JPS6296890A - 燃料集合体の整直方法及び整直されたその骨格構造体 - 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】 本発明は一般に、原子炉の燃料集合体に関し、より詳し
くは、燃料集合体のうちの選択された案内シンプルの長
さを調節することによって、湾曲した照射済み燃料集合
体を整直する方法に関するものである。

先ｊ」支止！口丸朋− 大部分の原子炉において、炉心は、多数の長い燃料集合
体から成っている０通常の設計によるこれ等の燃料集合
体は、その長さに沿って隔てられた格子によって１つの
組織化された配列に保持された多数の燃料棒を備えてい
る。格子は、複数の制御棒案内シンプルに固着されてい
る。燃料集合体の両端の上部ノズル及び下部ノズルは、
燃料棒の両端よりも上方及び下方に延びる案内シンプル
に取り付けられている。

加圧水型原子炉（ＰＮＲ）の燃料集合体において湾曲が
起こることは、以前から認識されている。燃料集合体の
長さは、押さえばねの力と同様に、多年に亘って、少し
ずつ増大しているが、燃料集合体の湾曲の大きさは、そ
れに伴って、一層深刻になっている。燃料集合体が湾曲
を受ける多くの原因が確認されている。しかし、湾曲の
発生を無くすような燃料集合体に対する実際の設計変更
はなされていない。

燃料集合体の湾曲は、燃料集合体の特性の２つの領域に
衝撃的に影響する。第１に、燃料集合体の湾曲は、隣接
した燃料集合体に損傷を与えることなしに燃料集合体を
取り出し交換することを困難にする。影響を受けた燃料
集合体を支持する格子は通常損傷を受ける。第２の領域
は、湾曲した燃料集合体の核特性に関係する。核計算は
、冷却材水が存在する燃料集合体間の所定の水ギャップ
に基づいている。隣接した燃料集合体が湾曲を受けると
、予想された値以上の水ギャップが外側の燃料棒の回り
に存在しうるようになる。この比較的大きな水ギャップ
のため、外側の燃料棒に対する熱中性子束は、燃料集合
体間のギャップが一様であった場合に比べて高くなる。

これは、燃料棒の被覆管に対する熱余裕を減少させると
共に、発電プラントの運転上に大きな不都合を生ずる。

前述した理由から、燃料集合体の湾曲を最小とすること
が特に望ましい、そのため、燃料集合体の湾曲を修正す
るための新しい試みの必要性が存在し、そうした試みは
、加圧水型原子炉の性能に対する長期的な有害な効果を
避けるために、現在では不可欠と理解されている。

主１し１男ＪＬ 本発明は、上記の必要性を満たすようにされた、湾曲し
た照射済み燃料気合体の整直方法を提供する０本発明は
、燃料集合体の湾曲が燃料集合体の設計によっては有効
に制御できないことの認識に基づいて、強く湾曲した燃
料集合体を燃料交換時に整直することを試みる。このよ
うにすると、特に強く湾曲した燃料集合体は炉心に再挿
入されない、炉心への装荷の間に生ずる機械的干渉は最
小となり、原子炉の運転中に燃料集合体間に大きな水ギ
ャップの生ずる問題も実質的に避けられる。

本発明の基本的認識は、上部ノズル及び下部ノズルに両
端が連結された長手方向に延びる制御棒案内シンプルの
配列から或る燃料集合体の骨格構造体は、この骨格構造
体の横方向の剛性に主に寄与する個別の案内シンプルの
長さを必要な際に調節することによって整直できる、即
ち真直にできる、ということである、１つの燃料集合体
が湾曲すると、その主要構造部材である案内シンプルの
うち少なくとも或るものも湾曲を受ける。

