JPH036494A - 核燃料棒等の与圧測定装置及びゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核燃料棒等における与圧を測定するための装
置に関し、特に、内部加圧によって生ずる核燃料棒等の
直径の増加を測定することにより同核燃料棒内の与圧を
測定する与圧測定装置、及び同与圧測定装置で使用され
るゲージに関するものである。

光即しケ１すＬ 原子炉の炉心は、２６４本もの多くの燃料棒を有するク
ラスタ形の骨組枠構造内に配置された多数の燃料棒及び
他の炉心構成製素棒から構成されている。燃料棒は不活
性ガスで与圧されている。燃料棒内の高圧力は、原子炉
の炉心の運転に伴う高圧力下で燃料棒が圧壊する可能性
を最小限度に抑えている。また、不活性ガスは燃料棒の
熱伝達を高める。

燃料棒は、典型的に、端が開いている管状の棒から製造
されている。燃料棒は、ジルコニウム合金のような小さ
い熱中性子断面積を有する材料がら製造され、他方、多
くの炉心構成製素棒は慣用のステンレス鋼或は他の高合
金鋼から製造されている。棒の一端部は栓塞され、慣用
のタングステン不活性ガス溶接法により周溶接されてい
る。棒の開端部から核分裂性ペレット（制御棒の場合に
は、ハフニウム又はホウ素製の中性子吸収ペレット）が
挿入され、次いで開端部は封止栓で栓塞される。封止栓
の構造に依存して、燃料棒は、封止栓に設けられている
軸方向開口を介して与圧されたり、或はある種の炉心構
成製素棒に通常見られる内側及び外側被覆の間に設けら
れている与圧スロットを介して与圧される。与圧後、棒
は封止溶接されて減圧が阻止される。

しかし、封止栓を燃料棒に溶接したり、或は内側及び外
側被覆の端を相互に溶接するために行われる初期の周溶
接作業中、時として、上記軸方向開口或は与圧スロット
が溶接されて閉じてしまうことが起こる。軸方向開口及
び与圧スロットは燃料棒或は制御棒と比較して小さく、
しかも、周溶接及び封止溶接中、棒の端部は閉じたグロ
ーブボクッス或は他の加圧された室又は真空室内に収容
されているのが典型的であるので、軸方向開口或は与圧
スロットの溶融には気が付かない。その結果、溶融した
軸方向開口或は与圧スロットで、棒の完全な与圧が阻止
されてしまう。このような与圧不足の棒を原子炉の炉心
内に装荷した場合には、炉心の運転に伴う高圧力で棒が
圧壊し、原子炉運転上、問題を提起する。

従来は、溶接された燃料棒及び制御棒が与圧不足である
可能性を判定するために統計学的方法による管理が行わ
れていた。即ち、燃料棒及び炉心構成製素棒の選択され
たロットからサンプルを取り、これ等のサンプル棒が適
切に与圧されているか否かを判定するために破壊試験を
行う。この試験結果の統計学的分析に基づいて、燃料棒
及び制御棒のあるグループが不合格とされたり合格とさ
れたりする。しかし、棒の選択されたロットからの１本
のサンプル棒は、ロット中の全ての棒の品質を表すもの
ではない。従って、溶接された燃料棒或は制御棒の各々
の個別試験だけでしか、棒が適切に与圧されているか否
かを判定する上の完全な正確度を得ることはできない。

完全な正確度を得ることは、破壊試験を用い続けている
限り、不可能である。

従って、本発明の目的は、破壊試験を用いるこ６ となく、核燃料棒及び制御棒のような管状の物体即ち核
燃料棒等における与圧を測定するための与圧測定装置を
提供することにある。

より具体的には、本発明の目的は、核燃料棒等の端部を
封止溶接する前に該核燃料棒等内の与圧を測定する与圧
測定装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、内部加圧により生ぜしめられる核
燃料棒等の直径の増加を測定することにより、同核燃料
棒等内の与圧を測定する与圧測定装置を提供することに
ある。

