JPH0470597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は一般に原子炉の核燃料集合体（燃料
集合体）に関し、特に、核燃料棒（燃料棒）の端
栓の改良形状に関し、この形状によつて、製造所
で初期の装荷中に燃料集合体の下部から上部に燃
料棒を引き入れること、および、原子炉設備での
後の保守時に燃料集合体の上部からそこに燃料棒
を押し入れることが容易になる。

先行技術の説明 典型的な原子炉において、炉心は多数の細長い
燃料集合体を備えている。これら燃料集合体の従
来一般の構造は上部および下部ノズルを備え、両
ノズルの間で延びると共に両端でこれらノズルに
連結される複数の横方向に互いに離間された細長
い案内シンブルと、該案内シンブルに沿つて軸方
向に互いに離間された複数の横向きの支持格子と
を有している。また、各燃料集合体は複数の細長
い燃料要素、即ち燃料棒から成り、これらの燃料
棒は、相互におよび案内シンブルから横方向に隔
てられて上部ノズルと下部ノズルとの間で格子に
より支持されている。これらの燃料棒は、それぞ
れ、核分裂性物質を収容しており、高核分裂率を
維持し、もつ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に生じさせ
るように、組織化された或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
を通つて上方にポンプで送られる。

燃料集合体の組立は、一般に、以下のようにし
て行われている。まず、横向きの支持格子を、縦
方向に延びる案内シンブルに沿う軸方向に間隔を
置いた所定の位置で、これら案内シンブルに取り
付ける。次いで、燃料棒を支持格子を通して装荷
し、下部ノズルを案内シンブルの下端に取り付け
る。最後に、上部ノズルを案内シンブルの上端に
取り付ける。

燃料棒は、一般に、燃料集合体の下部から支持
格子を通して引き寄せることによつて装荷され
る。組立時における燃料集合体は、燃料棒装荷機
と燃料棒収容容器との間に配置される。燃料集合
体の下部で、グリツパ・ツール（グリツパ）が、
燃料棒装荷機から燃料集合体を通つて燃料集合体
の上部に配置された燃料棒収容容器まで、外方に
伸ばされる。グリツパは、燃料棒収容容器内に収
容された燃料棒の下部端栓と係合されて、燃料集
合体を介して引き戻され、燃料棒を収容容器から
燃料集合体の支持格子内に引き入れる。

燃料集合体の下部から引き寄せることによつて
燃料集合体の上部に燃料棒を装荷する手段は、製
造工場において、満足いくものであるが、燃料集
合体が原子炉設備で一旦供用されると、燃料集合
体の下部から引き寄せることによる燃料棒の交換
装荷は、より困難となる。これは、燃料集合体の
保守は、通常、燃料集合体が作動位置で水中に浸
漬されている間に行われ、また、燃料棒を燃料集
合体の下部から引き寄せる燃料棒装荷機を原子炉
設備では利用できないからである。従つて、燃料
棒を原子炉設備内で交換する必要がある場合に
は、燃料棒を引き寄せる代わりに、燃料集合体の
中に燃料棒を押し込むことによつて上部から燃料
集合体に燃料棒を装荷するのが一般的である。

しかしながら、燃料棒が燃料集合体内に押し込
まれる際に、しばしば、問題が生じる。比較的先
の鋭い先端面を有する燃料棒の下部端栓が、燃料
棒を通す必要がある燃料集合体の支持格子によつ
て支持されているミキシングベーンに、しばし
ば、引つ掛かることがある。この問題の解決は、
幾つかの相反する利害関係によつて困難となつて
いる。即ち、下部端栓の先端面を先の鋭い形状に
した場合に、燃料棒の下部からの装荷のためにグ
リツパがこの下部端栓に挿入されて把持できる程
十分な側壁構造を持つ大きく開口した内部穴を設
けることができる。他方、完全な先細り、即ち
“鉛筆の先”のような下部端栓の形状によつて、
燃料棒の上部からの装荷中に、この端栓が支持格
子のミキシングベーンに引つ掛かるのを防止する
ことができるであろう。しかしながら、下部端栓
が完全な先細り形状であるならば、グリツパが燃
料棒の下部からの装荷を行うべく係合できる程の
内部穴を画成するには不十分な側壁構造となるで
あろう。従つて、これらの相反する利害関係の間
の実施可能な中間的な手段を採り、それによつ
て、燃料集合体への燃料棒の引き寄せおよび押し
込みを可能として、燃料集合体の下部および上部
の両方から燃料棒の装荷を容易にする必要性が燃
料棒の端栓にある。

