(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料集合体用の補修スリーブであって、シャフトを具備する補修スリーブにおいて：
該シャフトは、第一端部、第二端部及び直径を備えており、該直径は該核燃料集合体の頂部ノズルのガイドシンブルの開口部の中に嵌合するように形成されていて、該シャフトの該直径は、該シャフトの外部が該ガイドシンブルの該開口部の中にぴったり嵌合するように寸法化されており、該シャフトが少なくとも二つの開口部を有しており、該開口部の各々は、該シャフトの該第一端部に向いている第一の閉鎖端部と、該シャフトの該第二端部に向いている第二の閉鎖端部と、該開口部の各々を二つの部分に分割しながら各々の該開口部の該第一の閉鎖端部と該第二の閉鎖端部とを橋渡しするように、該開口部各々の該第一の閉鎖端部と該第二の閉鎖端部とを連結するテンドンとを備えており、
該テンドンは、該テンドンに水平荷重が作用する場合に曲がるように形成されており、該テンドンの各々は、ガイドシンブルスリーブのくぼみ部分の中に挿入されるべく形成された少なくとも一つの突出部を有していて、該シャフトは、該核燃料集合体のシンブル挿入アセンブリを内部に受容するべく形成されており、該少なくとも二つのテンドンは、該シンブル挿入アセンブリが取り付けられている時に過重を受けて曲がることがないようになっている、
補修スリーブ。
【請求項２】
該シャフトが少なくとも四つの開口部を形成されている、請求項１に記載の補修スリーブ。
【請求項３】
該スリーブがステンレス鋼で作られている、請求項１に記載の補修スリーブ。
【請求項４】
該テンドン各々の該突出部が、ガイドシンブルスリーブと接触するための第一傾斜接触面を有している、請求項１に記載の補修スリーブ。
【請求項５】
該テンドン各々の該突出部以外における該補修スリーブの該直径は一定寸法である、請求項１に記載の補修スリーブ。
【請求項６】
該シャフトと接続する重なったエッジであって、該第一端部に位置している重なったエッジをさらに具備する、請求項１に記載の補修スリーブ。
【請求項７】
該重なったエッジが、頂部の該ガイドシンブルの該開口部における直径より大きな直径に形成されている、請求項６に記載の補修スリーブ。
【請求項８】
該重なったエッジが該頂部ノズルの頂部表面と接触するべく形成されている、請求項６に記載の補修スリーブ。
【請求項９】
核燃料集合体の補修方法が：
補修スリーブを提供する段階であって、該補修スリーブはシャフトを備えていて、該シャフトは、第一端部、第二端部及び直径を備えており、該直径は核燃料集合体の頂部ノズルのガイドシンブルの開口部のガイドシンブルの中に嵌合するように形成されていて、該シャフトの該直径は、該シャフトの外部が該ガイドシンブルの該開口部の中にぴったり嵌合するように寸法化されており、該シャフトが少なくとも二つの開口部を有しており、該開口部の各々は、該シャフトの該第一端部に向いている第一の閉鎖端部と、該シャフトの該第二端部に向いている第二の閉鎖端部と、該開口部の各々を二つの部分に分割しながら各々の該開口部の該第一の閉鎖端部と該第二の閉鎖端部とを橋渡しするように、該開口部各々の該第一の閉鎖端部と該第二の閉鎖端部とを連結するテンドンとを備えており、
該テンドンは、挿入中に該テンドンに水平荷重が作用する場合に曲がるように形成されており、該テンドンの各々は、ガイドシンブルスリーブのくぼみ部分の中に挿入されるべく形成された少なくとも一つの突出部を有していて、該補修スリーブが、該核燃料集合体の該頂部ノズルの最上部に取り付け用の重なった線を有している段階と、
提供された該補修スリーブの該シャフトの該第二端部を該核燃料集合体の該頂部ノズルにおける該ガイドシンブルの該開口部の該ガイドシンブルの中に挿入する段階であって、該ガイドシンブルは該頂部ノズルに接続されており、該テンドンの該第一端部及び外開口部の第一の閉鎖端部が該ガイドシンブルに挿入され以前に、該テンドンの該第二端部と該テンドンの該突出部と該開口部の該第二の閉鎖端部とが該ガイドシンブルの中へ挿入されるようになっている段階と、
シンブル挿入アセンブリを該提供された補修スリーブの内部に挿入する段階と、
を含んでいる補修方法。
【請求項１０】
