JPS60100792A - 原子炉の燃料集合体 - 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】 本発明は、原子炉の燃料集合体に関し、特に押さえ装置
を組み込んだ改良型上Ｉｔｓ　ノズルに関するものであ
る。

大部分の原子炉においては、炉心部分は、骨格構造内に
集められ支持されて燃料集合体と１１デばれる多数の細
長い燃料要素、即ち燃料棒がら溝成されている。一般に
＃Ｉ長いこの燃料集合体は、４７ｆｔ断方向に延びる上
部及び下部炉心支持板がら支持と整列とを受けている。

該上部及び下部炉心支持板は、炉心全体を囲むと共にそ
の両端間に延びる炉６槽に直接又は間接に取着されてい
る。最も普通の構造においては、炉心槽の軸心は垂直に
延びており、また、燃料集合体も下部炉心支持板上に立
設して垂直に配設されている。取り扱い及び据え付けを
容易にするため、燃料集合体は下部炉心支持板に固定し
ないのが一般的である。

炉心内の温度は、低温停止状態から通常運転状態までの
ように、種々の時間で非常に大きく変動する。また、材
料が異なると熱膨張特性も異なるという周知の事実があ
る。従って、燃料集合体の垂直に延びる諸部材に使用さ
れている材料は炉心槽に使用されているものとは異なる
のが普通であるから、これ等の部材の軸方向、即ち垂直
方向における熱膨張は、特に炉心内で見られる高温度で
は諸部材のあるものの軸方向長さが非常に顕著になるこ
とがある。そのため、燃料集合体は上部炉心支持板及び
下部炉心支持板に固定されないのが普通であり、むしろ
ある程度の相対運動が可能なように両者間に支持されて
いる。炉心槽と燃料集合体との間の軸方向熱膨張差は、
上部炉心支持板及び下部炉心支持板間の軸方向間隔を燃
料集合体の軸方向長さよりも幾分大きく確保することに
よって、吸収されていた。このようにするには、燃料集
合体の上端と上部炉心支持板との間に軸り向のすき間を
設けるのが普通である。長年の間、炉心領域における温
度上昇、燃料集合体の長さ増大及び構造変更、並びにジ
ルカロイのような別種の材料使用のため軸方向の隙間を
大きくしていかねばならなかった。この軸方向の隙間は
、燃料集合体上の上部炉心支持板の臨界的な設計公差及
び精度良い位置決めを必要とするだけでなく、多くの設
計者が気付いているように、上方に流れる冷却材にこの
上部領域において横方向の流れを生じさせ、炉心構成要
素のあるものが横負荷を受けて損傷する可能性がある。

一般に、大部分の原子炉においでは、水のような流体冷
却材は下部炉心支持板にある開に１を通って多数の燃料
集合体の燃料棒に沿って上方に流れ、該燃料棒から熱エ
ネルギーを受け取る。燃料集合体の物理的構造が上述の
ようであるため、冷却材は炉心を通過する際に大きな圧
力降下を受ける。

この圧力降下は燃料集合体に働く揚力を必ず生じさせる
。ある場合には、燃料集合体の重量はどんな運転条件の
下でも上向きの揚力に十分打ち勝つことができる。しか
し、特に原子炉始動時のように冷却材の密度が高いとき
や、また冷却材流量の増加により、しばしばそのように
打ら勝てない場合がある。特定の燃料集合体に働く」二
向き方向の揚力が燃料集合体の重量より大きいと、その
結果燃料集合体に働く正味の力は上向き方向になり、燃
料集合体を上方に移動して上部炉心支持板に接触させる
。この燃料集合体の上向き運動が制御されないと、燃料
集合体及び燃料棒に、あるいは上部炉心支持板に損傷を
生じさせる結果になるので、上向き運動は避けねばなら
ない。燃料集合体の流体力による持ち上がりを防止する
ために、多数の押さえ装置が開発されてきた。

米国特許第３．３７９，６１９号明細書に開示されたよ
うな押さえ装置は板ばねを使用しでいる。散板ばねは、
燃料集合体の熱膨張を吸収するために設けられていて、
燃料集合体の上端と下部炉心支持板との間の軸方向の隙
間に配設されている。即ち、板ばねは直立する側壁及び
下部アゲブタ板を有する囲い構造の上部７ランノに取着
されている（アダプタ板は制御棒案内筒の上端に取着さ
れる　）。