発明の概要 この発明によれば、燃料棒の端栓には、上記必
要性を満足するために設計された改良型の切頭先
細りの先端形状が設けられている。この改良型の
端栓の形状によつてその先端に十分な側壁構造が
設けられ、グリツパによつて係合されるのに十分
な大きさの内部穴を形成することができる。従つ
て、従来の燃料棒装荷装置と方法は引き続き用い
ることができる。更に、端栓の先端の切頭先細り
形状は、燃料集合体の支持格子のミキシングベー
ンに燃料棒が引つ掛かるのを防止するのに十分な
角度の傾斜を与えている。従つて、原子炉設備で
の燃料棒交換の場合の上部からの装荷は、この改
良された端栓の形状によつて容易に行われる。

従つて、この発明は、核燃料集合体内に核燃料
棒を装荷するためのグリツパ・ツールの使用を容
易にする、核燃料棒の被覆管の一方の端部に取り
付けられる端栓を目的としている。この改良され
た端栓は、(a)被覆管の前記端部に挿入されるよう
になつている内部部分と、(b)この内部部分が被覆
管の端部に挿入された場合にこの端部から延びる
ようになつている外部部分であつて、前記端部に
隣接して配置される本体部分、および、被覆管の
端部から離れて配置された先端部分を具備してい
る前記外部部分とから成つている。端栓の外部部
分の先端部分は、内部に画成された中空の内部穴
と、先端に画成された環状の切頭外面と、側面に
画成された環状のテーパ外面とを有している。テ
ーパ外面は、本体部分と切頭外面との間に亘つて
延び、また、このテーパ外面は、被覆管の端部に
取り付けられた場合に、核燃料集合体への端栓の
挿入を容易にすべく十分な角度の傾斜が与えられ
ている。

特に、先端部分における内部穴は、内端と、前
記切頭外面で画成されて囲まれた開口と、前記内
端および前記開口を相互に連結する環状の内壁面
とを有している。また、内部穴の内壁面は、開口
から離間された位置でこの内壁面に画成されると
共にこの内壁面よりも大きな直径寸法を有する環
状の溝を有している。溝は、核燃料集合体内に核
燃料棒を装荷するために開口を介して嵌合され
る。グリツパ・ツールによつて係合可能となつて
いる。

更に、内部穴の内端は、開口から軸方向に一定
の距離を置いて先端部分内に配置される。この距
離は、先端部分のテーパ外面が切頭外面から本体
部分まで延びる軸方向の距離よりも短い。従つ
て、内部穴は内端で、端栓の外部部分における本
体部分から外方に隔てられている。また、本体部
分は、環状の円柱外面を有しており、これは、先
端部分のテーパ外面と結合され、燃料棒の被覆管
の直径寸法と実質的に等しい。更に、先端部分
は、内部穴の溝の半径よりも小さく且つ切頭外面
の幅よりも大きい肉厚を、テーパ外面と溝との間
に有している。内部穴の内壁面は、切頭外面と溝
との間に、溝の軸方向の幅よりも大きい軸長を有
している。このようにして、端栓の外部部分の先
端部分には、内部穴の溝内にグリツパ・ツールの
係合により発生される力を作用させるための、内
部穴を取り囲む十分な側壁構造が形成される。

この発明の上記利点や効果およびその他の利点
や効果は、この発明の一実施例を示している図面
に沿つての以下の詳細な説明を読むことによつ
て、当業者にとつて明らかとなるであろう。

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
面を通して同一また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」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。

