JPH036492A - 核燃料集合体の上部ノズルサブアセンブリ - Google Patents

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】 発明の背景 本発明は、原子炉用の核燃料集合体に関し、特に、燃料
集合体の燃料棒のより大きな成長及び燃焼を受は入れる
ために空間利用を改善することのできる伸縮可能な上部
ノズルザブアセンフリに関するものである。

先」１技」１Φ−説艮男 大部分の原子炉において、炉心は多数の長い燃料集合体
から成り、これらの燃料集合体は、横方向に延びる上部
と下部の炉心支持板により支持され整列されている。上
部及び下部の炉心支持板は、炉心全体を囲み炉心の両端
間に延び′でいる炉心支持槽に直接或は間接的に取り付
けられている。

これらの燃料集合体は、慣用の構造としては、複数の支
持格子により組織的な配列に保持された複数の燃料棒と
制御棒案内シンプルとを備えており、支持格子は、燃料
集合体の長手方向に沿って互いに離間され制御棒案内シ
ンプルに取り付けられている。案内シンプルは燃料棒の
上端及び下端からそれぞれ上方及び下方に僅かに突出し
ている。

燃料集合体の両端において、」二部ノズル及び下部ノズ
ルが案内シンプルに固定され、それにより、−像化され
た燃料集合体を形成している。燃料集合体は下部炉心支
持板上に垂直に載置される。燃料集合体は、取扱い及び
設置を容易にするために、下部炉心支持板に固定されて
いないのが一般的である。

炉心内の温度は、時間によって、例えばコールド停止状
態から通常の運転状態ては、大きく変化する。また、材
料毎に異なる照射及び熱的な成長特性を呈する。燃料集
合体構成要素の材料は一般に炉心支持槽に用いられてい
るものと異なっており、より大きな熱膨張を起こすので
、結果的に生ずる燃料集合体の軸方向、即ち垂直方向の
長さの増加が調整されなけれはならない。このために、
燃料集合体は上部及び下部の炉心支持板に通常取り付り
られず、両者間の幾らかの相対運動を許容する態様で支
持されている。

燃料集合体と炉心支持槽の軸方向の熱膨張差は、上部炉
心支持板と下部炉心支持板との間の軸方向の間隔を燃料
集合体の軸方向長さよりもやや大きくすることにより、
適応できるようにしてきた。

通常、これは、燃料集合体の頂部と上部炉心支持板との
間に軸方向隙間を設けることで達成される。

しかしながら、この隙間の存在により、冷却材の流れに
よって燃料集合体上に発生される上向きの水圧力のため
に、燃料集合体が上方に持ち上がる恐れがある。そこで
、燃料集合体は上部ノズルと共に押え装置も用いており
、冷却材の上向きの流体力が燃料集合体を持ち上げて上
部炉心支持板に傷を付けるほど強く接触するのを防止し
ており、同時に、炉心で生ずる熱膨張等による燃料集合
体の長さの変動を許容するようにしている。押え装置を
有する従来の燃料集合体の例としては、米国特許第４，
０７８，９６７号、第４．５３４．９３３号、第４，６
２０．９６（１号、及び第４，６７０，２１３号明細書
等に開示されたものかある。

前述したように、燃料集合体の案内シンブルは燃料棒の
両端からそれぞれ上方及び下方に僅かに突出している。

従って、案内シンプルの両端に固定された燃料集合体の
上部ノズルと下部ノズルは、同様に、燃料棒の両端から
それぞれ上方及び下方に離隔されている。燃料棒の両端
と上部及び下部ノズルの隣接部分との間の空間は、通常
の原子炉運転中に燃料棒の燃焼が生じた際の成長による
燃料棒の長さの増加を受は入れる。

