下端を支持する下部タイプレートを備えた複数の燃料集合体と、これら燃料集合体の前記下部タイプレートを載置する開口部を有する複数の燃料支持金具とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料支持金具に対する前記下部タイプレートの水平回転方向の位置を設定位置に配置するための位置決め手段を設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心を開示している。

特許文献３は、多数の燃料俸を正方格子状に配置してチャンネルボックスで周囲を被った燃料集合体、前記燃料集合体を正方格子状に配置した隙間に板状の翼を十字形に組み合わせ、前記翼で前記燃料集合体を囲い、上・下動可能に配設した制御部材、前記燃料集合体の間の上部に配設した間隔保持部材を含むものにおいて、前記制御部材の上部の間隔保持部材を取り外せるようにしたことを特徴とする原子炉炉心上部構造を開示している。

特開２００７−９３４７５号公報 特開２００５−２２１３２６号公報 特開昭６４−６５４９６号公報

従来の沸騰水型原子炉では、図１９に示すように燃料集合体２０の上部が燃料交換時も上部格子板１１によって水平方向への移動を拘束されており、図２１（ｂ）に示すように十字型制御棒３を中心とする対角線上に配置された２体の燃料集合体２０ａ，２０ｃを取り出しても、残りの２体の燃料集合体２０ｂ，２０ｄによって十字型制御棒３を支えることができるため、十字型制御棒３が転倒するおそれはない。

しかしながら、図２２に示す軽水増殖炉では、Ｙ字型制御棒３０に隣接する３体の燃料集合体２０のいずれか１体でも取り出すと、取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒するおそれがある。従って、軽水増殖炉では、燃料交換時にＹ字型制御棒の転倒を防止する手段を別途講じる必要がある。

特許文献１に記載の燃料交換用治具及び燃料交換方法は、炉心上部格子板と接することで燃料集合体上部の正確な位置決めを可能とする燃料集合体案内管とＹ字型制御棒とを燃料交換用治具で結合することにより、Ｙ字型制御棒の転倒を防止するものであるため、炉心上部格子板を設置せず、燃料集合体案内管を設けない炉心構造の沸騰水型原子炉には適用できない。

特許文献２には、燃料棒及び燃料集合体が稠密配置されて水対燃料体積比を低減した軽水増殖炉に関する記載はあるが、Ｙ字型制御棒の転倒防止に関する記載は無い。

特許文献３は、従来よりも燃料棒の本数を増やした大型の燃料集合体の四辺に制御部材を配置したＫ格子炉心に関するものであり、燃料棒及び燃料集合体が稠密配置されて水対燃料体積比を低減した軽水増殖炉に関するものではない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉において、原子炉の臨界を防止するために全挿入されたＹ字型制御棒が、燃料集合体を取り出した後にできる空間に転倒することを防止することにより、燃料集合体の交換作業を容易とする燃料交換用治具及び燃料交換方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、前記Ｙ字型制御棒の３枚の翼のうち所定の翼の上端部には、上方に突出した第１のストッパが設けられ、前記３体の燃料集合体のうち前記所定の翼に隣接する２体の燃料集合体の少なくとも一方の所定の燃料集合体の上端部には、上方に突出した第２のストッパが設けられ、前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパと前記第２のストッパとを係合させることで前記第１のストッパの水平方向への移動を拘束するように構成されたものとする。

本発明によれば、稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉において、原子炉の臨界を防止するために全挿入されたＹ字型制御棒の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体の少なくとも一方の上端部に固定されるため、交換対象の燃料集合体を取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒が転倒することがなくなり、燃料集合体の交換作業が容易となる。