全体的な説明 図面、特に第１図を参照すると、燃料集合体
が、正面図で、垂直方向に短縮した形で符号１０
により総括的に示されている。この燃料集合体１
０は加圧水型原子炉（PWR）に用いられる型式
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端構造、即ち下部
ノズル１２と、この下部ノズル１２から上方に向
かつて突き出して長手方向に延びる複数の案内
管、即ち案内シンブル１４とを備えている。更
に、この燃料集合体１０は、案内シンブル１４に
沿つ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１６と、該支持格子１６によつて互い
に横方向に隔てられ且つ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、その中心部に配置されている
計装管２０と、案内シンブル１４の上端２４に取
り付けられる上端構造、即ち上部ノズル２２とを
備えている。燃料集合体１０は、各部材のこのよ
うな配列によつて、構成部材を損傷させることな
く普通に取り扱うことのできる一般的なユニツト
を形成している。

上述したように、燃料集合体１０において前記
配列の燃料棒１０は、燃料集合体１０の長手方向
に沿つて隔てられた支持格子１６によつて相互に
離間された関係に保持されている。第１図、特に
第２図に示されるように、各燃料棒１８は、細長
い中空の被覆管２５内に積重状態に配置された複
数個の核燃料ペレツト２４を具備しており、被覆
管２５の両端は、燃料棒１８を気密に封止するよ
うに、上部端栓２６と下部端栓２８により閉じら
れている。下部端栓２８は、後述するが、本発明
によつて形状が改良されている。一般に、核燃料
棒１８内に燃料ペレツト２４を〓間なく、積重体
の関係で保持するために、プレナムばね３０が上
部端栓２６と燃料ペレツト２４との間の被覆管２
５内に配置されている。核分裂性物質から構成さ
れた燃料ペレツト２４はPWRの反応出力の発生
を担つている。炉心に発生される熱を抜き出して
有用な仕事を行わせるために、水またはホウ素含
有水のような液状の減速・冷却材が炉心の燃料集
合体を通つて上方にポンプにより送られる。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒３
２が、燃料集合体１０の所定の位置に配置された
案内シンブル１４内で、往復運動が可能となつて
いる。特に、上部ノズル２２は、棒クラスタの制
御機構３４を備えており、この制御機構３４は、
複数本の放射状に延びるフルーク、即ちアーム３
８を具備するめねじが切られた円筒状部材３６を
有している。各アーム３８は制御棒３２に連結さ
れており、制御機構３４が案内シンブル１４内で
垂直に制御棒３２を動かすように作動し、これに
よつて全て周知の態様で燃料集合体１０における
核分裂過程を制御するようになつている。

端栓の改良された形状 ここで、第３図を参照すると、燃料棒収容・装
荷装置が総括的に符号４０で示されており、この
装置４０は、一般に、燃料棒１８を燃料集合体１
０の下部から上部まで引き寄せることによつて燃
料棒１８を燃料集合体１０に装荷するのに用いら
れる。この燃料棒収容・装荷装置４０は燃料棒装
荷機４２と、燃料棒収容容器４４とを具備してい
る。燃料棒装荷機４２は伸縮可能なグリツパ４６
を有している。燃料集合体１０の下部側に燃料棒
装荷機４２、上部側に燃料棒収容容器４４が位置
するようにして組立時に燃料集合体１０が燃料棒
装荷機４２と燃料棒収容容器４４との間に配置さ
れると、グリツパ４６は燃料棒装荷機４２から、
燃料集合体１０の支持格子１６を通つて、燃料棒
収容容器４４まで外方に伸ばされる。そこで、第
４図に示されるように、グリツパ４６の端部にお
ける或る配列の半径方向に拡張・収縮可能な端部
突起４８が、燃料棒収容容器４４に収容されてい
る燃料棒１８のうち１本の下部端栓２８と係合
し、燃料集合体１０を介して引き戻され、燃料棒
収容容器４４から燃料集合体１０の支持格子１６
内に燃料棒１８を引き入れる。

第５図には、燃料棒１８の被覆管２５の下端に
取り付けられるようになつている下部端栓２８の
改良された切頭先細り形状が示されている。この
下部端栓２８は、燃料集合体１０の下部から燃料
棒１８を引き寄せることにより、或は、その上部
から燃料棒１８を押し込むことにより、燃料集合
体１０の支持格子１６上のミキシングベーン（図
示しない）に引つ掛けることなく、燃料棒１８を
燃料集合体１０内に挿入するのを容易にする。改
良された下部端栓２８は、基本的に、燃料棒１８
の被覆管２５の端部に挿入されるようになつてい
る内部部分５０と、被覆管２５の下端から伸びる
ようになつている外部部分５２とを備えている。
また、下部端栓２８の外部部分５２は、被覆管２
５の下端に隣接して配置される本体部分５４と、
被覆管２５の下端から離間して配置された先端部
分５６とを備えている。

