JPS6263889A - 燃料集合体における二重ロツク結合構造 - 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】 本発明は原子炉の燃料集合体に関し、特に、燃料集合体
の上部ノズルの取り外し及び再設置を容易にする態様で
該上部ノズルを案内シンブルに取り付けるための二重ロ
ック結合に関するものである。

Ｌ上、ｌＬΩ」Ｈｌ 多くの原子炉においては、炉心は、非常に多数の細長い
燃料集合体から構成されている。慣用の構造によれば、
これ等の燃料集合体は、該燃料集合体に沿って離間して
配置されて制御棒案内シンブルに取り付けられている格
子により、組織化された配列で保持されている複数個の
燃料棒及び制御棒案内シンブルを備えている。燃料集合
体の両端に設けられている上部ノズル及び下部ノズルは
、燃料棒の両端を越えて上方及び下方に若干延びている
制御棒案内シンブルに固定される。燃料集り体の上端部
において、案内シンブルは、上部ノズルのアダプタ板に
設けられた通路内でアダプタ板に接続されている。各案
内シンブルは、上部ノズルに取り付けるための上部スリ
ーブを備えることができる。

原子炉内でのこのような燃料集合体の運転中、時として
、主に内部応力番こより燃料棒の少数のものにその長手
方向に沿い割れ、即ちクラックが発生して、放射性の核
分裂生成物が放出され、もしくは原子炉の一次冷却材中
に入る可能性があり得る。また、燃料交換中に、このよ
うな核分裂生成物は水で満たされた原子炉キャビティ内
に入ったり、使用済み燃料集合体が貯蔵されているプー
ルを循環する冷却材中に漏洩するかも知れない。燃料棒
は、上部ノズル及び下部ノズルに溶接された案内シンブ
ルを含む一体の燃料集合体の一部であるので、破損燃料
棒を検出して取り出すことは困難である。

最近まで、このような燃料棒に対しアクセスするなめに
は、問題のある燃料集合体を炉心から取り出して、上部
ノズル及び下部ノズルを案内シンブルに固定している・
溶接部を破断する必要があった。しかし、このような作
業においては、破壊的な作用で案内シンブル及びノズル
に対し再溶接を不可能にするような損傷がしばしば生じ
るために、燃料集合体を原子炉で更に続けて使用するこ
とが不適当となる。

燃料集会体の交換に要する高コストに鑑みそ、運転及び
保守費用を最小限にする目的で、燃料集合体を再構成可
能とすることに大きな関心が寄せられている。燃料集合
体を再構成可能にする一般的な仕方は、燃料集合体に着
脱自在ないしは取り外し可能な上部ノズルを設けること
である。上部ノズルを取り外して再設置もしくは交換す
ることによって燃料集会体を再構成する初期の１つの方
法は、本願と同一の出願人による特開昭５９−９００８
１号明ａ書に例示され記載されている。」二部ノズルは
、案内シンブルが上部ノズルのアダプタ板に溶接されて
いる場所の直ぐ下で該案内シンブルを切断することによ
り、取り外される３次に、上部ノズルを案内シンブル上
に戻す前に、アダプタ板の通路に環状の講を形成する。

案内シンブルをアダプタ板の通路に挿入した状態で上部
ノズルを案内シンブル上に戻した後、案内シンブルの上
端部の周方向部分を膨出して通路の溝に入れ、上部ノズ
ルを案内シンブルに固定するようにする。

上述の再構成方法に対する別の解決策は米国特許願連番
第６４４７５８号明細書に例示され記載されている。そ
こには、上部ノズルを案内シンブルの上端部に着脱自在
に装着する取付構造が開示されている。この取付構造は
、上部ノズルのアダプタ板に画成された複数の外側ソケ
ットと、それぞれ各案内シンブルの上側端部に形成され
た複数の内側ソケットと、各内側ソケット内に挿入され
て該内側ソケットを外側ソケットと鎖錠もしくはロック
係合間係に維持する複数の着脱もシ、＜は取り外し可能
なロック管とを備えている。各外側ソケットは、アダプ
タ板を貫通する通路の形態であって、環状の溝を有して
いる。各内側ソケットは、案内シンブルの中空の上側端
部の形態であって、該案内シンブルの上側端部をアダプ
タ板の通路内に挿入した時に、環状の溝内に座着する環
状の膨出部を有している。案内シンブルの上側端部には
複数の細長い軸方向スロットが設けられており、該スロ
ットが形成されている部分の内向きの弾性収縮を可能に
し、それにより大きな膨出部をアダプタ板の通路に形成
されている環状の周方向溝内に挿入したり該溝から取り
出すことができるようになっている。このようにして、
案内シンブルの内側ソケットは外側ソケットとロック係
合するように挿入されたり、該外側ソケットとのロック
係合から解放されて取り出される。

