| 【発明の名称】 |
原子炉用燃料集合体の下部構造及び燃料集合体用シンブルスクリュー |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 昌彦
【氏名】森 政次
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| 【要約】 |
【課題】加圧水型原子炉用燃料集合体において、案内シンブルと下部ノズルとを連結するシンブルスクリューを改良して、非核燃料炉心構成体の冷却機能と、スクラム時の冷却材流制限機能とを共に良好に達成する。
【解決手段】制御棒を案内するための案内シンブルと下部ノズルを有する燃料集合体において、案内シンブルの下端部と下部ノズルとを連結するシンブルスクリュー３０は、該案内シンブルに螺合するねじ面４１を備えた中央軸部３３と前記下部ノズルの取付穴よりも大径の頭部３１と弁部３５とを有している。中央軸部３３は、軸方向に延びる貫通通水孔５３を導孔４３とを内部に備え、弁部３５は弁箱４５と内部の弁球４７とを備え、冷却材の上向き流Ｆを許し、下向き流を制限するようになっている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 上部ノズル、下部ノズル、該両ノズルにそれぞれ両端が連結され互いに平行に延びる複数の制御棒案内管、該案内管に間隔を置いて設けられた複数の支持格子及び該支持格子の格子開口に個別に挿通され支持された複数の燃料棒を有する燃料集合体において、前記案内管を前記下部ノズルに連結するシンブルスクリューには通水孔が貫通形成されると共に逆止弁類似機能が付与されている原子炉用燃料集合体の下部構造。
【請求項２】 原子炉用燃料集合体の制御棒案内管と下部ノズルを連結するシンブルスクリューであって、該案内管に螺合するねじ面と前記下部ノズルの取付穴よりも大径の頭部とを有し、軸方向に延びる貫通通水孔を内部に備え、該通水孔の入口側又は出口側に上向き流を許し、下向き流を制限する弁部が形成された燃料集合体用シンブルスクリュー。
【請求項３】 原子炉用燃料集合体の制御棒案内管と下部ノズルを連結するシンブルスクリューであって、該案内管に螺合するねじ面と前記下部ノズルの取付穴よりも大径の頭部とを有し、内部を軸方向に延びる貫通通水孔と該通水孔の下側の座ぐり穴を備え、該座ぐり穴を横切って廻り止めピンが設けられ、該通水孔、該座ぐり穴及び該廻り止めピンの直径をそれぞれａ，ｂ，ｃとしたとき、（ａ−ｂ）／２ ＜ ａの関係を保持する燃料集合体用シンブルスクリュー。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料集合体に関し、特に加圧水型原子炉用の燃料集合体の下部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、発電用として広く使用されている原子炉に加圧水型原子炉があるが、それに用いられる燃料集合体は、ラッパー管のないキャンレス燃料集合体が一般である。この構造を概説すると、複数の冷却材貫流穴を備えた上部ノズル及び下部ノズルが、互いに平行な関係で延びる複数の制御棒案内管によって連結されている。即ち、制御棒案内管所謂案内シンブルの上端は上部ノズルに機械的に結合され、案内シンブルの下端も下部ノズルに機械的に結合されている。このような案内シンブルは、制御棒クラスタの細長い制御棒を１本ずつ受け入れるものである。燃料集合体の炉心内装荷位置によっては、制御棒がその位置になく受け入れないが、その場合はシンブルプラグや可燃性毒物棒などの非燃料炉心構成体を受け入れる。このような案内シンブルには、複数の支持格子が取り付けられ、その格子開口の中に燃料棒を受け入れて弾性的に支持するようになっている。
【０００３】以上概説した燃料集合体の構造の内、案内シンブルと下部ノズルとの連結部の構造を図９及び図１０を参照してより具体的に説明する。先ず図９を参照するに、中空管形状の案内シンブル１の下端には、内ねじ付き端栓３が取り付けられ、これらにはインサート５と称する有底円筒体が被せられている。案内シンブル１の下方に位置する下部ノズル７には段付きの貫通取付穴９があり、ここにシンブルスクリュー１１と称する締結ボルトが挿通されている。シンブルスクリュー１１には貫通通水穴１３が穿設されていて、炉心内で使用中に冷却水の貫流を許すようになっている。そこではシンブルスクリュー１１の先端部のねじは端栓３の内ねじに螺合し、インサート５を確りと挟持すると共に下部ノズル７と案内シンブル１とを連結している。シンブルスクリュー１１の頭部にはピン溝が形成され、ここに廻り止めピン１５が挿着され、下部ノズル７に溶接固定される。