JP2012127957A - フロー・トリッピング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のチャネル壁から水を採取するための、安価なフロー・トリッピング装置を提供すること。
【解決手段】本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置（１００）は、中央の空間を取り囲む周辺帯（１０２）を含んでよい。複数のフロータブ（１０４）は、周辺帯（１０２）の上部から中央の空間に向かって延びてよい。複数の指状構造（１０６）は、周辺帯（１０２）の下部から延びてよい。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料チャネル（１１２）内に装着されると、周辺部ロッドの限界出力比（ＣＰＲ）の性能が高められ、それにより、総合的性能も高められる。結果として、増加された出力が、より低い燃料サイクルコストにつながる。
【選択図】図１Ｃ

Description

本開示は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のチャネル壁から水を採取するための装置に関する。

燃料束設計の発達により、内部ロッドの限界出力比（ＣＰＲ）の性能が改善されている。結果として、周辺部ロッドが、設計を制限するものとなった。周辺部ロッドの限界出力比（ＣＰＲ）の性能を改良するために、フロー・トリッパ（ｆｌｏｗ ｔｒｉｐｐｅｒ）として作用するための特徴的形体が、チャネル壁に機械加工されてきた。しかし、そのような機械加工された特徴的形体は、生産し検査することが困難である可能性があり、かつ特殊な器具を必要とする。

その結果、フロー・トリッピングの特徴的形体をチャネル壁に機械加工することは、高価でありうる。

本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置は、中央の空間を取り囲む周辺帯を含んでよく、複数のフロータブが、周辺帯の上部から中央の空間に向かって延び、複数の指状構造が、周辺帯の下部から延びる。

周辺帯は、平面図に基づいて対称形を有してよい。周辺帯は、平面図に基づいて複数の隅部を含んでよく、周辺帯の各隅部は、複数のフロータブのうちの少なくとも１つを設けられてよい。同様に、周辺帯は、平面図に基づいて複数の隅部を含んでよく、周辺帯の各隅部は、複数の指状構造のうちの少なくとも１つを設けられてよい。

複数のフロータブのそれぞれは、周辺帯から延びるにつれて先細になってよい。また、複数のフロータブのそれぞれは、中央の空間に向かって内側に湾曲してよい。複数のフロータブは、反転したフロータブの形状に対応する間隔だけ互いに離隔されてよい。

複数の指状構造のそれぞれは、周辺帯の外壁に平行であるが、周辺帯の外壁とは異なる平面上にある区分を有してよい。複数の指状構造のそれぞれは、上方に、かつ周辺帯に向かって戻る方向に延びてよい。あるいは、複数の指状構造のそれぞれは、下方に、かつ周辺帯から離れる方向に延びてよい。複数の指状構造は、複数のスリットで互いに分離されてよい。複数の指状構造の総数は、複数のフロータブの総数を超えてよい。例えば、複数のフロータブの総数に対する複数の指状構造の総数の比は、約３：１であってよい。

フロー・トリッピング装置は、周辺帯で境界を定められた中央の空間内に、複数の分割器を付加的に含んでよい。複数の分割器は、周辺帯の対向する内壁に接続されてよい。複数のフロータブの総数に対する複数の分割器の総数の比は、約１：６であってよい。複数の分割器は、第２の群の平行な分割器と交差する第１の群の平行な分割器を含んでよい。第１の群の平行な分割器は、第２の群の平行な分割器と直交してよい。

さらに、フロー・トリッピング装置は、複数の凸部を周辺帯上に含んでよい。複数の凸部は、周辺帯で境界を定められた中央の空間から離れる方向に突出してよい。

本発明の非限定的実施形態による燃料束は、燃料チャネルと、燃料チャネル内の複数の燃料ロッドと、複数の燃料ロッドと平行して配列された少なくとも１つの水ロッドと、少なくとも１つの水ロッドに固定されたフロー・トリッピング装置とを含んでよく、フロー・トリッピング装置は複数の燃料ロッドを取り囲む周辺帯を含み、複数のフロータブは周辺帯の上部から複数の燃料ロッドに向かって延び、複数の指状構造は周辺帯の下部から延びて、燃料チャネルの内壁に対してバネ力を加えるように構成される。

本明細書における非限定的実施形態の種々の特徴および利点は、詳細な説明を添付の図面と併せて吟味することによって、より明白となるであろう。添付の図面は、単に例示を目的として提供されるものであり、特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。添付の図面は、明確に指示されないならば、縮尺通りに描かれているとみなすべきではない。分かりやすくするために、図面の種々の寸法は、誇張されている可能性がある。

本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の平面図である。 本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の側面図である。 本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の斜視図である。 本発明の非限定的実施形態による、主膜流、分岐流および迂回流を有するフロー・トリッピング装置を示す側面図である。 本発明の別の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の側面図である。 本発明の別の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の斜視図である。 本発明の別の非限定的実施形態による、主膜流、分岐流および迂回流を有するフロー・トリッピング装置を示す側面図である。

