JPS6049873B2 - 原子炉燃料集合体の組立て方法及び組立治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願は原子炉燃料集合体の組立方法に関するものてある
。

更らに詳しくは、本願は、複数個の燃料要素をその軸を
平行に引揃えて配置し、各々の燃料要素の挿通孔を有し
挿通孔内には燃料要素支持部材を設けて少くとも支持部
材の一部は可撓性部材よりなる支持格子を、前記燃料要
素の軸方向所定の箇所に少くとも一つ備えた燃料集合体
の組立方法の改良に関するものてある。通常、燃料集合
体の組立は、定盤上に軸方向に所定のピッチを置いて支
持格子を固定し、燃料要素を上方あるいは下方より、１
本ずつまたは数本ずつ支持格子の挿通孔内に押込んで組
立てる。

この時、支持格子の支持部材と燃料要素との接触面の摩
擦力に打勝つために、モーター等の原動機を動力として
備えた押込機が用いられるのが普通である。組立は、通
常、空気中で行われ、この時、液体状あるいは固体状潤
滑材が使われることもある。支持格子は、多数の燃料棒
を行列配置状態に並列支持するためにその格子枡目（セ
ル）のひとつひとつか燃料棒挿通孔とされており、各挿
通孔には、挿通された燃料棒を横振れなしに所定位置に
保持するために固定支持部材と可撓性支持部材との対が
設けられ、これら支持部材によつて挿通燃料棒を挾持す
るのが一般的である。組立に際して現実には、一本ずつ
の燃料棒が、定盤上に所定ピッチで定置された各支持格
子の該当するセル同士に正しく挿通されるよう、挿通燃
料棒先端を作．業貝が案内しながら押込機で押込む必要
があり、何本目かの燃料棒の挿通の途中でこの案内が不
可能となる事態が生じないように、すなわち燃料棒未挿
通の挿通孔が挿通済燃料棒の背後に残らないように、燃
料棒の挿通の順序は例えば行列配置のこ一方の端の行又
は列から他方の端の行又は列へ、或いは行列配置の中央
部から外周部へ向けて、一本ずつまたは数本ずつ順番に
行なうのが常である。従来の組立方法においては、通常
、４７ｎにも及４ぶ燃料要素の全長に応じて、大規模な
押込機が必要になる欠点があつた。

また、摩擦力に打勝つて燃料要素を挿入するために最大
約７０ｋｇもの荷重をかけるため、挿入速度をある程度
以上大きくすれば、支持格子や燃料要素を破損する危険
が大きくなり、作業効率を上げられなかつた。事実、燃
料要素は、横方向に撓み易く僅かな軸方向圧縮荷重でも
容易に坐屈（バックリング）することがある。坐屈しな
いまても、挿入時の抵抗によつて軸方向の圧縮荷重がか
かり、このために彎曲すれば、内部に収納されている二
酸化ウランペレット等の燃料にカケ等の破損を起こす可
能性がある。燃料のカケ等の破損の発生が、原子炉内の
燃焼時９の、ペレットー被覆材機械的相互作用を惹起し
、燃料要素被覆管の破損原因となり得ることは多くの照
射実験で示されている。さらに、燃料要素と支持格子支
持部材の摩擦により、燃料要素のほぼ全長にわたり、表
面に引掻７傷が形成される。