燃料集合体構造を色々な面で改良したことにより、燃料
棒の燃焼の許容範囲を増大することが可能となってきた
。燃焼のこの増大は、プラン１へ停止の回数を減らし使
用済み燃料の蓄積量も減らすのて望ましい。しかし、燃
料棒をより強く燃焼させるためには、余分な成長故に、
燃料棒の長さが最低でも約１２．７ｍｍ　（０，５ｉｎ
、　）の増加することが必要となる。このため、燃料棒
のこの付加的な成長を受は入れるために、上部及び下部
ノズルそれぞれのアダプタプレート間の空間を大きくす
る必要がある。同時に、上部ノズルの上部プレートとア
ダプタプレートとの間の空間は、従来と同様に、炉心の
取扱い設備が上部ノズルの上部プレート及ひアダプタプ
レー１−間に入り、」二部プレートの下面に掛合するこ
とができるのに十分な大きさでなければならない。

現在、上部及び下部ノズルそれぞれのアダプタプレート
間の空間は、燃料棒長さの約１２．７ｍ＋ｎ（０，５ｉ
ｎ、）の付加的な成長を許容するには十分であるとはい
えない。従って、現在使用されている炉心設備の取扱い
の可能性を損なうことなく、燃料棒の余分な熱的成長を
許容するための手段が必要とされている。

介」肪Φ」［要 本発明は、前記必要性を満足するように設計された伸縮
可能な上部ノズルサブアセンブリを提供する。本発明の
伸縮可能な上部ノズルサブアセンブリは、燃料集合体が
約２５．４＋ｎｍ（１ｉｎ、　）を越える燃料棒の成長
を受は入れるようにし、より高い燃焼率で原子炉を運転
することを可能とする。この長さの延びによって、燃料
棒は今日用いられているものよりも遥かに大きな燃焼を
起こさせることができる。更に、余り大きな燃焼が必要
とされない場合には、燃料棒の機械的負荷が大幅に減ぜ
られる。本発明は、従来の上部ノズルサブアセンブリの
上部プレー１へと下部アダプタプレートとの間にある″
デッドスペース″を利用するものである。

この空間は、燃料集合体の装荷及び取外しの際に使用さ
れるだけであり、炉心の作動中には使用されないので、
“′プツト（無駄）″と特徴付けられている。従って、
本発明の伸縮可能な上部ノズルサブアセンブリは、付加
的な燃料棒成長のために必要な空間を提供するが、従来
の取扱い装置の使用をそのまま可能とし、従って設計変
更に伴う顧客に対する潜在的コストを無くすことができ
る。

従って、本発明は、燃料棒の成長及び燃焼の増大化を可
能とする核燃料集合体のための伸縮可能な上部ノズルサ
ブアセンブリに向けられている。

この上部ノズルサブアセンブリは、（ａ）上部プレート
、及び該上部プレートの外周縁部に固着され垂下してい
る側壁エンクロージャを含む上部構造と、（Ｉ〕）前記
上部構造の前記上部プレートの下側に配置され且つ前記
側壁エンクロージャ内に配置７ された下部アダプタプレートであって、前記上部プレー
トが前記下部アダプタプレートに接近及び離間するよう
移動できるように前記側壁エンクロージャに対して相対
的に摺動可能となっている前記下部アダプタプレートと
、（ｅ）前記下部アダプタプレーＩ〜に対して前記側壁
エンクロージャが移動して前記上部プレートが前記下部
アダプタプレートから離間するよう移動する場合に、前
記下部アダプタプレートを前記側壁エンクロージャ内に
捕獲し保持するために、前記側壁エンクロージャの下縁
部及び前記下部アダプタプレートの外周縁部に設けられ
た相互係合可能な手段と、（ｄ）前記側壁エンクロージ
ャ内に配置され、前記上部プレート及び前記下部アダプ
タプレートの間で延び該上部プレート及び該下部アダプ
タプレー１・と係合している複数の弾性的に収縮可能な
偏倚装置てあって、前記上部構造に対しての前記下部ア
ダプタプレート側への押え力の付加及び除去にそれぞれ
応答して圧縮状態及び伸張状態に変動可能であり、前記
下部アダプタプレートに対して前記側壁エンクロージャ
を移動させ前記上部プレートを前記下部アダプタプレー
トに接近及び離間するよう移動させ、もって前記上部ノ
ズルサブアセノブ１ノを圧縮状態及び拡張状態とするよ
うになってＩ＋する前記偏倚装置と、を備えている。

