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【発明の名称】 燃料集合体の上部ノズル取付用ガイドピンユニット及びこれを用いた燃料集合体の上部ノズル取付方法
【発明者】 【氏名】児島 隆志
【要約】 【課題】制御棒案内管に対して上部ノズルに固定されたスリーブを確実かつスムーズに嵌合させる。

【解決手段】上部ノズル１に固定されたスリーブ４を制御棒案内管８に案内して嵌合するために用いられるガイドピンユニットが、先端部分２２及びストッパ部分２５をスリット２８，２８によって分割して外径が収縮可能となったガイドピン２０を備える。ガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５の軸線に沿って貫通孔２１を形成するとともに、この貫通孔２１に嵌合可能なセンターピン３０を備える。ガイドピン２０を先端側に付勢する弾性機構５０を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 下部ノズル及び支持格子に制御棒案内管が挿通されたスケルトンアセンブリに対して、燃料棒を挿入した後、上部ノズルに予め固定されたスリーブを前記制御棒案内管の先端部と嵌合してなる燃料集合体の組立に際して、前記スリーブを前記制御棒案内管の先端部に案内するために用いられるガイドピンユニットであって、前記制御棒案内管の内部に挿入可能な先端部分と、この先端部分の基端側に位置して一段拡径するストッパ部分とが形成されていて、これら先端部分及びストッパ部分がスリットによって分割されて、それらの外径が収縮可能とされたガイドピンを備えていることを特徴とする燃料集合体の上部ノズル取付用ガイドピンユニット。
【請求項２】 請求項１に記載の上部ノズル取付用ガイドピンユニットにおいて、前記ガイドピンの先端部分及びストッパ部分には、その軸線に沿う貫通孔が形成されているとともに、この貫通孔に嵌合可能なセンターピンを備えていることを特徴とする燃料集合体の上部ノズル取付用ガイドピンユニット。
【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のガイドピンユニットにおいて、前記ガイドピンを、その軸線方向の先端側に付勢する弾性機構を備えていることを特徴とする燃料集合体の上部ノズル取付用ガイドピンユニット。
【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の上部ノズル取付用ガイドピンユニットを用いた燃料集合体の上部ノズル取付方法であって、前記燃料棒が挿入されたスケルトンアセンブリに対して前記上部ノズルを位置決めした後、この上部ノズルに予め固定されたスリーブの内部に、前記ガイドピンを挿入してゆき、該ガイドピンの先端部分が前記制御棒案内管の内部に挿入されているとともに、前記ストッパ部分が前記制御棒案内管の先端に当接して該ガイドピンが係止した状態とし、その後、前記上部ノズル及びスリーブを、前記ガイドピンに沿って相対移動させることにより、前記スリーブと前記制御棒案内管の先端部とを嵌合することを特徴とする燃料集合体の上部ノズル取付方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料集合体の組立方法に関するものであり、特に制御棒案内管にスリーブを介して上部ノズルを取り付けるために用いられる上部ノズル取付用ガイドピンユニット及びこれを用いた上部ノズル取付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の燃料集合体として、例えば特開平６−３０８２６７号公報に記載のものがある。この燃料集合体１０は、図５に示すように、上部ノズル１及び下部ノズル２が所定間隔離間して配置され、これらノズル１，２の間に所定間隔をおいて複数の支持格子３が配設され、上部ノズル１にはスリーブ４が、支持格子３にはスリーブ５が、そして最下部の支持格子３にはインサート６がそれぞれ予め固定されている。