この傷は、燃料要素の挿入時を先端側で一層酷いものと
なる。傷の深さは、燃料要素被覆管にはジルコニウム合
金管、支持格子にはニッケル合金（インコネルという商
品名で市販されている）を用いた場合、１０〜４０μに
も達すｌる。（一般に加圧水型原子炉の燃料要素被覆管
の表面庇深さの制限は約５０μてある。）この表面傷は
、局部的腐食の発生点となり燃料要素被覆管の破損の原
因となるかも知れない。更に重大なことは、表面傷の発
生によつて支持格子の支持部材と燃料要素との間に摩擦
抵抗が異常に増大し、原子炉内で強い中性子照射を受け
た燃料要素が照射成長を起こして軸方向に伸ひようとし
ても、摩擦抵抗によつて支持格子部で拘束されているた
めに、燃料要素の曲り現象を促進することである。以上
の欠点を軽減する目的で、組立時に潤滑材が用いられる
場合があることは前述した通りである。しかしながら、
潤滑効果は摩擦力を減じはするが、依然として表面傷の
発生を抑制することが出来す、一度表面傷か発生してし
まうと、表面傷部の引掛り効果による抵抗のために、潤
滑効果は殆んど損われてしまう。更に、滑滑剤を燃料集
合体から完全に除去することは不可能なため、自然、利
用し得る潤滑剤の組成や不純物量（特にハロゲン量）が
制限されることになり、潤滑剤の選定に当たつては、潤
滑効果の検討は寧ろ第２次的にされざるを得ない事情に
あり、良好な潤滑効果を得るのは困難な状態である。更
に加えて潤滑剤による組立装置や治具類の汚れや腐蝕あ
るいは作業能率の低下なども考慮せねばならす除去の容
易さを考えて揮発性溶媒の濶滑材を使用する場合には、
作業者の健康管理や安全管理も大きな問題となる。さら
に特開昭４８−５１１９８号および特開昭５１−９９７
９４号各公報には、支持格子の各燃料棒挿通孔内の可撓
性支持部材をカムによつて後退させてその状態をキーに
より保持するもの、或いはこのキーに代わるスタブを用
いてスタブの突起部で可撓性支持部材を後退させておく
ものなどが開示されているが、これらのものでは支持格
子の外寸より長いキーやスタブを支持格子内の一列に並
ぶ燃料棒挿通孔（セル）の各々に対して支持格子側部か
ら共通に押し込む必要があるので、キーやスタブの太さ
や強度か問題となり、支持格子の各格子板にキーやスタ
ブを通す為の孔が必要で支持格子をそのために特別に設
計しなければならず、適用できる支持格子が正方形セル
の正方格子配列のものに限られ、一列の複数のセルにキ
ー又はスタブを共通に挿し通すので、この一列のセルの
全てに燃料棒が挿通された後でなければキーまたはスタ
ブーの抜去ができず、従つて燃料棒挿通組立手順に制約
があり、また燃料棒よりもも太い制御棒案内管やウォー
ターロッドなどの挿通に対してキーやスタブが邪魔にな
るなどの欠点が避けられない。本発明は前述の従来技術
の諸欠点を除去することを目的とするものてあり、支持
格子の各燃料棒挿通孔に個々に組立治具を装着してその
可撓性支持部材を後退させることにより前述の欠点を総
て除去した原子炉燃料集合体の組立て方法およびそれに
用いる組立治具を提供するものである。すなわち本発明
によれば、多数の燃料棒を行列配置状態に並列支持する
ため、各燃料棒が挿通される各燃料棒挿通孔に少くとも
１つの燃料棒押圧用の可撓性支持部材を有する支持格子
を用い、該支持格子の各挿通孔へ、燃料棒未挿通の挿通
孔か挿通済燃料棒の背後に残らないように、行列配置の
一方の端の行又は列から他方の端の行又は列へ、或いは
行列配置の中央部から外周部へ、一本すつまたは数本す
つ順番に燃料棒を挿通する原子炉燃料集合体の組立て方
法において、予じめ燃料棒挿通孔の内周面の一部にそつ
て燃料棒の横断面方向に延びる本体部を有する個々の組
立治具を個々の挿通孔に独立して挿入し、該本体部の前
記横断面方向の両端部を燃料棒挿通孔内周面の角部、若
しくは内周面より突出する角部又は突起部に当接せしめ
ることにより、可撓性支持部材を燃料棒径方向外方に後
退せしめておく工程と、その後各挿通孔における該本体
部と本体部が係合する燃料棒挿通孔の内周の残部との空
間部に一本すつの燃料棒を挿通する■程と、しかる後、
挿通済燃料棒の背後にならない段階で前記本体部を挿通
孔から除去する工程とを繰り返すことを特徴とする原子
炉燃料集合体の組立て方法が提供される。また本発明に
よれば、前記支持格子を用いて燃料集合体を組み立てる
際に、上記可撓性支持部材を押し込んて上記挿通孔への
燃料棒の挿通を円滑にするために挿通孔毎にその内周面
にそつて個々に挿入され、燃料棒の挿通が済めば除去さ
れる原子炉燃料集合体の組立治具であつて、該治具の本
体部の外形形状は該挿通孔の内周面にそつてわずかに小
さく形成され、該治具の上記外側形状の裏面すなわち本
体部の内側面と、該挿通孔の内周面の該組立治具と係合
しない部分との間に形成される空間の断面積が燃料棒面
積より大なるように該外側形状と内側面との間の厚さが
選定され、該本体部の燃料棒横断面方向の両端部か該挿
通孔内周面の角部若しくは内周面より突出する角部又は
突起部に当接するように形成されていることを特徴とす
る原子炉燃料集合体の組立治具が提供される。ひとつの
実施態様においては、前記組立治具の本体部の外側形状
の一部に、可撓性支持部材が入り込む溝部が設けられて
おり、また別の態様では１本体部の燃料棒軸方向の燃料
棒方向の一端部に燃料棒径方向外方へ突出する鍔部が設
けられている。