湾曲した燃料集合体の全部の案内シンプルを再び同一の
長さとする１つの方法は、湾曲の凹側の案内シンプルを
伸長させ、その凸側の案内シンプルを圧縮するように、
骨格構造体を曲げることであろう、これは、曲げた梁を
真直にする方法と大体同じである。燃料集合体に適用さ
れた場合のこの方法の問題は、シンプル材料の弾性限界
を超えた応力レベルまで案内シンプルにその全長に亘り
応力を与える必要があり、さもないと骨格構造体の永久
変形（整直）が起こらない、という事実に存する。湾曲
した燃料集合体を真直にする１つの可能な方法は、それ
を伸ばすことであろう。この方法は、小さい梁を真直に
するためにも使用される。

この場合にも案内シンプルにその全長に亘り弾性限界を
超えて応力を与えねばならないという問題がある。この
レベルの力を燃料集合体に与えると、案内シンプルとノ
ズルの連結部が非常に強い負荷を受ける。従って、湾曲
した燃料集合体を整直する際に当面する問題は、燃料集
合体を損傷することなく全部の案内シンプルを同一の長
さとすることである。

本発明は、長過ぎる案内シンプルの長さを、これ等の案
内シンプルに小さな膨出部（拡張部）を形成することに
より、短縮することによって、この問題を解決する。各
々の小さな膨出部は、選択された案内シンプルの長さを
或る少量だけ減少させる。このように、湾曲した案内シ
ンプルの長さは、その長手方向の全域に負荷をかけるこ
となく、更に、比較的短かい真直な案内シンプルに影響
せずに、或る少量変更することができる。

従って、本発明は、燃料集合体が少なくとも１対の管状
構造部材を含み、そのうち少なくとも１つの管状構造部
材が湾曲を受け、従って、他方の管状構造部材よりも長
いため、湾曲した形状となっている燃料集合体を整直す
る方法において、ａ）湾曲した管状構造部材の長さを前
記他方の管状構造部材とほぼ等しい長さとするために、
湾曲した管状構造部材の長さを短縮するのに必要な、長
さの調節量を定め、ｂ）湾曲した管状構造部材の長さを
該調節量分だけ短縮するために、該湾曲した該管状構造
部材に少なくとも１つの膨出部を形成する各ステップを
含む整直方法を提供する。より詳しくは、湾曲した管状
構造部材の両端間の隔てられた個所に複数の膨出部を形
成する。或る膨出部が他の膨出部と短縮量において相違
することがありうる。湾曲した管状構造部材の全短縮量
は、膨出部の数及び各々の膨出部によって生ずる短縮量
によって制御される。

より具体的には、燃料集合体は、複数の制御棒案内シン
プルを含み、そのうちの或る案内シンプルは、一般に真
直な他の案内シンプルよりも多く湾曲、従って長さが大
きい、この場合に、湾曲した案内シンプルを他の案内シ
ンプルとほぼ同一の長さとするために湾曲した案内シン
プルを短縮するのに必要な長さの調節分を、最初に定め
、次に、湾曲した案内シンプルに、これ等のシンプルの
長さが前記調節分だけ短縮されるように、膨出部を形成
する。

本発明は、制御棒案内シンプルのうちの或るものが他の
ものよりも長いような複数の制御棒案内シンプルを有す
る燃料集合体の長さを短縮する方法において、ａ）湾曲
した管状構造部材の長さを他方の管状構造部材とほぼ等
しい長さとするために、湾曲した管状構造部材の長さを
短縮するのに必要な、長さの調節量を定め、ｂ）長さの
大きな制御棒案内シンプルに、前記調節量分だけその長
さを短縮するように、膨出部を形成する各ステップから
或る、燃料集合体の短縮方法も提供する。

本発明は、その他に、ａ）各々両側に先端を備えた複数
の長い管状構造部材と、ｂ）該管状構造部材の該先端に
連結された上端構造物及び下端構造物と、を有し、管状
構造部材のうちの或るものには、前記先端の間に少なく
とも１つの膨出部が形成してあることにより、対応する
膨出部が形成されていない他の管状構造部材に比べて前
記酸る管状構造部材が短縮され、全部の管状構造部材の
長さがほぼ同一となるようにした、燃料集合体の整直さ
れた骨格構造体も提供する。