本発明の更に他の目的は、与圧により生ずるような管或
は他の棒状の物体の直径の増加を測定するようになって
いるゲージを提供することにある。

ｌ弧へ」」 本発明の上に述べた目的及び他の目的並びに利点は、核
燃料棒等の内部加圧により生ずる棒の直径の増加を測定
することによる核燃料棒等の与圧測定装置により達成さ
れる。この装置は、前端部及び後端部を有する細長い受
入部材を備える。前端部は受入部材内に延びる軸方向開
口を有しており中・６軸線を画成する。軸方向開口は、
燃料棒等の少なくとも一端部を同軸関係で受け入れるよ
うになっている。

軸方向開口内にはゲージ手段が配置されて燃料棒内の圧
力増加により生ずる燃料棒等の直径の増加を測定する。

このゲージ手段は、離間した末端部分と、該末端部分の
中間に位置する中間部分とを有するほぼＣ字状のブラケ
ットから構成される。

末端部分は中間部分よりも実質的に大きい半径方向の厚
さを有する。また、ブラケットは、中心軸線に対し円周
方向に延在する離間した内部表面及び外部表面を備える
。ブラケットの内部表面は、ブラケットの末端部分が燃
料棒等を取り巻いて内向きに偏倚されるように核燃料棒
等の端部を摩擦係合関係で受けるような寸法に作られて
いる。第１の電気抵抗ひずみ計が上記中間部分で外部表
面に取り付けられ、そして第２の電気抵抗ひずみ計が上
記中間部分で内部表面に取り付けられる。

第１及び第２の電気抵抗ひずみ計には処理手段が電気的
に接続されていて、第１及び第２の電気抵抗ひずみ計か
らの電気出力を測定する。核燃料棒等の与圧時に、第１
及び第２の電気抵抗ひずみ計からの電気出力の変化を測
定して、軸方向開口内に位置する燃料棒等の直径の増加
を求める。

好適な実施例では、細長い受入部材は、該受入部材内部
に配置されて軸方向開口内のブラケットの軸方向変位を
阻止するように上記Ｃ字状のブラケットと係合する手段
を備える。更に、Ｃ字状のブラケットの上記末端部分間
には、軸方向開口内部でのブラケットの横方向変位を阻
止するための手段が配置される。

本発明の目的及び利点の幾つかについて述べたが、他の
目的や利点は添付図面を参照しての以下の詳細な説明か
ら一層充分に理解されるであろう。

ｔ　　　の−　を 図面、特に第１図を参照すると、本発明に従って核燃料
棒内の与圧を測定する与圧測定装置の好適な実施例が参
照数字１０で総括的に示されている。

この装置は、それぞれ前端部Ｚ１及び後端部２２を有す
る細長い受入部材２０を備えている。前端部２１は受入
部材２０内に延びる軸方向開口を有しており、この軸方
向開口は、大径の外側部分２３と、該外側部分２３から
軸方向内向きに延びる小径の内側部分２３ａとを有する
。軸方向開口は中心軸線を画成しており、図示のように
、この軸方向開口は同軸関係で核燃料棒３０（棒状の物
体もしくは核燃料棒等）の少なくとも一端部３１を受け
入れるようになっている。軸方向開口の反対側の端部に
は、燃料棒の一端部３１と係合するようになっている内
部ストッパ２６を画成するスリーブが取り付けられてい
る。

