JPS61213685A - 核燃料集合体における継手構造 - 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】 本発明は一般に、原子炉の燃料集合体に関し、特に、燃
料集合体が炉心内に装荷されつつある時或は該炉心から
取り出されつつある時に燃料集合体に加わり得る取扱い
時の荷重を制限する改良構造を具備した上部ノズルに関
するものである。

先ｊ」支迷！パｌ朋− 慣用の設計の燃料集合体は、該燃料集合体の長さ方向に
沿い離間して設けられた格子によって組織化された配列
形態で保持されている多数の燃料棒を有している。格子
は、複数の制御棒案内シン゛プルに取り付けられる。燃
料集合体の両端に設けられる上部及び下部ノズルは、燃
料棒の両端から上方及び下方に延びる制御棒案内シンブ
ルに画定される。燃料集合体の上端部において、案内シ
ンブルは、上部ノズルに設けられている開口内に収り付
けられる。また、慣用の燃料集合体は、上向きの冷却材
の流力で、燃料集合体が持ち上げられて原子炉の上部炉
心支持板と損傷性の接触をするのを阻止すると共に、炉
心に誘起される熱膨張等に起因する燃料集合体の長さ変
化を許容するために、燃料集合体押さえ装置を採用して
いる。このような押さえ装置では、米国特許第３，７７
０，５８３号（再発行特許第３１，５８３号）及び第３
，８１４，６６７号各明細書並びに米国特許第４，２６
９，６６１号明細書に見られるように、案内シンブルを
取り囲むばねが使用されている。

通常の原子炉の運転中に時として生ずる成る燃料棒の破
損や、このような破損燃料棒を含む燃料集合体の交換に
伴う高い費用に鑑みて、現在、燃ｌ−１ｔＰ＆合体を再
構成可能にし、以て運転及び保守費用を最小にしようと
する傾向が存在する。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り外し及び交換を可能にするよ
うに設計された構造上の特徴を備えている。即ち、この
ような再構成は、燃料集合体に着脱可能な上部ノズルを
設けることにより可能にされている。この場合、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の
上端に機械的に取り付けられ、照射済燃料集合体が液体
中性子吸収材中に浸漬されている間、該照射済燃料集合
体から遠隔操作することにより取り外すことができる。

破損燃料棒の取り外し及び交換を、作業ステーションで
浸漬されている照射済燃料集合体について実施し、上部
ノズルを燃料集合体の案内シンブルに取り付けた後には
、再構成された燃料集合体を再び炉心内に装荷して、そ
の有効寿命の終りまで使用することができる。

このような再構成可能な燃料集合体の１つの種類として
、上述した米国特許第３．７７０．５８３号及び第３，
８１４，６６７号明細書に開示されているものがある。

この米国特許明細書に開示されている燃料集合体は、押
さえ板と、上向きに延びるアライメント（位置合わせ）
柱の回りに同心的に配置されたコイルばねとを具備する
上部ノズルを備えている。

該アライメント柱は、押さえ板の下方に離間して配置さ
れている上端板もしくはアダプタ板を貫通して延び、ア
ダプタ板の下側面に配設された固定ナツトで該アダプタ
板に結合されると共に案内シンブルの上端に結合されて
いる。上側の押さえ板は、アライメント柱上に摺動可能
に取り付けられ、そしてコイルばねが、押さえ板とアダ
プタ板との間に圧縮された状態で介装される。各アライ
メント柱の上端部に設けられて半径方向に拡大された肩
部が、押さえ板の肩部と協働して、該押さえ板をアライ
メント柱上に係止保持する。

燃料集合体が炉心から取り外された後の自由な支持され
ていない状態においては、押さえ板はコイルばねにより
アライメント柱に沿いその最上位位置に保持される。押
さえ板のそれ以上の上向きの摺動運動は、該押さえ板が
、アライメント柱の上端に形成されている拡大肩部と接
触することにより阻止される。他方、燃料集合体を炉心
内に配置する時には、押さえ板は、炉心の上側炉心板に
より下向きに押圧される。従って、原子炉での使用中は
、押さえ板は、その自由位置から下向きに離れる方向に
摺動運動する。

炉心における使用位置と、炉心外の位置、例えば燃料集
合体の再楕、成用の作業ステーションの位置との間にお
ける燃料集合体の移送は、慣用の燃料集合体取扱い装置
を用いて行なわれる。燃料集合体の取扱いに際しては、
取扱い装置のグリッパを押さえ板と係合状態にして、然
る後に上向きの方向に動かし、上部ノズルを介して燃料
集合体を持ち上げる。このようにグリッパが燃料集合体
を支持している間、荷重はグリッパがち押さえ板に、そ
してそこから、該押さえ板と案内シンブルとの間の接続
が実際上実質的に撓み性でない、言い換えるならば剛性
であるために、アライメント柱を介して案内シンブルに
伝達される。

