JPH0318159B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は広義には原子炉の燃料集合体に関す
るものであり、狭義には上部ノズルの取付・取外
しによつて燃料集合体を再構成する方法に関する
ものである。

従来の燃料集合体は複数の燃料棒と、燃料集合
体の長手方向に沿つて一定間隔に配置したグリツ
ドにより保持された制御棒案内筒とから成るよう
に設計されている。グリツドは制御棒案内筒に装
着されているわけである。制御棒案内筒は燃料棒
の上下端を若干越えるように伸び、上部ノズルお
よび下部ノズルの下端および上端にそれぞれ締結
されている。制御棒案内筒は燃料集合体の上端に
おいて、上部ノズルに設けられた開口部に取付ら
れている。各制御棒案内筒は上部ノズルおよび最
上方のグリツドに締結されるようにスリーブで囲
まれている場合が通常である。

このような燃料集合体では原子炉の運転中に、
燃料棒に、主に内部応力が原因で長手方向に沿つ
てクラツクが発生する場合があり、従つて放射能
を持つ核分裂生成物が原子炉の一次冷却材の中に
漏洩もしくは浸透するという可能性を生ずる。こ
のような核分裂生成物はまた、燃料交換作業中に
溢注原子炉キヤビテイ（flooded reactor
cavity）の中へ、もしくは使用済燃料集合体を貯
蔵しているプールを経て循環している冷却材の中
へ放出される場合もあり得る。

このような状況下では、燃料棒は、上部ノズル
および下部ノズルに熔接されたスリーブの一体的
な組立体の一部を成しているので、燃料棒が損傷
した場合、これを検出し、除去するのは困難であ
る。従つて各燃料棒の頂部挿入口に達するために
は、該組立体を炉心から除去し、次いで上部ノズ
ルと、これに締結されている制御棒案内筒との熔
接部を破壊しなければならなくなる。破壊する
と、上部ノズルと、案内筒とに再熔接ができない
損傷を与えるので、燃料集合体の原子炉内での再
使用は以後できなくなる。

燃料集合体を交換するには高いコストを必要と
するので、国内国外を問わず原子炉施設は、燃料
集合体の操作および補修費用を最小にするため
に、再構成可能な燃料集合体に興味を示し続けて
来た。

従来の再構成可能な燃料集合体は具体的には、
損傷した個々の燃料棒を迅速に除去できるよう
に、また燃料棒の取替が随意であるように、その
損傷した燃料集合体を後から原子炉の中で再使用
するか、又は通常処理もしくは貯蔵することを特
徴とするように（最初の製作時に）設計されてい
る。この再構成は燃料集合体に着脱自在な上部ノ
ズルを設けることにより実現された。上部ノズル
は通常、ねじを持つた一つの装置により各制御棒
案内筒組立体の上端に機械的に固定されており、
またこの上部ノズルは、照射済燃料集合体が中性
子吸収液体中に浸されている間、遠隔操作でこの
燃料集合体から離すことができるようになつてい
る。燃料棒を除去ないしは取替すれば、また上部
ノズルが制御棒案内筒の上に再び据付られた後
に、再構成された燃料集合体が次に原子炉内へ新
たに挿入されて、その有効寿命まで使用され、か
つ／もしくは使用済燃料プールか他の場所へ安全
な通常の方法で貯蔵される。

現在の再構成可能な燃料集合体に対する従来の
設計概念は、最初の製作時の全ての燃料集合体に
ついて言えるのであるが、その修復に費用がかか
るという特徴に対していかに必要な手段を講ずる
かにあつた。各制御棒案内筒を取外しができるよ
うに、上部ノズルに取付けるための、ねじを持つ
たもしくは他の方法による装置は既に幾つかある
が、これらは製作作業が増すために時間と費用の
点で高いコストを必要としている。また燃料集合
体はごく僅かな割合ではあるが、常にリーク燃料
棒となつてしまう。従つて燃料集合体の再構成が
必要となる所以である。