板ばねは、軸方向の隙間内で圧縮状態に保持されており
、上部炉心支持板と協働して、燃料集合体が冷却材の持
ち上げ力によって上方に動き損傷を生じさせるような炉
心板との接触状態に至るのを防止すると同時に、軸方向
の隙間内への燃料集合体の熱膨張を許容している。囲い
構造にある一体的に形成された上部７ランシは板ばねを
装着するための物理的な場所を与えるだけでなく、」二
部炉心支持板を下方に突き出るビンの整列穴のための表
面を与える。また、囲い構造は、据え付は及び取り出し
中に燃料集合体を物理的に取り扱うための便利な手段に
なり、燃料集合体を横の負荷から保護し、そして、その
主な目的の一つであるが、流体冷却材を上方に流して燃
料集合体の上部における横方向の流れを防止する。板ば
ね式押さえ装置は多くの利点を有するが、熱膨張を許容
するための軸方向の隙間を必ず必要とし、また、板ばね
を装着するための物理的なスペースを必要とする。

ある燃料集合体においては、特に燃料棒配列及び構造が
異なる最近の設計においては、板ばねを装着するための
十分なスペースがない。

米国特許第３．７７０，５８３号明細書に開示されたよ
うな別種の押さえ装置は、フィルばねを使用している。

この押さえ装置は基本的に、制御棒案内筒の上端に装着
される燃料集合体の上部端板に一端で螺着された直立整
列ポストの回りに配設されるコイルばねを含む。押さえ
板が整列ポストに滑動可能に装着されており、コイルば
ねは２枚の板の開に介挿されている。整列ポストの上端
は半径方向に拡大されていて整列ポスト」二の押さえ板
を保持するための肩部を形成する。使用時には、コイル
ばねは押さえ板を炉心整列板に向がって上方に押し、燃
料集合体に働く下向きのカを出す。燃料集合体の熱膨張
を吸収するには、整列ポストの拡大肩部の上向きの運動
のため整列した逃げ穴を上部炉心支持板に設けることが
至上命令である。このような逃げ穴、の加工は経費が高
くつくだけでなく、上部炉心支持板の構造を弱めること
になる。

更に、この米国特許の装置は、燃料集合体の−Ｌ部領域
における冷却材の横方向流れを防止する囲り・構造がな
い。

本発明の主な目的は、簡単に分解し燃料集合体から取り
出すことのできる燃料集合体上部ノズルを提供すること
である。

この目的から本発明は、下部ノズルと、この下部ノズル
に取着されそこから軸方向に上方に延びる少なくとも１
本の制御棒案内筒と、直立する燃料棒の列を支持するた
め該制御棒案内筒に沿って軸方向に隔置された複数の横
断支持格子と、前記制御棒案内筒の上端に取着される、
押さえ装置付きの上部ノズルとを有し、該上部ノズルは
、前記制御棒案内筒を受け入れる制御棒案内節用の孔を
有し、該制御棒案内筒に装着される下部アゲブタ板と、
前記制御棒案内筒に沿う該アダプタ板の下方への運動を
制限する前記制御棒案内筒上の第１保持装置と、前記制
御棒案内筒を受け入れる制御棒案内筒用通路を備え、該
制御棒案内筒に沿って滑動可能に装着される上部押さえ
板と、前記下部７グブタ板及び前記上部押さえ板の開に
おいて前記制御棒案内筒に巻着されたばね装置とを有す
る原子炉の燃料集合体において、前記制御棒案内筒は内
側に棚部を有しており、そして第２保持装置が前記棚部
と協働するように前記制御棒案内筒に接続されると共に
前記制御棒案内筒用通路内に配設されていて、前記制御
棒案内筒に沿う前記押さえ板の上方への運動を制限して
おり、更に前記ばね装置は、前記棚部を該第２保持装置
との当接係合状態に湾曲可能に保持するようになってい
ることを特徴とするものである。

好適な実施例においては、数本のｌｊ制御棒案内筒があ
り、制御棒案内筒の各上端には別個の延長部が接続され
ており、上部ノズル組立体はこの延長部に取着されてい
る。ばねは、下部アダプタ板と上部押さえ板との間に圧
縮状態に保持して予負荷しておくのが好ましい、また、
下部アダプタ板の周縁には垂直に延びる側壁を形成して
、燃料集合体の上端領域での上方への冷却材流の通路を
作る囲いを画成しておくのが好ましい。更に、上部押さ
え板の横断面の寸法及び形状は、側壁によって画成され
た囲い内に受け入れられるものであることが好ましく、
また、押さえ板が囲い内に受け入れられるときに押さえ
板の適正な整列を容易にすると共に上部ノズルの構造的
剛性を増すため、押さえ板の外縁に沿って整列タブを設
け、側壁の内側にある対応する数の案内通路に受け入れ
られるようにすることが好ましい。

