JPH0631750B2 - 燃料集合体の上部ノズル取付構造 - 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、原子炉用の燃料集合体に関し、特
に、再構成を容易にするために、燃料集合体の案内シン
ブル上に上部ノズルを取外し可能に取り付けるための改
良された構造に関するものである。

先行技術の説明 燃料集合体の従来の構造は、燃料集合体の長手方向に沿
って互いに隔てられた格子により組織化された配列に保
持された多数の燃料棒を備えている。格子は複数の制御
棒案内シンブルに取り付けられている。燃料集合体の両
端に設けられた上部および下部ノズルは、燃料棒の両端
よりも上方および下方に延びる制御棒案内シンブルに固
定されている。燃料集合体の上端において、案内シンブ
ルは上部ノズルに設けられた開口内に取り付けられる。
また、従来の燃料集合体は、上方への冷却材の流れによ
る力で、燃料集合体が上昇して原子炉の上部炉心支持板
に接触し損傷するのを防止すると共に、炉心により誘起
される熱膨張等による燃料集合体の長さの変化を許容す
るために、燃料集合体の押え装置が用いられている。こ
のような押え装置は、クラム（Ｋlumb）等による米国特
許第3,770,583号およびクマンク（Ｋmonk）による米国
特許第4,269,661号明細書に開示さているような、案内
シンブルを取り囲むばねを用いている。

原子炉におけるこのような燃料集合体の運転中に、主に
内部応力に起因して燃料棒がその長手方向に沿って割れ
を時として生ずることがあり、これによって、放射能を
有する核分裂生成物が、原子炉の一次冷却材の中に滲み
込み、またはその他の形で流入する可能性が生ずる。破
損燃料棒を含む燃料集合体を交換する場合に伴う高い費
用に鑑みて、国内および国外の公益事業者は、その作業
および保守経費を最小にするために、再構成可能な燃料
集合体に関心を示している。

従来の再構成可能な燃料集合体は、個々の破損燃料棒の
取外し、燃料棒の交換（原子炉においてその後使用）の
選択、および／または、問題の燃料集合体の通常の取扱
いならびに貯蔵を許容するように配置された構造上の特
徴を具備している。再構成は、取外し可能な上部ノズル
を燃料集合体に設けることによって可能とされてきた。
上部ノズルは、通常、螺合構造により各制御棒案内シン
ブル組立体の上端部に機械的に締結され、そして、上部
ノズルは中性子吸収液体内に浸漬されている間に、照射
済燃料集合体から遠隔的に取り外すことができる。燃料
棒の取外しや交換の場合であって、上部ノズルが制御棒
案内シンブルに再び取り付けられた後に、再構成された
燃料集合体を炉心内に再装荷し、使用寿命の末期まで使
用し、そして／または、使用済燃料プール或は他の場所
に標準の安全な方法で貯蔵することができる。

上記米国特許明細書には、案内シンブルの上端に上部ノ
ズルを取外し可能に取り付けるための別の配列の再構成
可能な燃料集合体が開示されている。上部ノズルが容易
に取り外すことのできない既存の燃料集合体を修正する
仕事が課せられた場合、上記米国特許明細書におけるよ
うな従来の上部ノズルの取外し可能な取付構造は、修正
可能な方法を示してはいるが、最も簡単で且つ最も経済
的な方法で必要な修正が行えるようにすることを必ずし
も目的としているわけではない。従って、既存の部材の
構造に最小の修正を加えることにより上部ノズルの取外
しができるようにする、特定の既存の上部ノズル取付構
造に適合される新規な手段が必要とされている。

発明の概要 この発明は、上記の必要性を満足する方法で、既存の上
部ノズル取付構造を取外し可能にするようにした改良構
造を提供することにある。既存の構造においては、上下
の突出部を有する軸線方向に延びる溝が、案内シンブル
の延長部の上部部分に機械により形成され、上部ノズル
の上部押え板に挿入された放射方向のピンを受け、上部
押え板の移動の上限を形成すると共に、上昇中に燃料集
合体の重量を支えるようになっていた。上部ノズルを取
り外すためにはこれらのピンを取り外さなければならな
いが、これは非常に手間のかかる作業であった。この発
明は案内シンブルの延長部の各々に簡単な修正を行い、
上部押え板、従って上部ノズルを簡単に案内シンブルか
ら取り外せるようにする。各案内シンブル延長部の上端
は、溝の上部突出部を画成する取外し可能な止め部材を
形成するように修正されている。各止め部材は上部押え
板における放射方向のピンの一つと共働し、各案内シン
ブルの延長部に沿う押え板の移動の上限を形成するよう
になっている。止め部材の上部部分に比して縮径された
止め部材の下部部分は、案内シンブルの延長部の上端の
他の部分におけるめねじ部分に螺合されるために、外面
にねじが切られている。対応する案内シンブルから止め
部材を緩めて外すことによって、上部押え板を案内シン
ブルから取り外すことができる。

