JPS61151496A - 上部ノズル副集合体 - 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、水中に沈め
た状態で燃料集合体の骨組み上の上部ノズル副集合体を
容易に取替えできるようにするための手段に関する。

たいていの原子炉では、炉心部はいくつかの群に分けら
れフレーム構造体で支持された多数本の細長い燃料要素
すなわち燃料棒（燃料集合体として知られている）から
成る。燃料集合体は細長い形状を有し、炉心全体を取囲
み炉心の両端間で長手方向に延びる炉心槽にその横断方
向に延びるように直接または間接的に取り付けられた上
部及び下部炉心支持板により支持されている。その一般
的形状は、炉心槽の長手方向軸が鉛直方向に延び、下部
炉心支持板に載っている種々の燃料集合体も同様に鉛直
方向に延びている。

炉心内の温度は種々の運転状態により、例えば低温運転
停止から通常の運転時まで大幅に変化し、また種々の材
料はそれぞれ異なる熱膨張特性を示す。燃料集合体の垂
直方向に延びる支持構造体に使用される材料は一般的に
炉心槽に使用されるものとは異なるので、特に運転中に
炉心に存在する高い温度及びその影響を受ける部材のう
ちの幾つかの軸方向長さを考慮すると、前記支持構造体
の種々の部品の軸方向または鉛直方向における熱膨張の
問題はかなり重要である。これらの理由で、燃料集合体
は通常上部及び下部炉心板には取り付けられずこれらの
炉心板の間で相対的に動くことができるように支持され
ている。

上部及び下部炉心支持板の間の軸方向の間隔を燃料集合
体の軸方向長さよりも幾分大きくとることにより、燃料
集合体と炉心槽の間の軸方向における熱膨張の差に対処
するが、通常これは燃料集合体の頂部と上部炉心板との
間に隙間をつくることによって行われる。

さらに、たいていの原子炉では、水のような液体冷却材
を下部炉心板の孔から上方へ向け、種々の燃料集合体燃
料棒間の空間に通して、熱エネルギを燃料棒から取り出
す。燃料集合体は、冷却材が炉心部を上方に通過する際
に著しい圧力低下を示すような物理的形状を有し、この
圧力低下が必然的に燃料集合体に揚力を与える。燃料集
合体の重さが全ての運転条件下で上向きの流体力学的揚
力に打ち勝つに充分な大きさである場合もあるが、そう
でない場合も多く、これは特に原子炉の運転開始時のよ
うに冷却材の密度が高い場合、また冷却材の流量が増加
するために起こる。

特定の燃料集合体に作用する上向きの流体力学的な力が
この燃料集合体の重量よりも大きいとき、燃料集合体に
作用する正味の合力は上向きになり、燃料集合体を上方
に移動させて上部炉心板に接触させる。燃料集合体のこ
の上方運動は、制限するものがないと燃料集合体及び燃
料棒または上部炉心板を損傷させることがあるため制限
する必要がある。それ故、上方に流れる冷却材により燃
料集合体が原子炉の炉心内で浮き上がらないようにする
抑制装置を用いて上部炉心板との接触による損傷を防止
すると共にとりわけ熱膨張による燃料集合体の長さの変
化は許容することが普通に行なわれている。

抑制手段を備えた上部ノズル副集合体を有する燃料集合
体は、例えば米国特許 第４，５３４，９３３号明細書に開示されている。基本
的には、この米国特許で説明されている上部ノズル副集
合体は上部支承板と、下部取り付は板と、上部支承板と
下部取り付は板の間において、これらの板に設けた開口
部を貫通して延びる複数本の案内シンブル延長管と、該
延長管に取り付けられて前記板のストップとして働くリ
テイナによってこれらの板の間で延長管を取囲みながら
圧縮状態に保たれるコイルばねとを有している。各延長
管には、下部取り付は板が延長管に沿って下方摺動運動
するのを制限するために下部取り付は板の下方で延長管
に固定されたカラー状の下部リテイナと、上部支承板に
設けられた通路の中で延長管の上端部に取り付けられて
、延長管に沿う上部支承板の上方運動を制限するために
前記通路内の棚部と協働する上部リテイナとがある。上
部リテイナも同様に、その内壁に円周方向に形成された
溝と半径方向外方に膨径してそれぞれの上部リテイナの
内部溝と咬合う関連案内シンブル延長管の隣接周縁部と
から成る溝／膨径都連結手段によって、それぞれの案内
シンブル延長管に取り付けたカラーまたは同様な中空も
しくはスリーブ部材である。この膨径法は周知であり当
該技術分野で広く採用されている。