該シンブル挿入アセンブリを該補修スリーブの内部に挿入する該段階が、該補修スリーブの水平方向へのさらなる曲りを防止するようになっている、請求項９に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉用核燃料集合体交換に関する。より詳しくは、本発明は、核燃料集合体を吊り上げる際の力の構造的伝達を果すために、核燃料集合体に頂部ノズル補修スリーブを取りつけるための方法と装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の原子炉は核燃料集合体形状の燃料を使用している。核燃料集合体は、一般にペレット状で積層された二酸化ウランのマトリックスで構成されている。積層されたペレットは、それぞれの外表面をジルコニウム金属合金でクラッドされていて、そのクラッドは二酸化ウランと原子炉冷却剤との間の直接接触を防止している。ジルコニウム金属合金によりクラッドされたペレットで形成された燃料棒は、核燃料材料の密なパッキングを可能にするべく格子配列構造体に並列配列で設置されている。核燃料集合体の頂部及び底部とに、それぞれ頂部ノズルと底部ノズルとが設置されていて、冷却剤が、核燃料により発生された熱を除去するために核燃料集合体の中を通して分流されるようになっている。
【０００３】
産業界における経験において、核燃料集合体は、核燃料集合体の頂部ノズル区画の近傍において劣化することが判明してきた。頂部ノズルは、頂部ノズルと核燃料集合体の残りの部分との間に構造的接続を確立するべく、内部シャフト（即ちガイドシンブル）と接続されている。
産業界の経験において、頂部ノズルとガイドシンブルとの間の接続は一般にガイドシンブルスリーブの形状であって、核燃料集合体の連続使用を通して応力腐蝕割れに対して弱体であることが判明してきた。原子炉の燃料交換が行なわれ、そして減損核燃料集合体が炉心から除去あるいは炉心において再配列される場合、各核燃料集合体は燃料交換機あるいはポーラークレーンを用いて原子炉から吊り上げ及び／又は取り出される。頂部ノズルとガイドシンブルとの間に確立されたサポート構造体の劣化は、減損核燃料集合体の移動を妨げている。というのは、核燃料集合体が自重を吊り上げるのに構造的に適切なものとなっていないからである。核燃料集合体の吊り上げ前の検査中に、もし核燃料集合体において、ガイドシンブルの構造的荷重経路に応力腐蝕割れあるいは他の欠陥が発見されると、核燃料集合体が部分的に移動されるか、特別な吊り上げ装置が核燃料集合体を吊り上げるために作られるか、又は核燃料集合体を吊り上げることを可能にするために大規模で時間のかかる構造的補修が行なわれる。応力腐蝕割れを直す現状の補修の代案は、度々原子炉の再起動を遅らせ、従って原子炉オーナーに対して経済的コストの増大をもたらしている。
【０００４】
損傷した核燃料集合体を安全に吊り上げることができるように、損傷した核燃料集合体を補修するための方法と装置を提供する必要がある。
【０００５】
頂部ノズル、ガイドシンブルスリーブ及びガイドシンブルのような区域に応力腐蝕割れの発生した核燃料集合体のための永久的な補修を行なう方法と装置を提供する必要がある。
【０００６】
補修を迅速かつ効率的に行うことのできるような、損傷した核燃料集合体補修用の経済的に有効な方法と装置を提供する必要がある。
【０００７】
放射性の損傷した核燃料集合体を補修するための装置と方法を提供する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、損傷した核燃料集合体を安全に吊り上げることができるように、損傷した核燃料集合体を補修するための方法と装置を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、頂部ノズル、ガイドシンブルスリーブ及びガイドシンブルのような区域に応力腐蝕割れの発生した核燃料集合体のための永久的な補修を行なう方法と装置を提供することである。
【００１０】