燃料集合体及び上部ノズルが矩形の横断面を有する本発
明においては、更に、隣接する囲いの一対の側壁によっ
て画成された外側隅部の各々に軸方向に延びる凹部が形
成されていて、この四部が、燃料集合体の上方にある上
部炉心支持板から下方に延びる整列ビンの少なくとも一
部を受け入れるようになっている。

本発明は、添付図面に例示したその好適な実施例に関す
る以下の説明から一層容易に明らかとなろう。

次に、本発明の好適な実施例を、同−又は対応部分を同
一符号で示す添付図面に従って説明するが、以下の記載
中、゛前側″、′後側″、゛左側″、゛右側″、゛上方
゛′、゛下方″等の用ｎ１目よ便宜上のものであって、
制限的な用語ではないことを理解されたい。

第１図に示すように、燃料集合１本１０は基本的に、原
子炉（図示しない）の炉心領域にある下部炉心板（図示
しない）」二にこの燃料集合体を支持するための下端桶
造体、即ち下部７ズル１２と、この下部ノズル１２から
軸方向上方に延びる制御棒案内筒１４の列と、制御棒案
内筒１４に沿って軸方向に隔置された複数の横断支持格
子１６と、格子１６によって横方向に関し隔置され軸方
向に関し支持された多数の細長い燃料棒１８（明瞭にす
るためその１本のみを図示）とを備える。この実施例に
おいて、細長い燃料棒１８の下端は下部ノズル１２の上
方で軸方向に保持され隔置されるものとして図示しであ
るが、該燃料棒下端は下部ノズル１２の上面に乗り支持
されていてもよいことをここで指摘しておく。計装管２
０は燃料集合様１０の中央に配設されてν・る。一体の
組立体を形成するため制御棒案内筒１４の」二部には、
端部構造体、即ち内部に押さえ装置が組み込まれている
上部ノズル２２が取着されており、この一体の組立体は
その諸構成要素を損傷することなく通常のように取り扱
うことができる。」二部ノズル２２の詳細は後から説明
する。

燃料集合体１０を形成するため、横方向の支持格子１６
を長手方向に延びる制御棒案内筒１４に軸方向に隔置さ
れた所定の位置で取着し、燃料棒１８を下方から格子１
６を貫いて挿入し、次いで下部ノズル１２を機械ねじ２
４のような手段によって制御棒案内筒の下端に取着し、
その後上部ノズル２２を制御棒案内筒１４の上端部に取
着する。核分裂過程を制御するため、多数の制御棒（図
示しない）が燃料集合体１０の制御棒案内筒１４内を往
復動可能である。

上部ノズル２２について詳細に説明する前に、図示の燃
料集合体１０は、燃料棒群内に１６本の制御棒案内＃Ｊ
１４を計画的に配設せしめた正方形列の燃料棒１８（１
９Ｘ　１９）を有するものであることを述べておく。ま
た、下部７ズル１２及び上部ノズル２２は大体正方形の
横断面を有する。

好適な実施例において、各制御棒案内筒１４は、制御棒
案内筒に対し通常の延長部を形成するに際し、その上端
に別個の制御棒案内筒延長部２６を接続せしめている。

以後延長部と１ｌＩＪ’　！この制御棒案内筒延長部２
６は制御棒案内筒１４と同軸且つ同一直径であり、そし
て、当該技術分野で既知の膨出嵌合のような適当な機械
的結合によって制御棒案内筒１４の上端に接続される。

押さえ装置付き上部ノズル２２を説明するに際し、押さ
え装置付き上部ノズルを延長部２６に取着する方法につ
いて言及するであろうが、押さえ装置付き上部ノズル２
２は延長部２６よりもむしろ制御棒案内筒１４の上端に
直接同じ方法で接続してもよく、従って、本発明の概念
はこのような配列にも同様に及ぶものである。

第３図に最も良く示すように、押さえ装置付き上部ノズ
ル２２（以後、簡単に上部ノズルと言う）は下部アダプ
タ板２８及び上部押さえ板：（ｏを有する。

下部アダプタ板２８は、冷却材の流れ開口（図示しない
）を画成するべく複数の棒（図示しな〜・）を交叉させ
て組み合わせて形成される通常のオａ造のものであり、
そして延長部２６の数に対応する多数の貫通穴３２を備
えている。貫通穴３２は、下部アダプタ板２８を延長部
２６に滑動可能に装着できるように、十分な大きさを有
し且つ延長部２６の配列に従って位置決めされている。