上述した種類の上部ノズル副集合体は再構成可能な燃料
集合体、即ち、点検、交換及び／または燃料棒の再配列
の目的で何年も使用された後に取り出され、再構成の後
、再使用されるように設計された燃料集合体に用いるの
に最適である。燃料集合体を再構成するためには、燃料
集合体を炉心から取り出して作業ステーションへ移送し
、ここで案内シンブル延長管を上部リテイナの溝／膨径
都連結手段のすぐ下で切断し、次に上部ノズル副集合体
を燃料集合体から吊り上げて燃料棒にアクセスする。燃
料棒に対する上述の作業が終了した後、上部ノズル副集
合体を案内シンブル延長管に取り付け、新しい上部リテ
イナと延長管の溝／膨径都連結手段を用いて固定する。

これらの作業は全て再構成されるべき照射済み燃料集合
体を水深的５〜１０ｍに沈めた状態で行われるが、かか
る条件のもとて案内シンブル延長管と上部リテイナとの
間の溝／膨径都連結手段を形成することは意外にも困難
であることが判明している。

本発明の主要な目的はこの問題を解決することにあり、
そこで本発明は、液体中に沈めた状態で原子燃料集合体
の管状案内シンブル延長部に取り付けることができる上
部ノズル副集合体であって、各々が管状案内シンブル延
長部のうちの１つを摺動自在に受け入れる複数の通路が
形成されたプレートと、各々が内面に形成された溝を備
え管状案内シンブル延長部のうちの１つのまわりに配置
されそして前記延長部の一部を前記溝内へ膨径させるこ
とにより前記延長部に取り付けられる複数の中空リテイ
ナとを有し、中空リテイナの各々には前記溝に通じる少
なくとも１つの液体流路より成るベント手段が形成され
ていることを特徴とする上部ノズル副集合体にある。

本発明は、案内シンブル延長管の膨径中の部分が上部リ
テイナの内周面と最初に接触し上部リテイナの水の入っ
ている内部溝を事実上密封したとき上部リテイナの内部
溝の中に水が閉じ込められるという問題を解決するため
になされたものである。このように水が閉じ込められま
たこの水が非圧縮性のため再構成中の燃料集合体に対し
て膨径作業を首尾よく行うのが困難であるということが
判明した結果、堅固な溝／膨径都連結手段を連続作業で
形成するのを妨げないようなやり方でこの問題を解決す
るための実用的な方法を開発することが必要となった。

本発明は、高い信頼度を有し実施が簡単でコストの安い
解決法を提供することによって上記目的を達成した。

次に、添′付図面を参照して、本発明の好ましい実施例
を詳細に説明する。

以下の説明において、図面の幾つかの図を通じ同一参照
符号は同一のまたは対応した部品を表示し、また、「前
」　「後」、「左」、「右」、「上」、「下」等の用語
は便宜上のものであって限定的な意味を有するものとし
て解釈されるべきではない。

第１図を参照して、全体を番号１０で示す燃料集合体は
公知構成のもので、原子炉（図示せず）の炉心部の下部
炉心板（図示せず）上に集合体を支持するための下端部
構造体即ち下部ノズル１２と、該下部ノズル１２から長
手方向上方に延びた複数本の制御棒案内管即ち案内シン
ブル１４と、該案内シンブル１４に沿って軸方向に間隔
をおいて配置される複数のグリッド１６と、横断方向に
間隔をおいてグリッド１６により支持される組織的配列
の細長い燃料棒１８と、燃料集合体の中央に置かれた計
装用管２０と、案内シンブル１４の上端に取り付けられ
た上端部構造体即ち上部ノズル２２とより成る。燃料集
合体１０はその部品を損傷することな〈従来通り取り扱
うことのできる一体ユニットを構成している。

燃料集合体１０を組み立てる際、グリッド１６を案内シ
ンブル１４にその軸方向に間隔をおいた所定位置で取り
付け、次に燃料棒１８を下からグリッド１６に挿入し、
次いで下部ノズル１２を例えば機械ねじ２４により案内
シンブル１４の下端部に取り付ける。当該技術分野で周
知のように、案内シンブル１４は核分裂を制御するよう
に８動可能な制御棒（図示せず）を受け入れるようにな
っている燃料集合体１０の図示の実施例では、各制御棒
案内シンブル１４の上端部に案内シンブル延長管２６が
連結されるが、この延長管２６は案内シンブルと軸方向
に整合した案内シンブル鉛直方向延長部を形成し、案内
シンブルと同一の直径を持ち、好ましくは適当な機械的
連結手段たとえば１つまたは２以上の従来型膨径取り付
は手段で案内シンブルの上端部に取り付けられている。