より詳細に説明するならば、上部プレートは、複数のコ
ーナ一部と、各コーナ一部におり）てその下面に形成さ
れた少なくとも１つの凹部を有している。アダプタプレ
ートは、複数のコーナ一部と、各コーナ一部においてそ
の上面に形成された少なくとも１つの凹部を有している
。アダプタプレートの各凹部は、上部プレートの対応の
凹部の下方に整列される。偏倚装置は、伸張状態と圧縮
状態との間で変動可能なコイルばねである。各コイルば
ねは上部プレートと下部アダプタプレー１・どの間に配
置され、その上端と下端は、それぞれ上部プレート及び
下部アダプタプレートの対応の整列した凹部に着座され
る。

更に、上部構造の側壁エンクロージャは、両側の垂直縁
部で互いに堅く結合された複数のほぼ平坦を垂直壁部分
から構成されている。側壁エンクロージャの下縁部の相
互係合手段は保持構造であり、この保持構造は側壁エン
クロージャから内方に突出し、互いに離間された一連の
指状部から構成されている。アダプタプレートの外周縁
部の相互係合手段は下部が切削された座構造であり、こ
の座′Ｎ４造は、側壁エンクロージャの内方に突出する
保持構造の断面形状と重なり合う関係で適合する断面形
状を有しており、アダプタプレ＝１〜を捕らえ該アダプ
タプレートがエンクロージャの下縁部を越えないように
している。

本発明の上記及び他の特徴や利点は、本発明の実施例が
図示された図面に沿って、以下の本発明の実施′例の詳
細な説明を読むことにより、当業者にとって明らかにな
るであろう。

発明の詳細な説明 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」、「左方」、「右方」、「上
方」、［下方４等の語は便宜上の言葉であり、限定的な
語として解釈されるべきものではない。

図面、特に第１図を参照すると、本発明の原理に従って
構成された伸縮可能な上部ノズルサブアセンブリ１２を
備えた核燃料集合体１０が示されている。この燃料集合
体１０は、上部ノズルサブアセンブリ１２の他に、基本
的に、原子炉〈図示しない）の炉心領域における下部炉
心支持板（図示しない）上に燃料集合体１０を支持する
ための下部ノズル１４と、この下部ノズル１４から上方
に向かって突き出して縦方向に延びる多数の制御棒案内
管若しくは案内シンプル１６とを備えており、案内シン
プル１６の上端と下端はそれぞれ上部ノズルサブアセン
ブリ１２と下部ノズル１４に取り付りられている。更に
、組織化された配列の燃料棒１８が、燃料集合体１０の
長手方向に沿って互いに隔てられ且つ案内シンプル１６
に取り付けられた複数の横向きの格子２０によって、互
いに横方向に離隔されて保持されている。

また、燃料集合体１０の中心には計装管２２が配置され
ている。上部ノズルサブアセンブリ１２、下部ノ１− ズル１４及び案内シンプル１６は互いに一体的な組立体
を形成し、その構成部品を損傷させることなく普通に収
り扱うことができる。

第１図〜第３図を参照すると、本発明の伸縮可能な上部
ノズルサブアセンブリ１２は、燃料集合体１０の燃料棒
１８のより大きな成長及び燃料棒のより大きな燃焼を受
は入れるための空間の利用を改善できる構成を有してい
る。同時に、上部ノズルサブアセンブリ１２は、燃料集
合体１０の炉心への装荷及び炉心からの取外しのための
従来の取扱い装置をそのまま使用することができる。伸
縮可能な上部ノズルサブアセンブリ１２は、基本的に、
上部構造２４と、下部アダプタレート２６と、複数の弾
性的に収縮可能な偏倚装置２８とを備えている。

第４図〜第７図に明示するように、上部ノズルサブアセ
ンブリ１２の上部構造２４は、上部プレート３０と、」
二部プレート３０の外周縁部３０Ａに堅く結合され垂下
している側壁エンクロージャ３２とから構成されている
。上部プレート３０は、大きな中央開口３４を画成する
環状形状となっている１、上部プレ２ −ト３０の複数のコーナ一部３０Ｂのうち２つの対角部
分にはそれぞれ穴３６が貫通形成され、これらの穴３６
は、上部プレート３０の下面３０Ｃと係合する燃料集合
体取扱い装置の構成要素（図示しない）の挿入を可能と
し、炉心への装荷及び炉心への取外しの際に燃料集合体
１０を吊り上げることができる。