第２図に示すように、また、追って詳細に説明するよう
に、核燃料棒或は制御棒内の圧力増加によって生ザしぬ
られる同棒の直径の増加を測定するようになっているゲ
ージ４０（ゲージ手段）が軸方向開口の外側部分２３、
内側部分２３ａ内に配置されて、該軸方向開口内に収容
されている燃料棒３０と係合する。ゲージ４０は離間し
た末端部分４２．４３及び該末端部分の中間に位置する
中間部分４４を有する実質的にＣ字形のブラケット４１
として形成されている（第３図参照）。中心軸線に対し
離間しだ円０ 周方向の内部表面４５及び外部表面４６が、軸方向開口
内でほぼ同軸的に延在している。離間した末端部分４２
．４３は中間部分４４よりも相当大きな半径方向の厚み
を有する。ブラケット４１の内部表面４５は、該ブラケ
ットを貫通する核燃料棒（又は他の炉心構成要素棒）３
０の端部を摩擦を伴って受け入れるような寸法になって
いるので、末端部分４２．４３は棒を取り巻いて内向き
に偏倚されている。中間部分の外部表面４８上には第１
の電気抵抗ひずみ計５０が取り付けられており、中間部
分の内部表面４７には第２の電気抵抗ひずみ計６０が取
り付けられている。これ等のひずみ計５０．６０は慣用
のホイートストーンブリッジ回路を用いており、また、
同ひずみ計は電気配線７１．７２．７３により慣用の増
幅器／マイクロプロセッサ８０（処理手段）に接続され
ており、該増幅器／マイクロプロセッサ８０は、ひずみ
計５０．６０からの電気出力を増幅し且つ測定して、該
ひずみ計からの電気出力の変化を測定し、軸方向開口の
外側部分２３、内側部分２３ａ内に位置する燃料棒又は
制御棒の与圧時における直径の増加を求めることができ
る。言い換えるならば、装置１０は、燃料棒３０又は制
御棒の内部加圧時に、該燃料棒３０又は制御棒の直径が
予定量だけ増加したか否かを測定することにより、燃料
棒３０又は制御棒の適切な与圧が生じているか否かを決
定する。

再び第１図を参照するに、受入部材２０は細長いステン
レス鋼製シャフトから形成されている。受入部材２０の
後端部２２にはねじ係合により継手２４が取り付けられ
ている。この継手２４には受入部材２０の延長部２５が
取り付けられている。受入部材２０は、慣用のスリップ
リング組立体９１により支持部９０に回転自在に取り付
けられている。この支持部９０は、ステンレス鋼、プラ
スチックその他の剛性材料から形成された細長い部材で
ある。支持部９０の前端部９２は、ねじ或は接着材のよ
うな慣用の手段で同前端部に取り付けられたコレット９
３と、受入部材の延長部２５を受け入れるようになって
いる前部開口９４とを備えている。受入部材２０は、慣
用のスリップリング組立体で通常見受けられるようなば
ね接続手段９５により支持部９０に保持される。追って
１ 詳細に説明するように、個々の電気線条ワイヤからなる
各電気配線７１．７２（第３図参照）により、関連の第
１及び第２の電気抵抗ひずみ計５０．６０は増幅器／マ
イクロプロセッサ８０に接続される。電気配線７１．７
２は小ゲージの複線条ワイヤケーブルもしくは配線７３
に収束され、該複線条ワイヤケーブル７３は、受入部材
２０の外部表面２９に沿って軸方向に敷設されている（
第２図参照）。ケーブル７３は、スリップリング組立体
９１及び支持部９０の中央を貫通して延びる。支持部９
０の後端部９７に位置するワイヤ接続器９６により、増
幅器／マイクロプロセッサ８０に接続されているケーブ
ル９８は、小ゲージのワイヤケーブル７３と接続される
。

本発明に従い与圧測定装置１０を使用するに当たって、
該装置１０は、核燃料棒或は制御棒が配置されている大
形のグローブボックス（図示せず）内に配置する。第１
の段階で、核燃料棒又は制御棒を与圧するようになって
いる慣用の溶接／加圧装置に隣接して棒の一端部を位置
付け、次いで第２の段階で、棒の上記一端部に位置する
軸方向開口も２ しくは与圧スロットを順次封止溶接する。作業者は、手
作業で、与圧測定装置１０を、棒の他方の自由端部上に
挿通し、内部に配置されたゲージ４０のブラケットの内
部表面４５が該棒と係合し、末端部分４２．４３が棒を
取り巻いて内向きに偏倚されるようにする。最初に、与
圧及び溶接のための準備として燃料棒３０を回転する。

