JPH02201193A

JPH02201193A - 使用済核燃料集合体用の反応度低減装置

Info

Publication number: JPH02201193A
Application number: JP1316630A
Authority: JP
Inventors: Donald E Mueller; ドナルド・ユージン・ミューラー; William A Boyd; ウイリアム・アーティス・ボイド
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1990-08-09
Also published as: ES2049797T3; EP0372551A3; EP0372551A2; EP0372551B1; US4917856A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、一般に使用済燃料の貯蔵に関し、より詳細に
は、使用済燃料集合体を燃料貯蔵施設に配置させるため
の自己掛止式反応度低減装置に関するものである。

た１抜査五１遡代表的な原子炉において、炉心は多数の燃料集合体を備
えており、各燃料集合体は、上部ノズル及び下部ノズル
を具備し、更に、これらのノズル間で縦方向に延び横方
向に互いに隔てられた複数の細長い案内シンブルと、案
内シンブルに沿って軸線方向に互いに隔てられた複数の
横向きの支持格子とを有している。また、各燃料集合体
は、相互にそして案内シンブルから横方向に離隔された
複数の細長い燃料要素、即ち燃料棒から構成されるこれ
らの燃料棒は、上部及び下部ノズル間で横向きの支持格
子によって支持されている。各燃料棒は核分裂性物質を
包含しており、高核分裂率を維持し、もって熱の形で多
量のエネルギの放出を維持するのに十分な中性子束を炉
心内で生じさせるように、組織化された成る配列に群別
されている。

炉心に発生される熱の幾らかを抜き出して有用な仕事を
行わせるために、液状の冷却材が炉心を通して上方に圧
送される。

燃料集合体の寿命が終わると、使用済燃料集合体は原子
炉から取り出され、新燃料集合体と交換される。現在、
使用済燃料の永久的な所外廃棄施設が無いため、原子カ
プラント事業者は所内燃料貯蔵施設のプール内に使用済
燃料集合体を全て保管せざるを得ない、しかし、このよ
うな所内貯蔵施設は、本来、プラントの運転寿命を通し
て使用された燃料の一部だけを保管するように設計され
ている。使用済燃料貯蔵プール反応度Ｋ　ａｒｔは、技
術仕様によりほとんどの原子炉プラントで０．９５以下
に制限されている。従って、このような技術仕様のため
に、所内で貯蔵できる使用済燃料集合体の数量を増加さ
せる可能性が制限されている。

また、使用済燃料プール反応度の制限は、現在の原子力
燃料管理計画とも対立するものである。

はとんどの事業者は、使用される燃料のウラン２３５の
濃縮度を高めている。このように濃縮度を高めることに
よって、事業者が購入及び保管する必要のある燃料集合
体の総数量が低減される。

貯蔵容量を増加させたり燃料の濃縮度制限値を上げるに
はいくつかの選択枝がある。非常に高価な再集積作業か
ら臨界安全再分析までの選択枝がある。現時点で利用可
能な最も効果的な方法の１つは、「燃焼度クレジット（
ｂｕｒｎｕｐ　ｃｒｅｄｉｔ）　Ｊと称される分析法で
ある。この臨界安全分析法では、燃料集合体が最低限の
燃焼度に達した後に安全に貯蔵され得ることを示すため
、計算が行なわれる。

この最低限の燃焼度は、問題となる燃料集合体のウラン
２３５の初期濃縮度に依存する。高濃縮度では、燃焼す
る必要性が非常に大きいと考えられる。

しばしば、この燃焼必要性が非常に大きいため、多数の
燃料集合体を貯蔵する障害となる。

上記の各問題点は、貯蔵される燃料集合体の反応度を低
下させることにより解決できる。その１つの方法は、中
性子吸収体もしくは毒物を使用済燃料集合体内に挿入し
て燃料集合体の反応度を低下させ、所内燃料貯蔵施設に
保管できるようにするというものである。この技術の代
表的なものは、Ｅ　Ｐ、Ｃ特許願第０．０６１，０４３
号明細書と、仏国特許願第２，５４４，５４１号に開示
されている方法である。これらの明細書には、それぞれ
、使用済燃料集合体に毒物棒クラスタを取り外しできな
いよう固定するために、燃料集合体の上部ノズルに取り
付けられる装置の使用について開示されている。