【０００３】そして、各支持格子３の格子空間には多数の燃料棒７が挿通支持されている。また、制御棒案内管８は上部ノズル１及び下部ノズル２に結合されているとともに、支持格子３の格子空間内に挿通されかつ支持格子３に結合されている。例えば、制御棒案内管８は、上部ノズル１のスリーブ４と支持格子３のスリーブ５とに嵌合されて、拡管（バルジ）操作によって固定され、拡管部Ａ，Ｂが設けられる。
【０００４】ところで、制御棒案内管８を固定するための、上部ノズル１のスリーブ４と支持格子３のスリーブ５は、組み立てられた燃料集合体１０が反応炉の中で高温（約２９０〜３２０℃）状態に保持された際、これらスリーブ４，５に固定された制御棒案内管８がまっすぐになるように設計され、形成されている。
【０００５】他方、燃料集合体１０の長手方向に直交する断面の中心を通過する中心線を中心軸Ｏとすると、常温下、例えば燃料集合体１０の組立時等において、上部ノズル１が制御棒案内管８に結合される前の状態、すなわち燃料棒７が挿入されたスケルトンアセンブリの状態では、支持格子３のスリーブ５と制御棒案内管８は、それぞれ中心軸Ｏと平行な方向に延在するように固定されている。また、上部ノズル１のスリーブ４は中心軸Ｏの周囲に所定間隔で上部ノズル１に配列されて固定されており、これに対応して制御棒案内管８も中心軸Ｏの周囲に所定間隔で支持格子３に配列されて固定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、支持格子３よりも上部ノズル１の方が熱膨張率が大きいために、常温では、上部ノズル１における中心軸Ｏの周囲の各スリーブ４は、中心軸Ｏからの距離が支持格子３における中心軸Ｏの周囲の対応する各制御棒案内管８までの距離よりも若干小さいように、互いにズレた位置に設定されている。しかもこの位置ズレの距離は中心軸Ｏから離れるに従って漸次増大するようになっている。
【０００７】したがって、上部ノズル１のスリーブ４を制御棒案内管８に嵌合させて組み立てる際、スリーブ４と制御棒案内管８との間に位置ズレがあるために、この嵌合作業を確実かつスムーズに行うことができず、作業者が手作業で上部ノズル１のスリーブ４を制御棒案内管８に導く必要が生じてしまい、組立作業に時間がかかってしまっていた。しかも、このスリーブ４を制御棒案内管８に嵌合させる作業は、燃料棒７に近接した作業となるため、被爆線量の点から考えても、より確実かつスムーズなスリーブ４の嵌合作業を行うことが望まれており、ひいては、この嵌合作業を機械的作業によって自動化することが熱望されている。
【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、制御棒案内管に上部ノズルに固定されたスリーブを確実かつスムーズに嵌合させることができる燃料集合体の上部ノズル取付用ガイドピンユニット及びこれを用いた燃料集合体の上部ノズル取付方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の上部ノズル取付用ガイドピンユニットは、下部ノズル及び支持格子に制御棒案内管が挿通されたスケルトンアセンブリに対して、燃料棒を挿入した後、上部ノズルに予め固定されたスリーブを前記制御棒案内管の先端部と嵌合してなる燃料集合体の組立に際して、前記スリーブを前記制御棒案内管の先端部に案内するために用いられるガイドピンユニットであって、前記制御棒案内管の内部に挿入可能な先端部分と、この先端部分の基端側に位置して一段拡径するストッパ部分とが形成されていて、これら先端部分及びストッパ部分がスリットによって分割されて、それらの外径が収縮可能とされたガイドピンを備えていることを特徴とする。また、本発明による上部ノズル取付方法は、本発明の上部ノズル取付用ガイドピンユニットを用いた上部ノズル取付方法であって、前記燃料棒が挿入されたスケルトンアセンブリに対して前記上部ノズルを位置決めした後、この上部ノズルに予め固定されたスリーブの内部に、前記ガイドピンを挿入してゆき、該ガイドピンの先端部分が前記制御棒案内管の内部に挿入されているとともに、前記ストッパ部分が前記制御棒案内管の先端に当接して該ガイドピンが係止した状態とし、その後、前記上部ノズル及びスリーブを、前記ガイドピンに沿って相対移動させることにより、前記スリーブと前記制御棒案内管の先端部とを嵌合することを特徴とする。