残る２つのコーナ一部３０Ｂの一つには、炉心内で燃料
集合体１０の向きを適正に定める基準を提供する穴３８
が設けられている。また、１対の穴４０が上部プレート
３０の各コーナ一部３０Ｂに画成されており、各式４０
は、上部プレート３０の下面３０Ｃに形成された環状の
凹部４０Ａにより囲まれている。

上部構造２４の側壁エンクロージャ３２は、４つのほぼ
平坦な垂直壁部分４２から成り、これらの垂直壁部分４
２は相対する垂直縁部で相互係合され、はぼ正方形の箱
形状にエンクロージャ３２を画成する。

側壁エンクロージャ３２の下側周縁部において、各壁部
分４２は細い内方に突出した保持構造４４を有している
。この保持構造４４は一連の互いに離隔された指状部４
４Ａから成り、はぼ扇形又はのこ歯形形状に保持構造４
４を画成する。

第８図〜第１０図に明示するように、上部ノズルサフア
センブリ１２の下部アダプタプレー１・２６はほぼ正方
形であり、平坦な形状である。アダプタプレート２６は
、長楕円形の複数の冷却材流路穴４８を画成している十
字形に組み合わされた複数のリガメント若しくはバー４
６がら形成されている。また、案内シンプル１６の数と
配列に一致する複数の円形貫通穴５０がアダプタプレー
ト２６に設けられている。貫通穴５０は、アダプタプレ
ート２６を案内シンプル１６の上端に取り付けることが
できるほどの寸法を有している。更に、１対の円形凹部
５２がアダプタプレーｔ・２６の上面２６Ｂの各コーナ
一部２６Ａに画成されている。これらの凹部５２は、上
部プレート２４の穴４０及び環状凹部４０Ａの下方で整
列されている。各四部５２には、はぼ正方形配列の冷却
材流路穴５４がアダプタプレート２６に画成されている
。

アダプタプレート２６の外周縁部の下側は切削され、全
周に延びる凹部ないし溝５８に沿う棚部ないし座構造５
６を画成している。

第２図、第３図、第１１図及び第１２図を参照すると、
弾性的に収縮可能な偏倚装置２８は複数対のコイルばね
６０の形態をとり、その上端６０Ａ及び下端６０Ｂはそ
れぞれ、外周部の案内シンプル１６の外側に配置された
上部プレート３０及び下部アダプタプレート２６の整列
されたコーナ一部３０Ａ、２６Ａに形成された凹部４４
Ａ、５２に着座されている。外周部の案内シンプル１６
はまた、上部プレート３０の中央開口３４を画成する内
周縁３０Ｃの下側に整列されている。また、短円筒プラ
グ又はバーの形の安定化部材ないし案内部材６２が各穴
４０内で上部プレート３０に固定され、対応のコイルば
ね６０内に延びている。案内部材６２はコイルばね６０
を横方向に安定化し、はぼ垂直の線に沿って伸張及び圧
縮させることができる。第１１図に示されるばね６０が
伸びた状態では、案内部材６２の長さはばね６０の長さ
の半分よりも短い。第１２図に示されるばね６０の圧縮
状態では、案内部材６２の下端はアダプタプレート２６
に隣接して配置される。

第１１図は拡張状態における上部ノスルサブア５ センブリ１２を示し、第１２図は圧縮状態を示している
。上部ノズルサブアセンブリ１２のいずれの状態におい
ても、アダプタプレート２６は、固定チューブ６４によ
り従来と同様にして案内シンプル１６の上端に同じ位置
で固定されている。例えば、アダプタプレート２６は、
燃料棒１８の上端から上方に従来のアダプタプレートよ
りも約２５．４〜３８．１ｍｍ　（１〜１．５ｉｎ、）
高く配置される。また、アダプタプレート２６は側壁エ
ンクロージャ３２の内部に摺動可能に配置されている。