上部ノズル２２は抑制手段を備えた副集合体として図示
されている。副集合体をこのように設計すると、燃料集
合体１０をその頂部が上部炉心板（図示せず）に直接接
触した状態で炉心部に配置することができ、しかも、冷
却材の上向きの流れにより引き起こされる燃料集合体の
流体力学的な浮き上がりを防止するための抑制力が得ら
れ、同時に、炉心の熱による熱膨張等による燃料集合体
の長さの変化が許容される。次に、上部ノズル２２及び
その抑制手段を、本発明の明確な理解に必要な程度に説
明する。

抑制手段を備えた上部ノズル２２（以下、まとめて簡単
に「上部ノズル」という）は延長管２６毎に、この延長
管のまわりに配置されかつ下部取り付は板３０と上部抑
制または支承板３２との間にはさまれたコイルばね２８
を有している。コイルばね２８の下端は下部取り付は板
３０の上面に配設された端ぐりに配置されている受け座
３４に載っている。

また、下部取り付は板３０には、数及び位置が案内シン
ブル延長管２６に対応し、該延長管２６を摺動自在に貫
通させる孔３６が形成されている。上部支承板３２も同
様に、延長管２６を受け入れるための複数の通路３８を
備えている。各通路３８はほぼ一定の小さな直径をもつ
下側孔部と、はぼ一定の大きな直径をもつ上側同軸喘ぐ
つとで形成され、下側孔部と上側端ぐりとの間の移行部
には上方に向いた棚部４０が形成されている。

上部ノズル２２はまた、延長管２６毎に下部リテイナ４
２と、本発明の改良型上部リテイナ４４とを有し、この
上部リテイナ４４については後で十分説明する。下部及
び上部リテイナ４２．４４は環状またはスリーブ部材で
、それぞれの延長管２６に取り付けられ、これらは併え
ば下部取り付は板３０、上部支承板３２と協働してコイ
ルばね２８を圧縮状態に保つように軸方向に間隔をおい
て配設されている。特に、カラー状の各下部リテイナ４
２は例えばろう付けによって下部取り付は板３０の下方
で延長管２６に固定され、それにより下部取り付は板３
０の下方摺動運動を制限する。同様にカラーまたは短い
スリーブの形をした各上部リテイナ４４は延長管２６の
上端部にそれを取囲むように取り付けられ、上部支承板
３２の通路３８の端ぐりの中に着座している。上部リテ
イナ４４は内部に環状溝４６を有し、延長管２６の環状
部分４８を環状溝４６内へ円周方向に膨径させることに
よって延長管２６の上端部に固着されている。上部リテ
イナ４４は通路３８内の棚部４０と協働して延長管２６
に沿う上部支承板３２の上方摺動運動を制限する。

以下余白 上述した上部ノズル副集合体２２を有する燃料集合体１
０は再構成できる。即ち、上部ノズル２２を取り外して
燃料棒１８の上端部を露出させ、種々の目的のために、
例えば燃料棒に破損がないかをチェックするための点検
、破損した燃料棒の交換、部分的に使用した燃料棒のあ
る燃料集合体から別の集合体への移動、及び／または炉
心内でのウラン利用度を改善するための燃料棒の再配列
を行う目的で燃料棒１８にアクセスできる。燃料棒１８
の点検、除去、交換及び／または再配列が完了すると、
上部ノズル２２を案内シンブル延長管２６に取り付ける
。

簡潔に述べると、上部ノズル２２を取り外すためには案
内シンブル延長管２６を上部リテイナ４４への膨径連結
部のすぐ下で切断する。その後、上部ノズル２２を延長
管２６に取り付は直すとき、新しい組の上部リテイナ４
４を通路３８内に挿入し、延長管２６の上端部を延長管
と関連したそれぞれの上部リテイナ４４の内部環状溝４
６内へ再び膨径させる。もちろん、再構成されるべき燃
料集合体１０は照射されているので、その上部ノズルの
取り外し及び再取り付けは通常、作業ステーションにお
いて水中で行われる。