本発明のこれ等の利点及びその他の利点は、本発明の代
表的実施例が図示され記載されている添付図面に関する
以下の詳細な説明を読むことによって当業者にとって明
らかとなろう。

日の；　ｆ；日 以下の説明で、同一の参照数字は、同−又は類似の部材
又は部分を表わしている。更に、以下の説明において、
「前方」、「後方」、「左側」、「右側」、「下方」又
は「上方」のような用語は、単に説明の便宜上用いられ
ており、本発明を制限する意味に解釈されるべきではな
い。

二灸昨に死 図面、特に第１図を参照すると、加圧木型原子炉の燃料
集合体が、垂直方向の長さを短縮させた形態で、全体と
して符号１０により図示されている。

燃料集合体１０は、基本的には、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１０を支持するための下端構造物、即ち下部ノズル１
２と、この下部ノズルから上方に突出する多数の長手方
向の管状構造部材、即ち案内シンプル１４とを備えてい
る。燃料ｔＡ会体１０は、その他に、案内シンプル１４
に沿って軸方向に隔てられた複数の横方向の格子１６と
、これ等の格子によって横方向に隔てられ支持された長
い燃料棒１８の組織化された配列とを備えている。また
、燃料集合体１０は、中心部に配設された計装管２０と
、燃料集会体１０の各部を損傷させることなく通常のよ
うに取扱うことの可能な一体的な組立体を形成するよう
に案内シンプル１４に取着された上端構造物、即ち上部
ノズル２２とを備えている。

前述したように、燃料集合体１０中の配列に含まれた燃
料棒１８は、燃料集合体１０の長さに沿って隔てられた
格子１６によって、相互に離間した関係に保持されてい
る。各燃料棒１８は燃料ペレット２４を含み、両端部は
、燃料棒１８を気密に封止するように、上部端栓２６及
び下部端栓２８により閉ざされている。ブレナムばね３
０は、燃料棒１８中に密に積み上げられた関係に燃料ペ
レット２４を保持するように、燃料ペレット２４と上部
端栓２６との間に配設されている。核分裂性物質からな
る燃料ペレット２４は、原子炉の反応出力の発生源とな
る。例えば水又はホウ酸水のような液体減速・冷却材は
、燃料集合体１０中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、案内シンプル１４を通り、燃料集
合体１０の燃料棒１８に沿って上方に圧送される。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒３２は、燃
料集合体１０中の所定位置に配設された案内シンプル１
４中において往復運動することができる。

特定的には、上部ノズル２２に組み合された制御棒クラ
スタ３４は、半径方向に延びる複数のフルー２もしくは
アーム３８が付いた雌ねじ付き円筒部材を備えている。

各アーム３８は、制御棒クラスタ３４が制御棒３２を案
内シンプル１４中において垂直に移動させることにより
、全て良く知られた方法で燃料集合体１０中の核分裂過
程を制御するように、制御棒３２に連結されている。

しｔ・　　　み　　　Δ　の整直　゛−第２図を参照す
ると、燃料集合体１０の骨格構造体が示され、この骨格
構造体は、案内シンプル１４の配列によって形成され、
これ等の案内シンプルの下端部は下部ノズル１２に、上
端部は上部ノズル２２に、それぞれ連結されている。案
内シンプル１４の横方向の間隔は、案内シンプル１４に
沿って軸方向に離間した位置に設けられた横方向の格子
１６によって保持される、格子１６は、典型的には、膨
張継手により案内シンプル１４に機械的に取着されてい
る。燃料棒１８（第２図には図示せず）は、格子１６に
画成された個別のセルによって、平行な配列になって保
持されている。格子１６の１つのセルと１つの燃料棒１
８とは、通常のばね・ディンプル構造（図示せず）によ
って生じた摩擦力によって互いに取着されている。従っ
て、燃料棒１８は、この摩擦力を克服するに足る力が存
在すれば、格子１６に対して軸方向に移動することがで
きる。従って、燃料集合体の横方向の剛性に主に寄与す
るのは、明らかなように、前記骨格構造体の案内シンプ
ル１４である。ただし、燃料棒１８は、摩擦型の連結に
よって格子１６に連結されたことにより、多少の横方向
の剛性を与える。