一方インサート５には、下部支持格子１７が固定されている。貫通通水穴１３の下端部には、座ぐり穴１９が削成され、廻り止めピン１５は冷却水の貫流を邪魔しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の構造において、シンブルスクリュー１１の貫通通水穴１３は、炉心内において冷却材を案内シンブル１内に導くものであり、導入された冷却材はそこに取り付けられた非燃料炉心構成体を冷却する。又、内部の冷却材を外に出す水抜き穴としても機能する。更には、原子炉運転中の緊急時に制御棒が自由落下により案内シンブルに緊急挿入されるが、その際の落下衝撃を緩和するために内部冷却材の流出速度を制限する絞りとしても機能する。換言すれば、前述の冷却機能の確保のためには貫通通水穴１３の径は大きい程良いが、絞り機能の確保にはその径は小さい方が良いという相反する性質を持っている。このため、貫通通水穴１３に許される径の範囲が小さく、屡々一方の機能をある程度犠牲にせざるを得ないという問題があった。又、貫通通水穴１３の下側入口部に廻り止めピンが位置する構造となっている。そう頻繁にあることではないが、冷却材に異物が伴流していて貫通通水穴１３に流入して詰まると、前述の両機能がいずれも確保できないという危険性がある。従って、本発明の課題は、前述の冷却水導入機能と絞り機能とを同時的に達成できる下部構造を備えた燃料集合体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため、本発明によれば、上部ノズル、下部ノズル、該両ノズルにそれぞれ両端が連結され互いに平行に延びる複数の制御棒案内管、該案内管に間隔を置いて設けられた複数の支持格子及び該支持格子の格子開口に個別に挿通され支持された複数の燃料棒を有する燃料集合体において、前記案内管を前記下部ノズルに連結するシンブルスクリューには通水孔が貫通形成されると共に逆止弁類似機能、即ち通常の冷却材上向き流を許すが、その下向き流を制限する弁機能、を呈する構成が形成されている。このような構成は、好適にはシンブルスクリューを軸方向に貫通する通水孔の入口部又は出口部に若干広めの空間を画成し、その中に小径の弁球を浮動自在に配置することによって得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。尚、全図にわたり、同一の部分には同一の符号を付している。先ず図１を参照して本発明に係る燃料集合体２０の全体構造を説明する。上部ノズル２１は、水平断面がほぼ正方形の有底箱状構造物で底板に相当する端板に複数の冷却材流れ穴と案内シンブル用取付穴が形成されている。加えてその上部には、押圧ばね２１ａが取り付けられている。下部ノズル２３は、平面図形状がほぼ正方形の天板部乃至端板を有し、ここに複数の冷却材流れ穴と案内シンブル用取付穴が形成されている。そして、端板の四隅下面には脚部２３ａがそれぞれ一体的に突出形成されている。これらの上部ノズル２１と下部ノズル２３は、前述の取付穴を利用して中空管形状の複数の案内シンブル２５の上端及び下端にそれぞれ連結されている。案内シンブル２５の下端部には、前記案内シンブル１の場合と同様に内ねじ付き端栓が固定されている。このような案内シンブル２５には、１個の上部支持格子２７と７個の中間支持格子２８とが間隔を置いて取り付けられ、更に下部支持格子２９も従来のような連結構造で取り付けられている。なお、中間支持格子２８の数は適宜増減されうるものであると理解されたい。そして、上部支持格子２７、中間支持格子２８及び下部支持格子２９の整列した格子開口に１本ずつ燃料棒２６が挿通支持され、このようにして燃料集合体２０が形成されている。
【０００７】次に案内シンブル２５と下部ノズル２３を連結する本発明に係るシンブルスクリュー３０の構造を図２及び図３を参照して説明する。シンブルスクリュー３０の全体構造が図２に示されているが、大きく分けて３つの部分、即ち頭部３１、中央軸部３３及び先端の弁部３５から形成されている。更に細部の構造を説明すると、頭部３１には廻り止めピン用ピン溝３７が削成され、且つ座ぐり穴３９も穿設されている。中央軸部３３には、案内シンブル２５の図示しない端栓に螺合するねじ面４１が形成され、内部に相対的に大きい径の導孔４３が座ぐり穴３９に連続して穿設されている。弁部３５は中央軸部３３に一体的に接続した小外径の円筒形弁箱４５と内部の小径の弁球４７とから形成されている。そして、特に図３に明確に示すように、弁箱４５には開口部４９が形成され、これは図２に示すように門形に延びている。弁箱４５内の中空部５１は、小径の通水孔５３を介して導孔４３に連絡し、通水孔５３の上端部には截頭逆円錐面５５が形成されている。