本発明の第１の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 本発明の第１の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上部側面図（図１のＡ−Ａ矢視図）である。 本発明の第１の実施例における燃料交換用治具を装着する前の燃料集合体の上面図である。 本発明の第１の実施例における燃料交換用治具を装着する前の燃料集合体の上部側面図（図３のＢ−Ｂ矢視図）である。 本発明の第１の実施例における燃料交換用治具の三面図である。 本発明の第１の実施例における沸騰水型原子炉の燃料交換方法を示す図である。 本発明の第１の実施例の第１の変形例における燃料交換用治具の三面図である。 本発明の第１の実施例の第２の変形例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 本発明の第１の実施例の第２の変形例における燃料交換用治具の平面図である。 本発明の第２の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 本発明の第３の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 本発明の第４の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 本発明の第４の実施例における燃料交換用治具の三面図である。 本発明の第５の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図である。 図１４における燃料交換用治具付近の部分拡大図である。 本発明の第５の実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上部側面図（図１４のＣ−Ｃ矢視図）である。 本発明の第５の実施例における燃料交換用治具の三面図である。 従来の沸騰水型原子炉の縦断面図である。 従来の沸騰水型原子炉炉心の縦断面図である。 従来の沸騰水型原子炉炉心の水平断面図である。 従来の沸騰水型原子炉の燃料交換方法を示す図である。 本発明の実施例における軽水増殖炉炉心の水平断面図である。 本発明の実施例における軽水増殖炉炉心の縦断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。尚、各図中、同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

本発明の第１の実施例を図１〜図６により説明する。図１は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図であり、図２は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上部側面図（図１のＡ−Ａ矢視図）であり、図３は、本実施例における燃料交換用治具を装着する前の燃料集合体の上面図であり、図４は、本実施例における燃料交換用治具を装着する前の燃料集合体の上部側面図（図３のＢ−Ｂ矢視図）であり、図５は、本実施例における燃料交換用治具の三面図であり、図６は、本実施例における沸騰水型原子炉の燃料交換方法を示す図である。

図１〜図４及び図６は、原子炉炉心内に装荷される数百体の燃料集合体の内、互いに隣接する３体の燃料集合体とその間に配置されるＹ字型制御棒とを示している。燃料集合体２０の６つの側面のうちＹ字型制御棒３０の翼と対向しない４つの側面の上端付近には、隣接する燃料集合体２０との接触を防止するための燃料集合体接触防止パッド３３が設けられており、Ｙ字型制御棒３０の翼と対向する２つの側面の上端付近には、Ｙ字型制御棒３０の厚みを考慮し隣接する燃料集合体２０との接触を防止するためのＹ字型制御棒挿入部燃料集合体接触防止パッド３２が設けられている。

本発明が適用される沸騰水型原子炉は、図２２及び図２３に示すように、稠密に配置された六角形状の燃料集合体２０と、互いに隣接する３体の燃料集合体２０の間に挿入されるＹ字型制御棒３０とを備えている。尚、本発明は、図２３に示す上部格子板１１及び上部支持機構３４を備えていない炉心構造の沸騰水型原子炉にも適用可能である。

本実施例の特徴は、Ｙ字型制御棒３０に隣接する３体の燃料集合体２０のいずれか１体を交換する際に、燃料交換用治具４１を用いてＹ字型制御棒３０の上端部を交換対象ではない２体の燃料集合体２０の上端部に固定することである。

図３に示すように、燃料集合体２０の上部（上部タイプレート）の６つの角部のうちＹ字型制御棒３０の３枚の翼３１ａ〜３１ｃのいずれかの先端に最も近接する２つの角部には、燃料集合体用ストッパ４３がそれぞれ上方に突出して設けられている。従って、本実施例における燃料交換時は、２つの燃料集合体用ストッパ４３がそれぞれＹ字型制御棒３０の３枚の翼３１ａ〜３１ｃのいずれかの先端に最も近接する向きに燃料集合体２０を設置する必要がある。尚、本発明はこれに限定されず、６つの角部全てに燃料集合体用ストッパ４３を設けても良い。その場合、燃料集合体２０をいずれの向きにも配置することが可能となる。