【００１０】このような本発明によれば、たとえ、上部ノズルのスリーブと制御棒案内管との位置ズレが生じていた場合であっても、ガイドピンの先端部分の外径が収縮するような弾性変形が可能となっているため、上部ノズルのスリーブと制御棒案内管との嵌合作業を確実かつスムーズに行うことが可能となる。また、スリーブの内部には、このスリーブの上部ノズルに対する溶接部分が存在して内径が局所的に小さくなっている箇所があるが、本発明においては、ガイドピンのストッパ部分の外径も収縮可能となっていることにより、無理な力を加えることなく、ガイドピンのストッパ部分がスリーブの溶接部分を通過することが可能となる。
【００１１】また、本発明のガイドピンユニットは、前記ガイドピンの先端部分及びストッパ部分には、その軸線に沿う貫通孔が形成されているとともに、この貫通孔に嵌合可能なセンターピンを備えていることを特徴とする。このような本発明によれば、ガイドピンの先端部分が制御棒案内管の内部に挿入され、ストッパ部分によってガイドピンが係止している状態で、センターピンをガイドピンの貫通孔に沿って挿入させていくことにより、ガイドピンのストッパ部分の外径をスリーブの内径と一致させるとともに、先端部分の外径を制御棒案内管の内径に一致させることが可能となり、これにより、上部ノズル及びスリーブを制御棒案内管に向けて移動させる工程をより確実かつスムーズに行うことができる。
【００１２】また、本発明のガイドピンユニットは、前記ガイドピンを、その軸線方向の先端側に付勢する弾性機構を備えていることを特徴とする。このような構成とすると、複数の制御棒案内管のそれぞれの先端同士の間に、中心軸方向のズレが生じていた場合であっても、ガイドピンの先端部分を確実に制御棒案内管の内部に挿入できるとともに、ストッパ部分によって係止することが可能となり、上部ノズルのスリーブと制御棒案内管との嵌合作業をより確実に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明するが、上述の先行技術と同一または同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図１（ａ）は本実施形態による上部ノズル取付用ガイドピンユニットのガイドピンを示す要部拡大斜視図、（ｂ）は同ガイドピンの要部拡大側面図である。
【００１４】本実施形態による上部ノズル取付用ガイドピンユニットのガイドピン２０は、図１に示すように、軸線Ｐを中心とした略多段円筒状を呈するものであり、その軸線Ｐに沿って、ガイドピン２０の先端から基端まで（後述する先端部分２２及びストッパ部分２５を含んで）貫通する貫通孔２１が形成されている。ガイドピン２０の先端部分２２は、制御棒案内管８の内径と一致するような外径ｄをもつ略円筒状に形成されており、この先端部分２２の先端面２３には面取りが施されて面取り部分２４が形成されている。
【００１５】また、先端部分２２のすぐ基端側には、先端部分２２の外径ｄよりも一段拡径していて、上部ノズル１のスリーブ４の内径と一致するとともに、制御棒案内管８の外径と一致するような外径Ｄをもつストッパ部分２５が、ガイドピン２０の軸線Ｐ側に一段凹んだ凹溝を介して形成されている。このストッパ部分２５と先端部分２２との接続部分は滑らかに接続されておらず、ストッパ部分２５には、ガイドピン２０の軸線Ｐ方向の先端側を向く係止壁２６が形成されている。
【００１６】そして、ストッパ部分２５のすぐ基端側には、ガイドピン２０の基端側に向かうにしたがい滑らかに縮径していくテーパ部分２７が形成されており、このテーパ部分２７によって、ストッパ部分２５とガイドピン２０の基端側部分２９とが接続されている。なお、ガイドピン２０の基端側部分２９の外径ｄ１は、先端部分２２の外径ｄよりも僅かに小さくなるように設計されている。