本発明は、欠陥のない燃料集合体の再構成方法
を提供し、かつ原子炉の中で使用される再構成さ
れた燃料集合体を提供することが主な目的であ
る。

この目的から、本発明は、第１の上部ノズルの
アダプタ板にある制御棒通路内に同軸的に配置さ
れると共に該アダプタ板に取着される制御棒案内
筒を有する原子炉燃料集合体の再構成方法におい
て、前記アダプタ板から前記制御棒案内筒を切断
するように、前記制御棒案内筒の壁を取着領域よ
り下方で円周方向に切り、前記アダプタ板を含む
前記第１の上部ノズルを前記切断された制御棒案
内筒から取り除き、前記切断された制御棒案内筒
を、同制御棒案内筒が前記アダプタ板から切断さ
れた同アダプタ板上の切断領域に対応する領域よ
りも下方の軸方向位置に溝を設けた複数の制御棒
通路を有するアダプタ板を備えた第２の上部ノズ
ルの前記制御棒通路内に、挿入し、前記切断され
た制御棒案内筒は前記第２の上部ノズルの前記制
御棒通路内に前記溝より上方の軸方向距離のとこ
ろまで挿入されており、更に挿入された前記制御
棒案内筒を円周方向に膨出して前記溝に入れるこ
とを特徴とするものである。

この発明は添付図面に示したその好適な実施例
に関する下記の説明から明らかになろう。第１図
および第２図において、原子炉燃料集合体１０は
配列された燃料棒１２を持ち、該燃料棒は互にあ
る間隔をもつて、燃料集合体の長手方向に沿つて
隔置されたグリツド１４，１５および１７（第１
図にはそのうち３個を示す）によつて保持されて
いる。各燃料棒は、核燃料ペレツト１６と該燃料
棒のプレナムに置かれたばね１８とを含み、該燃
料棒の両端は端栓２０で閉じられており、これら
は従来通りである。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒２
１が、制御棒案内管すなわち案内筒の中で上下方
向に可動であり、該制御棒案内筒は原子炉中の
各々選ばれた燃料集合体の中において予め設定さ
れた位置に置かれている。制御棒案内筒はグリツ
ド１４，１５および１７により取付けられてい
る。原子炉は上部ノズル２４と下部ノズル２６を
持ち、これらに制御棒案内筒の両端部が各々取付
けられていて、一体の完全な燃料集合体を形成
し、燃料集合体の各構成部分が損傷の起らないよ
うに、従来通りの取扱いができるようになつてい
る。

典型的には制御棒案内筒はスリーブを持ち、該
スリーブは上部グリツド１４と下部グリツド１
７、および上部ノズル２４と下部ノズル２６にそ
れぞれ熔接できるようになつている。この場合第
１図および第４図に示すように、スリーブ５３は
制御棒案内筒５０を下部グリツド１７と下部ノズ
ル２６に結合するために使われる。各制御棒案内
筒は、上部ノズル２４と下部ノズル２６の間にあ
つて、燃料集合体１０の全長に渡つて伸びてい
る。スリーブ５３は、上部ノズル２４から上部グ
リツド１４まで伸びているだけであり、またスリ
ーブ５４は、下部ノズル２６から下部グリツド１
７まで伸びているだけである。制御棒案内筒５０
はスリーブ５３に膨出嵌めによつて接合されてい
る。膨出嵌めは代表的には、軸方向にある間隔を
もつて配列された三組の膨出部５５（上部ノズ
ル・アダプタ板３２と上部グリツド１４の間に二
組、上部グリツド１４の下方に一組）から成つて
おり、各組は対称的に隔置された４つの膨出部か
ら成つている。制御棒案内筒５０は同様な方法で
スリーブ５４に取付けることができる。

第１図および第２図に示すように、上部ノズル
は断面は正方形で、（下）アダプタ板３２とある
空間を隔てて上板３０を持つハウジング２８で構
成されている。上板３０の両側に取付けられた燃
料集合体押えばね３４は、ボルト３６により適当
な位置に押え止められ、また原子炉上部炉心板
（図示せず）が所定位置に置かれたとき圧縮され
るようになつている。更に上部ノズルは制御棒ク
ラスタ組体３７を持ち、該制御棒クラスタ組体は
内側にねじを切つた円筒形要素３８を備え、該円
筒形要素３８は半径方向に伸びた腕４０を持つて
いる。コネクタ４２は、制御棒２１と腕４０を相
互に連結し、以上のように構成されているので、
制御棒クラスタ組体３７は制御棒を制御棒案内筒
の中で上下に動かすことができ、かつこれによつ
て燃料集合体の中の核分裂過程が制御される。

