(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧水型原子炉の下部炉心板上に設置される下部ノズルと、前記下部ノズルを前記下部炉心板に押さえ付けるための押えバネを有する上部ノズルと、
前記上部ノズルの中を通過した制御棒を前記下部炉心板へ向けて案内する複数本の制御棒案内管と、
前記各制御棒案内管に取り付けられた複数個の支持格子と、
前記各支持格子に前記制御棒案内管とほぼ平行に保持された複数本の燃料棒と、
前記制御棒の落下速度を減速するために前記制御棒案内管に形成された細管状のダッシュポットと、
前記制御棒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と、
前記シンブルスクリューに貫通形成されたシンブルスクリュー孔とを備え、
前記ダッシュポットはその下部に前記制御棒案内管と略同径の太径部を有し、前記太径部の内径をＤとしたとき、前記シンブルスクリュー孔の孔径ｄを、
０．０４Ｄ＜ｄ＜０．０８Ｄの範囲内となるようにしたことを特徴とする燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子炉に使用される燃料集合体に関する。
【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（以下、「ＰＷＲ」と称する）があるが、それに用いられる燃料集合体は、ラッパー管の無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、複数の冷却水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。
【０００３】
即ち、制御棒案内管いわゆる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。
【０００４】
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４および図５を参照してより具体的に説明する。
【０００５】
先ず図４を参照するに、中空管形状の案内シンブル１の下端には、内ねじ付きの下部端栓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。
【０００６】
シンブルスクリュー１１にはシンブルスクリュー孔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、下部端栓３の内ねじに螺合し、インサート５をしっか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１２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。
【０００７】
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。シンブルスクリュー孔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。
【０００８】
前述した従来の構造において、シンブルスクリュー１１のシンブルスクリュー孔１３は、炉心内において冷却水を案内シンブル１内に導くものであり、導入された冷却水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、内部の冷却水を外に出す水抜き穴としても機能する。
【０００９】
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１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水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シンブルスクリュー孔１３の径ｄは大きい程良いが、制御棒の落下時における落下衝撃を緩和するためにはその径ｄは小さい方が良いという相反する性質を持っている。
【００１０】
また、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１に緊急挿入されると、上部ノズル２１に過大な衝撃が加わる。このため、案内シンブル１には、細管状のダッシュポット部２０が形成されており、このダッシュポット部２０によって案内シンブル１内を落下する制御棒の速度を減速して、上部ノズル２１に加わる過大な衝撃を緩和している。
【００１１】
このようなダッシュポット部２０が備えられた燃料集合体としては、図６に示すように、案内シンブル１の軸方向に沿って案内シンブル１の長さをＬとすると、０．１６〜０．１８Ｌのダッシュポット部２０が備えられている。そのため、案内シンブル１の軸方向に作用する圧縮荷重によってダッシュポット部２０に曲げ変形が生ずることがあり、この場合には、制御棒の挿入性が損なわれる恐れがある。
【００１２】
かかる事情のため、図７および図８に示すように、案内シンブル１のダッシュポット部２０長を短くした技術が開示されている。このような構成とすることによって、ダッシュポット部２０の案内シンブル１の長さＬに対する長さを０．０３Ｌ〜０．１Ｌの範囲に抑え、ダッシュポット部２０の曲がり剛性を高めることによって、その曲げ変形を防止することができる。以降、これを改良型案内シンブルと称する。なお、図７および図８に示す改良型案内シンブルを適用した燃料集合体の下部構造は、中間支持格子２８および下部支持格子１７から設けられたスリーブ１０の構成が一部異なるのみであるが、実質的には同一ものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような改良型案内シンブルを適用した燃料集合体では、以下のような問題がある。
【００１４】