【００１７】さらに、ガイドピン２０は、その先端面２３（先端部分２１の先端面２３）から基端側に向けて２つのスリット２８，２８が切り欠かれており、これら２つのスリット２８，２８は、先端部分２２からストッパ部分２５を越えてテーパ部分２７の基端側まで延びるように形成されているとともに、軸線Ｐで互いに直交するように交差している。それゆえ、２つのスリット２８，２８は、ガイドピン２０の貫通孔２１と連通している。２つのスリット２８，２８によって、ガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５が４等分割され、これら先端部分２２及びストッパ部分２５の外径ｄ，Ｄが収縮可能となっている。
【００１８】次に、以上のような構成とされたガイドピン２０を備えるガイドピンユニットを用いた上部ノズル取付方法を説明する。図２及び図３は本実施形態による上部ノズル取付用ガイドピンユニットを用いた上部ノズルの取り付けの様子を工程順に示す要部説明図である。
【００１９】まず、下部ノズル１及び支持格子３に制御棒案内管８が挿通されたスケルトンアセンブリに燃料棒７を挿入した後の状態において、図２（ａ）に示すように、制御棒案内管８に対して、上部ノズル１に溶接で固定されたスリーブ４が対向するように上部ノズル１を位置決めする。この上部ノズル１は、その厚み方向を貫通する孔にそれぞれスリーブ４が嵌挿され、スリーブ４の端部が溶接されて固定されているものであるが、スリーブ４の上部ノズル１に対する溶接部分４Ａは、スリーブ４の内部側に丸みを帯びて突出するようになっているため、スリーブ４の入り口部分の内径が、スリーブ４の内径に比べて小さくなっている。
【００２０】次に、ガイドピン２０の先端部分２２が、上部ノズル１及びスリーブ４を間に挟んで、制御棒案内管８の先端部に対向するようにガイドピンユニットを位置決めして、上部ノズル１の後方側（図２及び図３における左側）に配置した後、ガイドピンユニットに備えられた後述する押し出し機構４０によって、ガイドピン２０を制御棒案内管８側に向かって近接するように前進させていく。そして、ガイドピン２０の先端部分２２が、上部ノズル１のスリーブ４の内部に挿入させられ、続いて、その基端側に位置するストッパ部分２５が上部ノズル１のスリーブ４の内部に挿入させられていく。
【００２１】ここで、ガイドピン２０のストッパ部分２５の外径Ｄは、スリーブ４の内径に一致するような大きさに設定されているため、溶接部分４Ａが形成されて内径が小さくなっているスリーブ４の入り口部分よりも、ストッパ部分２５の外径Ｄが大きいことになる。
【００２２】しかしながら、ガイドピン２０におけるストッパ部分２５及び先端部分２２が、スリット２８，２８によって４等分割されて、ストッパ部分２５及び先端部分２２を構成するそれぞれ４つの部材が、それぞれガイドピン２０の軸線Ｐに近づく方向に弾性変形することが可能、すなわち、ストッパ部分２５及び先端部分２２の外径Ｄ，ｄが収縮可能となっており、これに加えて、スリーブ４の溶接部分４Ａが丸みを帯びて形成されているために、図２（ｂ）に示すように、この溶接部分４Ａがストッパ部分２５を構成する４つの部材を軸線Ｐ側に押圧し、ストッパ部分２５の外径Ｄが収縮するので、ガイドピン２０において一番外径の大きいストッパ部分２５が、無理な力を加えずともスリーブ４の内部を通過させられることが可能になる。
【００２３】そして、ストッパ部分２５がスリーブ４の溶接部分４Ａを通過し、この溶接部分４Ａが、ストッパ部分２５のすぐ基端側に位置するテーパ部分２７にまで至った際には、図２（ｃ）に示すように、溶接部分４Ａによるストッパ部分２５への押圧が解除され、これにより、ストッパ部分２５及び先端部分２２が、自身の復元力によって溶接部分４Ａで押圧される以前に近い状態にまで戻ることになる。このとき、溶接部分４Ａによって押圧されて変形していたガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５は、完全に元の状態まで戻らず、それら先端部分２２及びストッパ部分２５の外径ｄ，Ｄが、多少収縮して小さくなっている状態に維持される。