骨格構造体の案内シンプル１４は、第３図及び第４図に
簡略化した形態で示したように、燃料集合体１０が湾曲
すると、或るものはより大きく湾曲し、他のものは、よ
り小さく湾曲する。第３図において、燃料集自体１０は
、上部炉心支持板４０と下部炉心支持板４２との間に湾
曲した形態で延びている。

第４図では、湾曲した燃料集合体１０は、例えば炉心に
再挿入する前に燃料集合体１０を整直する機会が与えら
れる燃料交換に際して、炉心から収り出された状態で図
示されている。

湾曲した燃料集合体１０を整直する上の基本的な問題は
、同様に、燃料集合体１０を損傷させることなく、全部
の案内シンプル１４をほぼ同じ長さにすることである。

湾曲した燃料集合体１０を整直するために変更すること
の必要な案内シンプルの長さの値について、およその目
安を与えるために、第８図に図式的に示した幾何学的関
係について、湾曲した燃料集合体の或る一例によって、
その長さの調節の計算例を以下に説明する。ここに示し
た例は、直線に対して約１　ｃｍ（０，４ｉｎ）の湾曲
をしたことが確められた長さが３．６＋（１２ｆ　ｔ）
で断面積が約２０ｃｚ２（８１ｎ２）の燃料集合体であ
る。

例 第８図（Ａ）の関係が与えられると、 Ｒ２＝（Ｒ−３）２＋（０，５Ｌ＞２ 従って、Ｒ２＝　（Ｒ−０，４）２　＋　［０，５（１
４４）］２（ただしＬ　＝　１４４ｉｎ、Ｓ　＝　０．
４ｉｎ）Ｒについて解くと Ｒ＝　６４８０ｉｎ（１６２ｍ） 第８図（Ｂ）の関係が与えられると、 Ｃ／Ｒ＝Ｃ’Ｃ／ＥＦ＝ε（歪み、ｉｎ／ｉｎ）従って
、ｅ　＝　４／　６４８０＝　０．０００１５４ｉｎ／
　ｉｎ（ただしＣ＝　４　ｉｎ） 案内シンプルの長さが１４４ｉｎ（３，６１１）である
と、外側シンプルの長さの変化は、 ０．０００１５４　Ｘ　１４４＝　０．０２２ｉｎ（０
，５５ｚｍ）これ等の計算によって示されるように、最
も外側の案内シンプルは、その３．６ｍ（１２ｆｔ＞の
全長について、約０．５５ｚｚ（０，０２２ｉｎ）長さ
を変更せねばならない。

本発明の目的は、最も強く湾曲することによって長くな
り過ぎた案内シンプルを短縮することにより一湾曲した
燃料集合体の全部の案内シンプル１４を同じ長さにする
ことにある。そのための１つの簡単な方法は、案内シン
プル中に、第６図及び第７図に示すように、一連の小さ
な外向きの膨出部４３（３６０°）を形成することにあ
る。

この種の形成は、格子スリーブに案内シンプルを連結す
るのに通常使用されている。案内シンプルの膨出部４３
を形成するために使用可能な工具４４は、第５図に示す
ように外管４６を有し、この外管内には、大径プラグ５
０を先端に固着した引き棒４８が往復運動自在に配設さ
れている。大径プラグ５０と外管４６の下端５２との間
には、引き棒４８を囲むようにポリウレタン製スリーブ
５４が配設されている。