上部ノズルを取外しかつ取替えることにより原
子炉燃料集合体１０を再構成するというこの発明
による方法の実施例は、第３図に実施前、第４図
に実施後として示されている。制御棒案内筒５０
（そのうち一つのみ第３図に示す）は、その最上
部にスリーブ５２を持ち、該スリーブ５２は上部
ノズルアダプタ板６２の制御棒通路６０の内側に
同軸上に位置されている。スリーブ５２は、上部
ノズル・アダプタ板６２の上面６４で好ましくは
熔接（もしくは他の冶金学的接合）されて、上部
ノズルアダプタ板６２に取付られている。この種
の従来の取付方法は、最初の製作時に全ての燃料
集合体にねじによる取付方法を使う現在ある再構
成可能な燃料集合体に比較すると、時間と費用の
点でより低コストである。

この発明による方法を用いて、一つの燃料集合
体１０の再構成（燃料集合体の有効寿命中に該燃
料集合体のほんの僅かなものに起きるであろう
が）をしようとするときは、スリーブ壁を円周方
向に取付領域以下に切り下げることにより、アダ
プタ板６２からスリーブ５２を切り落せばよい。
そのような切断は、例えば通常の管内カツターを
用いて制御棒通路６０の中で、熔接接合点以下に
（内側から外側へ）スリーブ壁を切削することに
より達成される。あるいは通常のホールソー
（hole saw）型のカツターで、アダプタ板６２の
上面６４からある直径で始めて、熔接点を切断す
るに充分な深さまで切削することによつても達成
できる。次に、アダプタ板６２を持つた上部ノズ
ルが、従来の方法でグリツドのスリーブから取り
除かれる。切削と取り除き作業は、照射済燃料集
合体１０が中性子吸収液体（例えば水）の中に浸
されている間に、該燃料集合体に対して遠隔操作
で行われ、このようにして燃料集合体の最上端に
アクセスを与え、損傷した燃料棒の検出と除去が
できる。

改良された上部ノズルは、一般的には取り除か
れた上部ノズルと同じであり、制御棒通路７２を
有したアダプタ板３２を持つているが、ただかか
る制御棒通路７２のうち複数（なるべくなら全
て）がチヤンネルすなわち溝７４を持つている点
が異なる。溝７４は、スリーブ５２が切断もしく
は切り離された上部ノズルアダプタ板６２の切断
領域に対応する領域よりも軸方向の下方位置に配
置されている。溝７４は全ての通路７２におい
て、いろいろな寸法のまたどのような形の窪みで
もよいが、完全な円形状でありかつ円周方向に延
びる同心の溝であることが望ましい。改良された
上部ノズル２４は照射されていないものが望まし
いが、望むなら取り除かれた上部ノズルを改造し
てもよい。溝を形成させるには当業者に知られた
通常の切削方法で行えばよい。

制御棒案内筒５０を持つた切り離されたスリー
ブ５３は、改良された上部ノズル２４のアダプタ
板の制御棒通路７２の中へ、溝７４より上方のあ
る軸方向距離のところまで挿入される。切断され
たスリーブ５３は、下方から通路７２内に、該ス
リーブ５３が予め切断された位置に大体等しい軸
方向位置にまで挿入されるのが望ましい。挿入さ
れた同数のスリーブ５３が、円周方向に膨出され
て溝７４の中へ入れられる。ここで「同数の」と
は溝７４を持つた複数の通路７２の中へ挿入され
たスリーブ５３を意味する。円周方向における膨
出は当業者に知られた通常の方法で行えばよい。
例えば液圧によれば、溝の上下にシールを有する
流体供給管にある孔から流体を制御棒通路に導入
して該制御棒通路中に流体を封じ込め、スリーブ
を膨出して溝にはめ込むことができる。今一つの
方法はピストンとそのロツドを通路の中に用いる
もので、ピストンを溝の下方に位置させ、ロツド
を通路に沿つて溝近くまで引き上げ、注入物質
（例えばポリウレタン）をシール（溝の上方に設
置されている）に対して圧縮し、ロツドを通路の
中に注入物質が含入するように引き上げ、スリー
ブを膨出して溝にはめ込めばよい。以上に述べた
挿入及び膨張作業は、共に遠隔操作により行うこ
とができる。

