JPH0742160Y2 - 核燃料集合体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、核燃料集合体、特に加圧水型原子炉に用いる
解体，再組立可能な核燃料集合体に関し、更に詳しくは
部品点数を減らし、解体作業をより容易ならしめた前記
核燃料集合体に関する。

（従来の技術） 原子炉燃料集合体においては、従来、使用途中で１本の
燃料棒から核分裂生成物の漏洩が生じた場合でも、約20
0本の燃料棒を含む燃料集合体全体が継続不可として原
子炉より取り出されていたが、近時、問題の漏洩燃料棒
のみを集合体から抜き出したり、あるいは他の健全な燃
料棒と入れ替えたりして再使用を可能とする気運が高ま
り解体，再組立の容易さが重要な課題となって来た。

原子炉燃料集合体、特に加圧水型原子炉の燃料集合体は
一般に支持格子で支持された多数の並列燃料棒を上部ノ
ズルと下部ノズルの間で保持した構造からなっている
が、これには核制御のため制御棒束集合体が屡々使用さ
れ、従って、この制御棒束集合体を嵌挿するための制御
棒案内管が前記の上部ノズルには結合される。しかも、
この制御棒案内管は最近の燃料集合体における寄生的中
性子吸収を減らす観点から通常、ジルコニウム基合金、
即ち、ジルカロイ−４が用いられ、一般構造部材として
のステンレス鋼が使用される上部ノズルとは異質とな
り、両者の結合は異種金属の結合という状態を現出して
いる。

そして、両者の結合に際しては上部ノズルに溶接された
ステンレス鋼製のスリーブと制御棒案内管との機械的か
しめによったりねじ結合による結合が通例となってい
る。

しかしながら、これらの各結合は前述の解体，再組立の
容易さを求める現在の気運に必らずしも合致していな
い。

即ち、上記の結合方式のうち、前者のものは上部ノズル
とスリーブとを溶接し、スリーブと制御棒案内管をいわ
ゆるバルジ加工によって機械的に結合し、間接的に上部
ノズルと制御棒案内管を固定するものであるが、かかる
形式では燃料集合体の解体，再組立を上部ノズル側から
行うことは実質上、不可能又は困難で、わざわざ燃焼集
合体を水中で転倒させて保持具で上下逆に支持して、ね
じ止めで結合されている下部ノズルと制御棒案内管を取
り外し、下部ノズルを除去することによって燃料棒を集
合体の下部側より引き抜いたり、取り替えしたりしなけ
ればならず、操作が複雑であることは勿論、長さ4mを越
す燃料集合体を水中遠隔操作で長手方向に関し180度回
転させるための大型の装置も必要となり、その上、集合
体の性能についても燃焼初期段階で細かい破片に割れた
燃料ペレットが上下逆になる回転操作の間に燃料棒内で
異常な移動，再配列が生じる可能性があり、好ましくな
い。

そこで前記結合方式を改良し、以下に示す如き構成、即
ち、制御棒案内管の上端部に鍔部及びねじ部を有するカ
ラーと呼ばれる中空締結部材を付設し、上部ノズルの支
持プレート下面に前記鍔部が当接し、かつ前記支持プレ
ートに設けられた挿通孔に前記制御棒案内管上端部のね
じ部が挿通された状態で前記支持プレート上面側よりロ
ッキングカップ，リングナット等を螺合装着せしめ制御
棒案内管と上部ノズルとを機械的に結合固定せしめる構
成がその後、提案された。

確かに、この結合方式をもつ燃料集合体は、前記のもの
に比し、容易に解体，再組立が可能であるという点にお
いては優れたものであるが、しかし、原子炉内で使用中
の燃料において上述のネジの螺合結合部での緩みを防止
するために、ネジの緩み止めのための廻り止めを施す必
要があり、この廻り止めの手段が、燃料集合体の解体，
再組立を困難とする１つの障害となっている。

特に原子炉停止時における燃焼途中の燃料集合体の解
体，再組立は、その強い放射能を考慮して約4mの水面下
で、遠隔操作によって実施することを考えれば、極めて
重要な課題となる。

第２図，第３図はかかる廻り止め対策として従来、検討
された各例であり、第２図には制御棒案内管（１）上端
部に取り付けられた鍔部（２）上部のねじ部（３）にス
リーブ（４）を螺合し、これを上部ノズル（５）に対し
溶接させてねじ結合の廻り止めとする例が図示されてい
るが、これは両者の結合が強固なため溶接部を削るなど
の作業が必要となり解体作業には向いていない。