延長部２６に沿った下部アゲブタ板２８の下方への滑動
を制限するため、延長部を取り囲むリング３４のような
適当なリテーナが、制御棒案内筒１４への延長部２６の
接続部の」二部から軸方向に隔置した所定の位置で、ろ
う付は等により各延長部２６に適当に固定されている。

上部押さえ板３０は、下部アダプタ板２８の厚さよりも
実質的に厚く、また、延長部２６を受け入れるための通
路３６を備えている。通路３６はほぼ一定直径の上方大
径部及びほぼ一定直径の下方小径部を有し、下方小径部
は棚部３８を有すると共に延長部２６と滑動可能に係合
する。上方大径部の長さは通路３６の下方小径部の長さ
よりも実質的に長い。通路３６は賀通孔と該貫通孔より
も直径の大きい同軸端ぐり孔とによって上部押さえ板３
０に形成されており、貫通孔と端ぐり孔との間に棚部３
８が画成されている。

第２図に最も良く示すように、上部押さえ＠３０は多数
の比較的に大きな冷却材流路４０と、板の周囲の所定場
所に設けられた比較的に小さい数個の冷却材流路４２と
を備える。

再び第３図において、各延長部２６の上端にはカラー４
４の形態であるのが好ましいリテーナが設けられている
。該カラー４４はに長部２６の端を囲むと共に通路３６
の上方大径部内に配設されている。好適な実施例におい
ては、カラー４４はその上部に環状の内溝４６を備えて
おり、延長部２６を円周方向に膨出してこの内溝４６に
入れることによって、カラー４４が延長部２６に取着さ
れている。明らかなように、押さえ板にある通路３６の
棚部３８の上面とカラー４４の下縁との保合によって、
延長部２６に沿う押さえ板３０の上向き滑動運動が制限
される。

上部ノズル２２は更に、各延長部２６に配設されて上部
押さえ板３０の下面と下部アダプタ板２８の上面との間
に間挿されたコイルばね４８を含んです）る。

燃料集合体１０を予負荷するため、コイルばね４８は上
部押さえ板３０と下部アダプタ板２８との間ｌこ圧縮保
持するのが好適である。コイルばね４８の適切な整列の
ため及び該コイルばねが対応の延長部２６に接触するの
を防止するため、各コイルばね４８の下端には、下部ア
ゲブタ板２８の上面にある凹Ｐｒ１Ｓ又は端ぐり穴内に
セットされたばね受座５０が設けられている。各ばね受
座５０は、延長部２６の外壁とコイルばね４８の内面と
の間を延びる一体の内側直立フランジを有する。

第２図及び第３図に最も良く示すように、上部ノズル２
２は、下部アダプタ板２８の周縁に形成された垂直の側
壁５２を更に含んでおり、延長部２６及び関連したコイ
ルばね４Ｂを取り囲む囲い構造（外被又はキャンと呼ぶ
ことがある　）を画成する。前述したように、上部ノズ
ル２２は矩形又は正方形の横断面形状を有し、従って、
側壁５２によって画成された囲い構造は正方形の横断面
形状を有する。押さえ板３０は、囲い構造内に受け入れ
られるように、同様に正方形の形状を有すると共に囲い
構造よりも若干小さい。適正な整列を可能にすると共に
囲い構造内への押さえ板の挿入を容易にするため、外方
に突き出る整列タブ５４（第２図参照）が押さえ板３０
の周縁に設けられていて、側壁５２の内側に形成された
軸方向に延びる多数の案内溝５６と組み合っている、即
ち相互に依合口ている。囲い構造の四つの側壁の各々に
一対の案内溝５６を横方向に隔置して設け、一つの側壁
にある一つの案内溝及び隣接する側壁にある別の案内溝
が囲い構造の４隅の各々と協働することが好ましい。

原子炉（図示しない）の炉心領域に配置したときの燃料
集合体１０の横方向の支持を行うために、上部ノズル２
２の側壁５２によって画成された軸方向に延在する隅部
の各々に四部５８が形成されている。

四部５８は、燃料集合体１０の上にある上部炉心板６２
から下方に延びる、第３図に仮想線で示されているよう
な整列ビン６０の少なくとも一部を滑動可能に受け入れ
る形状のものであることが好ましい。