従って、この発明は、上部の延長部を備える少なくとも
１本の制御棒案内シンブルと、前記延長部の上端部を滑
動可能に受ける通路のある上部押え板を備える上部ノズ
ルとを有している核燃料集合体に適用される。この発明
は、案内シンブルの上部の延長部に上部押え板を取外し
可能に取り付けるための改良された取付構造を目的とし
ている。この改良取付構造は、(a)前記延長部の上端部
に溝を画成する手段と、(b)上部部分および下部部分を
有する止め部材であって、下部部分は延長部の上端部に
結合するようになっており、上部部分は下部部分よりも
大きな外径を有すると共に、下部部分が延長部の上端部
に結合された場合に該上端部よりも上方に延びており、
前記止め部材が延長部の上端部に結合された場合に溝の
上限を画成する上部部分および下部部分との間の変わり
目に形成された突出部を有している前記止め部材と、
(c)上部押え板に取り付けられると共に上部押え板から
その通路および延長部の上端部の溝内に延びており、案
内シンブルに沿う上部押え板の上方への動きを制限する
ために止め部材が延長部の上端部に結合された場合に、
止め部材に突出部が係合するまで溝に沿って上方に滑動
するように配置されると共に、案内シンブルから上部押
え板の取り外すために止め部材が延長部の上端部から分
離された場合に、溝に沿うと共に該溝を越えて上方に滑
動するように配置されているエレメントとから成ってい
る。

更に詳細には、延長部の上端部はその内面にめねじ部分
を画成し、また、止め部材の下部部分には、案内シンブ
ルの延長部に止め部材を取外し可能に連結するために、
延長部の上端部のめねじ部分に螺着されるようにその外
面に画成された対応するおねじ部分を有している。更
に、溝は案内シンブルの延長部の上端部の上端縁で終端
している。

この発明の上述ならびに他の利点や効果は、この発明の
実施例を例示する図面に関連しての以下の詳細な節滅を
読むことによって当業者には明らかとなるであろう。

以下の詳細な説明において、添付図面を参照とする。

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
的な語として解釈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、再構成可能な原子炉の
燃料集合体（核燃料集合体）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。基本
的には、この燃料集合体10は、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長
手方向に延びる複数の案内管、即ち案内シンブル（制御
棒案内シンブル）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、該格子16によって互
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測管20と、後述する
ようにこの発明に従った或る改良構造が組み入れられ
た、案内シンブル14の上端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って、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体的なユニット
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18は、燃料集合体10の長手方向に沿って隔てられた格
子16によって相互に隔てられた関係に保持されている。
各燃料棒18は核燃料ペレット（図示しない）を具備して
おり、燃料棒18の両端は上部端栓24と下部端栓26により
閉じられている。核分裂性物質から構成された燃料ペレ
ットは原子炉の反応出力の発生を担っている。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っ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（図示しな
い）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っている。制御棒
は、燃料集合体10の頂部から案内シンブル内に挿入され
るので、案内シンブル14に取り付ける上部ノズル22の構
成要素の配置は、上部ノズル22の上方から案内シンブル
14内への制御棒の運動を許容しなければならない。

上部ノズルと案内シンブルの取付方法 第１図から第４図を参照すると、案内シンブル14に相互
に連結された上部ノズル22の構成要素が示されている。
各案内シンブル14における上部の中空で且つ管状の延長
部28に取り付けられる上部ノズル22は、上部押え板30
と、下部アダプタ板32と、上部押え板30および下部アダ
プタ板32の間に配置された複数の押えコイルばね34とを
備えている。上部押え板30はそこを貫通して画成された
複数の通路36を有し、他方、下部アダプタ板32は複数開
口38を有しており、これら通路36と開口38は、燃料集合
体10の案内シンブル14のパターンに一致するパターンで
配列されている。