下部端栓２８の改良された切頭先細り形状は、
先端部分５６に画成されている。先端部分５６
は、そこに画成された中空の内部穴５８と、先端
に画成された環状の切頭外面６０と、側面に画成
された連続する環状のテーパ外面６２とを有して
いる。テーパ外面６２は、本体部分５４と切頭外
面６０との間に亘つて延びている。テーパ外面６
２はまた、燃料集合体１０の支持格子１６のミキ
シングベーン（図示しない）に引つ掛けることな
く、燃料棒１８の被覆管２５に取り付けられた下
部端栓２８を燃料集合体１０内に挿入するのを容
易にするために、十分な角度の傾斜が付けられて
いる。

下部端栓２８における外部部分５２の本体部分
５４は、連続する環状の円柱外面６４を有してお
り、この円柱外面６４は、先端部分５６のテーパ
外面６２と接合し、燃料棒１８の被覆管２５の直
径寸法とほぼ同じ直径寸法である。下部端栓２８
は溶接（図示しない）により被覆管２５の下端に
取り付けられるようになつており、この溶接は、
下部端栓２８の内部部分５０と外部部分５２との
間の境目に画成された内向きの肩部６６の回りに
形成される。円柱外面６４は、下部端栓２８に円
柱形の領域を形成するのに十分な軸長を有してお
り、この円柱形領域の周囲で、下部端栓２８は、
その製造中、例えば、内部穴５８およびテーパ外
面６２の加工中に、しつかりと保持される。

下部端栓２８の先端部分５６における内部穴５
８は、内端６８と、環状の切頭外面６０に画成さ
れると共にこれにより取り囲まれる開口７０と、
内端６８および開口７０を相互に連結する環状の
内壁面７２とを有している。内部穴５８の内壁面
７２は、そこに画成された環状の溝７４を有して
おり、この溝７４は内壁面７２よりも大きな直径
寸法を有し、また、開口７０から離間されてい
る。この溝７４は、グリツパ４６の半径方向の突
起４８が燃料集合体１０に燃料棒１８を装荷する
ために開口７０を介して嵌合されると、これら突
起４８と係合可能となる。特に、突起４８が第４
図に示されるように、収縮された内方に偏倚した
位置にある場合に、それらは、開口７０を介して
挿入され、内部の溝７４と並べられる。そして、
中央ピン７６が移動すると、突起４８が溝７４の
中に向かつて外方に押し出され、内部穴５８回り
で下部端栓２８を把持するようになつている。更
に、内部穴５８の内端６８は開口７０から軸方向
に一定の距離を置いて配置されており、この距離
は、切頭外面６０から本体部分５４まで延びてい
る先端部分５６のテーパ外面６２の軸方向の距離
よりも短い。従つて、内部穴５８は内端６８で、
外部部分５２の本体部分５４から外方に隔てられ
ている。

内部穴５８の溝７４内での突起４８の係合によ
つて発生される力を作用させるための、内部穴５
８を取り囲む十分な側壁構造を形成するために、
先端部分５６に含まれる外形の２つの関係が重要
となる。第１は、先端部分５６は、テーパ外面６
２と内部穴５８内の溝７４との間に延びる領域に
亘つて、溝７４の半径よりも小さく且つ切頭外面
６０の幅よりも大きな肉厚を有しなければならな
い。第２は、内部穴５８の内壁面７２は、切頭外
面６０と溝７４との間に、溝７４の軸方向の幅よ
りも大きな軸長を有しなければならない。