側壁エンクロージャ３２とアダプタプレート２６とは相
互に固定されておらず、互いに対して摺動可能となって
いる。側壁エンクロージャ３２の保持構造４４及びアダ
プタプレート２６の座構造５６は、エンクロージャ３２
の下縁部及びアダプタプレート２６の周縁部に相互係合
可能な手段を提供し、アダプタプレート２６に対してエ
ンクロージャ３２が移動してアダプタプレート２６がら
上部プレート３０が離れていく際、エンクロージャ３２
内でアダプタプレー１・２６を捕らえ保持するようにな
っている。このような配列において、アダプタプレ６ −ト２６は上部構造２４から分離できなくなる。

上部ノズルサブアセンブリ１２を第１１図に示す拡張状
態とするためには、上部ノズルサブアセンブリ１２の上
部構造２４の上部プレート３０上に及ぼされる上部炉心
支持板（図示しない）による下向きの支持接触力が取り
除かれる。この場合、コイルばね６０は、上部構造２４
をアダプタプレート２６から離間させる伸張状態となる
ように考慮されており、この状態において、ばね６０は
アダプタプレート２６の周囲の座構造５６を上部構造２
４の側壁エンクロージャ３２の保持構造４４の指状部４
４Ａ上に載置関係又は接触関係とする。指状部４４Ａは
エンクロージャ３２内でアダプタプレート２６を捕らえ
保持する。この状態で、アダプタプレート２６及び上部
プレート３０は最大距離で互いに隔てられ、両者間には
、燃料集合体取扱い装置の構成要素を上部プレート３０
のコーナ一部の穴３６に挿入するのに十分な空間が形成
される。

上部ノズルサブアセンフＩＪ１２を第１２図に示す圧縮
状態とするためには、上部炉心支持板が上部ノズルサブ
アセンブリ１２の上部１ｉ３ｉ２４の上部プレート３０
に取り付けられ、再度上部プレート３０に下方への支持
接触力を作用させる。この結果、上部プレート３０は下
部アダプタプレート２６に向かって下方に移動され、コ
イルばね６０を圧縮状態に押圧すると共に、側壁エンク
ロージャ３２をアダプタプレート２６に対して下方に摺
動させ、また、エンクロージャ３２の保持構造４４を下
降させてアダプタプレート２６の座構造５６から離隔さ
せる。この状態で、上部プレート３０とアダプタプレー
ト２６との間の空間は、燃料集合体取扱い装置の構成要
素の挿入に必要とされる大きさ以下に減じられる。しか
し、これは問題とならない。燃料集合体は、炉心内にあ
り上部炉心支持板が上部ノズルサブアセンブリ上に配置
されている間は、取扱い装置により取り扱われることは
決してないからである。上部プレート３０とアダプタプ
レート２６との間に従来存在した余分な空間、即ちデッ
ドスペースは除去され、その代わりとして、該空間は案
内シンプル１６上にアダプタプレート２６をより高い位
置に取り付けるために利用されてアダプタプレート２６
と燃料棒１８の上端との間の距離が大きくされ、よって
炉心内での燃料棒のより大きな成長及びより大きな燃焼
を可能とする。後に燃料集合体１０が取り扱われるべき
場合、上部炉心板が取り外され、ばね６０が上部構造２
４を第１１図の位置まで上方に移動させ、上部プレート
３０及びアダプタプレート２６は最大間隔に戻されて燃
料集合体取扱い装置の構成要素に必要な空間が形成され
る。

保持構造４４ののこ歯形状によって、保持構造２４は燃
料棒１８の上端よりも下方の第１２図に示す位置まで移
動てきる。上部プレート３０の中央開口３４は、従来と
同様に、案内シンプル１６内への制御体（図示しない）
の通路となる。コイルばね６０は必要な押え力を上部炉
心支持板から直接アダプタプレート２６に伝える。コイ
ルばね６０の数と配列は、従来の押え配列の場合に比し
て、上部炉心支持板からの負荷をより均等にアダプタプ
レー１へ２６に分配でき、燃料集合体１０の湾曲を防止
するのに役立つという利点を有している。また、上部構
造２４の９− 側壁エンクロージャ３２が上部ノズルサブアセンブリ１
２の拡張状態及び圧縮状態のいずれの場合もはね６０を
完全に囲っており、ばね６０を保護し遮蔽して冷却材の
流れによる横方向の力が作用するのを防止することにも
注意されたい。しかしながら、例えば細長い板ばねのよ
うな他の形態の偏倚装置も使用できることも理解すべき
である。