より詳細に説明すると、案内シンブル14における上部の
管状の延長部28は上方に延び、対応する下部アダプタ板
32の開口38および上部押え板30の通路36に滑動可能に挿
入されている。押えばね34は各延長部28の回りに嵌挿さ
れ、下部アダプタ板32より上方に上部押え板30を押し上
げている。案内シンブル14に対する下部アダプタ板32の
下方への滑動を制限し、それによって、案内シンブル14
に沿って定位置に下部アダプタ板32を支持するために、
複数の下部リテイナ40が、ろう付け等によって、下部ア
ダプタ板32よりも下方で案内シンブル14の延長部28に取
り付けられている。各案内シンブル14における下部リテ
イナ40はその外周に形成された一連のスカラップ42を有
しており、これらスカラップ42は、燃料集合体10の再構
成中に燃料棒18の取出しや交換ができるように、各案内
シンブル14の回りに集められた燃料棒18と整列されてい
る。

第２図に特に示されるように、上部押え板30は、或る配
列のハブ44と、該ハブ44の間で延び且つこれらを相互に
連結する放射状に配置されたスポーク、即ちリガメント
46とから成っている。各ハブ44は、そこを貫通して画成
された１つの通路36を有している。

案内シンブルに上部ノズルを取外し可能に取り付ける改
良された構造 第２図から第４図を参照すると、上部ノズル22を容易に
取外し可能とし、それによって燃料集合体10を容易に再
構成可能とするこの発明によってなされた変形と共に、
或る既存の上部ノズル取付構造が示されている。従来の
構造としては、案内シンブル14の延長部28の上端部48
は、それぞれ、上下の対向する突出部と共にその外面に
機械によって形成された軸線方向に延びる溝（図示しな
い）を有していた。また、上部押え板30は、複数の内方
に突出するピン（エレメント）50を有し、このピン50は
それぞれ上部押え板30における１つの通路36内に、およ
び、延長部28における１つの溝内に延びていた。ピン5
0、および、溝の上端、即ち突出部は相互に作用し、上
部押え板30の上方への移動に上限を設けると共に、上昇
中に燃料集合体10の重量を支えるようになっていた。こ
の従来の取付構造は、原子炉の運転において十分に機能
し、組立て費用も比較的安く、原子炉の実績をもって信
頼性を確証してきたことに鑑み、これらを、この発明の
取外し可能な改良された上部ノズル取付構造に残すこと
が望ましい。

この改良取付構造は、既存の構造に幾つかの修正を施
し、且つ、そこに或る新しい部材を加えることによっ
て、上部ノズル22を取外し可能とし、燃料集合体10を再
構成可能とする。第１図に、案内シンブル14の環状の延
長部28における上端部48が修正された。上端部48の上端
部52が溝54の頂部で終端するように上端部48が短くさ
れ、従って、溝54もまた従来の形状から修正された。ま
た、延長部28の上端部48の内面にはめねじ部分56が形成
された。

更に、それぞれ、上部部分60と下部部分62を有する複数
の止め部材58が、この改良取付構造によって組み入れら
れている。各止め部材58の下部部分62は、その外面にお
ねじ部分64が形成されており、１つの延長部28の上端部
48のめねじ部分56に下部部分62を螺合するようになって
いる。また、各止め部材の上部部分60は、外方に張り出
す突出部66を上部部分60と下部部分62との間の変わり目
で止め部材58上に形成するために、下部部材62よりも大
きな外径を有している。各止め部材58の突出部66は、こ
の止め部材58が延長部28の上端部48に螺合された場合
に、該上端部48における１つの修正された溝54の上端を
画成する。このようにして、上部押え板30は、取外し可
能な止め部材58の突出部66と溝54の下端、即ち突出部68
との間で保持される。尚、突出部68は前述した従来のも
のと同様に構成されている。

従って、溶接等により上部押え板30に固着された各ピン
50は、止め部材58が対応する延長部28の上端部48に螺合
された場合に、１つの止め部材58の突出部66と係合する
まで対応する１つの溝54に沿って上方に滑動できるよ
う、配置されている。このように、ピン50は、案内シン
ブル14に沿う上部押え板30の上方への動きを制限するよ
うに、止め部材58の突出部66と共働する。また、１つの
止め部材58が対応する延長部28の上端部48から取り外さ
れた場合に、各ピン50は対応する溝54に沿い、そこを越
えて上方に滑動するよう、配置されている。このように
して、上部押え板30は案内シンブル14から取り外すこと
ができる。