案内シンプル１４中の所望の深さまで工具４４を挿入し
た後、引き棒４８を後退させ、外管４６の下端５２と大
径プラグ５０との間のスリーブ５４を圧縮する。そうす
るとスリーブ５４は、半径方向外方に膨張して、膨張す
るスリーブ５４を囲む案内シンプル１４の隣接部分を膨
張させ、膨出部４３を形成する。

１対の案内シンプル（管状構造部材）１４＾、１４Ｂの
みを第６図に示すように備えている形式の整直された燃
料集合体１０において、以前に湾曲を受けた比較的長い
案内シンプル１４＾は、軸方向に離間した３つの膨出部
４３を含み、これ等の膨出部によって、対応した膨出部
がなく本来の大体真直なままの他のシンプル１４Ｂとほ
ぼ同じ長さに短縮されている。第７図に示すように、複
数の案内シンプル（管状構造部材〉１４０〜１４Ｇを含
む別の形式の整直された燃料集合体１０において、以前
に湾曲した４本の比較的長い案内シンプル１４Ｃ−１４
Ｆは、それぞれ異なった数の、軸方向に離間した膨出部
４３を有し、これ等の膨出部によって、シンプル１４Ｃ
−１４Ｆの長さが、残りの湾曲を受けないシンプル１４
Ｇとほぼ同一の長さに短縮される。

１つの膨出部４３当りのシンプル短縮量は、シンプルに
与えられる外向きの拡張もしくは膨出量によって制御で
き、この膨出量は、引き棒４８に加わる力の量によって
制御される。１つのシンプル当りの全短縮量は、１つの
シンプル当りの膨出量及び１つの膨出部当りの短縮量に
よって制御される。

しかし、膨出部４３を形成する前に、燃料集合体の湾曲
の度合とそれを整直するために必要な長さの調節量とを
定めなければならない。

そのため、本発明の整直方法によれば、湾曲した案内シ
ンプルの長さを他の案内シンプルの長さとほぼ同一とす
るために、湾曲した案内シンプルの長さを短縮するのに
必要な長さの調節を定める基本的なステップは、湾曲し
た案内シンプルに膨出部を形成して調節量分だけそれぞ
れの長さを短縮する次のステップの前に実行しなければ
ならない、！＆初、燃料交換に際して、燃料集合体１０
を通常の治具内に配置し、この治具中で真の軸向き整列
からの偏よりを測定する。この偏よりについて得た情報
から、燃料集合体１０の変形のプロットを得た後、第８
図に示した幾何学的関係について上に述べた計算技術を
用いて、各案内シンプルの長さの調節量を計算する。こ
の計算は適宜のプロセスコンピュータを用いて行なうこ
とができる。膨出部４３の数と大きさ及び軸方向位置も
計算しうる。

次に膨出工具４４を備えた適当な治具を全案内シンプル
１４中に同時に挿入する。この手順は、燃料集合体の骨
格構造体を形成する際の手順と同様のものとしてよい０
次に膨出部４３を形成し、真直度について燃料集合体を
再チェックする。一般的な指針として、膨出部４３の大
きさは、ジルカロイ材料に対する照射損傷によって生じ
る延性喪失に基因する案内シンプルの損傷を来さないよ
うな値に制限する。また、膨出部４３は、格子と格子と
の間の燃料棒部分における冷却材流路を閉ざさないよう
に、格子近傍に形成すべきである。−例を挙げると、３
６０°の１つのけ山部４３は、最大膨張の際に案内シン
プルの長さを約０．０２０短縮する。小さな膨出部４３
は、小さな短縮長さを与える。