前記明細書に開示された固定装置の欠点は、これらの装
置を効果的に運用するには作業員の熟練を要し、また、
燃料集合体の上部にあるその装置には比較的容易に近付
くことができるという点にある。かかる装置が非常に容
易に解放でき、毒物棒クラスタを容易に取り外すことが
できるならば、現在の規制基準下では、これらの装置は
取外し可能とみなされるおそれがある。現在の規制基準
は、取外し可能な中性子吸収体の採用を認めていない。

従って、従来の中性子吸収体または毒物棒を使用済燃料
集合体内に単に挿入して、これを上部ノズル位置におい
て燃料集合体内部に固定するだけでは不充分で、現在の
基準に適合していないと考えられる。

よって、所内燃料貯蔵施設に使用済燃料集合体が保管で
きるように、使用済燃料集合体の反応度を低下させる改
良手段が必要とされている。

五匪五１」本発明は、上記必要性を満足するように設計された自己
掛止式反応度低減装置を提供する。使用済燃料集合体の
幾つかの案内シンブルに配置されるこの反応度低減装置
は、燃料集合体の核反応度を大幅に低下させる。これに
より、本来なら核分裂性が高すぎて保管できないような
使用済核燃料も使用済燃料貯蔵ラックに保管できる。

本発明の反応度低減装置は、使用済燃料集合体の案内シ
ンブル内に完全に挿入でき、自己掛止手段を具備してい
る。自己掛止手段は、この装置を完全に挿入した場合に
、別個の治具を使用しない限り装置を取り外すことがで
きないように自動的に作動する。この自己掛止手段は、
燃料集合体の下端に隣接し、た、本装置に沿う部位に配
置されており、この位置は燃料集合体の上部からは接近
不可能であるため、別個の治具を使用しなければ、掛止
状態を解除することができない。

よって、本発明は、使用済核燃料集合体の案内シンブル
に挿入されるようになっている反応度低減装置を意図し
ている０本発明の反応度低減装置は、（ａ）挿入側端部
及び引抜き側端部を有し、中性子吸収材を収容する細長
い棒体であり、前記案内シンブルの上端部分に隣接して
前記引抜き側端部を配置すると共に、前記案内シンブル
の上端部分とは反対の方向に前記案内シンブルからその
長手方向に沿って離隔された位置に前記挿入側端部を配
置するよう前記案内シンブル内に挿入される前記棒体と
、（ｂ）前記案内シンブル内に前記棒体を挿入した際に
前記案内シンブルの上端部分とは反対の位置で前記案内
シンブルに対して自己掛止するように前記棒体の挿入側
端部に取り付けられた自己掛止手段であり、別個の治具
を使用しない限り前記案内シンブルから取り外すことが
できないようになっている前記自己掛止手段と、を備え
ている。更に、棒体は、棒体内部に形成されて両端間で
延び且つ少なくとも棒体の引抜き側端部で開口している
中央通路を有しており、この中央通路は、自己掛止手段
を解除する別個の治具を該自己掛止手段に到達させるた
めの唯一の通路を提供する。また、この反応度低減装置
には、前記中央通路を封鎖するための手段が棒体の引抜
き側端部に取外し可能に取り付けられている。この手段
によって、棒体の引抜き側端部から棒体の挿入側端部位
置にある自己掛止手段へ別個の治具を接近させることが
不可能となり、案内シンブル内に棒体を取外し不可能に
据え付けることができる。

更に詳細に述べると、この自己掛止手段は、棒体の挿入
側端部に偏倚掛止位置と解除位置との間で枢動可能に取
り付けられた複数のラッチ部材と、これらのラッチ部材
にそれぞれ取り付けられた複数の駆動レバーとを備えて
いる。この駆動レバーは、封鎖手段を棒体の引抜き側端
部から取り外した後に別個の治具を前記中央通路に挿入
すると、該治具と係合され動かされ、それによってラッ
チ部材を掛止位置から解除位置に移動させる。また、自
己掛止手段は、ラッチ部材を掛止位置に偏倚するための
手段を有しており、この手段はラッチ部材と棒体の挿入
側端部との間を連結している。

また、棒体は、管状部分と、当該棒体の引抜き側端部で
管状部分に取り付けられたヘッド部分とを有している。

この管状部分の外径は案内シンブルの内径よりも小さい
が、ヘッド部分の外径は案内シンブルの内径よりも大き
くなっており、このため棒体が案内シンブル内に挿設さ
れた場合、ヘッド部分が上部ノズル上に着座して、案内
シンブル内で管状部分を吊り下げるようになっている。

