JP2011523074A - 核燃料集合体の下部ノズル - Google Patents

Abstract

この下部ノズルは、水が通過することを許すために穴のあいたプレートを備えているタイプのものであり、前記ノズルは側面（２４）と、及び前記下部ノズルと他の隣接する下部ノズルの間で浸入しやすいデブリを遮断するために側面（２４）上に位置された少なくとも一つの対デブリ要素（２２）と、を有している。本発明の一つの態様によると、自由状態において、各々の前記対デブリ要素（２２）は、該対デブリ要素が位置される前記側面（２４）から永久的に突き出しており、力が前記側面（２４）に面して前記対デブリ要素（２２）上に与えられる事象において、各々の前記対デブリ要素（２２）は、前記側面（２４）に面して引っ込むように、弾性的に変形可能である。

Description

本願発明は、水を通すことができるように穴のあいたプレートを備えているタイプの核燃料集合体の下部ノズルに関連しており、前記ノズルは側面と、前記下部ノズルと他の隣接する下部ノズルの間に浸入しやすいデブリを遮断するための側面に位置された少なくとも一つの対デブリ要素と、を備えている。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の核燃料集合体は従来、核燃料ロッドの束と、アーマチュアと、を備えており、前記アーマチュアは、下部ノズルと、上部ノズルと、前記下部ノズルを前記上部ノズルに接続しているガイド管と、前記ガイド管の上に取り付けられた保持グリッドと、を備えている。前記ロッドは、前記下部ノズルと前記上部ノズルの間に延び、前記アーマチュア上でそれらを保持する前記グリッドを通している。

作動において、前記ロッドが垂直に延び、そして水が前記核燃料集合体のロッドに沿って高速で流れ、前記下部ノズルと前記上部ノズルを通過するように、前記集合体が原子炉内に位置される。前記水は、熱交換の冷却剤、及び原子炉の減速材として作用する。

水によって輸送されるデブリが、燃料集合体のロッドに損傷を与え、それ故ロッドまたは全体の集合体を交換するために原子炉を止めることを必要とさせる危険がある。未だ前記集合体は高価であり、原子炉を止めることは操作者にとって高価である。この危険性を制限するために、前記下部ノズルは、とりわけ、前記下部ノズルを通過することを避けるための前記デブリをフィルタリングする機能を有している。

それにもかかわらず、原子炉内で並んで位置された二つの集合体の二つの下部ノズルの間をデブリが浸入しうる危険性が残っている。

特許文献１は、前述のタイプの下部ノズルであって、前記ノズルの側面上に位置された対デブリ要素を備えており、前記デブリをフィルタリングするために、原子炉の作動温度（３００℃と示される）に近い温度からは前記対デブリ要素が前記側面から突き出し、及び原子炉の炉心のそれぞれ内へ、または外への前記集合体の挿入または除去を容易にするために前記作動温度より下では前記側面から突き出さないように、前記対デブリ要素が形状記憶合金で作られているノズルを述べている。

しかしながら、この下部ノズルは、原子炉の温度が作動温度よりも十分に低い間である原子炉の開始及び停止段階の間であって、これらの段階が臨界であるときでさえ、前記集合体の間を浸入するデブリをフィルタリングすることが可能ではない。前記デブリは、再開始される前の、原子炉の停止の間になされた操作に起因しうるという事実の結果、開始段階は特に危機的である。

特許第６００３４７０号明細書

本発明の一つの目的は、原子炉の内部への集合体の設置を容易にすると同時に、デブリの効果的な遮断を可能にする核燃料集合体下部ノズルを提供することである。

そのために、本発明は、自由状態において、各々の対デブリ要素は該対デブリ要素が位置する側面から永久的に突出しており、前記側面に面して前記対デブリ要素に力が及ぼされる事象において、前記側面に面して引っ込むために、前記対デブリ要素は弾性的に変形可能であることを特徴とする、上述のタイプの下部ノズルを提案する。