【００２４】さらに、押し出し機構４０によって、ガイドピン２０を前進させることにより、図２（ｄ）に示すように、ガイドピン２０の先端部分２２が、制御棒案内管８の内部に挿入させられ、その後、ストッパ部分２５の係止壁２６が、制御棒案内管８の先端に当接することによって、ガイドピン２０が制御棒案内管８に係止した状態となる。
【００２５】ここで、本実施形態によるガイドピンユニットのガイドピン２０は、その先端部分２２の外径ｄが、上述したように多少収縮して小さくなっているのに加えて、先端部分２２の外径ｄが収縮するような弾性変形が可能となっていることから、燃料集合体１０の中心軸Ｏから上部ノズル１と制御棒案内管８までの距離が互いにズレるように配置させられていても、確実かつスムーズにガイドピン２０の先端部分２２を制御棒案内管８の内部に挿入させることが可能となる。
【００２６】このとき、図２（ｄ）に示す状態においては、ガイドピン２０の先端部分２２は、その外径ｄが多少収縮して小さくなっているため、制御棒案内管８の内周と一致することはなく多少隙間が形成されている。また、同じくガイドピン２０のストッパ部分２５も、その外径Ｄが多少収縮して小さくなっているため、制御棒案内管８の外径よりも小さくなり、ストッパ部分２５の外周面と制御棒案内管８の外周面とが滑らかに連続せずに段差が形成されることとなり、後の工程における上部ノズル１のスリーブ４のスムーズな嵌合が阻害されるおそれが生じる。そこで、本実施形態におけるガイドピンユニットでは、ガイドピン２０の貫通孔２１に、その基端側から先端側に向けてセンターピン３０を挿入していくことになる。
【００２７】このセンターピン３０は、略多段円柱状を呈するものであり、その先端部分３１が一段拡径していて、ガイドピン２０の貫通孔２１の内径に一致する外径をもち、貫通孔２１に嵌合するように形成されている。そのため、図２（ｅ）に示すように、センターピン３０の先端部分３１が、ガイドピン２０の先端部分２２の内部まで達したときには、このセンターピン３０の先端部分３１が、多少収縮してしまったガイドピン２０の先端部分２２を、径方向外側に押し出すことにより、ガイドピン２０の先端部分２２の外径ｄが、溶接部分４Ａによって押圧され収縮させられる以前の状態にまで拡径される。また、ストッパ部分２５も同じく、その外径Ｄが収縮させられる以前の状態にまで拡径される。
【００２８】それゆえ、制御棒案内管８の内部に挿入させられているガイドピン２０の先端部分２２が制御棒案内管８の内周に一致して嵌合するとともに、制御棒案内管８の先端に当接しているストッパ部分２５の外径Ｄが、制御棒案内管８の外径と一致して、ストッパ部分２５の外周面と制御棒案内管８の外周面とが段差を形成することなく滑らかに接続され、これにより、スリーブ４の滑らかな嵌合作業を促すことができる。
【００２９】そこで、上部ノズル１及びスリーブ４を、ガイドピン２０に沿って移動させ、制御棒案内管８に近接させていくことにより、図３（ｆ）に示すように、上部ノズル１に固定されたスリーブ４の先端が制御棒案内管８の先端部に嵌合させられる。この状態において、図３（ｇ）に示すように、ガイドピン２０の貫通孔２１に挿入されているセンターピン３０を後退させることにより、ガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５が再び収縮可能となり、先端部分２２の制御棒案内管８の内径に対する嵌合及びストッパ部分２５のスリーブ４に対する嵌合が解除される。
【００３０】そして、図３（ｈ）に示すように、ガイドピン２０を後退させて取り外すと、上部ノズル１のスリーブ４と制御棒案内管８の先端同士が僅かに嵌合している状態となる。その後、図３（ｉ）に示すように、上部ノズル１及びスリーブ４を、制御棒案内管８側に向けて押し出し、スリーブ４と制御棒案内管８の先端部とを完全に嵌合させる。最後に、拡管（バルジ）操作を行うことにより、上部ノズル１のスリーブ４と制御棒案内管８の先端部とが結合して固定され、燃料集合体１０が完成する。