すなわち、上述した改良型案内シンブルは、図７および図８に示すように、案内シンブル１の下端部側のダッシュポット部２０長を短くしている。これによって、ダッシュポット部２０の曲がり剛性が高められ、その曲げ変形を防止することができるようになったが、制御棒の落下速度を緩和させる所謂ブレーキ効果が低減してしまう。
【００１５】
加圧水型原子炉においては、燃料集合体の健全性確保の観点から、その落下終速を制限している。本来、図６に示すように、案内シンブル１の軸方向に沿ってダッシュポット部２０を備えたのは、制御棒の落下速度を緩和させ、その落下終速が制限値を超えないようになされたものである。そのため、図７および図８に示すような、改良型案内シンブルを採用した燃料集合体では、別の手段によって、制御棒の落下終速を緩和させるための対策を講じなくてはならないという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、改良型案内シンブルを採用し、更にシンブルスクリュー孔の孔径を調節することによって、非燃料炉心構成体の冷却機能を損なうことなく、制御棒の落下時における落下衝撃を緩和し、ダッシュポット部の曲げ変形を阻止することが可能な燃料集合体を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１８】
すなわち、請求項１の発明では、加圧水型原子炉の下部炉心板上に置かれる下部ノズルと、下部ノズルを下部炉心板に押さえ付けるための押えバネを有する上部ノズルと、上部ノズルの中を通過した制御棒を下部炉心板へ向けて案内する複数本の制御棒案内管と、各制御棒案内管に取り付けられた複数個の支持格子と、各支持格子に制御棒案内管とほぼ平行に保持された複数本の燃料棒と、制御棒の落下速度を減速するために制御棒案内管に形成された細管状のダッシュポットと、制御棒案内管を下部ノズルに連結するシンブルスクリューと、シンブルスクリューに貫通形成されたシンブルスクリュー孔とを備え、ダッシュポットはその下部に制御棒案内管と略同径の太径部を有し、太径部の内径をＤとしたとき、シンブルスクリュー孔の孔径ｄを、０．０４Ｄ＜ｄ＜０．０８Ｄの範囲内とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
なお、以下の実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図４から図８と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２１】
本発明の実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して本発明の実施の形態に係る燃料集合体３０の全体構造を説明する。
【００２３】
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水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２２が取り付けられている。下部ノズル７は、平面図形状がほぼ正方形の天板部乃至端板を有し、ここに複数の冷却水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２３がそれぞれ一体的に突出形成されている。
【００２４】
これらの上部ノズル２１と下部ノズル７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１の上端および下端にそれぞれ連結されている。案内シンブル１の下端部には図７および図８に示すように下部端栓３が固定されている。このような案内シンブル１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１７の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。
【００２５】
そして、上部支持格子２７、中間支持格子２８および下部支持格子１７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３０が形成されている。
【００２６】
次に、案内シンブル１と下部ノズル７との連結部の構造について説明する。本発明の実施の形態に係る燃料集合体３０では、その案内シンブル１と下部ノズル７との連結部の構造は、図５、および図７または図８に示す通りであって、所謂改良型案内シンブルを採用している。そして、この案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄと、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄとが、下記（１）式を満足するようにしている。
０．０４Ｄ＜ｄ＜０．０８Ｄ  ・・・（１）
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る燃料集合体の作用について説明する。
【００２７】
図２は、図７および図８に示すようにして構成した燃料集合体において、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄと、案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄとの比である（ｄ／Ｄ）をパラメータとして、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖを測定した結果を示す図である。
【００２８】
なお、縦軸は、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖを、制御棒の落下衝撃の緩和の観点から定めている制限終速度Ｖ０で除したもの（Ｖ／Ｖ０）で示している。すなわち、（Ｖ／Ｖ０）＜１の範囲は、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖが、制限終速度Ｖ０よりも低く抑えられる範囲である。一方、（Ｖ／Ｖ０）≧１の範囲は、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖが、制限終速度Ｖ０以上となる範囲である。