下部端栓２８の実施例において、上記形状の寸
法は以下の通りである。

下部端栓２８の軸長 13.0±0.254mm 内部部分５０の軸長 3.3±0.127mm 外部部分５２の軸長 9.7±0.254mm 内部部分５０の直径 8.0mm（−25.4μ〜＋12.7μ） 本体部分５４の直径 9.2±0.076mm 本体部分５４の軸長 3.8±0.254mm 切頭外面６０の直径 3.2±0.076mm 開口７０の直径 2.9±0.076mm 溝７４の直径 3.6±0.076mm 溝７４の幅 0.7±0.051mm テーパ外面６２の軸Ａに対する角度 27±１度 先端部分５６におけるテーパ外面６２の傾斜の
程度は、内部穴５８の実施可能な内径を維持でき
る角度に制限される。実験を通して、製造におい
て維持できる内部穴５８の実施可能な最小内径は
2.9mm（0.113インチ）であることが定められた。
切頭外面６０の最大直径は3.8mm（0.150インチ）
で（先端部分５６が最も先の鋭いものとなるが）、
十分にミキシングベーンを避けることができる。
開口７０と切頭外面６０が上記寸法の場合、十分
な側壁構造が先端部分５６により組み入れられ、
先端部分５６が割れることなく、下部端栓２８の
グリツパ４６の反力を吸収することができる。

この発明およびこれに付随する多くの利点は、
上の説明から理解されるであろう。また、この発
明の精神およ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
および配列に関し、種々の変更が可能であること
は明らかであり、よつて、以上に述べられた形態
は単にこの発明の好適な実施例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による改良された切頭先細り
の先端部分形状を有する下部端栓が適用された燃
料棒を具備する燃料集合体の部分切欠き正面図で
あり、明瞭化のために縦方向に短縮されている
図、第２図は第１図の燃料集合体における燃料棒
の縦方向に短縮した断面図、第３図は燃料集合体
の下端と上端にそれぞれ隣接して配置された燃料
棒装荷機と燃料棒収容容器を示す概略説明図、第
４図は、第３図の燃料棒装荷機のグリツパが、第
２図の燃料棒の下端に設けられた下部端栓の切頭
先細り先端部分に挿入するために一直線上に並べ
られているところを示す拡大図、第５図は第４図
の下部端栓の改良形状の拡大断面図である。図
中、 １０：燃料集合体、１８：燃料棒、２５：被覆
管、２８：下部端栓、４０：燃料棒収容・装荷装
置、４６：グリツパ（グリツパ・ツール）、５
０：内部部分、５２：外部部分、５４：本体部
分、５６：先端部分、５８：内部穴、６０：切頭
外面、６２：テーパ外面、６４：円柱外面、６
８：内端、７０：開口、７２：内壁面、７４：
溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核燃料集合体内に核燃料棒を装荷するための
   グリツパ・ツールの使用を容易にする、核燃料棒
   の被覆管の一方の端部に取り付けられる端栓であ
   つて、 (a) 前記被覆管の前記端部に挿入されるようにな
   つている内部部分と、 (b) 前記内部部分が前記被覆管の前記端部に挿入
   された場合に該端部から延びるようになつてい
   る外部部分であつて、前記端部に隣接して配置
   される本体部分と、前記被覆管の前記端部から
   離れて配置された先端部分とを具備している前
   記外部部分と、 から成り、 (c) 前記先端部分は、内部に画成された中空の内
   部穴と、先端に画成された環状の切頭外面と、
   側面に画成された環状のテーパ外面とを有し、 (d) 前記テーパ外面は、前記本体部分と前記切頭
   外面との間に亘つて延び、且つ、前記被覆管の
   前記端部に取り付けられた場合に前記核燃料集
   合体への前記端栓の挿入を容易にすべく十分な
   角度の傾斜が与えられ、 (e) 前記先端部分の前記内部穴は、内端と、前記
   切頭外面で画成されて囲まれた開口と、前記内
   端および前記開口を相互に連結する環状の内壁
   面とを有し、 (f) 前記内部穴の前記内壁面は、前記開口から離
   間された位置で該内壁面に画成されると共に該
   内壁面よりも大きな直径寸法を有する環状の溝
   を有し、該溝は、前記核燃料集合体内に前記核
   燃料棒を装荷するために前記開口を介して嵌合
   される前記グリツパ・ツールによつて係合可能
   となつている、核燃料棒の端栓。