更に、ヘッド部分には、別個の取外し装置と共働するた
めの手段が形成されており、該ヘッド部分を取外し装置
が把持するできるようになっており、案内シンブルから
自己掛止手段が解除された後に、案内シンブルから棒体
を引き出すことができる。

本発明による上記及び池の利点や特徴は、本発明の実施
例を示す図面に沿っての以下の詳細な説明を読むことに
よって、当業者にとり明らかになるであろう。

のヲ　を舌以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同−又は相当部分を示している。また、以下の説明に
おいて、「前方」、「後方Ｊ、「左方」、［右方」、［
上方］、「下方」等の語は、便宜上の言葉であり、限定
的な語として理解されるべきものではない。

図面、特に第１図を参照すると、従来の燃料集合体１０
が立面図で、垂直方向に短縮した形で示されている。こ
の燃料集合体１０は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）におい
て使用される型式であり、基本的に、原子炉（図示しな
い）の炉心領域における下部炉心板（図示しない）上に
燃料集合体１０を支持するための下部構造、即ち下部ノ
ズル１２と、この下部ノズル１２から上方に向かって突
き出して縦方向に延びる多数の案内管、即ち案内シンブ
ル１４とを備えている。更に、燃料集合体１０は、案内
シンブル１４に沿って軸線方向に互いに隔てられた複数
の横向きの格子１６と、これらの格子１６により互いに
横方向に隔てられ支持された細長い燃料棒１８の組織化
された配列とを備えている。また、燃料集合体１０は、
その中心に配置されている計装管２０と、案内シンブル
１４の上端に取り付けられた」二端ｉ造、即ち上部ノズ
ル２２とを有している。このような構成部品の配列によ
り、燃料集合体１０は、その構成部品を損傷させること
なく普通に取り汲うことのできる一体ユニットを形成す
る。

上述のように、燃料集合体１０における適宜配列の燃料
棒１８は、燃料集合体１０の長手方向に沿って間隔を置
いて配置された複数の格子１６によって、相互に間隔を
置いて保持されている。各燃料棒１８は核燃料ベレット
２４を収容している。また、この燃料棒１８の両端は上
部端栓２６及び下部端栓２８によって閉じられ、燃料棒
１８は密閉されている。一般に、ブレナムばね３０が、
上部端栓２６とベレット２４との間に配置され、燃料棒
１８内部でベレット２４を緊密に績み重ねた状態で維持
する。核分裂性物質から成る燃料ベレット２４は、ＰＷ
Ｒの核反応出力の発生を担っている。水又はホウ素含有
水のような液体の減速材／冷却材が、炉心内で発生され
る熱の幾らかを抽出して有用な仕事を行わせるために、
炉心の燃料集合体間を上方に圧送される。

次に第３図〜第５図を参照すると、本発明に従った構成
された自己掛止式反応度低減装置が符号３２により総括
的に示されている。この反応度低減装置３２は、第２図
に概略的に示した燃料集合体１０の案内シンブル１４の
１つに挿入され、第６図に示すように案内シンブル１４
に据え付けられるようになっている。

まず、基本的構成要素について述べるならば、反応度低
減装置３２は、細長い棒体３４と、自己掛止機構（自己
掛止手段）３６とを備えており、棒体３４は、挿入側端
部３４Ａと、引抜き側端部３４Ｂと、これらの端部間で
延び且つこれらの端部で開放している中央通路３４Ｃと
を有している。また、自己掛止機構３６は、この棒体３
４の挿入側端部３４Ａに取り付けられている。案内シン
ブル１４内に棒体３４を完全に挿入すると、自己掛止機
構３６は案内シンブル１４の下端部分１４Ａに自動的に
掛合される。従って、棒体３４の引抜き側端部３４Ｂか
ら中央通路３４Ｃに単独で挿入される独立の細長いシャ
フト状治具（第９図）３８を使用しない限り、この自己
掛止ｖ１横３６は案内シンブル１４から解除されないよ
うになっている。また、この反応度低減装置３２は、棒
体３４の引抜き側端部３４Ｂに取り付けられた封鎖プラ
グ４０を備えている。この封鎖プラグ４０は、治具３８
による中央通路３４Ｃ１ひいては自己掛止機１１３６へ
の侵入路を封鎖するためのものであり、棒体３４を取外
し不可能に案内シンブル１４内に設置する。