【００２９】
図２に示すとおり、（ｄ／Ｄ）＜０．０８の範囲では、（Ｖ／Ｖ０）＜１であり、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖは、制限終速度Ｖ０を越えることなく、設計基準を満足している。一方、（ｄ／Ｄ）≧０．０８の範囲では、（Ｖ／Ｖ０）≧１であり、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖは、制限終速度Ｖ０を越え、設計基準を満足していない。
【００３０】
したがって、自由落下により案内シンブル１に挿入された制御棒の終速度Ｖの観点からは、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄと、案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄとの関係は、ｄ＜０．０８Ｄを満足しなくてはならない。
【００３１】
一方、従来技術の説明において述べたように、シンブルスクリュー孔１３は、非燃料炉心構成体を冷却するために冷却水を案内シンブル１内に導く役割を果たすので、この冷却機能の確保の観点からは、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄは大きい程良い。
【００３２】
図３は、図７および図８に示すようにして構成した燃料集合体において、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄと、案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄとの比である（ｄ／Ｄ）をパラメータとして、非燃料炉心構成体の冷却能力を測定した結果を示す図である。
【００３３】
なお、縦軸は、（ｄ／Ｄ）をパラメータとした場合におけるシンブルスクリュー１１からの冷却水流入量Ｃを、非燃料炉心構成体の冷却に必要なシンブルスクリュー１１からの冷却水流入量Ｃ０で除したもの（Ｃ／Ｃ０）で示している。すなわち、（Ｃ／Ｃ０）≦１の範囲は、冷却水流入量Ｃが必要冷却水流入量Ｃ０よりも高くはならない。一方、（Ｃ／Ｃ０）＞１の範囲は、冷却水流入量Ｃが必要冷却水流入量Ｃ０よりも高くなる。
【００３４】
図３に示すとおり、（ｄ／Ｄ）＞０．０４の範囲では、（Ｃ／Ｃ０）＞１であり、冷却水流入量Ｃが必要冷却水流入量Ｃ０よりも高くなる。一方、（ｄ／Ｄ）≦０．０４の範囲では、（Ｃ／Ｃ０）≦１であり、冷却水流入量Ｃが必要冷却水流入量Ｃ０よりも高くはならない。
【００３５】
したがって、冷却能力の観点からは、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄと、案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄとの関係は、ｄ＞０．０４Ｄを満足しなくてはならない。
【００３６】
本実施の形態に係る燃料集合体は、改良型案内シンブルを採用し、更にこの案内シンブル１の下部太径部の内径Ｄと、シンブルスクリュー孔１３の孔径ｄとが
０．０４Ｄ＜ｄ＜０．０８Ｄ  の関係にあるように調節されている。
【００３７】
これによって、非燃料炉心構成体の冷却機能の確保の観点からも、冷却水を十分供給することが可能となる。また、制御棒の落下衝撃の緩和の観点からも、その落下衝撃を緩和することができる落下速度以内にその終速度Ｖを抑えることができるので、ダッシュポット部２０の曲げ変形を阻止することが可能となる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、改良型案内シンブルを採用し、更にシンブルスクリュー孔の孔径を調節することによって、非燃料炉心構成体の冷却機能を損なうことなく、制御棒の落下時における落下衝撃を緩和し、ダッシュポット部の曲げ変形を阻止することが可能な燃料集合体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料集合体の全体立面図
【図２】（シンブルスクリュー孔径ｄ／案内シンブルの下部太径部の内径Ｄ）と（制御棒の落下終速度Ｖ／制御棒の落下制限終速度Ｖ０）との関係を示す図
【図３】（シンブルスクリュー孔径ｄ／案内シンブルの下部太径部の内径Ｄ）と（シンブルスクリューからの冷却水流入量Ｃ／非燃料炉心構成体の冷却に必要なシンブルスクリューからの冷却水流入量Ｃ０）との関係を示す図
【図４】従来技術による燃料集合体の下部構造の一部を示す部分立面図
【図５】図４に対応する下面図
【図６】ダッシュポットが２箇所備えられた案内シンブルの立面図
【図７】改良型案内シンブルを適用した燃料集合体の下部構造の一部を示す立面図
【図８】改良型案内シンブルを適用した燃料集合体の下部構造の一部を示す立面図
【符号の説明】
ｄ…シンブルスクリュー孔の孔径
Ｃ…冷却水流入量
Ｃ０…必要冷却水流入量
Ｄ…案内シンブルの下部太径部の内径
Ｖ…制御棒の終速度
Ｖ０…制御棒の制限終速度
１…案内シンブル
３…下部端栓
５…インサート
７…下部ノズル
９…貫通取付穴
１０…スリーブ
１１…シンブルスクリュー
１２…シンブルスクリュー頭部
１３…シンブルスクリュー孔
１５…廻り止めピン
１７…下部支持格子
１９…座ぐり穴
２０…ダッシュポット部
２１…上部ノズル
２２…押圧ばね
２３…脚部
２６…燃料棒
２７…上部支持格子
２８…中間支持格子
３０…燃料集合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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