燃料集合体用ストッパ４３は、円柱形状の部材で構成され、図５に示す燃料交換用治具４１の燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５に挿入しやすいように先端部がテーパ状に形成されている。尚、燃料集合体用ストッパ４３の形状は、円柱形状の他、楕円柱形状、円筒形状又は角柱形状でも良い。燃料集合体用ストッパ４３の高さ寸法は、図２に示すように燃料交換用治具４１を装着した際に燃料集合体用ストッパ４３の上部が燃料交換用治具４１の上面から突き出るように設定されている。

また、図３に示すように、Ｙ字型制御棒３０の３枚の翼３１ａ〜３１ｃのそれぞれの上端部には、制御棒用ストッパ４２を上方に突出させて取り付けるための制御棒用ストッパ取付穴４７が設けられている。燃料交換時には、燃料交換用治具４１を装着する２体の燃料集合体２０の間の配置されたＹ字型制御棒３０の翼の上端部に制御棒用ストッパ４２を取り付ける。図１に示す例では、Ｙ字型制御棒３０の１枚の翼３１ａの上端部のみに制御棒用ストッパ４２を取り付けているが、３つの制御棒用ストッパ４２を一体に形成し、３枚の翼３１ａ〜３１ｃの全てに制御棒用ストッパ４２を取り付けても良い。図３は、Ｙ字型制御棒３０の翼の上端部に設けた凹形状の嵌合部（制御棒用ストッパ取付穴４７）に、制御棒用ストッパ４２の下端部に設けた凸形状の嵌合部を嵌合させる構成を示しているが、本発明はこれに限定されず、Ｙ字型制御棒３０の翼の上端部に設ける嵌合部及び制御棒用ストッパ４２の下端部に設ける嵌合部の凹凸が逆でも良い。尚、原子炉の通常運転時は、燃料集合体２０間でのＹ字型制御棒３０の上下移動に支障を来たす可能性があるため、制御棒用ストッパ４２は取り外しておく。制御棒用ストッパ４２の高さ寸法は、図２に示すようにＹ字型制御棒３０の翼の上端部に取り付けた際の制御棒用ストッパ４２の上端位置が燃料集合体用ストッパ４３の上端位置と等しくなるように設定されており、制御棒用ストッパ４２の上部は、燃料集合体用ストッパ４３と同様に、燃料交換用治具４１を装着した際に燃料交換用治具４１の上面から突き出る。

図５に示すように、燃料交換用治具４１は、制御棒用ストッパ４２を挿入するための制御棒用ストッパ挿入開口部４４と、２つの燃料集合体用ストッパ４３をそれぞれ挿入するための２つの燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５とを有する。制御棒用ストッパ挿入開口部４４及び燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５のそれぞれの角部は、制御棒用ストッパ４２又は燃料集合体用ストッパ４３を挿入しやすいように、テーパ状又はＲ状に形成されている。燃料交換用治具４１の移動及び装着は新設する燃料交換機（クレーン）を用いて行うため、燃料交換用治具４１の上面には、燃料交換機（クレーン）の把持部で掴むための２つの吊り部４６が設けられている。なお、吊り部４６の位置は特に限定されない。また、燃料交換用治具４１の平面形状は、図１や図３に示す燃料集合体２０の上端部に設けられたハンドル３５と干渉しないように台形形状としている。尚、本実施例では、Ｙ字型制御棒３０の翼の上端部に設けた制御棒用ストッパ４２と、燃料集合体２０の上端部の角部に設けた燃料集合体用ストッパ４３とに燃料交換用治具４１を係合させる構成としたが、本発明はこれに限定されず、制御棒用ストッパ４２及び燃料集合体用ストッパ４３を燃料交換用治具４１に一体形成し、制御棒用ストッパ４２及び燃料集合体用ストッパ４３をＹ字型制御棒３０の翼の上端部に設けた嵌合部及び燃料集合体２０の角部に設けた嵌合部にそれぞれ嵌合させる構成としても良い。