本発明では、個々の挿通孔毎に独立した組立治具を用い
て可撓性支持部材を後退させるものてあ・るから、個々
の組立治具を充分強度の大きなもので構成できると共に
支持格子に特別な設計が不要であり、燃料棒挿通組立て
手順に制約を与えることもなく、前述した従来の欠点が
全て除去されるものてある。

本願によれば、燃料要素は支持格子挿通孔内に抵抗なく
容易に挿入されるために、大規模な組立装置が必要なく
、作業能率も極めて高いものになり、更に、燃料要素内
の燃料材破損の危険を減すると共に燃料要素被覆管の表
面傷を防止し、燃料要素の健全な性能を確保するという
優れた効果がある。

以下に本発明の実施例を示す。

第１図に燃料集合体１の正面図を示す。

本図に示す集合体は、加圧水型原子炉の燃料集合体とし
て代表的な構造のものである。燃料集合体は、１７９本
の燃料要素２，２と７個の支持格子３，３、１６本の制
御棒案内管４，牡１本の計測用案内管５、各１個の上部
構造体６および下部構造体７よりなる。全体の構造は、
制御棒案内管４，４に支持格子３，３を所定ピッチに固
定してスケルトンと呼ばれる骨格を形成し、このスケル
トンにおける支持格子の燃料要素挿通孔に燃料要素２，
２を挿通させて保持した後、上・下部構造体６，７を制
御棒案内管４，４に固定して完成される。なお、燃料要
素２，２は、ジルコニウム合金管内に、多数の二酸化ウ
ラン焼結ペレットの燃料材を充填し、両端において端栓
を溶接して密封構造としたものである（図示せず）第２
図は、第１図のＡ−Ａ断面図を示す。

第３図は第２図の部分拡大図で、支持格子のひとつの挿
通孔８内における燃料要素２の保持の状態を示す。支持
格子は、薄肉帯金（帯板）を格子状に組合わされて構成
されており、従つて１つの燃料要素挿通孔は４枚の帯板
１８により囲まれた空間てあり、第３図に示される構造
においては、燃料要素を支持する為に、前記帯板から突
出成形された２つの固定支持部材９，９およびこれらの
固定部材と対向する位置に可撓性支持部材１０，１０が
設けられている。

燃料要素は固定支持部材と可撓性支持部材の組により横
方向に保持され、各燃料要素間のピッチが保たれる。燃
料要素２を挿通する以前の状態では、可撓性部材は図の
破線で示す位置まて突出させられており、突出部高さの
差に応．じたバネカで燃料要素２は横方向に保持され、
またこの横方向保持力に起因する摩擦力によつて燃料要
素は軸方向にも保持される。従来の組立方法においては
、燃料要素は、支持格子に挿通される時、これらの保持
力に打勝つて，軸方向に移動させられていたため、必然
的に強い駆動力が要求され、一方では燃料要素表面には
深い傷が形成されるという事情にあつた。

第４図に、本発明の実施例のひとつとして用いた組立治
具の見取図を示す。

本治具はＬ字形の本体部１１と、本体部１１の軸方向一
端に接合して、全体の強度補強と位置決めのための役割
を持つ鍔部１２とから成り、本体部１１には鍔の逆端部
から支持格子の可撓性支持部材を導入する溝部１３が切
込まれ溝部の底は上記可撓性支持部材を押圧する薄肉部
１４が形成されている。Ｌ字端本体の横方向端面１５は
、本組立用治具が支持格子の燃料要素用挿通孔に挿入さ
れた時、支持格子のｌ構成部材と当接し、可撓性支持部
材を撓ませる力を伝達する箇所となる。以上の説明から
容易に理解されるように、本実施例では、１つの可撓性
支持部材は本体部に形成された溝部にて組立治具と当接
し、Ｌ字形に構成、された本体部のうち、可撓性部材の
変位方向と平行な本体部１１−イにより、その変位置が
規定される。

