(57)【要約】【課題】制御棒案内シンブルにおける残留応力の発生を抑制することができ、ねじれや傾きが小さく真直度が高い燃料集合体を容易に製造できる。【解決手段】下端側にフランジ部を有する保持ロッドと、制御棒案内シンブルに挿入可能な筒状に形成され、保持ロッドに外嵌されたインナーチューブと、インナーチューブの回転を規制する回転規制手段と、インナーチューブの上端側に形成され、保持ロッドをインナーチューブに対して相対的に上下方向に移動させる昇降手段と、フランジ部よりも上方の保持ロッドに外嵌された保持ゴムと、下端側に雌ねじと係合する係合部を有し、インナーチューブに外嵌されたアウターチューブと、アウターチューブの上端側に形成され、係合部を操作して雌ねじを締め付ける締結手段とを備えている燃料集合体の組立治具。また、燃料集合体の組立治具を使用した燃料集合体の組立方法。【選択図】図１
2012242144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部が下部ノズルに結合された制御棒案内シンブルの上端部外周面に形成された上部雄ねじ部に雌ねじを締め付けて、制御棒案内シンブルの上端部に上部ノズルを結合するために使用される燃料集合体の組立治具であって、
下端側にフランジ部を有する保持ロッドと、
前記制御棒案内シンブルに挿入可能な筒状に形成され、前記保持ロッドに外嵌されたインナーチューブと、
前記インナーチューブの回転を規制する回転規制手段と、
前記インナーチューブの上端側に形成され、前記保持ロッドを前記インナーチューブに対して相対的に上下方向に移動させる昇降手段と、
前記フランジ部よりも上方の前記保持ロッドに外嵌された保持ゴムと、
下端側に前記雌ねじと係合する係合部を有し、前記インナーチューブに外嵌されたアウターチューブと、
前記アウターチューブの上端側に形成され、前記係合部を操作して前記雌ねじを締め付ける締結手段と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の組立治具。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料集合体の組立治具を使用し、下端部が下部ノズルに結合された制御棒案内シンブルの上端部外周面に形成された上部雄ねじ部に雌ねじを締め付けて前記制御棒案内シンブルの上端部に上部ノズルを結合する燃料集合体の組立方法であって、
前記組立治具の保持ゴムを前記制御棒案内シンブルに挿入する第１の工程と、
前記昇降手段の操作により、前記フランジ部および前記インナーチューブの下端部で前記保持ゴムを圧縮変形させて外径を大きくして、前記保持ゴムの摩擦係合力により前記インナーチューブと前記制御棒案内シンブルとを固定する第２の工程と、
前記回転規制手段を用いて前記インナーチューブの回転を規制した状態において、前記締結手段の操作により前記アウターチューブの係合部を介して前記雌ねじを締め付けて、前記上部ノズルと前記制御棒案内シンブルとを結合する第３の工程と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉に使用される燃料集合体を組み立てるための燃料集合体の組立治具および組立方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉に使用される燃料集合体は、縦横の長さがそれぞれ約２００ｍｍ、高さが約４０００ｍｍの細長い形状となっており、その骨格は、複数本の制御棒案内シンブルの上端部を上部ノズルに、制御棒案内シンブルの下端部を下部ノズルにそれぞれねじ止めにより機械的に結合して形成されている。そして、燃料集合体の燃料棒は、制御棒案内シンブルの軸方向に所定間隔を隔てて配設した複数の支持格子で保持されている。
【０００３】
従来、燃料集合体の組立については、種々の提案がされているが（例えば、特許文献１〜３）、概ね以下の手順で行われていた。まず、組立用のドラムに所定数の支持格子を固定し、金属製の薄肉管である計装用案内シンブルを全ての支持格子の中心のセルに挿入する。次に、全ての支持格子の所定のセルに燃料棒を順次挿入する。その後、燃料集合体の骨格となる長さ約４０００ｍｍの金属製の薄肉管である制御棒案内シンブルを全ての支持格子の所定のセルに挿入する。
【０００４】
そして、制御棒案内シンブルの軸方向位置を調整し、制御棒案内シンブルの下端部を下部ノズルにねじ止めにより結合した後、制御棒案内シンブルの上端部を上部ノズルにねじ止めにより結合する。