燃料交換時は、図１に示すように制御棒用ストッパ挿入開口部４４及び燃料交換用治具４１の２つの燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５に制御棒用ストッパ４２及び２つの燃料集合体用ストッパ４３をそれぞれ挿入することにより、燃料交換用治具４１を燃料集合体２０の上端部に装着する。

次に、本実施例における沸騰水型原子炉の燃料交換方法を図６により説明する。図６は、Ｙ字型制御棒３０に隣接して配置された３体の燃料集合体２０ｅ〜２０ｇが交換される様子を示している。以下、交換手順を順に説明する。

（１）原子炉圧力容器の上蓋を外し、原子炉炉心上部の蒸気乾燥器、気水分離器等の炉内構造物を取り外し、原子炉炉心上部を開放する。この時、Ｙ字型制御棒３０は、原子炉の臨界を防止するため、３体の燃料集合体２０ｅ〜２０ｇの間に全挿入されている。

（２）交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの間に配置されたＹ字型制御棒３０の翼の上端部（制御棒用ストッパ取付穴４７）に制御棒用ストッパ４２を取り付ける。

（３）燃料交換機（クレーン）の把持部で燃料交換用治具４１の２つの吊り部４６を掴み、燃料交換用治具４１を装着位置の上方まで移動させる。

（４）燃料交換用治具４１を降下させ、制御棒用ストッパ挿入開口部４４及び２つの燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５に制御棒用ストッパ４２及び２つの燃料集合体用ストッパ４３をそれぞれ挿入し、２つの燃料集合体用ストッパ４３に対して制御棒用ストッパ４２の水平方向への移動を拘束する（図６（ａ）参照）。これにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの上端部に固定される。尚、燃料交換用治具４１の３つの開口部４４，４５，４５のそれぞれの角部はテーパ状又はＲ状に形成されており、かつ３つのストッパ４２，４３，４３のそれぞれの先端部はテーパ状に形成されているため、燃料交換用治具４１を上方から装着する際に３つの開口部４４，４５，４５の位置が３つのストッパ４２，４３，４３に対して多少ずれていても、３つのストッパ４２，４３，４３を３つの開口部４４，４５，４５にそれぞれ挿入することができる。

（５）燃料交換用治具４１を装着していない燃料集合体２０ｅを取り出し、取り出した後にできる空間にダミー燃料集合体（図中、網掛けで示す部分）６０ｅを設置する。

（６）上記（２）〜（４）と同様の手順で、燃料交換用治具４１の装着位置を燃料集合体６０ｅ，２０ｇの上端部に変更する（図６（ｂ）参照）。

（７）燃料集合体２０ｆを取り出し、取り出した後にできる空間にダミー燃料集合体６０ｆを設置する。

（８）上記（２）〜（４）と同様の手順で、燃料交換用治具４１の装着位置を燃料集合体６０ｅ，６０ｆの上端部に変更する（図６（ｃ）参照）。

（９）燃料集合体２０ｇを取り出し、取り出した後にできる空間にダミー燃料集合体６０ｇを設置する。

（１０）燃料交換用治具４１及び制御棒用ストッパ４２を取り外す（図６（ｄ）参照）。

（１１）Ｙ字型制御棒３０を原子炉炉心の下側から引き抜き（図６（ｅ）参照）、ダミー燃料集合体６０ｅ〜６０ｆを原子炉炉心から取り出す。

（１２）新規燃料を組み込んだ燃料集合体２０ｅ，２０ｆ，２０ｇを設置する際は、上記（１）〜（１２）の手順を逆に行う。

尚、燃料集合体装荷時は、原子炉炉心下部に炉心支持板及び燃料支持金具が設置されている状態で、上記（１２）の手順のみを行う。

本実施例によれば、燃料交換用治具４１の制御棒用ストッパ挿入開口部４４及び２つの燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５に制御棒用ストッパ４２及び２つの燃料集合体用ストッパ４３をそれぞれ挿入し、２つの燃料集合体用ストッパ４３に対して制御棒用ストッパ４２の水平方向への移動を拘束することにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの上端部に固定される。その結果、交換対象の燃料集合体２０ｅを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅの交換作業が容易となる。