他の実施形態によると、前記下部ノズルは、以下の特徴の一つまたはいくつかを備えており、単独で、または全ての技術的に可能な組み合わせによって考慮される。

−前記下部ノズルは、前記側面に形成された溝を備えており、力が前記側面に面して前記対デブリ要素上に及ぼされる事象において、前記対デブリ要素が前記溝内に引っ込む。

−前記対デブリ要素は伸張されており、及び前記側面上に位置している二つの側部と前記側面から突き出している中央部とを有しており、前記側部は、力が前記側面に面して前記対デブリ要素上に及ぼされる事象において、互いから離れていく。

−前記側部は、自由状態において、前記対デブリ要素の前記側部の自由縁の間の距離より大きな幅を有している前記溝の底部上に位置しており、前記中央部は、前記側面上に現れている前記溝の開口を通して突き出している。

−前記開口は、前記自由状態において、前記対デブリ要素の前記側部の自由縁の間の前記距離より小さい幅を有している。

−前記溝は、前記側面内に形成されたスロットにより画定され、及び前記溝の底部を形成し、及び少なくとも一つの保持要素は、前記スロットの一つの縁から延びて張り出しており、前記保持要素の自由縁は、前記開口を画定している。

−前記スロットの対向する縁から互いに延びて張り出しており、それらの自由縁の間で開口を画定している二つの保持要素を備えている。

−前記対デブリ要素の長さ方向に、及び側部に沿って間隙を介して分布された一連の保持要素を備えており、各々の保持要素は、前記側部が前記側面上に位置していることを保ち、及び前記側面上で前記側部の滑りを可能にしている。

−側部は、その自由縁上に、前記側面上の前記側部の保持を保証する保持要素を受け入れられるノッチを備えている。

−前記対デブリ要素は、該対デブリ要素の長さの方向に側部を延ばしており、及び前記側面上で前記側部の滑りを可能にさせると同時に、前記側部が前記側面に対して位置していることを保つために提供された保持要素の下に引き込まれた少なくとも一つの平坦な突起を備えている。

−各々の前記対デブリ要素は、該対デブリ要素を通る水の循環のためのオリフィスを備えている。

本発明は同様に、核燃料ロッドの束を含む核燃料集合体、及び前記ロッドの維持フレームに関係があり、前記フレームは間に前記ロッドが延びている上部ノズルと下部ノズルとを備えており、前記下部ノズルは、上で定義したような下部ノズルである。

本発明とその利点は、単に例として提供され、及び添付の図面に関連してなされた以下の詳細な説明を読むことでより理解されるだろう。

図１は、本発明による対デブリ要素を備えている下部ノズルが提供された二つの核燃料集合体の概略側面図である。 図２は、図１の集合体の下部ノズルの拡大図である。 図３は、図２の下部ノズルの一つの部分透視図である。 図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った前記下部ノズルの断面図であって二つの異なる形態のうち一方の対デブリ要素を図示している。 図５は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った前記下部ノズルの断面図であって二つの異なる形態のうち他方の対デブリ要素を図示している。 図６は、図３と同様の図であり、及び他の下部ノズルの実施形態を図示している。 図７は、図３と同様の図であり、及び他の下部ノズルの実施形態を図示している。 図８は、一つの代替による対デブリ要素の部分透視図を示している。 図９は、一つの代替による対デブリ要素の横断面図を示している。

図１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の炉心の下側プレート上に並んで位置された二つの同一の核燃料集合体２を示している。

各々の集合体２は、該集合体が前記原子炉の炉心内に配置される時、実質的に垂直に延びている縦軸Ｌに沿って伸張されている。以下、「上部」及び「下部」との用語は、原子炉内の集合体２の位置を参照するために利用される。

各々の集合体２は、核燃料ロッド６の束、及び前記ロッド６の保持フレーム８を備えている。

各々のロッド６は、核燃料ペレットで満たされたチューブ状のシースを従来的に備えている。

前記フレーム８は、下部ノズル１０と、上端１２と、ガイド管１４と、保持格子１６と、を備えている。

前記下部ノズル１０及び前記上部ノズル１２は軸Ｌに沿って間隔が空けられている。前記ガイド管１４は、前記ノズル１０及び１２の間に延び、及び前記ノズル１０、１２に互いに接続している。前記格子１６は、前記ガイド管１４上に取り付けられ、及び前記ノズル１０、１２の間に分布される。