【０００５】
具体的には、まず、下部ノズルと制御棒案内シンブルの下端部とを結合する。即ち、予め下部ノズルに形成された貫通孔および制御棒案内シンブルの下端部の内周面に形成された下部雌ねじ部を用いて、下部ノズルの上面側に制御棒案内シンブルの下端部を接触させた後、下部ノズルの貫通孔に下部ノズルの下面側から雄ねじ（シンブルスクリュー）を挿入し、この雄ねじを制御棒案内シンブルの下部雌ねじ部に締め付けることにより固定する。
【０００６】
次に、上部ノズルと制御棒案内シンブルの上端部とを結合する。即ち、予め上部ノズルに形成された貫通孔および制御棒案内シンブルの上端部の外周面に形成された上部雄ねじ部を用いて、制御棒案内シンブルと、最上部の支持格子のスリーブとを内側から拡管することにより支持格子を制御棒案内シンブルに固定した後、上部ノズルの貫通孔に上部ノズルの下面側から制御棒案内シンブルの上部雄ねじ部を挿入し、上部ノズルの上面側に突出した上部雄ねじ部に雌ねじ（リングナット）を締め付ける。
【０００７】
このようにして組み立てられる燃料集合体は、原子炉への装荷作業性、原子炉内における隣接する燃料集合体の干渉を防ぐという観点から、真直ぐであることが要求され、ねじれおよび傾きなどの形状の公差に関して厳しく制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１２６９８５号公報
【特許文献２】特開平９−２９２４９０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記した従来の燃料集合体の組立方法の場合、雌ねじを締め付けて、上部ノズルと制御棒案内シンブルの上端部とを固定するときに、制御棒案内シンブルが雌ねじと共に回転してねじれの残留応力（トルク）が発生する。この結果、燃料集合体を組立用のドラムから取り出して自立させたときには、ねじ止めによるねじり方向の力が解放されて、燃料集合体にねじれや傾きを生じさせるため、必要な真直度をもつ燃料集合体を製造することが困難であった。
【００１０】
図４は、燃料集合体の曲がり、ねじれを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。１００は燃料集合体、１０２は燃料集合体の胴部、１５１は最上部支持格子、１５２は最下部支持格子、１５３は中間部支持格子であり、最上部支持格子１５１は上部ノズル１２０の近くに取り付けられ、最下部支持格子１５２は下部ノズル１４０の近くに取り付けられている。そして、上部ノズル１２０、下部ノズル１４０のいずれも拘束されている。このとき発生する上部ノズル１２０および下部ノズル１４０に対する中間支持格子１３の水平方向の位置ずれの程度がねじれの変位である。
【００１１】
また、図５は、燃料集合体の傾きを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図５においては、下部ノズル１４０は拘束され、上部ノズル１２０は拘束されていない。このとき発生する上部ノズル１２０の下部ノズル１４０に対するズレの程度が傾きの変位である。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、雌ねじを締め付けて、上部ノズルと制御棒案内シンブルの上端部とを結合するときに、制御棒案内シンブルが雌ねじと共に回転することを回避して、制御棒案内シンブルにおける残留応力の発生を抑制することができ、ねじれや傾きが小さく真直度が高い燃料集合体を容易に製造できる燃料集合体の組立治具および燃料集合体の組立方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、以下の各請求項に示す発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項毎に説明する。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、
下端部が下部ノズルに結合された制御棒案内シンブルの上端部外周面に形成された上部雄ねじ部に雌ねじを締め付けて、制御棒案内シンブルの上端部に上部ノズルを結合するために使用される燃料集合体の組立治具であって、
下端側にフランジ部を有する保持ロッドと、
前記制御棒案内シンブルに挿入可能な筒状に形成され、前記保持ロッドに外嵌されたインナーチューブと、
前記インナーチューブの回転を規制する回転規制手段と、
前記インナーチューブの上端側に形成され、前記保持ロッドを前記インナーチューブに対して相対的に上下方向に移動させる昇降手段と、