第３図に示すように、上部ノズル２２の組立体は下記の
ようにして燃料集合体１０を形成するためｆｉ制御棒案
内筒１４の上端部分に取着される。１１＋１ち、最初に
リテーナリング３４を延長部ＺＥＨこ装着し、囲ν１構
遺を画成する側壁５２が一体に形成された一Ｆ部アダプ
タ板３４を降下させて穴３２に延長部２６を通し、リテ
ーナリング３４の上面に支持させる。ばね座５０を延長
部上に挿入し、下部アダプタ板２８の上面に形成された
凹部に入れる。次に、コイルばね４８をその下端がばね
座５０の上に乗るようにして延長部２６の回りに、ばね
座フランジによって該延長部から半径方向に隔置して挿
入する。その後、−に部押さえ板３０を挿入してその通
路３６に、案内？ｒｌＪ５６に組み合うタブ５４の助け
を借りて延長部２６を通す。次に、下向きの圧力を加え
てコイルばね（Ｒ初、ばね４８は自由状態である　）を
、希望のばね圧縮による予負荷が達成される所定位置ま
で圧縮する（押さえ板３０の上面及びアダプタ板２８の
下面の間のスパンが制御対象である　）。しかる後、カ
ラー４４を通路３６の上方大径部内に及び延長部２６の
端部の回りに挿入してから、延長部の端部をカラー４４
の環状溝４６に彫出嵌介させ、圧力を解放すれば、ばね
が延びて上部押さえ板３０をに反部２６に沿って上方に
押し、内側の棚部３８がカラー４４に当接する軸方向の
位置に強制する。図示のように、コイルばね４８は上部
押さえ板３０と下部アダプタ板２８との開に圧縮状態で
係止され保持される。

第３図を参照して簡略に述べると、熱膨張及び水力によ
る持ち上げ力に対する燃料集合体１０の動作は次の通り
である。押さえ板が上部炉心板６２によって炉心内の所
定位置に保持されているとき、温度上昇のため制御棒案
内ｆｉ？１１４及び延長部２６は直線的に膨張し、アゲ
ブタ板２８及び延長部２６の上部最終端はそこに取着さ
れたカラー４４と共に通路３６の上方大径部内を上方に
動き、そして、温度が低下し制御棒案内筒及び延長部の
長さが短くなると、上部最終端及びカラーは通路内を下
方に移動する（往復運動）。水力による持ち上がりに関
しでは、上向きの冷却材流の力が燃料集合体ｌＯの重量
及びコイルばね４８の予負荷力を越えるようであれば、
下部アゲブタ板２８が上方に移動してコイルばね４８を
更に上部押さえ板３０に押し付けるので、燃和［集合体
１０に対しでは更なる下向きのカカＣ作Ｊｌｌ　する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って構成さえシた燃料集合体
を、一部破断し一部断面で示す側面図、第２図は第１図
に示した燃料集合体の平面図、第３図は第２図の３−３
ｍに沿って上部ノズルを示す断面図。 １０・・・燃料集合体　１２・・・下部ノズル１４・・
・制御棒案内筒　１６・・・支持格子１８・・・燃料棒
　２２・・・上部ノズル２８・・・下部アダプタ板　３
０・・・上部押さえ板３２・・・制御棒案内筒用の孔（
貫通孔）３４・・・第１保持装置（リング） ３６・・・制御棒案内筒用通路　３８・・・棚部４４・
・・第２保持装置（カラー） ４８・・・ばね装置（コイルばね）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下部ノズルと、この下部ノズルに取着されそこから軸方
   向に上方に延びる少なくとも１本の制御棒案内筒と、直
   立する燃料棒の列を支持するため該制御棒案内筒に沿っ
   て軸方向に隔置された複数の横断支持格子と、前記制御
   棒案内筒の上端に取着される、押さえ装置付きの上部ノ
   ズルとを有し、該上部ノズルは、前記制御棒案内筒を受
   け入れる制御棒案内筒用の孔を有し該制御棒案内筒に装
   着される下部アゲブタ板と、前記制御棒案内筒に沿う該
   アダプタ板の下方への運動を制限する前記制御棒案内筒
   上の第１保持装置と、前記制御棒案内筒を受け入れる制
   御棒案内筒用通路を備え、該制御棒案内筒に沿って滑動
   可能に装着される上部押さえ板と、前記下部アゲブタ板
   及び前記上部押さえ板の間においで前記制御棒案内筒に
   巻着されたばね装置とを有する原子炉の燃料集合体にお
   いて、前記制御棒案内筒は内側に棚部を有しており、そ
   して第２保持装置が前記棚部と協働するように前記制御
   棒案内筒に接続されると共に前記制御棒案内筒用通路内
   に配設されていて、前記制御棒案内筒に沿う前記押さえ
   板の上方への運動を制限しており、更に前記ばね装置は
   、前記棚部を該第２保持装置との当接保合状態に湾曲可
   能に保持するようになっていることを特徴とする原子炉
   の燃料集合体。