更に、制御棒用ストッパ４２の位置と２つの燃料集合体用ストッパ４３，４３の位置とが互いに近接しているため、燃料交換機（クレーン）による燃料交換用治具４１の位置合わせが容易となる。

本実施例の第１の変形例を図７により説明する。図７は、本変形例における燃料交換用治具の三面図である。

本変形例の特徴は、本実施例における燃料交換用治具４１に設けた２つの吊り部４６の上部を互いに連結し、燃料交換用治具４１の略中央上方に吊り部を形成したことである。

本変形例によれば、燃料交換用治具４１の位置合わせを行う際に、吊り部４６Ａを掴む燃料交換機（クレーン）の把持部と上部タイプレート２３のハンドル３５との間隔が大きくなり、燃料交換機（クレーン）の把持部が上部タイプレート２３のハンドル３５に接触する可能性を低くすることができる。

本実施例の第２の変形例を図８及び図９により説明する。図９は、本変形例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図であり、図８は、本変形例における燃料交換用治具の平面図である。

本変形例の特徴は、３つの燃料交換用治具４１を一度に移動又は装着ができるように、３つの燃料交換用治具４１を互いに連結したことである。

図９に示すように、３つの燃料交換用治具４１Ａ〜４１Ｃは、連結部材８０によって互いに連結されている。連結部材８０は、略正三角形状に形成された本体部８１と、この本体部８１の各角部から下方に突出して設けられた３つの脚部８２ａ〜８２ｃと、本体部８１の上面中心位置に設けられた吊り部８３とを有する。脚部８２ａ〜８２ｃの各下端部は、３つの燃料交換用治具４１Ａ〜４１Ｃの吊り部４６にそれぞれ接続されている。脚部８２ａ〜８２ｃの高さ寸法は、３つの燃料交換用治具４１Ａ〜４１Ｃを装着する際に本体部８１が燃料集合体２０上部のハンドル３５と干渉しないように設定している。

図８に示すように、燃料交換用治具４１ＡによってＹ字型制御棒３０ａの上端部が２体の燃料集合体２０ｅ，２０ｆの上端部に固定され、燃料交換用治具４１ＢによってＹ字型制御棒３０ｂの上端部が２体の燃料集合体２０ｈ，２０ｉの上端部に固定され、燃料交換用治具４１ＣによってＹ字型制御棒３０ｃの上端部が２体の燃料集合体２０ｋ，２０ｍの上端部に固定される。その結果、燃料集合体２０ｅ，２０ｊ，２０ｌを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０ａ，３０ｂ，３０ｃがそれぞれ転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅ，２０ｊ，２０ｌの交換作業が容易となる。

本変形例によれば、３つの燃料交換用治具４１Ａ〜４１Ｃを一度に移動又は装着することができ、３つの燃料交換用治具４１Ａ〜４１Ｃの一度の装着作業に対して３体の燃料集合体２０ｅ，２０ｊ，２０ｌを交換することが可能となる。これにより、数百体の燃料集合体２０が装荷された炉心において、燃料交換作業の効率を大きく向上させることができる。尚、本変形例では、３つの燃料交換用治具４１を連結する構成としたが、２つ又は４つ以上の燃料交換用治具４１を連結する構成としても良い。

本発明の第２の実施例を図１０により説明する。図１０は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体上部の平面図である。