従って、第７図に示したような燃料集合体の整直された
骨格構造体は、反対側に各々先端を備えた複数の案内シ
ンプル１４Ｃ−１４Ｇと、これ等に連結された上部ノズ
ル２２及び下部ノズル１２とを備えている。案内シンプ
ルのうちの或るもの例えば案内シンプル１４Ｆには、少
なくとも１つの膨出部４３が形成され、その他の案内シ
ンプル１４Ｃ−１４Ｆは、その両端の間に複数の膨出部
４３が形成されることにより、湾曲がなく対応の膨出部
が形成されていない他の案内シンプル、例えば案内シン
プル１４Ｇに比べて長さが短縮される。このようにして
全案内シンプルの長さが一般に同一となる。

本発明をその特定の実施例について以上に説明したが、
本発明は、上述した実施例以外にも種々変更して実施で
きるので、上述した特定の構成は、単なる例示に過ぎず
、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炉心での使用中に湾曲し易く、本発明の原理
に従って整直可能な燃料集合体を、その垂直方向の長さ
を短縮して一部断面で示した立面図、第２図は、軸方向
に離間した格子を支持すると共に、上端及び下端で燃料
集会体の上部ノズル及び下部ノズルにそれぞれ連結され
た案内シンプルの配列からなる第１図の燃料集合体の骨
格構造体を縮小して示す立面図、第３図は、炉心内に配
設された湾曲した燃料集会体の概要図、第４図は、第３
図の湾曲した燃料集合体を炉心から取り出して示した概
要図、第５図は、案内シンプルの長さを短縮してそれを
整直するために案内シンプルに膨出部を形成する工具の
部分断面図、第６図は、長さに沿って離間した個所に幾
つかの膨出部を形成することによって、湾曲していない
燃料集合体の案内シンプルの長さに等しい長さまで短縮
した、前に湾曲していた燃料集合体の案内シンプルを示
す概要図、第７図は、各案内シンプルに必要とされる短
縮量に対応する異なった数及び大きさの膨出部を案内シ
ンプルに導入することによって、異なる度合で前に湾曲
していた案内シンプルを整直し、そのため長さが、湾曲
を受けてない燃料集合体の案内シンプルの長さまで短縮
された、燃ｆ］集合体の整直された骨格構造体を示す概
要図、第８図（Ａ＞及び（Ｂ）は、湾曲した燃料集合体
の湾曲した案内シンプルに対してなされる長さ調節の計
算に用いられる幾何学的関係を示す説明図である。 １０・・・燃料集合体 １２・・・下部ノズル（下端構造物） １４．１４＾〜１４Ｇ・・・案内シンプル（管状構造部
材）２２・・・上部ノズル（上端構造物） ４３・・・膨出部 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 代理人　　　　　曾　　我　　道　　照ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　６　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　７手
続補正書（方式） 昭和６１年１１月１９日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、燃料集合体が少なくとも１対の管状構造部材を
   含み、そのうち少なくとも１つの管状構造部材が湾曲し
   ており、従つて、他方の管状構造部材よりも長いため、
   湾曲形状となっている前記燃料集合体を整直する方法に
   おいて、 ａ）前記湾曲した管状構造部材の長さを前記他方の管状
   構造部材とほぼ等しい長さにするために、該湾曲した管
   状構造部材の長さを短縮するのに必要な、長さの調節量
   を定め、 ｂ）前記湾曲した管状構造部材の長さを該調節量分だけ
   短縮するように、該湾曲した管状構造部材に少なくとも
   １つの膨出部を形成する、 各ステップからなる燃料集合体の整直方法。
2. （２）、燃料集合体の整直された骨格構造体であつて、 ａ）両端をそれぞれが備えた複数の長い管状構造部材と
   、 ｂ）該管状構造部材の前記両端に連結された上端構造物
   及び下端構造物と、を有し、 ｃ）該管状構造部材のうち或る管状構造部材には、前記
   両端の間に少なくとも１つの膨出部が形成してあること
   により、対応する膨出部が形成されていない他の管状構
   造部材に比べて該或る管状構造部材が短縮され、全管状
   構造部材の長さがほぼ同一となるようにした、 燃料集合体の整直された骨格構造体。