第２図に最も良く示しであるように、燃料棒３０は、受
入部材２０内に位置するストッパ２６と摩擦係合し、従
って棒の回転に伴い、棒は受入部材２０を駆動回転する
。図示のように、電気配線７３は、スリップリング組立
体９１を通って延びており、該スリップリング組立体９
１により、電気配線７３に損傷を与えることなく受入部
材２０の自由な回転が許容される。

燃料棒３０上に装置１０を挿通した後に、増幅器／マイ
クロプロセッサ８０は、棒の初期の与圧前直径に対し自
動的にゲージ４０を補償もしくは“０設定”する。軸方
向開口或は与圧スロット（図示せず）が封止されていな
い場合には、棒を、所要の不活性ガスで４２ＫＦｌ／ｃ
ｍ２（６００ｐｓｉ）まで与圧する。この与圧３ ４ で、燃料棒３０の直径は０．１ミル（０、０２５４ｍｍ
）はど増加せしめられる。この直径の増加で、棒を取り
巻いて内向きに偏倚されているブラケット４１の末端部
分４２．４３は外向きに変位せしめられ、それにより、
電気抵抗ひずみ計５０．６０の長さが変化する。

第１の外側の電気抵抗ひずみ計５０は、圧縮される方向
に変化し、第２の内側のひずみ計６０は引張される方向
に伸びる。従って、ひずみ計５０．６０からの電気出力
の変化は、棒が内部圧力により拡張されたことを表す。

そこで作業者は棒を溶接する。

次に、特に第２図〜第４図を参照するに、ブラケット４
１は、軸方向開口の大径外側部分２３内に圧入液めされ
ている第１及び第２の離間した円形の係止部材１００．
１１０間で受入部材２０内に位置付けられている。係止
部材１００．１１０は、それ等を貫通して燃料棒３０或
は制御棒を受け入れような寸法に作られた軸方向開口１
０１．１１１を備えている。図示のように、受入部材の
前端部に隣接して配置された第１の係止部材１００は、
受入部材２０内への棒３０の案内もしくは導入を容易に
するように面取りされた周縁部１０２を有している。燃
料棒３０が受入部材２０内に傾いて入れられた場合でも
、燃料棒の一端部３１が第１の係止部材１００の面取り
された周縁部１０２と係合し、それにより受入部材２０
内に同軸関係となるように偏向されて挿入されることに
なる。

燃料棒を受入部材２０に出し入れする際に、係止部材１
００．１１０は受入部材内でブラケット４１が軸方向に
変位するのを阻止する。第２の係止部材１１０に形成さ
れた開口１２１内にはストッパ１２０が受け入れられて
おり、このストッパは、この開口位置からブラケット４
１の末端部分４２．４３間に位置する点まで外向きに延
びている。従って、ストッパ１２０はブラケット４１の
回転運動を制限するように作用し、それによりブラケッ
１〜４１に発生する回転トルクで、末端部分４２．４３
の内の１つがストッパ１２０に対して当接せしめられ、
このストッパ１２０によりブラケット４１のそれ以上の
回転運動は阻止される。末端部分４２．４３は、該末端
部分が棒を取り巻いて棒と係合することを確実にするた
めに、典型的には約０．３ラジアンを越えない間隔で互
いに円周方向５ に離間されている。

第２図に示すように、ブラケット４１の外部表面４６は
、受入部材２０の軸方向開口の外側部分２３の直径より
も小さい直径を有するような寸法となっており、それに
より、軸方向開口内部でブラケットの制限された半径方
向の運動もしくは変位が許容される。このように、ブラ
ケット４１と外側部分２３との間に寸法差があるために
、ブラケットは、外側部分２３内で“浮遊状態′”にあ
り、そにより、ブラケット４１の棒に対する自動調心が
可能になる。この場合、ブラケット４１が固定されてい
て、″浮遊状態“′にないとすると、棒が受入部材２０
の外側部分２３内に入りブラケット４１と係合する際に
、ブラケット４１が゛′従動゛しないため、ブラケット
はその薄肉の中間部分４４で損傷されることになるであ
ろう。即ち、入る棒の全ての力がブラケットに向けられ
、それにより、ブラケットが損傷されることになる。