前記ロッド６は、前記軸Ｌに平行に、前記ロッド６の縦と横の保持を保証する前記格子１６を通して延びている。

図２に示すように、各々の下部ノズル１０は、フィルタリングプレート１８、支持脚２０、及び前記下部ノズル１０の側面２４に取り付けられ位置付けされた対デブリ要素２２を備えている。

前記プレート１８は、前記軸Ｌに対して横に延びている。それは例えば多角形のプロファイル、ここでは四角形のプロファイルを有している。あるいは、六角形のプロファイルを有している。前記脚２０は、前記プレート１８の角から下に延びている。前記下部ノズル１０は、前記脚２０を経て前記下側プレート４に位置している。

各々の対デブリ要素２２は、実装される側面２４から突き出している。

前記下側プレート４は、水注入のオリフィス２６が備えられている。少なくとも一つのオリフィス２６は各々の集合体２の下部ノズル１０の下に現れている。

図３に示すように、前記プレート１８は、水が前記プレートを通過して循環できるように穴が開けられている。そのためには、例えば前記プレート１８は、前記プレート１８の端から端まで複数のチャネル２８を備えている。

各々の対デブリ要素２２は、伸張した弾性の翼板の形態をとり、及び前記側面２４の上端を定義するリッジ３０に平行に延びている。

図４及び５は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、前記対デブリ要素２２の自由状態、及び圧迫状態のそれぞれを示している。

図４に示すように、前記対デブリ要素２２は、前記側面２４内に定義された溝３２内に入れられ、及び前記側面上に現れている前記溝３２の開口３４を通して前記側面から突き出している。

前記溝３２は、前記側面２４内に形成された伸張したスロット３６と、前記スロット３６の対向する端部から互いに向かって延びており、及び前記溝３２にＴ字型の横断面を与える保持要素３８によって画定されている。

前記開口３４は、前記保持要素３８の自由縁の間に定義されている。前記開口は、前記溝３２の底部４０の幅Ｗ２より小さな幅Ｗ１を有している。前記底部４０は平坦で、前記側面２４に平行である。

前記対デブリ要素２２は、帽子型の横断面を有しており、及び二つの平坦な側部４２と、前記側面２４から突き出している湾曲した中央部４４と、を備えている。

前記側部４２は前記溝３２内、前記底部４０と前記保持要素３８との間で定義されたＴ字型の横断面の横棒を画定している側面空間内に入れられている。

前記側部４２の自由縁の間に考慮された前記対デブリ要素２２の幅Ｗ３は、前記底部４０の幅Ｗ２より小さく、及び前記開口３４の幅Ｗ１より大きい。結果として、前記対デブリ要素２２は、前記溝３２の長さに対して横に保持される。

前記中央部４４は、前記開口３４の幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ４を有している。前記中央部４４は、前記対デブリ要素２２の自由状態において前記開口３４を通して前記側面２４から突き出すように曲げられている。

前記中央部４４は、温度に関わらず、より具体的には、通常段階及びエネルギー生産動作段階、停止段階、及び過渡的な開始及び停止段階の間の原子炉が出くわす温度の範囲に関わらず、前記対デブリ要素２２の自由状態において、前記側面２４から永続的に突き出している。この温度範囲は、大気温度または約２０℃と約３５０℃の間である。

前記保持要素３８は、該保持要素３８が前記側面２４と同じ高さとなるように、前記スロット３６に沿って側面２４内に形成されたあそび４６内に入れられている。

前記保持要素３８は、例えば破線で図示されている、ねじ、鋲のような機械的な締め部材４７を用いて締められている。あるいは、または任意的に、前記保持要素３８は、溶接により前記側面２４上に留められている。

図示された例において、各々の保持要素３８は、該保持要素が覆う前記側面４２の長さの大部分にわたって延びている連続的な伸張したバーの形態をとる。あるいは、一つの保持要素３８は、間隔があけられ、及び前記対デブリ要素に沿って分布されている複数の保持要素により置き換えられる。