本発明の目的は、補修を迅速かつ効率的に行うことのできるような、損傷した核燃料集合体補修用の経済的に有効な方法と装置を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、放射性の損傷した核燃料集合体を補修するための装置と方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のこれら及び他の目的は、図示され説明されるように達成されている。本発明は、核燃料集合体用の補修スリーブを提供している。本発明は、シャフトと少なくとも二つのテンドンとを具備している。該シャフトは、第一端部、第二端部及び直径を備えており、該直径は核燃料集合体の頂部ノズルのガイドシンブルの開口部の中に差し込めるべく形成されていて、該シャフトの該直径は、該シャフトの外部が該ガイドシンブルの該開口部の中に容易に差し込めるように寸法化されており、該シャフトが少なくとも二つの開口部を有している。該少なくとも二つのテンドンは、該少なくとも二つの開口部を通って延伸していて、該テンドンは、該テンドンに水平荷重が作用する場合曲がるべく形成されており、該テンドンは、ガイドシンブルスリーブのくぼみ部分の中に挿入されるべく形成されたくぼみを有していて、該シャフトは、該核燃料集合体のシンブル挿入アセンブリを内部に受容するべく形成されており、該少なくとも二つのテンドンは、制御用コンポーネントを取り付ける場合、荷重で曲がらないようになっている。
【００１３】
本発明はさらに核燃料集合体の補修方法を提供している。核燃料集合体の補修方法が、補修スリーブを提供する段階を提供していて、該補修スリーブはシャフトと少なくとも二つのテンドンとを備えていて、該シャフトは、第一端部、第二端部及び直径を備えており、該直径は核燃料集合体の頂部ノズルのガイドシンブルの開口部の中に差し込めるべく形成されていて、該シャフトの該直径は、該シャフトの外部が該ガイドシンブルの該開口部の中に容易に差し込めるように寸法化されており、該シャフトが少なくとも二つの開口部を有しており；該少なくとも二つのテンドンは、該少なくとも二つの開口部を通って延伸していて、該テンドンは、該テンドンに水平荷重が作用する場合曲がるべく形成されており、該テンドンは、ガイドシンブルスリーブのくぼみ部分の中に挿入されるべく形成されたくぼみを有している。補修方法が、該テンドンの該くぼみが該ガイドシンブルスリーブの該くぼみの中へ突出するように、該補修スリーブを該核燃料集合体の該頂部ノズルにおける該ガイドシンブルの該開口部に挿入する段階と；制御用コンポーネントを該補修スリーブの内部に挿入する段階と；をさらに含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に補修スリーブ１０が図示されていて、補修スリーブ１０は核燃料集合体における構造的荷重伝達を果するのに使用される。応力腐蝕割れにより生じた構造的欠陥は、例えば運転員が核燃料集合体を移動することへの制限となる。というのはこれらの構造的欠陥が核燃料集合体を安全に吊り上げることに悪影響を与えるからである。構造的欠陥は、頂部ノズル１２をガイドシンブル２２と接続するスエージ部分（swaged area）１８によく見受けられる。
【００１５】
補修スリーブ１０がシャフト１４を有していて、そのシャフト１４は、核燃料集合体の頂部ノズル１２を介しての核燃料集合体ボデからの力の構造的荷重伝達を可能にするべく形成されている。補修スリーブには、第一端部２４と第二端部２６とで形成されている。第二端部２６は核燃料集合体の頂部ノズル１２におけるノズル開口部３０の中へ挿入されるべく形成されている。第一端部２４は、必要に応じて吊り上げコンポーネントとの接続を可能とするために、頂部ノズル５２の頂部表面３８から突出している。第一端部２４は、取付け機が第一端部２４を第二端部２６から容易に区別できるように、形成されている。区別は、外向きにフレアーとなっている端部のような幾何学的形状の相違により、又は穴の有無により、又は第一端部２の外部へのマーギングにより行なわれている。図１に図示する形状は例示の実施形態であって変更が可能である。
【００１６】
補修スリーブ１０のシャフト１４は、核燃料集合体吊り上げ時における剛性を可能とするために、例えばステンレス鋼で作られている。インコネル、ステンレス鋼及びジルコニウム合金のような他の材料が、核燃料集合体材料と補修スリーブ１０との間での電食作用の可能性を排除あるいは低減する材料と同様に使用されてる。補修スリーブ１０用に選択された材料は、補修スリーブ１０をガイドシンブルスリーブ３２とガイドシンブル２２とに結合された頂部ノズル１２に挿入する際材料の永久塑性変形を示めすものではない。