更に詳細に述べると、反応度低減装置３２の細長い棒体
３４は、はぼ円筒形の管状部分４２と、棒体３４の引抜
き側端部３４Ｂの位置で前記管状部分４２に取り付けら
れた上部ヘッド部分４４とを備えている。

管状部分４２の内部には環状の小室４６が形成されてお
り、この小室４６は、可燃性毒物又は中性子吸収材を環
状ベレット４８の積重体の形態で収容している。管状部
分４２の外径は案内シンブル１４の内径より小さく、棒
体３４の管状部分４２を案内シンブル１４内に挿入でき
るようになっている。好適には、棒体３４の管状部分４
２が案内シンブル１４内に完全に挿入された時、棒体３
４の引き抜き側端部３４Ｂは上部ノズル２２と案内シン
ブル１４の上端部分１４Ｂとに隣接して配置され、棒体
３４の挿入側端部３４Ａは下部ノズル１２と案内シンブ
ル１４の下端部分１４Ａとに隣接して配置される。

棒体３４の上部ヘッド部分４４は、外径が案内シンブル
１４の内径より大きな円形プレートであり、第６図及び
第９図に示すように、上部ノズル２２に貫設された開口
部５０を取り囲んでいる上部ノズル２２の環状の縁部に
着座するようになっている。この開口部５０には、案内
シンブル１４の上端部１４Ｂが挿入される。従って、棒
体３４の上部ヘッド部分４４は、管状部分４２を案内シ
ンブル１４内に吊り下げる機能、即ち支持する機能を有
する。中央通路３４Ｃは、管状部分４２と上部ヘッド部
分４４との中心を貫いて延びている。上部ヘッド部分４
４における中央通路３４Ｃの上端部にはめねじ部５２が
設けられており、このめねじ部５２は本装置３２の封鎖
プラグ４０に設けられたおねじ部５４と螺合する。

第３図〜第５図の実施例に示すように、自己掛止機構３
６は、１対の三角形のラッチ部材５６と、このラッチ部
材５６にそれぞれ取り付けられその内方に延びる１対の
駆動レバー５８とを備えている。ラッチ部材５６は、棒
体３４の管状部分４２の挿入側端部３４Ａに形成された
１対の対向する側部スロット６０に収り付けられ、レバ
ー５８はラッチ部材５６から棒体３４の挿入側端部３４
Ａ内の拡径空洞部分６２に延びている。この空洞部分６
２は、中央通路３４Ｃとスロット６０とに連通している
。尚、ラッチ部材５６、駆動レバー５８及びスロット６
０は１対以上であっても良い。

第５図に明示するように、ラッチ部材５６は、管状部分
４２に取り付けられ各スロット６０を横切って延びるピ
ボットビン６４によって、枢動自在に取り付けられてい
る。第６図、第８図からそれぞれ分かるように、このラ
ッチ部材５６は、第６図に示す偏倚された掛止位置と、
第８図に示す解除位置との間で枢動可能となっている。

ねじり針金ばね６６の形態の偏倚手段がピボットビン６
４を取り巻き、その両端部はそれぞれ、ラッチ部材５６
の縁部と、管状部分４２のスロット６０内の棚部分６８
とに係合し、第３図及び第６図に示す掛止位置にラッチ
部材５６を偏倚させ、棚部分６８と接触させるようにな
っている。この掛止位置において、ラッチ部材５６の先
端５８Ａは、ラッチ部材５６を案内シンブル１４を通し
て引き上げることができないように、案内シンブル１４
の下端部分１４Ａを越えて半径方向外方に延びている。

この反応度低減装置３２を引き出すには、駆動レバー５
８を下方に動かし、ラッチ部Ｎ５８を第８図の解除位置
になるまでその偏倚力に抗して上方且つ内方に枢動させ
なければならない、ＮＡ動レバー５８のこのような動き
は、細長い治具３８を中央通路３４Ｃに下方に挿入して
その挿入側端部３８Ａを駆動レバー５８と係合させるこ
とによって得られる。