本実施例の特徴は、第１の実施例における制御棒用ストッパ挿入開口部４４と２つの燃料集合体用ストッパ挿入開口部４５とを一体に形成したことである。

図１０に示すように、燃料交換用治具４１Ｄは、制御棒用ストッパ４２と２つの燃料集合体用ストッパ４３とを挿入可能な略二等辺三角形状の制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部４８を有する。制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部４８の角部は、制御棒用ストッパ４２及び２つの燃料集合体用ストッパ４３を挿入しやすいように、テーパ状又はＲ状に形成されている。これにより、燃料交換用治具４１Ｄを上方から装着する際に開口部４８の位置が３つのストッパ４２，４３，４３に対して多少ずれていても、ストッパ４２，４３，４３を開口部４８に挿入することができる。

本実施例によれば、燃料交換用治具４１Ｄの制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部４８に制御棒用ストッパ４２及び２つの燃料集合体用ストッパ４３を挿入し、２つの燃料集合体用ストッパ４３に対して制御棒用ストッパ４２の水平方向への移動を拘束することにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの上端部に固定される。その結果、交換対象の燃料集合体２０ｅを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅの交換作業が容易となる。

更に、燃料交換用治具４１Ｄの装着時に確認するポイントが、第１の実施例では６点（３つのストッパ４２，４３，４３と３つの開口部４４，４５，４５）であったのに対し、本実施例では４点（３つのストッパ４２，４３，４３と１つの開口部４８）となるため、燃料交換用治具４１Ｅの装着作業が容易となる。

本発明の第３の実施例を図１１により説明する。図１１は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体上部の平面図である。

本実施例の特徴は、Ｙ字型制御棒３０の上端部を交換対象ではない２体の燃料集合体２０のいずれか一方の上端部にのみ固定することである。

図１１に示すように、燃料交換用治具４１Ｅは、制御棒用ストッパ４２と交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇのいずれか一方（本実施例では、燃料集合体２０ｇ）の上端部に設けられた燃料集合体用ストッパ４３とを挿入可能な略直角三角形状の制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部４８Ａを有する。尚、本発明はこれに限定されず、第１の実施例と同様に、制御棒用ストッパ挿入開口部と燃料集合体用ストッパ挿入開口部とをそれぞれ個別に設けても良い。

本実施例によれば、燃料交換用治具４１Ｅの制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部４８Ａに制御棒用ストッパ４２と燃料集合体用ストッパ４３とを挿入し、燃料集合体用ストッパ４３に対して制御棒用ストッパ４２の水平方向への移動を拘束することにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇのうちの一方（本実施例では、燃料集合体２０ｇ）の上端部に固定される。その結果、交換対象の燃料集合体２０ｅを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅの交換作業が容易となる。

更に、第１又は第２の実施例と比較して、燃料交換用治具４１Ｅのサイズが約半分となり、かつ燃料集合体２０ｅ，２０ｆ，２０ｇに設けるストッパ４３が２つから１つに削減されるため、材料費及び加工費を削減することができる。また、燃料交換用治具４１Ｅの装着時に確認するポイントが、第１の実施例では６点（３つのストッパと３つの開口部）であり、第２の実施例では４点（３つのストッパと１つの開口部４８）であったのに対し、本実施例では３点（２つのストッパ４２，４３と１つの開口部４８）となるため、燃料交換用治具４１Ｅの装着作業が更に容易となる。

本発明の第４の実施例を図１２及び図１３により説明する。図１２は、本実施例における燃料交換用治具の三面図である。図１３は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体上部の平面図である。

本実施例の特徴は、制御棒用ストッパ４２と２つの燃料集合体用ストッパ４３とを燃料交換用治具４１Ｆで挟み込むことにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部を２体の燃料集合体２０の上端部に固定することである。

図１２に示すように、燃料交換用治具４１Ｆはコの字型に形成された板状部材であり、燃料交換用治具４１Ｆの内側の角部はテーパ状又はＲ状に形成されている。これにより、燃料交換用治具４１Ｆを上方から装着する際に、燃料交換用治具４１Ｆの水平位置が３つのストッパ４２，４３，４３に対して多少ずれていても、ストッパ４２，４３，４３を燃料交換用治具４１Ｆで挟み込むことができるため、燃料交換用治具４１Ｆの装着作業が容易となる。