【００１７】
シャフト１４には、複数のスリーブ開口部２８が形成されている。スリーブ開口部２８の数はシャフト１４に対して変更されてもよい。テンドン２０がスリーブ開口部２８を二つの部分に分割して設置されている。テンドンの幅４０は、テンドン２０の全体的な物理的寸法を変更できるように変更することができる。テンドン２０には、ガイドシンブルスリーブ３２におけるくぼみ部分３４における開口と一致しているくぼみ１６が形成されている。図１における実施形態は第一くぼみ部分３４とテンドン２０のくぼみ１６との間の接続を図示している。しかしながら、補修スリーブ１０は、テンドン２０のくぼみ１６が核燃料集合体のガイドシンブルのさらに内側の第二あるいは第三くぼみ部分へと延伸するように選択された全長であってもよい。くぼみ１６を除いたスリーブ１０の直径は一定値である。
【００１８】
くぼみ部分３４の中へ突出しているくぼみ１６の長さは、くぼみ部分３４により形成されている全体形状にぴったり合うように形成されている。くぼみ１６は台形状、半球状あるいは他の適切な形状に形成されていてもよい。くぼみ部分３４と接触するくぼみ１６の数は、多少のサポート構造体が確立できるように変更されてもよい。テンドン２０当りのくぼみ１６の数も変更されてもよい。テンドンの長さは、テンドン２０が、追加のサポート構造体継手を提供する複数のくぼみ部分へかつそれらの間に延在するように選択されていてもよい。
【００１９】
補修スリーブ７０の第二実施形態を図２に図示する。補修スリーブ７０はシャフト７２を有している。補修スリーブ７０は第一端部５６と第二端部５８とを有している。第二端部５８は、頂部ノズル５２のガイドシンブル開口部の中に挿入するべく形成されている。補修スリーブ７０の第一端部５６は、頂部ノズル５２の頂部外表面７４を超えて延伸している重なったエッジ（laped edge）５４に形成されている。重なったエッジ５４は、ガイドシンブル５０用の頂部ノズル５２における開口部の外径より大きな外周囲となる外径を有している。円形の重なったエッジ５４として例示されているけれども、例えば正方形、六角形又は八角形のような他の形状も可能である。結局、重なったエッジ５４は、補修スリーブ７０を頂部ノズル５２に取りつける際に形成されてる。代りに、重なったエッジ５４は補修スリーブ７０の取り付け前に形成されてもよい。
【００２０】
くぼみ６０は補修スリーブ７０のテンドン６６に形成されている。テンドン６６の長さは、くぼみ６０がガイドシンブル５０及びガイドシンブルスリーブ５８とのスエッジ部分７８から形成されたくぼみ部分７６に設置されるように選択されている。くぼみ６０とくぼみ部分７６との間における接触は、特定の力の伝達を可能にしている。第一実施形態と同様に、補修スリーブ７０は、スリーブ７０の全長がガイドシンブル５０における複数のくぼみ部分に達してもよいように修正されてもよい。くぼみ６０は半球形状、台形状、又は他の形状のようないずれの幾何学的形状に形成されてもよい。
【００２１】
補修スリーブ１０の構造的支持荷重のグラフを図３に図示する。グラフの垂直軸は、補修スリーブ１０の支持荷重を表わしている。グラフの水平軸は、補修スリーブの全体位置を図示している。例示されているように、補修スリーブは変位の増加に対応して荷重の増大もたらしている。そして支持荷重は最大値に達した後に低下している。支持荷重は、へこみ部分へのへこみの侵入度合に関連している。へこみにおけるより大きな侵入度合はより大きな支持荷重を可能としている。
【００２２】
本発明は、核燃料集合体の上部あるいは頂部ノズルを内部ガイドシンブルに取りつけるために現状の核燃料集合体と係合するサポート構造体を提供している。必要に応じて、多数の補修スリーブが、核燃料集合体の荷重の一部だけを伝達するために使用されてもよい。
【００２３】
この継手は、個々の燃料棒を所望する安全率で吊り上げることを可能にするために核燃料集合体の吊り上げの際に使用される。シャフト１４は、テンドン６６がくぼみ部分の中へ入り込むことを可能にするべくくぼみ部分の位置において分割される。
【００２４】
