(57)【要約】 【課題】角筒部のコーナー部のＲ形状加工が従来よりも短時間で且つ低コストで効率的に行える下部タイプレート及びこれを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体の提供。【解決手段】燃料集合体用下部タイプレートにおいて、燃料棒と水管の下部を支持するための挿入孔及び冷却水流通孔を上面に有する角筒状部の、外周面の四つのコーナー部における縦軸心に対して直交方向に沿った横断面輪郭形状が、それぞれ、予め定められた円弧に内接する多角面取り形状を備えているものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料棒と水管の下部を支持するための挿入孔及び冷却水流通孔を上面に有する角筒状部と、角筒状部の下端から縦軸心方向の下部へ向かって縮径状に延在する中空のノーズコーン部とを備え、ノーズコーン部下端の開口に流入する冷却材をノーズコーン部の内部から角筒状部の冷却水流通孔及び水管へ導く燃料集合体用下部タイプレートにおいて、
前記角筒状部の外周面の四つのコーナー部における縦軸心に対して直交方向に沿った横断面輪郭形状が、それぞれ、予め定められた円弧に内接する多角面取り形状を備えていることを特徴とする燃料集合体用下部タイプレート。
【請求項２】
前記多角面取り形状は、４角３面取り以上であることを特徴とする燃料集合体用下部タイプレート。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の下部タイプレートを備えたことを特徴とする燃料棒配列が１０行１０列以上の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体用下部タイプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉用燃料集合体１０は、図６に示すように、燃料棒２０を９行９列や１０行１０列に配列し、中心領域の何本かの燃料棒２０の代わりに水で満たされた水管２１を配置し、これら燃料棒２０と水管２１を長手方向に亘って複数個のスペーサ２２により互いに一定間隔をもって正方格子状に束ね、上部タイプレート２３と下部タイプレート２４により上部及び下部を支持し、正方筒形状のチャンネルボックス３０内に収めた構造となっている。
【０００３】
下部タイプレート２４は、上方領域が角筒部２５となっており、その下方には縦軸心方向の下部へ向かって縮径状に延在する中空のノーズコーン部２６が設けられている。このノーズコーン部下端の円筒状開口２７から冷却水が流入され、下部タイプレート２４内を通って上面２９の冷却水流通孔や水管２１へ導かれる。
【０００４】
このような下部タイプレート２４において、通常、角筒部の四隅のコーナー部２８の輪郭形状は、図７に示すように、Ｒ形状となっている。これは、下部タイプレート２４の外周面を覆うチャンネルボックス３０の四隅と干渉することなく、且つ冷却材が通過できる適度な隙間を持つようにその内側曲面形状に対応させたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２８５２８４号公報、第２図
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、金属製の下部タイプレートは筒形状といっても厚みの大きいものであり、コーナー部のＲ形状は、刃物・工具を用いて各角部をＲ加工処理して得るしかないが、市販品の工具に無いＲ寸法であるため、例えば図８に示す内丸フライスのような特殊な工具を特別に発注して用いていた。
【０００７】
このような特殊工具は高価であり、また面取り処理によるコーナーのＲ加工には長い時間が必要であり、しかも加工時間は加工精度と密接に関係し、必要とされるＲ寸法公差に収めるためには基本的に加工時間を短縮することはできない。従って、その長時間に亘る加工の間に工具が角に当たって傷つきやすく、工具・刃物の交換頻度も高いことから、燃料集合体製造の上でコスト高の要因となっている。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、角筒部のコーナー部のＲ形状加工が従来よりも短時間で且つ低コストで効率的に行える沸騰水型原子炉の燃料集合体用下部タイプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る燃料集合体用下部タイプレートは、燃料棒と水管の下部を支持するための挿入孔及び冷却水流通孔を上面に有する角筒状部と、角筒状部の下端から縦軸心方向の下部へ向かって縮径状に延在する中空のノーズコーン部とを備え、ノーズコーン部下端の開口に流入する冷却材をノーズコーン部の内部から角筒状部の冷却水流通孔及び水管へ導く燃料集合体用下部タイプレートにおいて、