上述の米国特許第３，７７０，５８３号及び第３，８１
４，６６７号明＃ＩＩＩ書に開示されている再構成可能
な燃料集合体における上述の型の押さえ板と案内シンブ
ルアライメント柱との接続では、燃料集合体構造の設計
に当たって、典型的には６ｇ台の大きな持上げ荷重に耐
えることができねばならないという要件が課せられる。

このような高荷重は、非常に短い持続期間の衝撃性の荷
重である　（燃料集合体取扱い装置は、燃料集合体に高
荷重が持続して加わるのを阻止する荷重制限機構を備え
ている）、このような推定６ｇの軸方向荷重は、燃料集
合体を他の集合体に隣接する個所に下降しつつある時及
び該燃料集合体が固定の燃料集合体に瞬間的に引っ掛か
る時に起り得る６例えば、下降しつつある燃料集合体の
下部ノズルの固定格子が静止している燃料集合体の上部
ノズルに引っ掛かることが起り得る。

下降している燃料集合体がこのような引っ掛かりから外
れると、下向きに動作し続けている燃料集合体取扱い装
置により停止されるまで、燃料ｉき体は落下することに
なる。この急激な落下により生ザしぬられる衝撃エネル
ギーは、燃料集合体構造によって吸収される　（但し燃
料取扱い装置が剛性であると仮定する）。

上述のような現象は掻く希にしか生じない゛が、燃料集
合体構造は、このような高荷重に耐えるように設計しな
ければならない、頻繁ではないにしても、このような高
荷重が不幸にして発生した場合には、燃料集合体構造の
全体的信頼性が低下する。また高荷重に耐えねばならな
いという要件から、燃料集合体における上部ノズルと案
内シンブルとの接続の設計は相当に複雑になる。このよ
うな事情に鑑み、上部ノズルと案内シンブルとの結合部
に対する荷重を減少し、それにより燃料集合体の信頼性
を高める目的で、燃料集合体の上部ノズルの設計に関し
新しい試みの必要性が存在する。

１１へ」【 本発明は、上に述べたような必要性を満足するように設
計された上部ノズル及び案内シンブルの改良型継手構造
を提供するものである０本発明は、従来の燃料集合体に
纏わる上述の問題は、燃料集合体が燃料集合体取扱い装
置によって支持されている場合のように燃料集合体が自
由位置にある時に、上部ノズルの押さえ板と燃料集合体
の案内シンブルとの間の接続が剛であることに起因する
という認識から出発する。従って、燃料集合体取扱い装
置のグリッパと燃料集合体構造との間にエネルギー吸収
手段を介装し得るならば、燃料集合体に対する設計荷重
を減少することができよう０本発明の改良された継手構
造によれば、押さえ板は、案内シンブルアライメント（
位置合わせ）柱に可撓的に接続され、この可撓接続部が
エネルギー吸収体としての働きをなす。このように、可
視性もしくは変形可能な継手構造を設けることにより、
上部ノズル及び案内シンブルの結合部に加わる荷重は減
少され、その結果として燃料集合体の信頼性は高まる。

更に重要なことは、本発明によれば、燃料集合体の上部
ノズル及び案内シンブルの接続部の設計が簡略化される
ことである。

従って、本発明によれば、少なくとも１つの制御棒案内
シンブルと上部ノズルとを有し、該案内シンブルが上側
延長部材を備え、上部ノズルが該延長部材の上端部分を
摺動可能に受ける通路を有する上側押さえ板を備えてい
る燃料集合体において、押さえ板と、案内シンブルの上
側の延長部材の上端部分とを可撓的に相互接続する改良
された継手構造が提案されている。この継手構造は、基
本的に、（ａ）上側押さえ板の通路に設けられた第１の
重合手段と、（ｂ）案内シンブル延長部材の上端部に設
けられた第２の重合手段とを含む、第１及び第２の重合
手段はそれぞれ、互いに干渉し合って、案内シンブルの
延長部材に沿う押さえ板の上向きの運動を制限するよう
に配置されている。

第１及び第２の重合手段のうちの少なくとも１つは、押
さえ板に加わる衝撃荷重のエネルギーを吸収して、それ
により、案内シンブル延長部材に対する荷重の伝達を制
限するように弾性変形可能である。