補修スリーブ１０は操作可能に提供されている。補修スリーブ１０は、テンドン２０のくぼみ１６がガイドシンブルスリーブのくぼみ部分３４の中へ突出するように、核燃料集合体の頂部ノズル１２におけるガイドシンブル開口部の中へ挿入される。放射線環境下においてスリーブを設置するためにロボット装置又は遠隔式デリバリ工具により行なわれてもよいし、あるいはクレーンを使用して行なってもよい。工具は、単一あるいは複数のスリーブを一回で供給するために、そしてスリーブを係合位置に取り付けるために形成されている。頂部ノズル１２へのスリーブ１０の挿入は、スリーブ１０のテンドン２０がスリーブ１０の中心線に向かって内向きに曲げるようになっている。つづいて、スリーブの挿入はスリーブ１０のくぼみ１６がスエッジ部分１８のくぼみ部分３４と交差するまで続行される。さらに、スリーブのテンドン２０は、くぼみ１６がくぼみ部分３４の中へ突出することを可能にするべく、スリーブ１０の中心線から広がり離間する。続いて、核燃料集合体のシンブル挿入アセンブリ（制御用コンポーネント、ＢＰＲＡ、ＷＡＢＡ、プラグ）が、補修スリーブ１０の内部に挿入される。補修スリーブ１０の中にシンブル挿入アセンブリを取付けることは、くぼみ１６が、補修スリーブ１０の塑性変形によりくぼみ部分３４から出ることを防止している。従って構造的接続がくぼみ１６とくぼみ部分３４との間に確立される。第一端部２４は頂部ノズル１２から延伸するべく形成されてもよいし、又は所望する幾何学的形状が確立されるように操作されてもよい。
【００２５】
補修スリーブ１０は、補修スリーブ１０の内部から制御用コンポーネントを取り出すことにより、ガイドシンブル２２から除去される。続いて補修スリーブ１０の第一端部１４は、スリーブ１０のテンドンが曲がりくぼみ１６がくぼみ部分３４から取りはずされるように、引かれる。
【００２６】
本発明は、核燃料集合体を吊り上げるための他の方法及び装置とに対していくつかの利点を提供するものである。補修スリーブの取り付けは、経済的支出を押えて迅速かつ効率的に実施することができる。さらに、補修スリーブは遠隔地点から取り付けることができ、従って補修スリーブを取り付ける作業員に対する放射線被ばくを限定したものにすることができる。補修スリーブの取り付けは、複雑ではない工具を用いて実施することができるので、従って当業者においては最小の特別訓練でスリーブを取り付けることができる。本発明は可動部が最小であり、従って補修スリーブの全寿命中にわたっての損傷の可能性が限定されたものとなっている。本発明は、苛酷な環境において秀れたものとて公知な材料を使用しており、従って施設における、核燃料集合体のさらなる劣化を限定し、原子炉コンポーネントへの悪影響を限定している。本発明は、さらに異なるアタッチメント形状と構造的支持荷重とを可能にするべく種々の形状と適合することができるようになっている。本発明は、さらに取り付けた状態での目視検査によるスリーブの検査を可能にしている。
【００２７】
補修スリーブは、その比較的小型サイズであるからといって、核燃料集合体全体の圧力損失に悪影響を与えるものではない。さらに、補修スリーブの小型サイズは核燃料集合体の放射性廃棄物の量を限定したものにしている。さらに補修スリーブ１０はさらなるサポートを提供するために核燃料集合体に取りつけることもできる。
【００２８】
前述の明細書において、特定の例示の実施形態を参照して本発明が説明されてきた。しかしながら、特許請求の範囲に規定されるような、本発明の精神と範囲とを逸脱することなく種々の修正及び変更が行なわれてもよいことは明瞭である。従って、明細書及び図面は、説明用のものであって限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明における補修スリーブの縦断面図である。
【図２】図２は、補修スリーブの第二実施形態の縦断面図である。
【図３】図３は、補修スリーブの構造的支持荷重を図示するグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１０    補修スリーブ
１２    頂部ノズル
１４    シャフト
１６    くぼみ
２０    テンドン
２２    ガイドシンブル
３２    ガイドシンブルスリーブ
３４    くぼみ部分
【図１】
0004662759.tif 000002
【図２】
0004662759.tif 000003
【図３】
0004662759.tif 000004