従つて、上に述べた本考案の実施例において
は、アダプタ板６２（第３図）に溶接により取着
されているスリーブ５２の溶接部を切削するか、
同溶接部よりも下方でスリーブ５２を円周方向に
切断することにより、このアダプタ板６２を備え
た上部ノズルはスリーブ５２を有する制御棒案内
筒５０から除去可能となり、上部ノズルの除去に
より燃料棒にアクセスが可能になる。燃料集合体
を再構成する場合には、別のアダプタ板３２（第
４図）を有する新しい上部ノズルを上述のように
切削もしくは切断された制御棒案内筒５０のスリ
ーブ５３に取着する。実施例においては制御棒案
内筒５０の一部であるスリーブ５３，８０が切断
されるので、再使用されたスリーブ５３，８０の
軸方向長さは切断前と比較して減少しているが、
同スリーブ５３，８０を別のアダプタ板３２，９
４の制御棒通路７２，９２に挿入する場合、例え
ば、切断により長さが減少した分だけ、同スリー
ブ５３，８０の頂端が別のアダプタ板３２，９４
の上面よりも下方に位置するように、制御棒通路
７２，９２に形成された溝７４，９０の軸方向位
置に配慮がなされているので、制御棒案内筒及び
スリーブを再使用することができる。

以上述べた方法によれば、燃料集合体の中の燃
料棒へのアクセスが可能になり、これによつて、
部分的に使用済の燃料棒を、一つの損傷した骨格
構造から、例えば別のものへ移すことができるよ
うになり、このようにして燃料棒を意図した燃焼
度に達成させることができる。更にこの方法によ
れば、原子炉内でのウラン利用率を高めることが
できるように、燃料棒の除去および／または再配
置をするためのアクセスが可能になる。

この発明によれば、上部ノズルアダプタ板に
（例えば熔接により）直接取付けられた制御棒案
内筒を持つ燃料集合体については、スリーブを介
在させることなく、該燃料集合体の再構成にも同
様に応用することができる。この場合は切断およ
び膨出作業は、スリーブではなく制御棒案内筒に
行えばよい。またこの発明による方法は、（最初
の製作時もしくは、望ましくは最初の再構成時
に）制御棒案内筒（またはスリーブ）を有し、か
つ該制御棒案内筒は円周方向に沿つて膨出されて
アダプタ板の制御棒通路にある溝に嵌合する燃料
集合体の再構成にも応用できることは、当業者に
より認められるだろう。このことは、初めに再構
成された燃料集合体を、更に新たに再構成し直す
こともできることを意味する。例えば第４図は二
度再構成された燃料棒の、最初の図を、第５図は
二度目の図を各々表わしている。第５図におい
て、制御棒案内筒５０から二度切削されたスリー
ブ８０、および制御棒案内筒５０それ自身は、今
一つの新しい上部ノズルのアダプタ板９４の制御
棒通路９２の下方溝９０の中へ、円周方向に膨出
されてはめ込まれる。下方溝９０は、スリーブ５
３が切り離された最初の上部ノズルアダプタ板３
２（第４図）の対応する位置に設置される。注意
すべきことは、溝９０が低い位置に設置されるの
で、スリーブ８０の円周方向膨出は、重なり合う
制御棒案内筒５０の膨出を必要とする。

以上述べたように、この発明は原子炉の燃料集
合体上部ノズルを制御棒案内筒へ取付ける方法を
含んでいる。この取付方法は燃料集合体の最初の
製作時に、もしくは望ましくは燃料集合体の再構
成時に用いることができる。この発明による取付
方法を燃料集合体の再構成時にのみ用いれば、例
えば最初の燃料集合体が制御棒案内筒に熔接によ
り取付けた上部ノズルを採用する場合、時間と費
用の点で全コストが低くなる。このことは再構成
を常に必要とする燃料集合体は、ごく僅かな割合
であるという事実から来るものである。