【００３１】ところで、制御棒案内管８は、通常４ｍ程度の長さをもって形成されているため、支持格子３のスリーブ５に固定された複数の制御棒案内管８において、燃料集合体１０の中心軸Ｏ方向の長さに、互いにバラつきが生じているおそれがあり、この制御棒案内管８の数に対応した複数のガイドピン２０を有するガイドピンユニットを用いて上部ノズル１の各スリーブ４の嵌合作業を同時に行うと、各ガイドピン２０の先端部分２２が、各制御棒案内管８の内部に完全に挿入されず、上部ノズル１の各スリーブ４の円滑な嵌合作業を行うことができないおそれがある。例えば、２つの制御棒案内管８について考慮した場合には、制御棒案内管８の先端が、図４に示すように、中心軸Ｏ方向で距離ａのズレを生じている場合がある。そこで、本実施形態におけるガイドピンユニットでは、図４に示すように、ガイドピン２０の押し出し機構４０に、ガイドピン２０を軸線Ｐ方向の先端側へ付勢する弾性機構５０を備えていることを特徴とする。
【００３２】ガイドピン２０の押し出し機構４０は、２枚の板状部材が組み合わされて構成されたものであり、この押し出し機構４０にガイドピン２０の基端側部分２９が接続されることにより、ガイドピン２０を制御棒案内管８側に近接する方向に前進させることが可能となっている。そして、この押し出し機構４０には、ガイドピン２０をその軸線Ｐ方向の先端側へ付勢する弾性機構５０が備えられている。弾性機構５０は、例えばバネ５１からなる弾性体が、押し出し機構４０に接続されたガイドピン２０の基端を押圧するように配置したものであり、ガイドピン２０をその軸線Ｐ方向の先端側に付勢している。なお、ガイドピン２０の基端側部分２９の最基端には、止め板２９Ａが装着されていて、ガイドピン２０の押し出し機構４０からの抜け止め防止の働きをなしている。
【００３３】これにより、たとえ、複数の制御棒案内管８の先端同士の位置に、中心軸Ｏ方向のズレが生じていた場合であっても、ガイドピン２０を軸線Ｐ方向の先端側に付勢する弾性機構５０によって、その位置ズレを吸収でき、ガイドピン２０の先端部分２２を制御棒案内管８に対して確実に挿入することが可能となる。
【００３４】以上、説明したように、本実施形態によれば、上部ノズル１のスリーブ４を制御棒案内管８に嵌合させる作業を確実かつスムーズに行うことが可能となり、作業者が手作業で上部ノズル１のスリーブ４を制御棒案内管８に導く必要がなくなり、それゆえ、この上部ノズルの取付作業を機械的作業によって自動化したとしても不具合を生じることがなく、組立時間の短縮を図ることができるとともに、被爆のおそれをなくすことができる。
【００３５】なお、本実施形態によるガイドピンユニットは、スリーブ４の溶接部分４Ａによって収縮させられたガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５を拡径するのに、センターピン３０を用いたが、これに限定されることなく、ガイドピン２０の先端部分２２及びストッパ部分２５を分割するスリット２８に、例えばゴムなどの弾性体を充填することも可能である。また、スリーブ４の溶接部分４Ａによる収縮を回避するために、予め先端部分２２及びストッパ部分２５を絞ったガイドピン２０を用いておき、ストッパ部分２５の係止壁２６が制御棒案内管８の先端に当接した後に、センターピン３０で拡径する方法でもよい。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、上部ノズルのスリーブを制御棒案内管に嵌合させる作業をより確実かつスムーズに行うことが可能となるため、従来のように作業者が手作業で上部ノズルのスリーブを制御棒案内管に導くことが不要となり、したがって、この上部ノズルの取付作業を機械的作業によって自動化したとしても何ら不具合を生じることがなく、組立時間の短縮を図ることができるとともに、被爆のおそれをなくすことができる。
【出願人】 【識別番号】０００１７６７９６
【氏名又は名称】三菱原子燃料株式会社
【出願日】 平成１３年５月２４日（２００１．５．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外６名）
【公開番号】 特開２００２−３５０５８５（Ｐ２００２−３５０５８５Ａ）
【公開日】 平成１４年１２月４日（２００２．１２．４）
【出願番号】 特願２００１−１５５６８５（Ｐ２００１−１５５６８５）