ロック管は、上部ノズルの上方から、内側ソケットを形
成する案内シンブルの中空の上側端部内のロック位置へ
と挿入される。このロック位置に挿入されると、ロック
管は内側ソケットの膨出部を環状溝との拡張ロック係合
間係に係止して、それにより内側ソケットが、外側ソケ
ットから引き出されるような圧縮もしくは収縮した解放
位置に移動するのを閉止する。このようにして、ロック
管は内側ソケットを外側ソケットとのロック係合関係に
維持し、それにより、案内シンブルの上側端部への上部
ノズルの取着状態を維持する。

更に、振動力等により思いもよらず脱落するのを防止す
るため、従来、ロック管はそのロック位置に固定してい
た。そのため、ロック管を案内シンブルの中空上側端部
内のロック位置に挿入した後、１対の膨出部が各ロック
管の上部に形成されていて、該膨出部が案内シンブルの
上側端部にある周方向の膨出部内に嵌入し、註膨出部と
締まり嵌めしていた。

上述した種々の解決策が全面的に受は入れられるにも拘
わらず、各解決策は、上部ノズルのアダプタ板の通路に
環状の溝を機械加工を必要とする欠点がある。従って、
商業的な採用を促進するように燃料４Ａ合体の再構成に
対する別の解決策の必要性が依然として存在する。

１吐へ１１ 本発明は５．上述した必要性を満たすように構成された
、上部ノズルを案内シンブルにロックしたり該案内シン
ブルからアンロックしたりするための改良構造を有する
再構成可能な燃料集合体を提供する。本発明が提案して
いる二重ロック結合の概念は、上部ノズル及び案内シン
ブル間に今までのものよりも強く且つ緊密な結合をもた
らす、特に、案内シンブル上の軸方向に離間した膨出部
がそれ等の間に上部ノズルのアダプタ板を捕捉すること
によって２つの位置で確実なロックが行なわれる。この
二重ロック結きには、優れた軸方向強度と横方向荷重に
対する陵れた耐性とが与えられる。更に、この二重ロッ
ク結きは、案内シンブル及びロック管の簡単な挿入及び
取り外しを可能にし、アダプタ板の通路内に環状の溝を
機械加工する必要性を無くし、そして優れた結合整列を
もたらすと共に、結か部の滑りに対する優れた保護を有
する。

従って、本発明は、中心軸線を有する上側端部を備えた
少なくとも１つの案内シンブルと、離間した上面及び下
面を有すると共に、該上面及び下面の間に少なくとも１
つの通路が延在し、ているアダプタ板を備えた上部ノズ
ルとを含む再構成可能な燃料集会体において、前記上部
ノズルのアダプタ板を前記案内シンブルの上側端部に対
して解放自在のロック係合状態に取り付けるための二重
ロック結合Ｉ？Ｉ造であって：（、）前記案内シンブル
の前記上側端部に画成されていて、該上側端部の中心軸
線に向かう半径方向内方への力が加えられる際に、前記
上側端部が圧縮位置へと内方に弾性的に収縮するのを許
容すると共に、前記半径方向内方への力が除去される際
に、前記１側端部が拡開位置ｌ＼と外側に弾性的に戻る
のを許容する許容手段と；（ｂ）前記案内シンブルの前
記上側端部に形成された上側手段であって、該上側手段
の位置での前記上側端部に、該上側端部が拡開位置にあ
る時に前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路より
も大きな直径寸法を与えると共に、前記上側端部を前記
アダプタ板の前記少なくとも１つの通路に挿入したり該
通路から抜き出す間、前記半径方向内方への力が加えら
れる際に、前記上側端部が収縮位置に圧縮される時に前
記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路よりも小さな
直径寸法を与える、ように形成されている前記上側手段
と；（Ｃ）前記案内シンブルの前記上側端部に形成され
た下側手段であって、該下側手段の位置にある前記上側
端部に、該上側端部が拡間位置及び収輸位置のどちらか
にある時に前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路
よりも大きな直径寸法を与える、ように形成されている
前記下側手段と；を備える再構成可能な燃料集合体にお
ける二重ロック結合構造に存する。上側手段は、前記ア
ダプタ板の前記上面及び下面間の距離に実質的に等しい
距離だけ前記下側手段から変位していて、前記案内シン
ブルの前記上側端部を前記アダプタ板の前記少なくとも
１つの通路に通し挿入した後、前記アダプタ板が前記上
、側手段及び下側手段間の捕捉位置に置かれるよう番ご
なっている。また、二重ロック結ｈｆＮ造は、上側端部
を拡開位置に保持すると共に、アダプタ板を上側手段及
び下側手段間の捕捉位置に保持するロック位置と、アダ
プタ板を上側端部に挿入したり上側端部かち取り外し、
たりする際に、上側端部が内方に収縮して圧縮位置に付
くのを許容するアンロック位置との間で、案内シンブル
の上側端部に挿入したり、、１ＭＡ端部から取り外した
りすることができるロック管を備えている。