次に第３図を参照するに、第１及び第２の電気抵抗ひず
み計５０．６０は、ブラケット４１の中間部分６− の外部表面４８及び内部表面４７にそれぞれ取り付けら
れる。これ等の電気抵抗ひずみ計５０．６０は、慣用の
構造のものであり、ブラケット４１に接着材で取り付け
られる。中間部分の外部表面４８は、外部表面４６によ
って形成される円の弦線に沿って平坦化されていて、第
１の電気抵抗ひずみ計５０を取り付けるための扁平な受
取領域となっている。ブラケット４１の中間部分の内部
表面４７は、第２のひずみ計６０を受け入れるようにな
っている円弧状の凹所４９を備えている。この凹所４９
は、第２の電気抵抗ひずみ計を設置するための領域とし
ての働きをなすばかりでなく、上記第２の電気抵抗ひず
み計が、ブラケット４１内に位置する燃料棒等と係合す
るのを阻止する機能を果たす。第２の電気抵抗ひずみ計
６０は、棒が占めるであろう位置の下方で凹所４９内に
配置される。

図示のように、電気配線７１．７２の第１及び第２の組
は、それぞれ第１及び第２の電気抵抗ひずみ計５０．６
０に接続されて、複線条ワイヤケーブル７３に収束され
、増幅器／マイクロプロセッサに接続７ ８ される。各電気配線の個々の線条ワイヤは好適な実施例
の場合、３６番ゲージであって、慣用のはんだ付は接続
によりそれぞれのひずみ計に接続される。ブラケット４
１の内部表面に沿って第１の環状スロット１３０が形成
されている。この第１のスロット１３０は、第２のひず
み計６０に接続される電気配線７２が該スロット内に位
置し、電気配線とブラケット４１内に位置する棒との間
の干渉を阻止することを可能にする深さに形成されてい
る。スロット１３０内には孔１３１が設けられていて、
スロットとブラケット４１の外部表面４６との間で半径
方向に延び、第２のひずみ計６０を接続する電気配線７
２のためのブラケットを貫通する通路となっている。ブ
ラケットの外部表面４６の周辺に沿い第２の環状スロッ
ト１４０が延在しており、第１のひずみ計５０を接続す
る電気配線７１が該スロット１４０内に位置して同電気
配線と軸方向開口の外側部分２３との間の干渉を阻止す
ることを可能にする深さに形成されている。

既に述べたように、個々の電気配線７１．７２は１本の
小さいゲージの複線条ワイヤケーブル７３に収束されて
おり、該ケーブル７３は、軸方向開口の外側部分２３と
受入部材の外部表面２９との間でブラケット４１に隣接
して形成されている孔２７を貫通する。

ケーブル７３は、外部表面２９に沿って軸方向に延び、
スリップリング組立体９１及び支持部９０を貫通して、
増幅器／マイクロプロセッサ８０に達している。

図示しないが、外部表面２９に沿って延びる複線条ケー
ブルワイヤ７３を保護すると共に平滑な表面を付与する
目的で、受入部材２０を熱可塑性その他のプラスチック
で覆うことができる。既に述べたように、装置を使用す
る時には、受入部材２０は、その中に配置されている棒
３０と共に回転する。その場合、受入部材２０に設けら
れたプラスチック被覆により形成される平滑な表面は、
取り扱いを容易にすると共に、該受入部材に沿って延在
するワイヤもしくは電気配線に対する損傷を最小限度に
抑止する。