更に具体的に述べると、第１の重合手段は、押さえ板の
通路内、更に好ましくは通路の下側部分に位置するよう
に形成された内側膨出部とするのが有利である。第２の
重合手段は、案内シンブル延長部材の上端部分に形成さ
れた凹部と、該上端部分の凹部内に嵌装されて該凹部か
ら外向きに延び押さえ板の通路内の内側の膨出部上に乗
るばね部材とから構成するのが好ましい。

更に、上記凹部は、案内シンブル延長部材の上端部分に
設けられた下側の上方に向く肩部と、延長部材の上端部
分に取り外し可能に設けられた上側の着脱可能な部材と
の間に形成される。ばね部材は、押さえ板の内側膨出部
を介して該ばね部材に大きな衝撃荷重が加わる際に軸方
向に変形する少なくとも１つの皿ばねとするのが有利で
ある。

本発明の上述した利点及び他の利点や作用効果は、本発
明の一実施例を例示する添付図面を参照しての以下の詳
細な説明を読むことにより当該技術分齋の専門家には明
らかとなろう。

’ｆ　　　　（７）”日 以下の好適な実施例に関する説明において、参照する企
図面を通し、同じ参照文字は同じ又は対応の部分を指す
ものとする。また、以下の説明において、「前方」、「
後方」、「左方」、「右方」、「上向き」、「下向き」
その他類似の術語は、単に説明の便宜上の表現であって
、限定的な意味に解釈されてはならない。

ｌ」 図面、特に第１図を参照するに、この図には、垂直方向
に短縮した形態で示され、参照数字２０で総括的に表さ
れている再構成可能な原子炉用燃料集合体の立面図が示
しである。基本的には、この燃料集合体２０は、原子炉
（図示せず）の炉心領域において下部炉心板（図示せず
）上に燃料集合体を支持するための下端部構造もしくは
下部ノズル２Ｚと、該下部ノズル２２から上向きに突出
する多数の長手方向に延びる制御棒案内管もしくはシン
ブル２４とを含む、この燃料集合体２０は更に、案内シ
ンブル２４に沿って軸方向に離間配設された複数の横格
子２６と、該格子２６により横方向に離間されて支持さ
れた細長い燃料棒２８の組織化された配列を備えている
。また、燃料集合体２０は、その中心部に配設された計
装管３０と、案内シンブル２４の上端に取り付けられて
、以下に述べるように、本発明に従い改良が加えられる
上端部構造もしくは上部ノズル３Ｚを有している。この
ような構成要素の配列で、燃料集合体２０は、燃料集合
体の語構成要素を損傷することなく適宜に取り扱うこと
ができる一体のユニットを形成している。

上述したように、燃料集合体２０内に配列された燃料棒
２８は、燃料集合体の長さ方向に沿い離間して設けられ
ている格子２６により互いに離間した関係で保持される
。各燃料棒は核燃料ベレット　（図示せず）を有してお
り、その両端は上部端栓３４及び下部端栓３６により密
閉されている。核分裂性物質から形成される燃料ペレッ
トが原子炉の反応出力を発生する。燃料集合体内に発生
した熱を取り出して有用な仕事を行わせるために、水或
はホウ素含有水のような液体減速材・冷却材が、燃料集
合体２０の案内シンブル２４を介し燃料棒２８に沿って
上向きにポンプ送りされる。

核分裂過程を制御するため、多数の制御棒（図示せず）
が、燃料集合体２０内の予め定められた位置に設けられ
ている案内シンブル２４内で往復動可能である。制御棒
は、燃料集合体２０の上部から案内シンブル２４内に挿
入されるので、上部ノズル３２及び案内シンブル２４を
相互接続する継手構造を形成する語構成要素の配置は、
上部ノズルの上方から案内シンブル内への、制御棒の運
動を許容するようでなければならない。

ノズル　び　　シンブル　　　゛ 次に第１図〜第４図を参照するに、第４図には、本発明
による改良された継手構造の好ましい実施例が参照数字
３８で総括的に示されている。この継手構造は、上部ノ
ズル３２を案内シンブル２４と可視性を有するように相
互接続する働きをなす、各案内シンブル２４の上側の中
空管状延長部材４０に取り付けられている上部ノズル３
２は、上側押さえ板４２と、下側アダプタ板４４と、上
側押さえ板４２及び下側アダプタ板４４間に配置されて
いる複数の押さえコイルばね４６とを備えている。上側
押さえ板４２には、複数の貫通通路４８が形成されてお
り、他方、下側アダプタ板４４には複数の開口５０が形
成されており、通路４８及び開口５０は、燃料集合体２
０の案内シンブル２４のパターンに整合するそれぞれの
パターンで配列されている。