従って、要約すると、上部ノズル22を取り外すために
は、４つの上部の止め部材58を案内シンブル14の延長部
28から外すと、上部押え板30、押えコイルばね34および
下部アダプタ板32を取り外すことができる。従来の取付
具を、燃料集合体10の再構成中に、上記の構成要素を互
いに保持するために用いることができる。

尚、各止め部材58の上部部分60は、各案内シンブル14の
延長部28の上端部48と実質的に同じ外径を有し、この止
め部材58を上部押え板30の通路36内に滑動可能に受け入
れられるようになっていることが認められるであろう。
また、四隅の延長部28のそれぞれにピン50と溝54が１つ
づつ設けられ、真ん中の、即ち中央の延長部28には互い
に対向する一対のピン50と一対の溝54が設けられている
ことが、第２図、第３図、第５図および第６図から認め
られるであろう。

この発明の改良取付構造によりもたらされる１つの付加
的な利点は、係合ピン50を上部押え板30に予め組み込ん
だ後に、案内シンブル14の延長部28に組み付けることが
できるので、最終の組立中にピンを挿入して配置しなけ
ればならない場合に比べて、組立中におけるピン50の調
節が容易となる点にある。

この発明およびその利点の多くは以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から逸
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、よって、以上に述べた形態
は単にこの発明の好適な実施例である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の改良された上部ノズル取付構造を具
備する燃料集合体の、明瞭化のために一部を切り欠いた
正面図、第２図は第１図の2−2線に沿っての燃料集合体
の拡大平面図、第３図は上部ノズルの構成要素を示す第
２図の3−3線に沿っての燃料集合体の拡大部分矢視図、
第４図は第２図の4−4線に沿っての燃料集合体の上部ノ
ズルの拡大部分断面図、第５図は第３図の5−5線に沿っ
ての拡大断面図、第６図は第３図の6−6線に沿っての拡
大断面図である。図中、 10:燃料集合体（核燃料集合体） 14:案内シンブル（制御棒案内シンブル） 22:上部ノズル、28:延長部 30:上部押え板、36:通路 48:上端部、50:ピン（エレメント） 54:溝、58:止め部材 60:上部部分、62:下部部分 66:突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・マイケル・ペプカ アメリカ合衆国，ペンシルベニア州，ピッ ツバーグ，グリーンデイル・ドライブ 1509 (56)参考文献 特開 昭59−137887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−213685（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部の延長部を備える少なくとも１本の制
   御棒案内シンブルと、前記延長部の上端部を滑動可能に
   受ける通路のある上部押え板を備える上部ノズルとを有
   している核燃料集合体において、前記制御棒案内シンブ
   ルの前記延長部に前記上部押え板を取外し可能に取り付
   けるための改良された取付構造であって、 (a)前記延長部の上端部に溝を画成する手段と、 (b)上部部分および下部部分を有する止め部材であり、
   前記下部部分は前記延長部の上端部に結合するようにな
   っており、前記上部部分は前記下部部分よりも大きな外
   径を有すると共に、該下部部分が前記延長部の上端部に
   結合された場合に該上端部よりも上方に延びており、前
   記止め部材が前記延長部の上端部に結合された場合に前
   記溝の上限を画成する前記上部部分および前記下部部分
   の間の変わり目に形成された突出部を有している前記止
   め部材と、 (c)前記上部押え板に取り付けられると共に該上部押え
   板から該上部押え板の前記通路および前記延長部の上端
   部の前記溝内に延びており、前記案内シンブルに沿う前
   記上部押え板の上方への動きを制限するために前記止め
   部材が前記延長部の上端部に結合された場合に、前記止
   め部材に前記突出部が係合するまで前記溝に沿って上方
   に滑動するように配置されると共に、前記案内シンブル
   から前記上部押え板を取り外すために前記止め部材が前
   記延長部の上端部から分離された場合に、前記溝に沿う
   と共に該溝を越えて上方に滑動するように配置されてい
   るエレメントと、 から成る燃料集合体の上部ノズル取付構造。