前記角筒状部の外周面の四つのコーナー部における縦軸心に対して直交方向に沿った横断面輪郭形状が、それぞれ、予め定められた円弧に内接する多角面取り形状を備えているものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料集合体用下部タイプレートは、請求項１に記載の燃料集合体用下部タイプレートにおいて、前記多角面取り形状は、４角３面取り以上であることを特徴とする燃料集合体用下部タイプレート。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体は、燃料棒配列が１０行１０列以上の沸騰水型原子炉用燃料集合体であって、請求項１又は２に記載の下部タイプレートを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料集合体用下部タイプレートにおいては、燃料棒と水管の下部を支持する挿入孔や冷却水流通孔を上面に有する角筒状部の外周面の四コーナー部における縦軸心に対して直交方向に沿った横断面輪郭形状が、それぞれ所定の円弧に内接する多角面取り形状を備えているものであるため、角筒状部の各コーナー部の加工は、それぞれ通常の面取り加工を複数回角度を付けて繰り返すという簡便な工程で済み、従来のＲ加工を行っていた場合に比べて加工時間が大幅に短縮化でき、また高価な特殊工具を必要とすることなく一般機械加工用の安価なエンドミル等を用いて加工できるため、製造性が飛躍的に向上すると共に、全体的にコスト低減を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明による燃料集合体用下部タイプレートは、燃料棒と水管の下部を支持する挿入孔や冷却水流通孔を上面に有する角筒状部の外周面の四コーナー部における縦軸心に対して直交方向に沿った横断面輪郭形状が、それぞれ所定の円弧に内接する多角面取り形状を備えているものである。
【００１４】
本発明で言う多角面取り形状とは、下部タイプレート角筒状部の各コーナー部について、例えば図５に示すように、その両側に隣り合う二つの外側面（５，６）の間に互いに稜線を形成して隣接する複数の平面（ｘ，ｙ，ｚ）によってコーナー部が面取りされてなり、これら隣合う平面と角筒状部の外側面とによって、および平面と平面とによって複数個の稜角が形成され、角筒状部の外周面四コーナー部のそれぞれにおける縦軸心に直交する横断面の輪郭形状として、多角状の折れ線が表れたものである。
【００１５】
このような本発明における角筒状部外周面の四コーナー部の多角面取り形状は、角筒状部の各コーナー部に対して、それぞれ通常の面取り加工を複数回角度を付けて繰り返すだけで得られるため、従来のように角筒状部の外周面の各コーナー部にＲ加工を行っていた場合に比べて加工時間が大幅に短縮化でき、また高価な特殊工具を必要とすることなく一般機械加工用の安価なエンドミル等を用いて加工できるため、製造性が飛躍的に向上すると共に、刃物の消耗による交換も製造コストへ及ぼす影響は小さく、全体的にコスト低減を図ることができる。
【００１６】
また、前記コーナー部の多角面取り形状は、所定の円弧に内接するものとするため、この円弧をチャンネルボックスの四隅と干渉することのないようにその内面Ｒ形状に対して適度な隙間を持って対応させた円弧、例えばチャンネルボックスのコーナー部内面Ｒより曲率半径の小さい（曲率が大きい）曲線で、従来においては角筒状部のコーナー部の加工目標であったＲ形状に相当するものに設定すれば、下部タイプレートの角筒状部のコーナー部が完全なＲ形状に加工されていなくても、従来と同様にチャンネルボックスの装着性に問題は生じない。
【００１７】
なお、本発明のように角筒状部外周面のコーナー部の横断面輪郭形状を多角面取り形状とした場合、従来のＲ形状の場合よりチャンネルボックスと下部タイプレートとの間の冷却水流路面積が大きくなり、面取り数が小さいほど増大する。このような冷却水流路面積が変更となる場合、熱水力的共存性への影響を検討する必要がある。本発明においては、コーナー部の面取り数をパラメータとして熱水力試験等を行うことにより、熱水力的観点から好適な面取り数が決定できる。
【００１８】
具体的な下部タイプレート角筒状部のコーナー部外周面の横断面輪郭形状は、熱水的観点からは面取り数を３以上とすること、即ち、コーナー部両側の角筒状部外側面の間に互いに稜線を形成する平面（例えば図５におけるｘ，ｙ，ｚ）が３つ以上で、これら平面と外側面および平面同士で形成される稜角が４角以上の、４角３面取り以上とすることが望ましい。
【００１９】
ただし、面取り数を必要以上に多くすることは、加工工程数を増やし加工時間を長くしてしまい、製造性向上というせっかくの本発明の効果を無駄にしてしまう恐れがある。よって、熱水力的観点と製造性の観点との両者に適合する最適な面取り数を適宜決定すればよい。
【００２０】
また、現在、国内の沸騰水型原子炉用燃料集合体には、燃料棒配列９行９列型の燃料集合体が用いられているが、燃料の高燃焼度化、運転サイクル長期化、増出力、を目的として、将来的には燃料棒配列１０行１０列型の燃料集合体を導入する計画がある。この１０行１０列型の燃料集合体用下部タイプレートの製造では、燃料棒端栓挿入孔の加工数が従来の９行９列型燃料集合体用の下部タイプレートの約３割増となって加工コストが大きくなる。このことから、製造原価低減の観点から特に１０行１０列以上の格子配列の燃料集合体においては、下部タイプレートの角筒状部外周面のコーナー部の横断面輪郭形状を多角面取り形状とすることが望まれる。
【実施例】
【００２１】