具体的には、案内シンブルの上側端部に画成されて、該
上側端部が圧縮位置へと内方に弾性的に収縮するのを許
容する許容手段は、軸方向に延在するように上側端部に
形成された少なくとも１つのスロットである。更に、上
側手段及び下側手段の各々は、案内シンブルの上側端部
に好ましくは周方向に形成される膨出部の形聾である。

また、ロック管は軸方向及び好ましくは周方向に変位し
た上側及び下側突出部を含んでおり、これ等の上側及び
下側突出部は、ロック管が−Ｌ側端部内のロック位置に
挿入される時に案内シンブルの上側端部の上側及び下側
膨出部に組み合い、ロック管が案内シンブルの上側端部
がら取り出される時に上側及び下ｒｓｍ出部から外れる
ようになっている。更に、ロック管を案内シンブルの上
側端部に挿入しなり上側端部から取り外したりするのを
容易にするために、ロック管は、上側突出部の上方に位
置した上部環状フランジを備えているや本発明により達
成されたこれ等及びその他の効果等は１本発明の実施例
を例示した図面に関連してなされる以下の詳細な説明を
読むこと（こよって、当業者に自明となろう。

１匪立川１ｉｌＬ！Ｌ 以下の説明において、全図面を通し同−９照数字は同一
部分もしくは対応部分を指すものとし、そして「前方ハ
「後方」、「左方」、「右方」、「上方向もしくは上向
き」、［下方向もしくは下向き」その他同様の術語は、
説明の便宜上の表現として用いたまでであって、制限的
な意味に解釈されてはならない。

総」百α１１ 図面、特に第１図を参照すると、符号１０で総括的に示
された再構成可能な燃料集音体が垂直方向に短縮された
形態で図示されている。基本的には、燃料集合体ｌＯは
、原子炉く図示せず）の炉心領域において下部炉心板（
図示せず）上に燃料集Ｎ体を支持するための下端構造、
即ち下部ノズル１２と、この下部ノズル１２から上方に
長手方向に延びる多数の案内管もしくは案内シンブル１
４とを含んでいる。

更に、燃料集合体１０は、案内シンブル１４に沿って軸
方向に離間して設けられている複数の横格子Ｘ６と、格
子１６によって横方向に離間した関係で支持された燃料
棒１４の配列とを備えている。また、燃料集会体１０は
その中央に位置する計装管２０と、諸部材を破損するこ
となく通常のように取り扱うことのできる一体のユニッ
トを形成するために、後述する態様で案内シンブル１４
の上端に着脱自在に取り付けられる上端構造、即ち上部
ノズル２２とを有している。

前述したように、燃料集音体１０における燃料棒１８の
配列は、燃料集会体の長さに沿って離間して設けられた
格子１６によって互いに離間した関係で保持さｉｌでい
る。各燃料棒１８は核燃料ベレット２４を収容（７てお
り、その両端は、燃料棒を気密に封止するために、Ｌ部
端栓２６及び下部端栓２８によ−）て閉塞されている。

通常、上部端栓２６と核燃料ベレット２４との間のブレ
ナムにばね３０が配置されていて、核燃料ベレットを燃
料棒１８内で密に詰まった関係に保持している。核分裂
性物質からなる核燃料ベレット２４は、原子炉の炉心の
反応出力源となる。水又はほう素含有水のような液体減
速材・冷却材が炉心の燃料集合体を通って上向きにポン
プ送りされて、該炉心内に発生される熱を有用な仕事を
行わせるために取り出す。

核分裂過程を制御するなめに、多数の制御棒３２が燃料
集会体１０において所定位置に配置された案内シンブル
１４内を往復動可能である。上部ノズル２２は下部アダ
プタ板３４を有し、複数（１つのみ図示する）の通路３
６がこのアダプタ板３４を貫通するように形成されてい
る。制御棒３２を受ける案内シンブル１４は、その最−
１一部の端部がアダプタ板の通路３６内に同軸的に位置
付けられている。特（こ、」一部ノズル２２．と１ヤ動
的に関連し、ているのは、半径方向に延びる複数のクル
ーク、即ち腕４４を備えた円筒形部材４２を有するロッ
ドクラスタ制御機構４０である０円筒形部材４２には内
部にねじが切られている。各腕４４は］、一つ以−１−
のυ」脚棒３２に相互接続されているので、ロッドクラ
スタ制御機構４０は、案内シンブル１４内で１１１ｉ１
Ｎ御棒３２を１−、下に移動させることにより燃料集合
体１０における核分裂過程を制御するように、全て周知
の悪様で作動可能である。