可撓性部材の変位置はなるべく僅かな値となることが当
然望ましく、従つて本体部には前述のように可撓性部材
を受け入れる為の溝が形成さ・れており、実質上本体部
の１部を薄肉にしている。又、本体部の端部１５は、支
持格子の帯板に当接し、本体部が可撓性部材の弾発力に
抗して当該可撓性部材の変位を拘束する値を規定するこ
とになるのて本体部の各部寸法は上述の点を考慮し挿通
孔および支持部材の設計に応じて好適となるよう選定さ
れるべきである。本実施例においては軸方向長さ２３７
７！７７！、幅１３．７Ｔｗｔ、壁面の厚み１．４ｗｔ
とした。また薄肉部肉厚を０．１Ｗ！Ｌとしたため、溝
部深さは１．３朋となつた。鍔部の板厚は５順とした。
本組立用治具を、３０４型ステンレス鋼の棒材より本体
部・鍔部一体物として機械加工て製作したがこれらの加
工は、極めて一般的な機械加工にて容易に行なうことの
できるものである。燃料集合体の組立においては、定盤
上に所定ピッチて固定配置された複数の支持格子に対し
、従来と同様に第２図の如き行列配置の一方の端の行又
は列から他方の端の行又は列へ、或いは行列配置の中心
から外周部へ向けて、燃料棒を１本あるいは２〜３本ず
つ順番に挿通してゆくが、この場合、燃料棒の挿通に先
立つて、第５図に示すように、支持格子の燃料要素挿通
孔内に本治具の本体部を押し込み、可撓性支持部材９，
９を支持格子の方向に押圧し、固定支持部材１０と治具
本体１１との間に燃料要素２が自由に挿通する空間を生
せしめておく可撓性支持部材の押圧状態を第５図の断面
図である第６図に示す。

第６図に示すように、可撓性支持部材９が屈曲を有する
板バネ等の場合には、可撓支持部材押圧治具を挿入する
時、薄肉部１４は可撓性支持部材９の屈曲形状による斜
面に従つて案内されるため、挿入のための特別な治具や
、特別な手順は不必要である。かくして、燃料要素１２
は、支持格子による何らの抵抗を受けることもなくその
挿通孔に挿入され、しかる後、押圧治具を治具挿入の時
と逆向きに、すなわち鍔部１２の側に、軸方向に滑らせ
て移動せしめる。第６図において、この移動の向きは、
上方てある。この時、薄肉部１４が、可撓性支持部材９
から外れるに従つて、支持部材９は、その本来のバネ性
のために押圧される前の位置に戻ろうとし、この結果、
第３図に示したような燃料要素支持が完成する。支持格
子を外れた押圧治具が燃料要素部より取外し可能なこと
は、第５図、第６図より明らかであろう。上述の如く押
圧治具を取外してから次の燃料棒の挿通を同様にして行
ない、これを繰り返すことて全行列配置の燃料棒挿通が
果されることは述べるまでもない。第７図〜第９図に、
本願の変形実施例を示す。第７図は、前記の実施例より
本体部１１及ひ薄肉部１４の長さを短かくしたもので、
可撓性支持部材９が燃料要素を直接支持する第１頂部１
７及ひ、これよりも低い第２頂部１８，１８を有する場
合に使用可能な方法である。すなわち押圧治具は、上記
第２頂部の一方１８を押圧することによつて、可撓性支
持部材９全体を押し下け、この結果、第１頂部９と固定
支持部材１０との間に、燃料要素２の自由な挿通を可能
とする間隙を生するものてある。これは、板バネ９の形
状を適当に選び、第２頂部１８の押圧による変位によつ
て第１頂部１７の変位が充分大きくなるよう設計できる
場合に有効であり、第１頂部と燃料要素との間には、薄
肉部１４が介在する必要がなく、可撓性支持部材の必要
撓み量（押圧変位）を前記実施例の場合よりも小さくで
きる。可撓性支持部材の撓み量を小さくすることは、バ
ネの緩和という観点から、有利と考えられる。第８図は
、第７図に示す実施例の考えを、単純形状のアーチ状可
撓性部材を有する支持格子に適用したものてあり、可撓
性支持部材の打出し加工部の所定位置まで押圧治具を挿
入するものである。

第９図は、正方形形状の燃料要素挿通孔を有する支持格
子に代わり、単位セルが円形の支持格子に本願の治具を
適用した場合を示す、単位セルを上方から見た断面図で
ある。

以上に示すように、本願による燃料集合体の組立方法を
用いた場合、燃料要素の挿入のための大がかりな挿入機
が不必要になり、燃料要素表面の有害な傷の発生を防止
することができ、その他、完成燃料集合体の性能向上に
対して大きな効果を有する。