本発明の伸縮可能な上部ノズルサブアセンブリと本発明
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、種々の変更が可能であることは
明らかであり、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従った伸縮可能な」二部ノズ
ルサブアセンブリを有する燃料集合体の部分断面図であ
り、明瞭化のために一部を切り欠いて示した図、第２図
は、第１図の２−２線に沿っ０ ての燃料集合体の拡大平面図、第３図は、第１図の３−
３線に沿っての燃料集合体の拡大断面図、第４図は、本
発明の伸縮可能な上部ノズルサブアセンブリの上部構造
を示す平面図、第５図は、第４図の５−５線に沿っての
上部構造の断面図、第６図は、上部構造の側壁エンクロ
ージャを示す第５図の６−６線に沿っての断面図、第７
図は、第５図の７−７線に沿っての上部構造の底面図、
第８図は、本発明の伸縮可能な上部ノズルサブアセンブ
リの下部アダプタプレートを示す平面図、第９図は、第
８図の９−９線に沿っての下部アダプタプレー１・の側
面図、第１０図は、第９図の下部アダプタプレートの右
側縁部の拡大断面図、第１１図は、第２図の１１−１１
線に沿っての燃料集合体の部分断面図であり、拡張状態
の上部ノズルサブアセンブリを示す図、第１２図は、圧
縮状態の上部ノズルサブアセンブリを示す第１１図と同
様な燃料集合体の部分断面図である。図中、１０・・・
核燃料集合体 １２・・・上部ノスルサブアセンブリ ２４・・上部構造 ２６・・下部アダプタプレート ２８・・・偏倚装置　　　　３０・・・上部プレート３
２・・・側壁エンクロージャ ５６・・・座′Ｗｉ造　　　　　６０・・コイルばね３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 核燃料集合体のための伸縮可能な上部ノズルサブアセン
   ブリにおいて、 （ａ）上部プレート、及び該上部プレートの外周縁部に
   固着され垂下している側壁エンクロージャを含む上部構
   造と、 （ｂ）前記上部構造の前記上部プレートの下側に配置さ
   れ且つ前記側壁エンクロージャ内に配置された下部アダ
   プタプレートであって、前記上部プレートが前記下部ア
   ダプタプレートに接近及び離間するよう移動できるよう
   に前記側壁エンクロージャに対して相対的に摺動可能と
   なっている前記下部アダプタプレートと、 （ｃ）前記下部アダプタプレートに対して前記側壁エン
   クロージャが移動して前記上部プレートが前記下部アダ
   プタプレートから離間するよう移動する場合に、前記下
   部アダプタプレートを前記側壁エンクロージャ内に捕獲
   し保持するために、前記側壁エンクロージャの下縁部及
   び前記下部アダプタプレートの外周縁部に設けられた相
   互係合可能な手段と、（ｄ）前記側壁エンクロージャ内
   に配置され、前記上部プレート及び前記下部アダプタプ
   レートの間で延び該上部プレート及び該下部アダプタプ
   レートと係合している複数の弾性的に収縮可能な偏倚装
   置であって、前記上部構造に対しての前記下部アダプタ
   プレート側への押え力の付加及び除去にそれぞれ応答し
   て圧縮状態及び伸張状態に変動可能であり、前記下部ア
   ダプタプレートに対して前記側壁エンクロージャを移動
   させ前記上部プレートを前記下部アダプタプレートに接
   近及び離間するよう移動させ、もって前記上部ノズルサ
   ブアセンブリを圧縮状態及び拡張状態とするようになっ
   ている前記偏倚装置と、 を備えている核燃料集合体の上部ノズルサブアセンブリ
   。