図５に示したように、力が中央部４４上に印加され、及び図５における矢印Ｆ１により図示されたような前記側面２４の方向に適応される事象において、前記対デブリ要素２２は弾性的に変形し、及び前記溝３２内に格納される。

この場合、図５における矢印Ｆ２で図示されたように、前記中央部４４を押しつぶすことにより、互いに離れている側部４２の間隔があき、及び前記底部４０上で前記側部を滑らせることにより、前記対デブリ要素２２は、弾性的に変形する。

動作の間、図２を参照すると、水がオリフィス２６を通って注入され、及び原子炉の炉心において下部から上部に、前記集合体２を通り且つ間を循環する。前記水は、下部ノズル１０の下に注入される。前記水は、前記プレート１８を通って及び各々の集合体２の前記ロッド６の間を循環する。前記水は同様に、隣接する集合体の各々の対の下部ノズル１０の隣接する側面２４の間に画定された通路を通過するように、前記集合体２の間を循環している。

前記水は、核反応を減速させるための減速材流体として作用し、及び核反応に起因する前記ロッド６内で生成した熱を除去する冷却材として作用する。

各々の下部ノズル１０の前記プレート１８は、前記原子炉内を循環する水が通過することを許し、及び前記水内に存在する如何なるデブリを阻止する。

前記側面２４に配置された前記対デブリ要素２２は、前記集合体２の間を通過する水の流れに存在しうるデブリを阻止する。より正確には、前記下部ノズル１０と対向する前記二つの側面２４の前記対デブリ要素２２は、如何なるデブリを阻止するために、これらの二つの側面２４の間に画定された前記通路の幅を減少させる。

前記対デブリ要素２２は、自由状態では、原子炉の全ての作動段階、特に過渡的な開始及び停止段階の間において、前記集合体の間を流れる水の流れによって輸送されるデブリを阻止することを可能にするように、前記側面２４から永久的に突き出している。

原子炉から集合体２を除去し、及び原子炉内に導入するために、上部ノズル１２により前記集合体２をつかむフックが使われる。このタイプの作動に関連した危険性は、原子炉の炉心内に他の隣接する集合体２のロッド６または格子１６に触れる下部ノズル１０であり、及び操作された集合体、または隣接する集合体の一つが、デブリを生成することにより損傷を引き起こす。操作の間にこのリスクを制限するため、前記対デブリ要素２２は、それらが押されるとき引っ込むことができ、及び原子炉の炉心からその挿入または除去の間に前記集合体のよりよい導入を保証することを可能にさせる。それらの弾性に起因して、それらはデブリを阻止する初期の構成をそれから再開する。

前記対デブリ要素２２は、好ましくは、例えばニッケルまたは鉄基準の超合金、チタン合金、または構造的な硬化剤を有する任意のステンレス鋼、例えば、標準航空宇宙関係材料に関する規格（ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＭＳ）５６２９及びＡＭＳ５６４３により定義されたもので作られている。

図示された例において、前記保持要素３８は、前記下部ノズル１０の前記側面上に取り付けられ及び留められている。図示されていないが一つの代替において、前記保持要素は、前記側面２４と一体であり、前記溝３２は例えばＴ字型のバリを用いて前記側面２４内に機械加工される。

図６及び７の実施形態は、前記保持要素の形状において前の実施形態と異なっている。

図６の実施形態において、前記下部ノズル１０は、分離され、及び各々の対デブリ要素の各々の側部４２に沿って分布された幾つかの保持要素３８を備えている。

各々の保持要素３８は、前記溝３２の前記底部４０上に前記保持要素３８を留めるための基部５０と、及び前記基部５０より大きな円盤形状の頭部５２とを備えている。

各々の側部４２は、該側部４２の自由縁に沿って分布されている保持要素３８の基部５０を受け入れるための複数のノッチ５４を備えている。各々のノッチ５４は、前記側部４２の自由縁上に現れている。各々のノッチ５４は保持要素３８の基部５０を受け入れるのに十分な大きさであるが、前記保持要素３８の頭部５２の通過を許すには非常に狭い。