前記フランジ部よりも上方の前記保持ロッドに外嵌された保持ゴムと、
下端側に前記雌ねじと係合する係合部を有し、前記インナーチューブに外嵌されたアウターチューブと、
前記アウターチューブの上端側に形成され、前記係合部を操作して前記雌ねじを締め付ける締結手段と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の組立治具である。
【００１５】
本請求項の発明によれば、昇降手段の操作により保持ロッドを上方に移動させた際、フランジ部およびインナーチューブの下端部で保持ゴムを圧縮変形させて外径を大きくし、保持ゴムを制御棒案内シンブルの上端部の内周面に押圧させて摩擦係合させることにより、インナーチューブと制御棒案内シンブルとを保持ゴムにより固定させることができる。
【００１６】
このため、本発明に係る燃料集合体の組立治具のアウターチューブを用いて雌ねじを締め付ける際に、回転規制手段を用いてインナーチューブの回転を規制することにより、制御棒案内シンブルはねじられることがなくなり、燃料集合体にねじれや傾きが発生することを抑制することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の燃料集合体の組立治具を使用し、下端部が下部ノズルに結合された制御棒案内シンブルの上端部外周面に形成された上部雄ねじ部に雌ねじを締め付けて前記制御棒案内シンブルの上端部に上部ノズルを結合する燃料集合体の組立方法であって、
前記組立治具の保持ゴムを前記制御棒案内シンブルに挿入する第１の工程と、
前記昇降手段の操作により、前記フランジ部および前記インナーチューブの下端部で前記保持ゴムを圧縮変形させて外径を大きくして、前記保持ゴムの摩擦係合力により前記インナーチューブと前記制御棒案内シンブルとを固定する第２の工程と、
前記回転規制手段を用いて前記インナーチューブの回転を規制した状態において、前記締結手段の操作により前記アウターチューブの係合部を介して前記雌ねじを締め付けて、前記上部ノズルと前記制御棒案内シンブルとを結合する第３の工程と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の組立方法である。
【００１８】
本請求項の発明によれば、第１〜第３の工程を経て、上部ノズルと前記制御棒案内シンブルとを結合するため、アウターチューブにより雌ねじを締め付ける際に、制御棒案内シンブルがねじられることを防ぐことができ、燃料集合体にねじれや傾きが発生することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ねじれや傾きが小さく真直度が高い燃料集合体を容易に組立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る燃料集合体の組立治具の一実施の形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る燃料集合体の組立治具の一実施の形態によるリングナットの締め付け動作を説明する図である。
【図３】本発明に係る燃料集合体の組立方法の一実施の形態を模式的に説明する図である。
【図４】燃料集合体の曲がり、ねじれを模式的に示す図である。
【図５】燃料集合体の傾きを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施の形態に基づいて、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２２】
１．燃料集合体の組立治具
図１は、本実施の形態に係る燃料集合体の組立治具を模式的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る燃料集合体の組立治具によるリングナットの締め付け動作を説明する図である。図３は、本実施の形態に係る燃料集合体の組立方法を模式的に説明する図である。図中の符号１は組立治具、１１０は制御棒案内シンブル、１２０は上部ノズル、１３０はリングナット（雌ねじの一例）である。なお、説明の便宜上、図面の一部を断面図で示している。
【００２３】
（１）制御棒案内シンブル
制御棒案内シンブル１１０の上端部外周には、カラー１１１と称呼される部材が溶接等により固着されている。カラー１１１の上部外面には、リングナット１３０を螺着するための雄ねじ部１１２が設けられている。カラー１１１の下部には、フランジ部１１３が設けられている。