本実施例によれば、制御棒用ストッパ４２と２つの燃料集合体用ストッパ４３とを燃料交換用治具４１Ｆで挟み込み、２つの燃料集合体用ストッパ４３に対して制御棒用ストッパ４２の水平方向への移動を拘束することにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの上端部に固定される。その結果、交換対象の燃料集合体２０ｅを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅの交換作業が容易となる。尚、本実施例では、制御棒用ストッパ４２と２つの燃料集合体用ストッパ４３とを燃料交換用治具４１Ｆで挟み込む構成としたが、本発明はこれに限定されず、制御棒用ストッパ４２といずれか一方の燃料集合体用ストッパ４３とを挟み込む構成としても良い。

本発明の第５の実施例を図１４〜図１７により説明する。図１４は、実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上面図であり、図１５は、図１４における燃料交換用治具４１付近の部分拡大図であり、図１６は、本実施例における燃料交換用治具を装着した燃料集合体の上部側面図（図１４のＣ−Ｃ矢視図）であり、図１７は、本実施例における燃料交換用治具の三面図である。

本実施例の特徴は、制御棒用ストッパ４２Ａ及び２つの燃料集合体用ストッパ４３Ａのそれぞれの上端部に設けられた溝に燃料交換用治具４１Ｇを嵌合させることにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部を２体の燃料集合体２０の上端部に固定することである。

図１７に示すように、燃料交換用治具４１Ｇは、棒状部材を４ヶ所折り曲げて形成されている。図１５〜図１７に示すように、制御棒用ストッパ４２Ａの上端面に設けられた制御棒用ストッパ溝４９と、２つの燃料集合体用ストッパ４３Ａの上端面にそれぞれ設けられた２つの燃料集合体用ストッパ溝５０とに燃料交換用治具４１Ｇを嵌合させることにより、２つの燃料集合体用ストッパ４３Ａに対して制御棒用ストッパ４２Ａの水平方向への移動への拘束することができる。また、図１７に示すように、制御棒用ストッパ溝４９及び２つの燃料集合体用ストッパ溝５０の深さを燃料交換用治具４１Ｇの直径より大きくすることにより、燃料交換用治具４１Ｇが燃料集合体用ストッパ溝５０又は制御棒用ストッパ溝４９から外れることを防止できる。

本実施例によれば、制御棒用ストッパ溝４９と２つの燃料集合体用ストッパ溝５０とに燃料交換用治具４１Ｇを嵌合させ、２つの燃料集合体用ストッパ４３Ａに対して制御棒用ストッパ４２Ａの水平方向への移動を拘束することにより、Ｙ字型制御棒３０の上端部が交換対象ではない２体の燃料集合体２０ｆ，２０ｇの上端部に固定される。その結果、交換対象の燃料集合体２０ｅを取り出した後にできる空間にＹ字型制御棒３０が転倒することがなくなり、燃料集合体２０ｅの交換作業が容易となる。尚、本実施例では、制御棒用ストッパ溝４９と２つの燃料集合体用ストッパ溝５０とに燃料交換用治具４１Ｇを嵌合させる構成としたが、本発明はこれに限定されず、制御棒用ストッパ溝４９といずれか一方の燃料集合体用ストッパ溝５０とに嵌合させる構成としても良い。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、或いは、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。更に、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…原子炉圧力容器、２…原子炉炉心、３…十字型制御棒、４…制御棒案内管、５…制御棒駆動機構ハウジング、６…制御棒駆動機構スタブチューブ、７…中性子計装配管、１１…上部格子板、１２…炉心支持板、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ，２０ｊ，２０ｋ，２０ｌ，２０ｍ…燃料集合体、２１…燃料棒、２２…スペーサ、２３…上部タイプレート、２４…下部タイプレート、２５…チャンネルボックス、２６…燃料支持金具、２７…上部開口部、２８…制御棒移動用開口部、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…Ｙ字型制御棒、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…翼、３２…Ｙ字型制御棒挿入部燃料集合体接触防止パッド、３３…燃料集合体接触防止パッド、３４…上部支持機構、３５…ハンドル、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｇ…燃料交換用治具、４２，４２Ａ…制御棒用ストッパ（第１のストッパ）、４３，４３Ａ…燃料集合体用ストッパ（第２のストッパ）、４４…制御棒用ストッパ挿入開口部（第１の開口部）、４５…燃料集合体用ストッパ挿入開口部（第２の開口部）、４６，４６Ａ…吊り部、４７…制御棒用ストッパ取付穴、４８，４８Ａ…制御棒兼燃料集合体用ストッパ挿入開口部、４９…制御棒用ストッパ溝（第１の溝）、５０…燃料集合体用ストッパ溝（第２の溝）、６０ａ，６０ｃ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｇ…ダミー燃料集合体、７０…ダブルブレードガイド、８０…連結部材、８１…本体部、８２ａ，８２ｂ，８２ｃ…脚部、８３…吊り部。