各々のノッチ５４は、前記中央部４４が前記溝３２の底部４０に向かって押される間に、前記側部４２が互いに離れることを可能にするために、前記対デブリ要素２２の内側に延びている。

図７の実施形態において、各々の対デブリ要素２２はその縁だけが保持される。

このために、対デブリ要素２２の各々の側部４２は、前記対デブリ要素２２の長さの方向に、前記側部４２を引き延ばした平坦な外延部５６が備えられ、及び前記外延部５６を覆うために、前記下部ノズル１０の前記側面２４上に備えられたあそび６０内に留められた角部プレート５８の形態で保持要素３８が提供される。

各々の角部プレート５８は、前記下部ノズル１０の一つの角を覆い、及び前記下部ノズル１０の二つの隣接する側面２４上に配置された二つの対デブリ要素２２を留めるために利用される。

一つの代替において、同一の角部に位置された二つの角部プレート５８が、一つの角部プレートにより置き換えられる。あるいは、または任意的に、一つの角部プレート５８は二つのプレートにより置き換えられ、各々は一つの対デブリ要素２２を留めるために作用する。

図８及び９に図示された代替において、前記対デブリ要素２２は、図３から５の代替のものと異なっており、水の流れの抵抗を減少するため、及び前記燃料集合体２の周囲に位置する前記燃料ロッド６の冷却を可能にするため、水が前記対デブリ要素２２を通って循環するためのオリフィス６０を備えている。前記オリフィス６０は、前記側部に沿って分布された前記中央部４４内に形成されている。

図示された例において、前記対デブリ要素２２は、下側の側部４２に隣接する前記中央部４４の側部内に形成された一連の下側のオリフィス６０と、上側の側部４２に隣接する前記中央部４４の側部内に形成された一連の上側のオリフィス６０と、を備えている。

前記下側のオリフィス６０は、前記中央部４４の頂部６２と前記下側の側部４２との間に位置される。前記上側のオリフィス６０は、前記頂部６２と前記上側の側部４２との間に位置される。

図９に図示されたように、動作の間、水は、前記下側のオリフィス６０を経て前記対デブリ要素２２の下から入り、前記上側のオリフィス６０から出る間に、前記対デブリ要素２２を通って循環する。

水の良好な循環を保証するために、各々の下側のオリフィス６０は、前記対デブリ要素２２に沿って上側のオリフィス６０に対向して位置される。

図８に示すように、前記オリフィス６０は、前記対デブリ要素２２に対して横に伸張された長円形状を有している。あるいは、または任意的に、前記オリフィスは長円であり、及び前記対デブリ要素２２の長さの方向に、または流れに対して斜めに延ばされる。前記オリフィス６０は、他の幾何学的形状を有し、及び／または互い違いの行で位置されるか、または一連の行で位置される。前記対デブリ要素２２は同様に、異なる形状及び／または位置でオリフィス６０の異なる組み合わせを有しうる。

本発明は、示された実施形態に限定されない。例えば異なるタイプの保持要素、または幾つかの部分で作られた対デブリ要素２２を提供するために、図３、６、及び７の実施形態を結合させることが可能である。同様に、前記下部ノズル１０の二つの側面２４だけに対デブリ要素２２を有することも可能であり、例えば前記二つの側面が二つの隣接する集合体の下部ノズルと向かい合っており、及び前記下部ノズルの他の二つの側面は対デブリ要素２２がない。

本発明は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の核燃料集合体下部ノズルに適用する。本発明は一般的に核燃料集合体の如何なるタイプの下部ノズルに適用する。

２ 核燃料集合体
４ 下側プレート
６ 核燃料ロッド
８ 保持フレーム
１０ 下部ノズル
１２ 上部ノズル
１４ ガイド管
１６ 格子
１８ プレート
２０ 支持脚
２２ 対デブリ要素
２４ 側面
２６ オリフィス
２８ チャネル
３０ リッジ
３２ 溝
３４ 開口
３６ スロット
３８ 保持要素
４０ 底部
４２ 側部
４４ 中央部
５０ 基部
５２ 頭部
５４ ノッチ
５６ 外延部
５８ 角部プレート
６０ オリフィス
６２ 頂部

Claims (12)