上部ノズルに制御棒案内筒を取付ける方式の好
ましい具体例は、第４図に示すように、溝７４が
修正された制御棒通路７２を多数（少くとも二
つ、望ましくは全て）持つたアダプタ板３２を有
する上部ノズルを用いることである。またこの取
付方式は、スリーブ５３を持つた制御棒案内筒５
０を利用するものである。このスリーブは制御棒
通路の内部に、これと同軸上に位置されている。
対応する数のスリーブが、溝の上に軸方向に位置
され、かつ円周方向に膨出されて溝にはめ込まれ
ている。「対応する数」とはスリーブが、溝を有
した制御棒通路の数と同数という意味である。

他の例の取付方式（図示せず）は制御棒案内筒
は持つがスリーブを持たないもので、制御棒案内
筒は円周方向に膨出されて溝にはめ込まれてい
る。またもう一つの取付方式（第５図）はスリー
ブ８０と制御棒案内筒５０を共に持ち、該制御棒
案内筒は円周方向に膨出して溝９０にはめ込まれ
ている。

スリーブ（もしくは制御棒案内筒）を制御棒通
路中の、軸方向の予め決められた位置に位置決め
する手段も採用することができる。この位置決め
手段は第５図に示すように、上記通路の小径上部
を肩面９６により通路の通常直径部に継ぐもので
あり、該肩面９６は望ましくは、軸方向に予め切
り離されたスリーブの長さを考えて設置され、燃
料集合体の中で上部ノズルの高さを一定に維持す
るようになつている。或はスリーブ８０は、アダ
プタ板９４の下面に当接するカラーを備えること
ができる。

上部ノズルアダプタ板断面の制御棒通路にあ
る、完全な円形状かつ円周方向の同心溝の中へ膨
出してはめ込まれた制御棒案内筒のスリーブ部分
についての引張強さ試験によれば、その取付部分
は、スリーブそれ自体よりも強いものであること
を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による上部ノズルと制御棒案
内筒の取付方式の実施例を含んだ燃料集合体を、
一部断面で示す立面図、第２図は第１図に示した
燃料集合体の平面図、第３図は本発明の再構成方
式を適用しうる先行技術の上部ノズルと制御棒案
内筒の熔接取付方式を示す拡大断面図、第４図は
本発明の取付方式を詳細に示す、第１図の一部の
拡大断面図であつて、この第４図は第３図の取付
方式に対して行なつた本発明の燃料集合体再構成
方法の最終結果も表わしている。第５図は第４図
の取付方式の別の実施例を示しており、この図は
また、（例えば燃料集合体の２回目の再構成の際
に）第４図の取付方式に対して行なつた本発明の
燃料集合体再構成方法の最終結果も表わしてい
る。 図中、１０は燃料集合体、２４は上部ノズル、
３２及び９４はアダプタ板、５０は制御棒案内
筒、５３はスリーブ、７２及び９２は制御棒通
路、７４及び９０は溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の上部ノズルのアダプタ板にある制御棒
   通路内に同軸的に配置されると共に該アダプタ板
   に取着される制御棒案内筒を有する原子炉燃料集
   合体の再構成方法において、前記アダプタ板から
   前記制御棒案内筒を切断するように、前記制御棒
   案内筒の壁を取着領域より下方で円周方向に切
   り、前記アダプタ板を含む前記第１の上部ノズル
   を前記切断された制御棒案内筒から取り除き、前
   記切断された制御棒案内筒を、同制御棒案内筒が
   前記アダプタ板から切断された同アダプタ板上の
   切断領域に対応する領域よりも下方の軸方向位置
   に溝を設けた複数の制御棒通路を有するアダプタ
   板を備えた第２の上部ノズルの前記制御棒通路内
   に、挿入し、前記切断された制御棒案内筒は前記
   第２の上部ノズルの前記制御棒通路内に前記溝よ
   り上方の軸方向距離のところまで挿入されてお
   り、更に挿入された前記制御棒案内筒を円周方向
   に膨出して前記溝に入れることを特徴とする原子
   炉燃料集合体の再構成方法。