【００２４】
（２）上部ノズル
上部ノズル１２０は、底部に上部ノズル１２０の下方に通じる複数の貫通孔１２４が設けられ、側面部が囲まれた矩形のキャビティ構造を有する部材である。貫通孔１２４はカラー１１１の外径と略同径の孔であり、その上下部にそれぞれ環状凹部１２５、１２６が設けられている。上側の環状凹部１２５はリングナット１３０を係止させる部位である。下側の環状凹部１２６はカラー１１１のフランジ部１１３を係止させる部位である。
【００２５】
（３）リングナット
リングナット１３０は、制御棒案内シンブル１１０の雄ねじ部１１２に螺合する雌ねじであり、その外径寸法は上部ノズル１２０の上側の環状凹部１２５よりも小さくかつ貫通孔１２４の中間部よりも大きくなるように設定されている。また、リングナット１３０の上側外縁部には、図２のように、複数の嵌合溝１３１が設けられている。
【００２６】
（４）制御棒案内シンブルの結合構造
上部ノズル１２０と制御棒案内シンブル１１０の結合構造は、雄ねじ部１１２に螺着したリングナット１３０を上側の環状凹部１２５に係止させると共に、カラー１１１に設けたフランジ部１１３を下側の環状凹部１２６に係止させて、上部ノズル１２０の貫通孔１２４の中間部の上下端縁をリングナット１３０とフランジ部１１３で挟み込んだ構造になっている。
【００２７】
（５）燃料集合体の組立治具
燃料集合体の組立治具１は、保持ロッド１０と、保持ロッド１０に外嵌したインナーチューブ２０と、インナーチューブ２０から突き出た保持ロッド１０の先端に外嵌されたリング状の保持ゴム３０と、インナーチューブ２０に外嵌されたアウターチューブ４０とを備えている。保持ゴム３０と筒状のスペーサ１３は、インナーチューブ２０に内挿された軸棒１１の先端から外嵌されており、フランジ部１５を有するキャップ１２を軸棒１１と締結することにより軸棒１１に保持されている。
【００２８】
保持ロッド１０は、ねじ棒で形成された軸棒１１と、軸棒１１の下端に取り付けたキャップ１２と、軸棒１１の下端であってインナーチューブ２０の下端から下方に突き出た部分に外嵌された筒状のスペーサ１３と、軸棒１１の上端であってインナーチューブ２０の上端から上方に突き出た部分に取り付けた昇降手段１４とを有する。この実施形態では、昇降手段１４として軸棒１１に螺合するナットを使用している。
【００２９】
インナーチューブ２０は、軸棒１１に外嵌した筒部２１と、筒部２１の上端側に設けたハンドル部（回転規制手段の一例）２２とを有する。筒部２１の外径は、制御棒案内シンブル１１０の内径よりも小さく、インナーチューブ２０を制御棒案内シンブル１１０に対してほとんど干渉することなく挿入可能になっている。
【００３０】
保持ロッド１０の軸棒１１に外嵌された保持ゴム３０は、保持ロッド１０のフランジ部１５の上方に位置するスペーサ１３とインナーチューブ２０の先端との間に介在している。保持ゴム３０に圧縮力が作用する前の外径は、制御棒案内シンブル１１０の内径よりも小さく、保持ゴム３０が制御棒案内シンブル１１０に挿入される際に制御棒案内シンブル１１０の内面に干渉しないようになっている。なお、この実施形態では、保持ゴム３０の外径を保持ロッド１０のフランジ部１５やインナーチューブ２０の筒部２１の外径と略同径にしている。
【００３１】
アウターチューブ４０は、インナーチューブ２０に外嵌した筒部４１と、筒部４１の先端に設けられて、リングナット１３０を締め付ける係合部４２と、筒部４１の上端近傍に設けられて、リングナット１３０の締め付け操作を行うための締結手段４３とを有する。筒部４１の長さは、係合部４２をリングナット１３０の締結部位となる上部ノズル１２０の中空部１２２の底部に接触させた状態で締結手段４３が上部ノズル１２０の凹部１２１の外部に位置するように、上部ノズル１２０の上端から中空部１２２の底部までの深さよりも十分に長くなっている。係合部４２は、図２に示すように、リングナット１３０の上部の外縁に形成した複数の嵌合溝１３１にそれぞれ噛み合う複数の突部４４で構成されている。締結手段４３は、レンチ等の工具で操作できるように外周部を六角形状に形成されている。
【００３２】
２．燃料集合体の組立方法
以下、上記の燃料集合体の組立治具１を使用して燃料集合体を組み立てる工程について説明する。
【００３３】
（１）リングナットの仮止め工程
まず、制御棒案内シンブル１１０のカラー１１１に上部ノズル１２０の貫通孔１２４を嵌合し、下側の環状凹部１２６をカラー１１１のフランジ部１１３で係止させる。この状態で、リングナット１３０を制御棒案内シンブル１１０の雄ねじ部１１２に仮止めしておく。この後、以下の第１〜第３の工程を経て燃料集合体が組み立てられる、