次に、第２図及び第３図を参照して、図示の上部リテイ
ナ４４は延長管２６の上端部をそれらに関連する上部リ
テイナ４４の内部環状溝４６内へ容易に膨径させること
ができるように改良されている。第２図及び第３図から
分かるように、図示の上部リテイナ４４は、この長手方
向軸線５２に対して半径方向にその内面の環状溝４６か
らその外周面５４まで延びた通路または孔より成る２つ
の小径ベント手段５０を備えている。図示のように直径
方向に互いに向かい合った２つのベント手段５０は環状
溝４６と上部リテイナ４４の外部との間を流体が流れる
ように連通させている。各ベント手段５０を通る流路に
より、延長管２６の隣接部分を環状溝４６内へ押し込む
ための連続した膨径作業が妨害されることはない。

変形例として、第４図及び第５図に示すように、環状溝
４６から上部リテイナ４４の上下端面５６．５８のうち
いずれか一方またはこれら両方まで延びた長手方向の溝
またはスロットより成るベント手段５０′を設けてもよ
い。図示の実施例には、２つのベント手段５０′が上部
リテイナ４４の直径方向に向かい合フた内壁部に形成さ
れ、環状溝４６から上部リテイナの両端面５６．５８ま
で延びる。ベント手段５０′は該ベントの長さ全体にわ
たり上部リテイナ４４の中空内部６０に向かって開口゛
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、垂直方向に短くした形で示しかつ明確を期す
るために部分的に切り欠いた燃料集合体であって、本発
明のベント付き上部リテイナを備えた上部ノズル副集合
体を有する燃料集合体の部分断面立面図である。 第２図はベント付き上部リテイナを示す拡大軸方向断面
図である。 第３図は第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ線に沿う上部リテイ
ナの横断面図である。 第４図は本発明の変形例であるベント付き上部リテイナ
の拡大平面図である。 第５図は第４図に示す上部リテイナのＶ−■線に沿う軸
方向断面図である。 １０・・・・燃料集合体 １８・・・・燃料棒 ２２・・・・上部ノズル副集合体 ２６・・・・案内シンブル延長管 ２８・・・・コイルばね ３０・・・・下部取り付は板 ３２・・・・土部支承板 ３８・・・・通路 ４２・・・・下部リテイナ ４４・・・・上部リテイナ ４６・・・・溝 ５０・・・・孔またはベント ５０′　・・スロットまたはベント ５４・・・・外周面 ５６．５８・・・・端面 ６０・・・・内部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体中に沈めた状態で原子燃料集合体の管状案内シ
   ンブル延長部に取り付けることができる上部ノズル副集
   合体であって、各々が管状案内シンブル延長部のうちの
   １つを摺動自在に受け入れる複数の通路が形成されたプ
   レートと、各々が内面に形成された溝を備え管状案内シ
   ンブル延長部のうちの１つのまわりに配置されそして前
   記延長部の一部を前記溝内へ膨径させることにより前記
   延長部に取り付けられる複数の中空リテイナとを有し、
   中空リテイナの各々には前記溝に通じる少なくとも１つ
   の液体流路より成るベント手段が形成されていることを
   特徴とする上部ノズル副集合体。 ２、前記液体流路は、前記溝から中空リテイナの外部に
   延びていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の上部ノズル副集合体。 ３、前記リテイナは、前記溝が内周面に円周方向に形成
   されたカラーであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の上部ノズル副集合体。 ４、各カラーのベント手段は、前記溝からカラーの壁部
   を半径方向に貫通してカラーの外周面まで延びた少なく
   とも１つの孔から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の上部ノズル副集合体。 ５、前記ベント手段は、前記溝から、カラーの直径方向
   に向かい合った壁部を半径方向に貫通した少なくとも一
   対の孔から成ることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の上部ノズル副集合体。 ６、各カラーのベントは、前記溝からカラーの少なくと
   も１つの端面まで長手方向に延びた少なくとも１つのス
   ロットから成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   、第４項または第５項記載の上部ノズル副集合体。 ７、前記ベント手段は、カラーの直径方向に向かい合っ
   た内面に形成されかつ前記溝からカラーの端面のうち少
   なくとも一方の端面まで長手方向に延びた一対のスロッ
   トから成ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   の上部ノズル副集合体。 ８、前記スロットはその長さ全体にわたってカラーの内
   部に向かって開口していることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項または第７項記載の上部ノズル副集合体。