上部ノズルを案内シンブルに着脱口 り、区Ｉ這ＬＧｔ　？ｌ）二重９ノ！−結１朋Ａ第２図
〜第５図を参照すると、燃料集合体１０の燃料棒１８に
アクセスφ゛るのを容易にするため、」一部ノズル２２
の下部アダゲタ板３４を案内シンブル１４の上側端部３
８に着脱自在に納会する本発明の改良された特徴が図示
されている。本発明の改良された特徴は、総括的に符号
４６で示さり、た二重ロック結き構造の種々の構成要素
からな−】でいる。

第２図〜第５図に示すように、二重ロック結合構造４６
は、案内シンブルの各上側端部３８に軸方向に延びるよ
うに画成されたスロット４８（図示の実施例においては
４個）を含んでおり、該スロット４８は、上側端部３８
の中心軸線Ａに向かって半径方向内方に十分な力が加わ
る際に上側端部３８が圧縮位置へと内方に弾性的に収縮
するのを許容する許容手段である。

また、結き構造４６は軸方向に離間するよう、Ｅ側端部
３８に周方向に形成された上側及び下側環状膨出部５０
．５２の形態を取るのが好ましい手段を含んでいる。上
側環状膨出部（上側手段）５０は、案内シンブルの上側
端部３８がその拡開位置にある時に所定のアダプタ板通
路３６の内径寸法よりも大きい外径寸法を有する。他方
、下側環状膨出部５０のこの外径寸法は、アダプタ板の
通路３６へ挿入したり通路３Ｇから取り出したりする間
（二上側端部３８に加わる半径方向内方への力により上
側端部３８がその圧縮位置へ収縮する時に減少して、ア
ダプタ板の通路３６の内径寸法よりも小さくなる。しか
し、下側環状膨出部（下側手段）５２の場合、案内シン
ブルの上側端部３８がその拡開位置及び収縮位置のどち
らかにある時、該下側環状膨出部５２は、アダプタ板の
通路３６の内径寸法よりも大きい外径寸法を有する。案
内シンブルの上側端部３８をアダプタ板３４にロックす
るため、上側環状膨出部５０は、アダプタ板３４の上面
５４及び下面５６間の距離にほぼ等しい距離だけ下側環
状膨出部５０から軸方向に変位している。従って、案内
シンブル１４の」ユ（１ｍ端部３８をアダプタ板の通路
３６に通して挿入した後、アダプタ板３４は上側及び下
側環状膨出部５０．５２間の捕捉位置に置かれる。

更に、結合構造４６は案内シンブルの各上側端部３８内
のロック位置に取り外し自在もしくは着脱自在に挿入さ
れるロック管５８を含んでおり、ロック位置においては
、上側端部がその拡開位置に保持され、アダプタ板３４
が上側及び下側環状膨出部５０．５２間の捕捉位置に保
持される。ロック管５８の取り外しによって上側端部は
アンロック位置に引っ込み、このアンロック位置におい
て、上側端部３８はアダプタ板３４が上側端部かち取り
外される際に圧縮位置Ｊ＼内方に収縮可能である。また
、上側端部３８はアダプタ板３４を案内シンブル１４に
戻すように挿入する際にも圧縮位置に収縮できる。

ロック管５８を案内シンブル１４の上側端部３８におけ
るそのロック位置に固定するために、ロック管５８には
、案内シンブルの上側端部３８の上側及び下側環状膨出
部５０．５２と組み合うようになっている短いセグメン
トの形態の軸方向及び周方向に変位した上側及び下側突
出部６０．６２が備えられている。

また、ロック管５８にある上部環状フランジ６４は、案
内シンブルの上側端部３８内へのロック管の挿入及び上
側端部３８からのロック管の取り外しのためのロック管
の把持を容易にするために、上側突出部６０の上方に配
置されている。

上側及び下側環状膨出部５０．５２の各々は上側端部３
８の回りに周方向に延びるものとして例示されているが
、各膨出部は上側端部の回りに連続している必要はなく
、ロック管５８の突出部６０．６２に類似する一連の短
いセグメントの形態でよいことを理解されたい。同様に
、上側及び下側環状膨出部５０．５２が図示のように連
続であるｊｆｉ自、ロック管５８の上側及び下側突出部
６０．６２は、短いセグメントの代わりに、上側及び下
側環状膨出部と同様にロック管の回りに連続的に延びる
ことができる。