1. 水が通過することを許すために穴のあいたプレート（１８）を備えているタイプの核燃料集合体（２）の下部ノズル（１０）であって、前記ノズルは側面（２４）と、及び前記下部ノズルと他の隣接する下部ノズルの間で浸入しやすいデブリを遮断するために側面（２４）上に位置された少なくとも一つの対デブリ要素（２２）と、を有しており、
   自由状態において、各々の前記対デブリ要素（２２）は、該対デブリ要素が位置された前記側面（２４）から永久的に突き出しており、力が前記側面（２４）に面して前記対デブリ要素（２２）上に与えられる事象において、各々の前記対デブリ要素（２２）は、前記側面（２４）に面して引っ込むために、弾性的に変形可能であることを特徴とするノズル。
2. 前記側面（２４）内に形成された溝（３２）を備えており、力が前記側面（２４）に面して前記対デブリ要素（２２）上に与えられる事象において、前記対デブリ要素（２２）が前記溝（３２）内に引っ込む請求項１に記載のノズル。
3. 前記対デブリ要素（２２）は伸張されており、及び前記側面（２４）上に位置している二つの側部（４２）と、前記側面（２４）から突き出している中央部（４４）とを有しており、力が前記側面（２４）に面して前記対デブリ要素（２２）上に与えられる事象において、前記側部（４２）は互いから離れていく請求項１または２に記載の下部ノズル。
4. 前記側部（４２）は、前記自由状態において、前記対デブリ要素（２２）の側部（４２）の自由縁の間の距離（Ｗ３）より大きな幅（Ｗ２）を有している前記溝（３２）の下部（４０）上に位置しており、前記中央部（４４）は前記側面（２４）上に現れている前記溝（３２）の開口（３４）を通して突き出している請求項２または３に記載の下部ノズル。
5. 前記開口（３４）は、前記自由状態において、前記対デブリ要素（２２）の側部（４２）の自由縁の間の距離（Ｗ３）より小さな幅（Ｗ１）を有している請求項４に記載のノズル。
6. 前記溝（３２）は、前記側面（２４）内に形成されたスロット（３６）により定義され、及び前記溝（３２）の前記下部（４０）を形成し、及び少なくとも一つの保持要素（３８）は、前記スロットの一つの縁から延びて張り出しており、前記保持要素（３８）の自由縁は、前記開口（３４）を画定している請求項５に記載のノズル。
7. 二つの保持要素（３８）は、前記スロット（３６）の対向する縁から互いに延びて張り出しており、及びそれらの自由縁の間で前記開口（３４）を画定している請求項６に記載のノズル。
8. 及び前記対デブリ要素（２２）の長さの方向に側部（４２）に沿って相隔たり、及び分布された一連の保持要素（３８）を備えており、各々の保持要素（３８）は前記側部（４２）が前記側面（２４）上に位置していることを保ち、及び前記側面（２４）上で前記側部（４２）の滑りを可能にしている請求項１ないし７のいずれか一項に記載のノズル。
9. 側部（４２）は、その自由縁上で、前記側面（２４）上の前記側部（４２）の保持を保証する前記保持要素（３８）が受け入れられるノッチ（５４）を備えている請求項８に記載のノズル。
10. 前記対デブリ要素（２２）は、前記対デブリ要素（２２）の長さ方向に側部（４２）を延ばし、及び前記側面（２４）上で前記側部（４２）の滑りを可能にすると同時に、前記側面（２４）に対して前記側部（４２）が位置することを保つために提供された保持要素（３８）の下に引き込まれた少なくとも一つの平坦な突起を備えている請求項３ないし９のいずれか一項に記載のノズル。
11. 各々の前記対デブリ要素（２２）は、前記対デブリ要素（２２）を通る水の循環のためのオリフィスを備えている請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のノズル。
12. 核燃料ロッド（６）の束と、前記ロッド（６）の維持フレーム（８）と、を備えており、前記フレーム（８）は、前記ロッド（６）が間に延びている上部ノズル（１２）と下部ノズル（１０）を備えており、前記下部ノズル（１０）は、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の下部ノズルである核燃料集合体。

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