本発明の一実施例による沸騰水型原子炉の燃料集合体用下部タイプレートとして、角筒状部外周面のコーナー部輪郭形状を６角５面取り形状とした場合を図１の部分平面図に示す。図１は、本実施例による下部タイプレート１の角筒状部外周面のコーナー部２を、燃料棒の下部端栓挿入孔４が形成された上面３側から見た平面図であり、４つのコーナー部のうちの一つを部分的に示したものである。他の３つのコーナー部は、一つのコーナー部と線対称または点対称に表れる同一形態であるため、ここでは図示を省略する。
【００２２】
本実施例による下部タイプレート１では、上面３側からの平面視における角筒状部のコーナー部２に、下部タイプレート縦軸心と直交する角筒状部の横断面で見られる輪郭形状がそのまま表れているものであり、６角５面取り形状、即ち、コーナー部２の両側の外側面（５，６）の間に互いに稜線を形成する５つの平面が面取り形成されたものであり、外側面（５，６）の間に隣り合う面同士間で形成される稜角を６個有するものである。
【００２３】
また、この角筒状部のコーナー部２の６角５面取り形状からなる輪郭形状は、角筒状部を覆うチャンネルボックス３０のコーナー部３１の内側曲面に干渉しないように予め設定された円弧７に内接し、チャンネルボックス３０の装着性に支障を生じないものである。
【００２４】
次いで、図１に示した角筒状部のコーナー部を多角面取り形状に加工する手順を以下に示す。まず、下部タイプレート１は、ロストワックス精密鋳造法により製造する。即ち、図４に示すフロー図のように、金型からワックスモデルを成型し（１０１）、このワックスモデルを耐火性材料でコーティング（１０２）してから、加熱して中のワックスモデルを溶かして消失させる（１０３）。これによって分割面のない一体形状の鋳型が制作される。
【００２５】
この鋳型に溶解したステンレス鋼を流し込み（１０４）、その鋳造後に型ばらし（１０５）してから熱処理を行い（１０６）、下部タイプレート鋳鋼品が得られる（１０７）。
得られた下部タイプレート鋳鋼品は、機械加工により予め定められた寸法に仕上げられる（１０８）。
【００２６】
この加工工程にて、下部タイプレート鋳鋼品の角筒状部の角張った各コーナー部が多角面取り形状に加工される。本実施例における図１に示した６角５面取り形状は、図２に示すような一般的なエンドミル８を用いて５回の面取り加工を繰り返すことによって得られる。
【００２７】
例えば、図３に示すように、まずエンドミル８の切削面に対してコーナー角を当てて第１平面２ａを面取り形成（Ａ）する。次に、コーナー部を所定角度回動させて、エンドミル８の切削面に第１平面２ａの一方の角を当てて面取り切削して第２平面２ｂを形成し（Ｂ）、さらにコーナー部を回動させて第２平面２ｂの第１平面２ａとは反対側の角をエンドミル８の切削面に当てて面取り切削して第３平面２ｃを形成する（Ｃ）。次に、コーナー部を反対側に回動させて第１平面２ａの他方の角をエンドミル８の切削面に当てて面取り切削して第４平面２ｄを形成し（Ｄ）、さらにコーナー部を回動して第４平面２ｄの第１平面２ａとは反対側の角をエンドミル８の切削面に当てて面取り切削を行うことにより第５平面２ｅを形成する（Ｅ）。
【００２８】
以上のように、本実施例による下部タイプレート角筒状部のコーナー部の多角面取り形状は、一般的な安価なエンドミルを用いた面取り切削加工を複数回繰り返すだけで形成することができるため、Ｒ加工を施す場合より加工時間が大幅に短縮化され、また、エンドミルの刃物消耗による交換も製造コスト全体に及ぼす影響は小さくて済む。
【００２９】
角筒状部の全コーナー部について、所定形状への加工が終了し、下部タイプレート全体の所定寸法への加工が完了した後は、最後に脱脂・洗浄を行えば（１０９）、下部タイプレート完成品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例による燃料集合体用下部タイプレートの角筒状部外周面のコーナー部形状を示す部分平面図である。
【図２】本実施例のコーナー部の面取り加工に用いられるエンドミルの一例を示す概略側面図である。
【図３】本実施例のコーナー部の加工工程を示す説明図である。
【図４】下部タイプレートの製造工程を示すフロー図である。
【図５】本発明の４角３面取り形状の下部タイプレート角筒状部のコーナー部形状を示す部分模式図である。
【図６】沸騰水型原子炉用燃料集合体の全体構成を示す縦断面図である。
【図７】従来の下部タイプレートの角筒状部外周面のコーナー部形状を示す部分平面図である。
【図８】従来の下部タイプレート角筒状部のコーナー部のＲ加工に用いられていたフライスの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２４：下部タイプレート
２，２８：角筒状部のコーナー部
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ：面取り平面
３，２９：下部タイプレート上面
４：燃料棒下部端栓挿入孔
５，６：角筒状部の外側面
７：円弧
８：エンドミル
１０：沸騰水型原子炉用燃料集合体
２０：燃料棒
２１：水管
２２：スペーサ
２３：上部タイプレート
２５：角筒状部
２６：ノーズコーン部
２７：円筒状開口
３０：チャンネルボックス
３１：チャンネルボックスコーナー部
【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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