【０００８】前述のシンブルスクリュー３０を組み込んだ燃料集合体２０を使用する場合、通常の運転時には原子炉冷却材即ち軽水が下方から上向きに流れ、矢印Ｆに示す如く、座ぐり穴３９、導孔４３、通水孔５３、中空部５１の順に流れ、開口部４９から案内シンブル２５の下部に流入する。この場合、弁球４７は水流に押されて浮上し、弁箱４５の天井部に張り付いた形となり、冷却材の流れを妨げないから、十分な冷却機能が得られる。これに対し、図示しない制御棒が案内シンブル２５内に急速挿入されると冷却材は図４に示す矢印Ｆのように流れる。従って、弁球４７は自重と下向き流の作用により截頭逆円錐面５５に接するが、その幾何学的形状の差から微小の冷却材が貫通する。このようにして、絞り機能が達成される。
【０００９】次に、本発明に係る別のシンブルスクリューの構造を図５及び図６を参照して説明する。図５にシンブルスクリュー６０の全体構造が示されているが、頭部６１と軸部６３を有し、弁部は頭部６１内に形成されている。図示しない案内シンブル２５の端栓に螺合するねじ面６５が軸部６３に形成され、又通水孔６７が軸部６３を軸方向に貫通して穿設されている。一方、頭部６１内には、座ぐり穴６９が形成され、螺合された廻り止めプラグ７１により閉じられている。廻り止めプラグ７１の上面には截頭逆円錐面７３、座ぐり穴６９の上面には截頭円錐面７５がそれぞれ削成され、それらの間に小径の弁球７７が入れられている。更には、通水孔６７の下端部に隣接して案内孔７９が形成され、廻り止めプラグ７１にも貫通孔８１が形成されている。このようにして、座ぐり穴６９内に入れられた弁球７７は、上下方向に移動可能であり、後述するように弁機能を呈する。一方、廻り止めプラグ７１には、貫通孔８１を横切ってピン溝８３が穿設され、組立完了後に図示しない廻り止めピンが挿入され、溶接固定される。
【００１０】前述のシンブルスクリュー６０を組み込んだ燃料集合体２０を使用する場合もシンブルスクリュー３０の場合と同様に、通常の運転時には原子炉冷却材が下方から上向きに流れ、矢印Ｆに示す如く、貫通孔８１、座ぐり穴６９、案内孔７９、通水孔６７の順に流れ、案内シンブル２５の下部に流入する。この場合、弁球７７は水流に押されて浮上し、座ぐり穴６９の天井部に張り付いた形となるが、案内孔７９があるために冷却材の流れを妨げず、十分な冷却機能が得られる。これに対し、図示しない制御棒が案内シンブル２５内に急速挿入されると冷却材は図７に示す矢印Ｆのように流れる。従って、弁球７７は截頭逆円錐面７３に接するが、その幾何学的形状の差から微小の冷却材が貫通する。このようにして、絞り機能が達成される。
【００１１】次に更に別のシンブルスクリューの実施形態を図８を参照して説明する。図８において、シンブルスクリュー９０は頭部９１と軸部９３を有する。軸部９３の外面には、図示しない案内シンブル２５の端栓に螺合するねじ面９５が形成され、更に直径ａの通水孔９７が軸方向に延びて穿設されている。この直径ａは、冷却材の流入量を調整するように選定されている。一方頭部９１内には、直径ｂの座ぐり穴９９が穿設され、中間の直径の導孔９８を介して通水孔９７に連絡している。更には直径ｃの廻り止めピン９４が径方向に延びて座ぐり穴９９内に設けられている。そしてこれらの直径ａ，ｂ，ｃは、（ａ−ｂ）／２ ＜ ａの関係を保持している。そして、このような関係から、通水孔９７の直径ａより大きい異物の流入は、シンブルスクリュー９０の入口で流入が阻止される。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば制御棒案内管へ流入する冷却材の量はシンブルスクリューの通水孔の寸法により規制され、又シンブルスクリューを通って流出する冷却材の量は弁部の形状によって規制されるから、それぞれ好適な寸法が維持され、冷却機能と絞り機能とを好適に保持することができる。又、異物の侵入も防止され、前記両機能が常に確保される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５７８７４
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−４０１８２（Ｐ２００２−４０１８２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月６日（２００２．２．６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２２８６４３（Ｐ２０００−２２８６４３） |
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