更に具体的に述べると、案内シンブル２４の上側の管状
延長部材４０は上向きに延びて下側アダプタ板４４の各
開口５０を介し上側押さえ板４２の各通路４８内に摺動
自在に挿入されている。押さえばね４６は、各延長部材
４０の回りに挿通されており、上側押さえ板４２を下側
アダプタ板４４の上方に変位している。

複数の下側係止部材５２が、ろう付は等により、下側ア
ダプタ板４４より下方の個所で案内シンブル延長部材４
０に取り付けられており、案内シンブル２４に対するア
ダプタ板４４の下向きの摺動運動を制限し、それにより
、該アダプタ板４４を案内シンブルに沿う静止位置に支
持している。１つの案内シンブル２４上の各下側係止部
材５２は、その周辺に形成された一連のスカラップ（Ｓ
ｃａｌｌｏｐ）　５４を有しており（第１図）、該スカ
ラップは、各１つの案内シンブル２４の回りに集合して
配列されている燃料棒２８のスカラップと整列されてお
り、それにより、燃料集合体２０の再構成中燃料棒を取
り出して交換できるようになっている。

特に第２図及び第３図に見られるように、上側押さえ板
４２は、ハブ５６と、該ハブ間に延在してハブを相互接
続する放射状に配列されたスポークもしくは帯状部材５
８の配列から構成されている。ハブ５６の各々は貫通す
る１つの通路４８を有している。

炉心へ又は炉心から燃料集合体２０を移動するために、
第５図に示すようなグリッパ６０を有する燃料集合体取
扱い装置（図示せず）が用いられる。このグリッパ６０
は、４つの逆Ｊ字形のスロット６２が一切削形成されて
いる円筒体である。グリッパ６０は、それを下降するこ
とにより、押さえ板４２の４つの帯状部材５８に、該帯
状部材がスロット６２に嵌合するように係合され、次い
でグリッパの軸線を中心に回転することにより、帯状部
材をスロット６２により位置固定する０次いでグリッパ
を上方に持ち上げると、上側押さえ板４２がそれと共に
持ち上げられる。従来においては、持上げ荷重はグリッ
パから押さえ板４２に伝達され、そして該押さえ板４２
から、案内シンブルに沿う上記押さえ板の摺動運動の上
限で該押さえ板４２と案内シンブル延長部材４０との間
に設定される剛性もしくは非可撓性の接触に起因し上側
延長部材４０を介して案内シンブル２４に伝達されてい
た。その結果として、燃料集合体２０が炉心から持ち上
げられたり或は炉心内に下降される際に時として生ずる
高い衝撃荷重のエネルギーも直接燃料集合体の案内シン
ブルに伝えていた。これに対し、本発明に従い、上部ノ
ズル３２の上側押さえ板４２と案内シンブル２４の上側
延長部材４０との間に改良された結合もしくは継手構造
３８を設けることにより、燃料集合体取扱い装置のグリ
ッパ６０と燃料集合体構造の案内シンブル２４との間に
効果的なエネルギー吸収手段が介在配置されることにな
り、衝突等による衝撃エネルギーの伝達は実質的に阻止
されるのである。

第４図に示すように、本発明による継手構造３８は、延
長部材４０を囲むように通路４８の下側部分において上
側押さえ板４２の各ハブに形成された内側の環状の膨出
部６４の形層にある第１の重合手段と、押さえ板４２の
通路４８を貫通して配置される各案内シンブル上側延長
部材４０の上端部分６８に設けられて参照数字６６で総
括的に示されている第２の重合手段を備えている。この
第２の重合手段６６は、延長部材４０の上端部分６８に
形成された環状の凹部７０と、該凹部フ０内で上端部分
６８に嵌着された環状ばね部材７２を有する。ばね部材
７２は、延長部材４０の外径を越えて外向きに延びてお
り、押さえ板の通路４８内の内側の膨出部６４上に位置
する。このような構成で、第１の重合手段の膨出部６４
及び第２の重合手段のばね部材７２は、互いに干渉する
ように配置されて、案内シンブルの延長部材４０に沿う
押さえ板４２の上向きの運動を制限する。

ここで、膨出部６４における通路４８の内径はばね部材
７２の外径よりも小さいが、膨出部６４の上方では、通
路４８の内径は、ばね部材７２の外径よりも大きくなっ
ている。従って、燃料集合体２０を炉心内に配置する際
に押さえ機能を遂行している間、案内シンブル上側延長
部材４０に沿う押さえ板４２の運動を制限するような干
渉は第１及び第２の重合手段間には生じないのである。