治具３８を挿入するには、まず、封鎖プラグ４０を緩め
て取り除かなければならない、このように、自己掛止機
構３６を解除するためには、数過程を経なければならな
い、このため、治具３８を用いなければ、当該反応度低
減装置３２は案内シンブル１４から取外し、不可能であ
ると言うことができる。第９図に示すように、棒体３４
の上部ヘッド部分４４は、アンダーカットないしは面取
りされた下部外周縁フＯを有しており、上部ヘッド部分
４４を把持するための別間の取外し装置７４の把持アー
ム７２と共働するようになっている。従って、自己掛止
機構３６が細長い治具３８によって案内シンブル１４か
ら解放されたならば、取外し装置７４は案内シンブル１
４から反応度低減装置３２を引き出すことができる。こ
の把持アーム７２が半径方向外方向に広がって、装置３
２の上部ヘッド部分４４の押さえが外れることのないよ
うに、環状リング（図示しない）をアーム７２上に配置
することができる。

簡単に述べると、米国原子力規制委員会（ＮＣＲ）は、
このような構造を有する反応度低減装置３２を、その取
外しに複数の別の治具を含めて複数の作業を必要とする
ので、取外し不可能であるとみなすものと思われる０本
発明の反応度低減装置３２は、いったん案内シンブルに
挿入され据え付けられたならば、脱落するおそれがない
。また、当該反応度低減装置３２は、その構造が凹凸と
なっているので、燃料集合体が損傷されたとしても所定
位置に残る。

この反応度低減装置３２は十分に燃料集合体の反応度を
減じるので、濃綿度が現在の制限よりも３．０ｗ１ｏは
ど高い燃料を貯蔵できる。或は、この反応度低減装置３
２は、燃焼度クレジットに必要とされる最小燃焼度を３
０．０ＯＯＩＯＩＤ／　ＮＴＵはど減少させるのに使用
できる。

本発明と本発明に付随する多くの利点は、前述の説明か
ら理解されるであろう、また、本発明の精神及び範囲を
逸脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲にする
ことなく、形態、構成及び配列に関し、種りの変更が可
能であり、よって、以上に述べた形態は、単に本発明の
好適な実施例にすぎないことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体の正面部分断面図であり、明
瞭化のために一部を削除し、垂直方向に短縮した形で示
した図、第２図は第１図の燃料集合体における案内シン
ブル、上部ノズル及び下部、ノズルを垂直方向に短縮し
た形で部分的に示す拡大縦断面図、第３図は本発明によ
る反応度低減装置を垂直方向に短縮した形で示す拡大縦
断面図、第４図は第３図の４−４線に沿っての断面図、
第５図は第Φ図の５−５線に沿って見た矢視図、第６図
は燃料集合体の案内シンブルに挿入された反応度低減装
置と、その下部の掛止位置にある自己掛止機構とを示す
第２図及び第３図を組み合わせた縦断面図、第７図は第
６図の７−７線に沿っての断面図、第８図は案内シンブ
ル及び反応度低減装置の下部部分を示す縦断面図であり
、反応度低減装置の案内シンブルへの挿入中或は案内シ
ンブルからの引抜き中における解除位置にある自己掛止
機構を示す図、第９図は燃料集合体の案内シンブルから
反応度低減装置を引き出す際に使用される取外し装置を
示す第６図と同様な縦断面図である。図中、１０・・・燃料集合体３２・・・反応度低減装置３４Ａ・・・挿入側端部３４Ｃ・・・中央通路３６・・・自己掛止装置３８・・・治具ｊ４・・・案内シンブル３４・・・棒体３４Ｂ・・引抜き側端部（自己掛止手段）ＦＩＧ、２ＦＩＧ、　　３ＦＦＩＧ、ＦＩＧ。ＦＩＧＧ。

Claims

【特許請求の範囲】使用済核燃料集合体の案内シンブルに挿入されるように
なっている反応度低減装置であって、（ａ）挿入側端部
及び引抜き側端部を有し、中性子吸収材を収容する細長
い棒体であり、前記案内シンブルの上端部分に隣接して
前記引抜き側端部を配置すると共に、前記案内シンブル
の上端部分とは反対の方向に前記案内シンブルからその
長手方向に沿って離隔された位置に前記挿入側端部を配
置するよう前記案内シンブル内に挿入される前記棒体と
、（ｂ）前記案内シンブル内に前記棒体を挿入した際に前
記案内シンブルの上端部分とは反対の位置で前記案内シ
ンブルに対して自己掛止するように前記棒体の挿入側端
部に取り付けられた自己掛止手段であり、別個の治具を
使用しない限り前記案内シンブルから取り外すことがで
きないようになっている前記自己掛止手段と、を備えている使用済核燃料集合体用の反応度低減装置。