一方、第３図図示のものは別個の廻り止め部品（４）′
を用い、その下端の突起部（14）を上部ノズルの支持プ
レートに穿設した凹部または溝部（図示せず）に係合す
ると共に、その上端の一部をスリーブ（４）の溝へ曲げ
込んで廻り止めとなした場合であるが、廻り止め部品を
用いることはそれだけ部品点数が増加し、解体作業でと
り除く手間が増大する。しかも水中遠隔操作でとり除く
ことから考えれば小さな部品の増加は非常に取り扱い難
くなる欠点を生じる。従って未だ適切な廻り止めを得る
に至っていないのが実状である。

（考案が解決しようとする課題） 本考案は、かかる実状に対処し、更に好適で、かつ実用
的な廻り止めを得るべく検討の結果、到達したもので、
特に塑性変形容易な薄肉金属円筒部材の該塑性変形を利
用することにより、部品点数を少なくし、取り扱いを簡
便ならしめた結合構成を提供し、解体，再組立に有効な
核燃料集合体を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的を達成する本考案の特徴は、前記の如き
解体，再組立可能な燃料集合体の上部ノズルと制御棒案
内管との結合において、上部のナット部材に組み合わさ
れた円筒薄肉金属部材を設け、その塑性変形によって廻
り止めを達成することにある。

これを更に具体的に述べると、前記内面にねじ部を有す
るナット部材を外側に一部径を小とした部分を設けた中
細筒状に形成して、その外周に、塑性変形容易な薄肉金
属部材からなり、かつ下端に上部ノズル支持プレートに
設けた凹部または溝部と係合して廻り止めとなる突起部
を備えた円筒部材を嵌合させ、上部ノズルに嵌挿された
制御棒案内管上部のねじ部に前記ナット部材を螺合せし
めると共に上記円筒部材を上記ナット部材の小径の部分
に外側から凹ませて該円筒部材とナット部材とを一体化
せしめ、かつ上記ナット部材の上部に形成された溝部に
上記円筒部材をかしめ止めしたことにある。

（作用） 上記の如く薄肉金属部材からなる円筒部材をその塑性変
形を利用して制御棒案内管上部のナット部材に外側より
かしめ、凹ませることによって廻り止めが確実となり、
原子炉内で使用中の燃料においてねじの螺合結合部での
緩みが防止されると共に解体時には廻り止めに要する力
より稍大きな力でねじを廻すことにより凹部が変形して
ナット部材等を制御棒案内管より容易に外すことができ
る。

そしてこの場合、上記円筒部材の凹部は、ナット部材を
回転可能な程度にまでは変形するも、ナット部材の小径
部との嵌合を保持することから、ナット部材の取り外し
時にはこのナット部材と一体となって同時に外される。

（実施例） 以下、更に添付図面にもとづき本考案の実施例を説明す
る。

第１図（イ）（ロ）は本考案に係る廻り止め結合構成の
実施例であり、図において（11）は制御棒案内管の上端
部に締結される内面にねじ部を有する中空ナット部材で
あり、その外側の中間位置には一部、径の小なる部分
（11a）が設けられており、特に図示していないが、従
来と同様、第２図に示すように上部ノズル（５）の支持
プレート下面に鍔部（２）が当接し、かつ上部ノズル
（５）の支持プレートに設けられた挿通孔に締結部材の
ねじ部（３）が挿通された状態で前記上部ノズル（５）
の支持プレート上面側より前記ねじ部（３）に上記中空
のナット部材（11）が螺合嵌着されて制御棒案内管
（１）と上部ノズル、特にその支持プレートとの機械的
な結合固定がなされる。

そして、上記の構成において第１図では前記ナット部材
（11）の上端の一部に溝（13）が切欠して設けられると
共に、一方、該ナット部材（11）の外周に嵌合する薄肉
金属部材からなる円筒部材（12）が設けられていて、該
円筒部材（12）の下端に設けられた突起部（14）が上部
ノズルの支持プレートに穿設した凹部または溝部（図示
せず）に係合して円筒部材（12）自身の廻り止めとな
し、一方、ナット部材（11）を制御棒案内管の上部ねじ
部に螺合し締着した後、薄肉金属部材の円筒部材（12）
を第１図（ロ）における如くナット部材（11）に設けた
溝（13）にかしめつけると共に中間の径の小なる部分に
おいて外側よりかしめつけ（12）′凹ませ一体として廻
り止めとなしている。

この場合、ナット部材（11）に切欠形成する溝の数は２
個に限らず、複数個設けることも可能であるが、解体時
の変形を考慮すれば余り多くしない方が有利である。

また、上記円筒部材（12）はナット部材（11）を締着し
た後、ナット部材（11）上縁に設けた溝（13）を利用し
折り込むようにすることも効果的である。更に、円筒部
材（12）の少なくとも一部を長くし、これを上部ノズル
の支持プレートに設けた溝（図示せず）に入り込ませれ
ば廻り止めとすることもできる。