【００３４】
（２）第１の工程
第１の工程において、図１に示すように、アウターチューブ４０の下端からインナーチューブ２０の下端を突出させた状態で、インナーチューブ２０の少なくとも先端までを制御棒案内シンブル１１０内に挿入する。
【００３５】
（３）第２の工程
次に、図３の矢印ａに示すように、保持ロッド１０の昇降手段１４を締め付け方向に回転させて、保持ロッド１０を上昇させることにより、保持ロッド１０のフランジ部１５とインナーチューブ２０の下端部を接近させる。これにより、これらの間に位置する保持ゴム３０は圧縮により拡径されて、制御棒案内シンブル１１０の内面に接触する。
【００３６】
（４）第３の工程
次に、保持ゴム３０を制御棒案内シンブル１１０の内面に接触させた状態でアウターチューブ４０の係合部４２をリングナット１３０の嵌合溝１３１（図２参照）に係合させてリングナット１３０を締め付ける。リングナット１３０の締め付けは、図３の矢印ｂのようにレンチ等の工具で締結手段４３を回転させて行う。このとき、ハンドル２２を保持してインナーチューブ２０の回転を規制することにより、制御棒案内シンブル１１０の回転も規制されて、制御棒案内シンブル１１０にねじりトルクが伝わることを防ぐことができる。
【００３７】
３．本実施の形態の効果
本実施の形態における燃料集合体の組立治具１およびこれを使用した燃料集合体の組立方法によれば、上記のように、リングナット１３０を締め付ける際に保持ゴム３０の摩擦力を制御棒案内シンブル１１０に作用させることができるため、リングナット１３０を締め付けても制御棒案内シンブル１１０にねじりトルクが伝わらない。
【００３８】
このため、組立後の制御棒案内シンブル１１０にねじりの残留応力が生じず、ねじれや傾きが少なく真直度の高い燃料集合体を容易に組み立てることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態の燃料集合体の組立治具１を使用して燃料集合体を組み立てたところ、従来の方法に比べてねじれや傾きの発生を約２５％減少することが確認され、要求仕様を満足する燃料集合体を安定して製造できることが確認された。
【００４０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１            組立治具
１０            保持ロッド
１１            軸棒
１２            キャップ
１３            スペーサ
１４            昇降手段
１５            保持ロッドのフランジ部
２０            インナーチューブ
２１            インナーチューブの筒部
２２            ハンドル部
３０            保持ゴム
４０            アウターチューブ
４１            アウターチューブの筒部
４２            係合部
４３            締結手段
４４            突部
１００            燃料集合体
１０２            燃料集合体の胴部
１１０            制御棒案内シンブル
１１１            カラー
１１２            雄ねじ部
１１３            カラーのフランジ部
１２０            上部ノズル
１２１            凹部
１２２            中空部
１２４            貫通孔
１２５            上側の環状凹部
１２６            下側の環状凹部
１３０            リングナット
１３１            嵌合溝
１４０            下部ノズル
１５１            最上部支持格子
１５２            最下部支持格子
１５３            中間部支持格子
ａ            昇降手段の締め付け方向を示す矢印
ｂ            締結手段の回転方向を示す矢印
【図１】
2012242144.tif 000003
【図２】
2012242144.tif 000004
【図３】
2012242144.tif 000005
【図４】
2012242144.tif 000006
【図５】
2012242144.tif 000007