第４図の好ましい実施例においては、ばね部材７２は、
幾つかの皿ばね７４の積重体の形態にある。

これ等の皿ばね７４は、大きい衝撃荷重の付加に際して
軸方向に撓むことができる。これ等のばね７４は、内側
の膨出部６４と協働して、押さえばね４２と、案内シン
ブル延長部材４０との間に撓み性の接続部を形成し、こ
の接続部は、単純で信顆性の高い構造を有するエネルギ
ー吸収部としての働きをなす。

荷重を下ろすための通常の昇降においては、ばね７４は
極く僅かに撓むだけである。大きな衝撃荷重が加わると
、ばね７４は大きく撓み、エネルギーを吸収して、該エ
ネルギーが押さえ板４２がら延長部材４０を介して案内
シンブル２４に伝達されるのを制限する。

凹部７０は、案内シンブル延長部材４０の上端部分６８
上の下側の上向きの環状肩部７６と、延長部材４０の上
端部分６８の外ねじが形成されている末端部８０に取り
外し可能に螺合された係止ナツト７８の形態にある上側
の着脱可能な部材との間に形成される。

肩部７６は、末端部８０を含む上側環状部分８２により
画定されており、延長部材の上端部分６日の残りの部分
の外径よりも減少した直径を有している。従って、皿ば
ねフ４は、延長部材４０の肩部７６により下向きの運動
を制限され且つ係止ナツト７８により上向きの運動を制
限されて定位値に保持される。更に容易に理解されるよ
うに、可視性の継手構造３８を含む上部ノズル３２は、
各係止ナツト７８を各延長部材４０の末端部８０から取
り外すことにより分解することができる。

本発明の思想及びそれに伴う数多の利点は、上の説明か
ら理解されるであろう、また、本発明の実質的な利点を
犠牲にすることなく本発明の範囲から逸脱せずに、実施
態様、構造及び配列に関し種々な変更が可能であろうこ
とも明らかである。

従って、ここに開示した実施態様は本発明の単なる好ま
しいもしくは例示的な具現例と解釈されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に基いて構成された上部ノズル
及び案内シンブルの改良継手構造を有する燃料集合体を
、図示を明瞭にするために一部分切除して示す面立面図
、第２図は第１図の線２−２に沿って見た燃料集合体の
平面図、第３図は第１図及び第２図の燃料集合体の上部
ノズルから取り外した押さえ板を示す拡大平面図、第４
図は第２図の線４−４における燃料集合体の上部ノズル
の拡大部分断面図、第５図は、慣用の燃料集合体取扱い
装置のグリッパの部分側立面図である。 ２０・・・燃料集合体　　　２４・・・制御棒案内シン
ブル３２・・・上部ノズル　　　３８・・・継手構造４
０・・・上側延長部材　　４２・・・上側押さえ板４８
・・・通路　　　　　　６８・・・上端部分６４・・・
第１の重合手段（膨出部） ６６・・・第２の重合手段（四部７０、ばね部材７２）
出願人　ウェスチングハウス・エレクトリック・ＦＩＧ
、　　２　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　５ＦＩＧ、
３ ＦＩＧ、　　４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上側延長部材を含む少なくとも１つの制御棒案内シンブ
   ルと、前記上側延長部材の上端部分を摺動可能に受け入
   れる通路を有する上側押さえ板を含む上部ノズルとを備
   えている核燃料集合体において、前記押さえ板を、前記
   制御棒案内シンブルの上側延長部材の上端部分と可撓的
   に相互接続する継手構造であって、 （ａ）前記上側押さえ板の前記通路に設けられた第１の
   重合手段と、 （ｂ）前記制御棒案内シンブルの上側延長部材の前記上
   端部分に設けられた第２の重合手段とを含み、 （ｃ）前記第１及び第２の重合手段はそれぞれ互いに干
   渉して、前記制御棒案内シンブルの上側延長部材に沿う
   前記押さえ板の上向きの運動を制限するように配置され
   、 （ｄ）前記第１及び第２の重合手段のうちの少なくとも
   一方は、前記押さえ板に加わる衝撃荷重のエネルギーを
   吸収するように弾性変形可能であつて、前記荷重が前記
   制御棒案内シンブルの上側延長部材に伝達するのを制限
   する、 核燃料集合体における上部ノズル及び制御棒案内シンブ
   ルの継手構造。