しかして、前記円筒部材（12）を用いるときには、ナッ
ト部材（11）の小径の中細部（11a）に、円筒部材（1
2）の薄肉部分を外側からかしめつけ凹ませて一体とし
た後でも、ナット部材（11）の溝（13）にかしめ止めを
しない場合は、通常、ナット部材（11）の前記細径の中
細部（11a）と円筒部材（12）の間に遊びが残り、これ
により上記ナット部材（11）と円筒部材（12）とは、互
いに回転可能で、かつ上下（軸方向）に所定の幅では移
動可能であることが一般的であり、このためナット部材
（11）の締着、弛緩は両者自由に回転するが、取り外す
ときは両者は一体となって同時に取り外される。

ここで、上記薄肉金属部材は一般構造部材としてのステ
ンレス鋼などの使用が可能であるが、塑性変形を起こす
ことが肝要であり、従って、前記ねじ部（３）にナット
部材（11）を締め込んだ後は、外側より加圧することに
より第１図（ロ）に図示する如く凹み変形する。

なお、前記凹ませに際しては、僅かの力で可能であるこ
とが好ましく、かつ、その程度も廻り止め機能さえ確保
されるならば出来る限り僅かである方が有利である。こ
のようにしておけば解体時、それより稍、若干大きな力
でねじを廻せば容易に変形してナット部材（11）の雌ね
じを外すことができる。

（考案の効果） 以上、述べた如く本考案は従来の核燃料集合体の制御棒
案内管と上部ノズルとのねじ結合構成において、ナット
部材を小径部を有する中細筒状に形成すると共に、この
小径部に薄肉金属製円筒部材をかしめて一体的に付設
し、この円筒部材の塑性変形を利用した廻り止め機能を
付与する一方、上記ナット部材の取り外し時にはこのナ
ット部材と一体となって同時に上記円筒部材が外される
ものであり、従来の結合部構成に比してロッキングカッ
プなどの部品を必要とせず、部品点数を減少させること
が可能であり、しかも円筒部材の凹ませのみであって水
中遠隔操作で扱い難い部品の欠如であるから解体，再組
立に際し、遠隔操作による作業が容易となり、燃料集合
体の解体，再組立の要求される現在の燃料集合体として
その実用的価値は頗る大きく、殊に本考案による燃料集
合体はねじ結合のみであれば一層、遠隔操作が確実とな
るのみならず、構成も簡素となって工業上も有利とな
り、今後、益々重要性を増す原子炉燃料としてその役割
が期待されるものである。

又、第２項に記載する如く円筒部材をナット部材に比し
長くするときは折り込み等により更に廻り止め効果を高
める。

【図面の簡単な説明】 第１図（イ）（ロ）は本考案の要部構成の１例を示す分
解斜視図及び結合状態平面図、第２図（イ）（ロ）及び
第３図（イ）（ロ）は従来の廻り止め構成の各例を示す
分解斜視図及び結合状態平面図である。 （１）……制御棒案内管，（２）……鍔部，（３）……
ねじ部，（５）……上部ノズル，（11）……ナット部
材，（11a）……中細部，（12）……円筒部材，（1
2′）……かしめつけ，（14）……突起部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】制御棒案内管の上端部に鍔部及びねじ部を
   有する中空の締結部材を付設し、上部ノズルの支持プレ
   ート下面に前記鍔部が当接し、かつ前記支持プレートに
   設けられた挿通孔に前記ねじ部が挿通された状態で、前
   記支持プレート上面側より前記ねじ部に嵌合する中空の
   ナット部材を螺合せしめ、制御棒案内管と、上部ノズル
   とを機械的に結合，固定する解体，再組立可能な燃料集
   合体において、内面にねじ部を有する前記ナット部材を
   外側に一部径を小とした部分を設けた中細筒状に形成し
   て、その外周に、塑性変形容易な薄肉金属部材からな
   り、かつ下端に上部ノズル支持プレートに設けられた凹
   部または溝部と係合して廻り止めとなる突起部を備えた
   円筒部材を嵌合せしめ、上部ノズルに嵌挿された制御棒
   案内管上部のねじ部に前記ナット部材を螺合せしめると
   共に、上記円筒部材を上記ナット部材の小径の部分に外
   側から凹ませて該円筒部材とナット部材とを一体化せし
   め、かつ上記ナット部材の上部に形成された溝部に上記
   円筒部材をかしめ止めしたことを特徴とする核燃料集合
   体。
2. 【請求項２】薄肉金属部材からなる円筒部材を中細筒状
   のナット部材の長さより長く形成せしめた実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の核燃料集合体。