一方、組立手順についても、支持格子に本願の押圧治具
をセットする手間が増すが、燃料要素の挿入が抵抗なく
スムーズに行ない得るため、全体の工数は、逆に約半分
に減少することが明らかとなつた。又、本願は支持格子
の燃料棒挿通孔にそれらの軸方向から嵌入され、これに
よつて可撓性燃料棒支持部材を格子板方向に挿通孔の中
心より、該支持部材が燃料棒に対して後退するように押
圧する組立治具を用いることを特徴とするものであり、
従つて、本願による組立治具を用いた場合は、その組立
作業は隣接する他の挿通孔とは独立して行なうことが可
能となる。このように、本願は斯界に資する所、極めて
大てある。なお付言すれば、本願は、実施例に示される
ものに限定されるものてはなく、本技術範囲に含まれる
種々の変更が可能てあることは言うまてもないことであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、加圧水型原子炉に用いられる代表的な燃料集
合体を示す側面図、第２，第３図は、それぞれ、前記燃
料集合体におけるＡ−Ａ断面矢示図（支持格子部詳細）
、および１つの燃料挿通孔における燃料要素保持方法を
例示する拡大平面図・である。 第４図に、本願にて用いられる組立治具を、又、その挿
通孔内における状態を第５図（平面図）、第６図（断面
図）に示す。第７〜９図には、本願による他の実施例が
示されている。尚、図中の番号はそれぞれ下記の如く対
応する。１・・・・・・燃料集合体、２・・・・・・燃
料要素、３・・・・・・支持格子、４・・・・・・制御
棒案内管、５・・・・・・計測用案内管、６・・・・・
・上部構造体、７・・・・・・下部構造体、８・・・・
・・挿通孔、９・・・・・・可撓性支持部材、１０・・
・・・・固定支持部材、１１・・・・・・本体部、１２
・・・・・鍔部、１３・・・溝部、１４・・・・・・薄
肉部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の燃料棒を行列配置状態に並列支持するため、
   各燃料棒が挿通される各燃料棒挿通孔に少くとも１つの
   燃料棒押圧用の可撓性支持部材を有する支持格子を用い
   、該支持格子の各挿通孔へ、燃料棒未挿通の挿通孔が挿
   通済燃料棒の背後に残らないように、行列配置の一方の
   端の行又は列から他方の端の行又は列へ、或いは行列配
   置の中央部から外周部へ、一本ずつまたは数本ずつ順番
   に燃料棒を挿通する原子炉燃料集合体の組立方法におい
   て、予じめ燃料棒挿通孔の内周面の一部にそつて燃料棒
   の横断面方向に延びる本体部を有する個々の組立治具を
   個々の挿通孔に独立して挿入し、該本体部の前記横断面
   方向の両端部を燃料棒挿通孔内周面の角部、若しくは内
   周面より突出する角部又は突起部に当接せしめることに
   より、可撓性支持部材を燃料棒径方向外方に後退せしめ
   ておく工程と、その後各挿通孔における該本体部と本体
   部が係合する燃料棒挿通孔の内周の残部との空間部に一
   本ずつの燃料棒を挿通する工程と、しかる後、挿通済燃
   料棒の背後にならない段階で前記本体部を挿通孔から除
   去する工程とを繰り返すことを特徴とする原子炉燃料集
   合体の組立方法。 ２ 本体部がその燃料棒軸方向の一端部に燃料棒径方向
   外方へ張り出す鍔部を有し、この鍔部によつて燃料棒挿
   通作業中における治具の位置決めを行うことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の原子炉燃料集合体の組立
   方法。 ３ 多数の燃料棒を行列配置状態に並列支持するために
   各々の燃料棒が挿通される複数の燃料棒挿通孔と、該挿
   通孔の内周に少くとも１つ設けられた燃料棒押圧用の可
   撓性支持部材とを有する支持格子を用いて燃料集合体を
   組立てる際に、上記可撓性支持部材を押し込んで上記挿
   通孔への燃料棒の挿通を円滑にするために挿通孔毎にそ
   の内周面にそつて個々に挿入され、燃料棒の挿通が済め
   ば除去される原子炉燃料集合体の組立治具であつて、該
   治具の本体部の外側形状は該挿通孔の内周面にそつてわ
   ずかに小さく形成され、該治具の上記外側形状の裏面す
   なわち本体部の内側面と、該挿通孔の内周面の該組立治
   具と係合しない部分との間に形成される空間の断面積が
   燃料棒断面積より大なるように該外側形状と内側面との
   間の厚さが選定され、該本体部の燃料棒横断面方向の両
   端部が該挿通孔内周面の角部若しくは内周面より突出す
   る角部又は突起部に当接するように形成されていること
   を特徴とする原子炉燃料集合体の組立治具。 ４ 本体部の外側形状の一部に、可撓性支持部材が入り
   込む溝部が設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の原子炉燃料集合体の組立治具。 ５ 本体部の燃料棒軸方向の一端部に燃料棒径方向外方
   へ突出する鍔部が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の原子炉燃料集合体の組立治具。