本発明及びそれに付随する利点の多くは上述した説明か
ら理解されるであろうし、また、本発明の精神及び範囲
を逸脱することなく、或は本発明の重要な利点の全てを
犠牲にすることなく本発明の形態、構造及び配列に多く
の変更を行うことが可能であって、上述の形態等は本発
明の好適な或は例示的な実施例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の改良特徴を実施した再構成可能な燃
料集合体を、明瞭にするため一部を断面で一部を破断し
て示す開立面図、第２図は、再構成可能な燃料集合体の
上部ノズル及び案内シンブルと関連した、本発明の改良
特徴を含む二重ロック結合構造の語構成要素を示す分解
断面図、第３図は、本発明の改良特徴の成るものを示す
、第２図の線３−３における拡大断面図、第４図は、本
発明の他の改良特徴を含んだ案内シンブルの上側端部を
示す、第２図の線４−４における拡大断面図、第５図は
、組み立てられて一緒になった第２図の二重ロック結合
構造の全構成要素を示す断面図である。 １０・・・燃料集合体　　　　１４・・・案内シンブル
２２・−・上部ノズル　　　　３４・・・アダプタ板３
６・・・アダプタ板の通路 ３８・・・案内シンブルの上側端部 ４６・・・二重ロック結合構造 ４８・・・許容手段（スロット） ５０・・・上側手殺（上側環状膨出部）５２・・・下側
手段（下側環状膨出部）５４・・・アダプタ板の上面　
５６・・・アダプタ板の下面Ａ・・・上側端部の中心軸
線 出願人　ウェスチングハウス・エレクトリック・コーポ
レーション 図面の浄さ・１５Ｇに変更なしノ ＦＩＧ、　４ 手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６１年特許願第１３３９７５号 ２、発明の名称 燃料集合体における二重ロック結合構造３、補正をする
者 事件との関係　特許出願人 名称　（７１１）ウェスチングハウス・エレクトリック
・コーポレーション ４、代理人 住所　〒１００東京都千代田区丸の内二丁目４番１号丸
の内ビルディング４Ｒ１ ６、補正の対象 （１）図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 中心軸線を有する上側端部を備えた少なくとも１つの案
   内シンブルと、離間した上面及び下面を有すると共に、
   該上面及び下面の間に少なくとも１つの通路が延在して
   いるアダプタ板を備えた上部ノズルとを含む再構成可能
   な燃料集合体において、前記上部ノズルのアダプタ板を
   前記案内シンブルの上側端部に対して離脱自在のロック
   係合状態に取り付けるための二重ロック結合構造であつ
   て、 （ａ）前記案内シンブルの前記上側端部に画成されてい
   て、該上側端部の中心軸線に向かう半径方向内方への力
   が加えられる際に、前記上側端部が圧縮位置へと内方に
   弾性的に収縮するのを許容すると共に、前記半径方向内
   方への力が除去される際に、前記上側端部が拡開位置へ
   と外方に弾性的に戻るのを許容する許容手段と、 （ｂ）前記案内シンブルの前記上側端部に形成された上
   側手段であって、該上側手段の位置での前記上側端部に
   、該上側端部が拡開位置にある時に前記アダプタ板の前
   記少なくとも１つの通路よりも大きな直径寸法を与える
   と共に、前記上側端部を前記アダプタ板の前記少なくと
   も１つの通路に挿入したり該通路から取り出す間、前記
   半径方向内方への力が加えられる際に、前記上側端部が
   収縮位置に圧縮される時に前記アダプタ板の前記少なく
   とも１つの通路よりも小さな直径寸法を与える、ように
   形成されている前記上側手段と、 （ｃ）前記案内シンブルの前記上側端部に形成された下
   側手段であって、該下側手段の位置にある前記上側端部
   に、該上側端部が拡開位置及び収縮位置のどちらかにあ
   る時に前記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路より
   も大きな直径寸法を与える、ように形成されている前記
   下側手段と、を備え、 （ｄ）前記上側手段は、前記アダプタ板の前記上面及び
   下面間の距離に実質的に等しい距離だけ前記下側手段か
   ら変位していて、前記案内シンブルの前記上側端部を前
   記アダプタ板の前記少なくとも１つの通路に通し挿入し
   た後、前記アダプタ板が前記上側手段及び下側手段間の
   捕捉位置に置かれるようになっている、 再構成可能な燃料集合体における二重ロック結合構造。