以上に述べた実施例は単なる例示であって、本発明を限
定するものではなく、特許請求の範囲の９ 意味のうちに含まれなりその均等物の範囲内に含まれる
数多の変更は、本発明の範囲内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って燃料棒の直径の増加を測定す
るための装置の平面図、第２図は、受入部材内に配置さ
れたゲージを示す、第１図の線２２に沿う部分断面図、
第３図は、本発明で用いられるゲージの正面図、第４図
は、本発明で用いられるゲージ及び係止部材の分解斜視
図である。 １０・・・与圧測定装置　　　２０・・・受入部材２１
・・・前端部　　　　　　２２・・・後端部２３・・・
軸方向開口の外側部分 ２３ａ・・・軸方向開口の内側部分 ３０・・核燃料棒（棒状の物体即ち核燃料棒等）３１・
・・核燃料棒の一端部 ４０・・・ゲージ手段もしくはゲージ ４１・・・ブラケット　　　　４２．４３・・・末端部
分４４・・・中間部分　　　　　４５・・内部表面４６
・・・外部表面 ５０・・・第１の電気抵抗ひずみ計 ０ ６０・・・第２の電気抵抗ひずみ計

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）核燃料棒等の内部与圧により生ずる同核燃料棒の直
   径の増加を測定することにより同核燃料棒における与圧
   を測定するための与圧測定装置であつて、 前端部及び後端部を有する細長い受入部材を備え、前記
   前端部は、前記受入部材内に延び中心軸線を画成する軸
   方向開口を有し、該軸方向開口は前記核燃料棒の少なく
   とも一端部を同軸関係で受け入れるようになっており、 前記核燃料棒内の圧力増加により生ぜしめられる同核燃
   料棒の直径の増加を測定するために前記軸方向開口内に
   配置されたゲージ手段を備え、該ゲージ手段は、離間さ
   れた末端部分及び該末端部分間の中間部分と、前記軸方
   向開口内に同軸関係で延在する前記中心軸線に対し円周
   方向に延在する離間した内部表面及び外部表面とを有す
   る実質的にＣ字状のブラケットを含み、前記末端部分は
   、前記中間部分よりも実質的に大きい半径方向の厚さを
   有し、前記ブラケットの前記内部表面は、前記末端部分
   が前記核燃料棒を取り巻いて内向きに偏倚されるように
   該核燃料棒の一端部を摩擦係合関係で受け入れるような
   寸法に作られており、更に、前記ゲージ手段は、前記中
   間部分で前記外部表面に取り付けられた第１の電気抵抗
   ひずみ計と、前記中間部分で前記内部表面に取り付けら
   れた第２の電気抵抗ひずみ計とを含み、 前記第１及び第２の電気抵抗ひずみ計に電気的に接続さ
   れて同第１及び第２の電気抵抗ひずみ計からの電気出力
   を測定するための処理手段を備え、該処理手段は、前記
   第１及び第２の電気抵抗ひずみ計からの電気出力の変化
   を測定して前記核燃料棒の与圧時に前記軸方向開口内に
   位置する燃料棒の直径の増加を求める、 核燃料棒等の与圧測定装置。 ２）管その他の棒状の物体の直径の増加を測定するため
   のゲージであって、 離間した末端部分と、中心軸線に対し円周方向の離間し
   た内部表面及び外部表面とを有する実質的にＣ字状のブ
   ラケットを含み、前記末端部分はそれ等の間に位置する
   中間部分よりも実質的に大きい半径方向の厚さを有し、
   前記ブラケットの前記内部表面は、前記末端部分が前記
   物体を取り巻いて内向きに偏倚されるように、摩擦係合
   関係で且つ前記中心軸線と同軸的に整合して前記物体を
   受け入れるような寸法に作られており、更に、前記中間
   部分で前記外部表面に取り付けられた第１の電気抵抗ひ
   ずみ計と、前記中間部分で前記内部表面に取り付けられ
   た第２の電気抵抗ひずみ計とを備え、前記第１及び第２
   の電気抵抗ひずみ計からの電気出力の変化を測定して、
   前記末端部分と係合する前記物体の直径の増加を測定す
   る、ゲージ。