Claims (7)

1. 稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記Ｙ字型制御棒の３枚の翼のうち所定の翼の上端部には、上方に突出した第１のストッパが設けられ、
   前記３体の燃料集合体のうち前記所定の翼に隣接する２体の燃料集合体の少なくとも一方の所定の燃料集合体の上端部には、上方に突出した第２のストッパが設けられ、
   前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパと前記第２のストッパとを係合させることで前記第１のストッパの水平方向への移動を拘束するように構成されたことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
2. 請求項１に記載の沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記第２のストッパは、前記所定の燃料集合体上部の６つの角部のうち前記所定の翼の先端に最も近接する所定の角部に設けられたことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
3. 請求項１又は２に記載の沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパを挿入するための第１の開口部と前記第２のストッパを挿入するための第２の開口部とが形成された板状部材であることを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
4. 請求項１又は２に記載の沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパと前記第２のストッパとを挿入可能な一体の開口部が形成された板状部材であることを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
5. 稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記Ｙ字型制御棒の３枚の翼のうち所定の翼の上端部には、上方に突出した第１のストッパが設けられ、
   前記３体の燃料集合体のうち前記所定の翼に隣接する２体の燃料集合体の少なくとも一方の所定の燃料集合体の上端部には、上方に突出した第２のストッパが設けられ、
   前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパと前記第２のストッパとを挟み込むコの字型に形成された板状部材であり、前記第１のストッパと前記第２のストッパとを挟み込んだ状態で前記第１のストッパの水平方向ヘの移動を拘束するように構成されたことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
6. 稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換用治具において、
   前記Ｙ字型制御棒の３枚の翼のうち所定の翼の上端部には、上方に突出した第１のストッパが設けられ、
   前記３体の燃料集合体のうち前記所定の翼に隣接する２体の燃料集合体の少なくとも一方の所定の燃料集合体の上端部には、上方に突出した第２のストッパが設けられ、
   前記燃料交換用治具は、前記第１のストッパの上端面に設けられた第１の溝と前記第２のストッパの上端面に設けられた第２の溝とに嵌合するように折り曲げ形成された棒状部材であり、前記第１の溝と前記第２の溝とに嵌合した状態で前記第１のストッパの水平方向ヘの移動を拘束するように構成されたことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換用治具。
7. 稠密に配置された六角形状の燃料集合体と、互いに隣接する３体の燃料集合体の間に挿入されるＹ字型制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の燃料交換方法において、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料交換用治具を前記第１のストッパと前記第２のストッパとを係合させる第１の手順と、前記３体の燃料集合体のうち前記所定の翼に隣接していない燃料集合体を交換する第２の手順とを、前記燃料交換用治具の装着位置を変えて繰り返し行うことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料交換方法。

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