ある要素もしくは層が、別の要素または層「の上に（ｏｎ）」、「に接続されて（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、「に結合されて（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」、または「を覆って（ｃｏｖｅｒｉｎｇ）」いるように言及されるときは、ある要素もしくは層は、直接、他の要素もしくは層の上にあるか、それに接続されるか、それに結合されるか、またはそれを覆ってよく、あるいは、介在する要素もしくは層が存在してよいことを理解されたい。反対に、ある要素が、別の要素もしくは層「の直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」、「に直接接続されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、または「に直接結合されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」いるように言及されるときは、介在する要素もしくは層は存在しない。本明細書を通して、同じ数字は同じ要素に言及する。本明細書で使用される場合、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、関連して列挙された項目のうちの１つまたは複数の、任意のすべての組合せを含む。

第１の、第２の、第３のなどの用語は、本明細書では、種々の要素、構成要素、領域、層および／または区分を説明するために使用されてよいが、これらの要素、構成要素、領域、層および／または区分は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、単に、１つの要素、構成要素、領域、層または区分を、別の領域、層または区分と区別するために使用される。したがって、以下に議論される第１の要素、構成要素、領域、層または区分は、例示的実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層または区分を指すことができる。

空間に関連する用語（例えば、「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「より低く（ｌｏｗｅｒ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、および「さらに上の（ｕｐｐｅｒ）」、他）は、本明細書では、図に示されるような、１つの要素または特徴の、別の要素または特徴に対する関係を説明する記述を容易にするために使用されてよい。空間に関連する用語は、図に描かれている向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる向きを包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、図中の装置が反転されるならば、他の要素または特徴的形体の「下方に（ｂｅｌｏｗ）」または「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」として説明される要素は、他の要素または特徴的形体の「上方（ａｂｏｖｅ）」を向くであろう。したがって、用語「下方に（ｂｅｌｏｗ）」は、上および下の両方の向きを包含してよい。装置は、それ以外（９０度回転または他の向き）に向けられてよく、本明細書で使用される空間に関連する記述語は、適宜に解釈される。

本明細書で使用される専門用語は、種々の実施形態を説明するためだけを目的としており、例示的実施形態を限定することは意図されていない。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が、複数形を含まないことを明示的に指示しないならば、複数形をも含めることが意図されている。さらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるときは、提示された特徴、整数、段階、動作、要素および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または付加を排除するものではないことを理解されよう。

例示的実施形態は、本明細書では、例示的実施形態のうちの理想的な実施形態（および中間体構造）の概略図である断面図を参照して説明される。そのようなわけで、例えば製造技術および／または許容誤差の結果として、図の形状からの変化が予測される。したがって、例示的実施形態は、本明細書に示される範囲の形状に限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば製造によってもたらされる形状のズレを含むべきである。

別段の指定がないならば、明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的実施形態が属する技術の当業者の一人によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、用語は、一般に使用される辞書において定義される用語を含めて、関連技術を背景とするそれらの意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書において明確そのように定義されない限り、理想的な意味または過度に形式的な意味に解釈されるものではないことが理解されよう。

図１Ａは、本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の平面図である。図１Ａを参照すると、フロー・トリッピング装置１００は、中央の空間を取り囲む周辺帯１０２を含む。周辺帯１０２は、平面図に基づく対称的な形状を有してよい。図に示すように、周辺帯１０２は正方形であってよい。しかし、周辺帯１０２は、周辺帯１０２を収容することを意図されるチャネルの形状に応じて、他の寸法を有してよいことを理解されたい。

複数のフロータブ１０４および指状構造１０６が、周辺帯１０２から延びる。複数の指状構造１０６の総数は、複数のフロータブ１０４の総数を超える。図に示すように、フロー・トリッピング装置１００は、周辺帯１０２の各辺上に、９個のフロータブ１０４および２６個の指状構造１０６（合計で３６個のフロータブ１０４および１０４個の指状構造１０６）を設けられてよい。したがって、複数のフロータブ１０４の総数に対する複数の指状構造１０６の総数の比は、約３：１であってよいが、例示的実施形態は、その比に限定されるものではない。図には示さないが、周辺帯１０２の各隅部は、複数のフロータブ１０４のうちの少なくとも１つを設けられてよい。同様に、図には示さないが、周辺帯１０２の各隅部は、複数の指状構造１０６のうちの少なくとも１つを設けられてよい。

また、フロー・トリッピング装置１００は、周辺帯１０２で境界を定められた中央の空間内に、複数の分割器１０８を含む。複数の分割器１０８は、周辺帯１０２の対向する内壁に接続される。複数の分割器１０８は、第２の群の平行な分割器と交差する第１の群の平行な分割器を含む。第１の群の平行な分割器は、第２の群の平行な分割器に直交してよい。図に示すように、第１の群は、３つの分割器１０８を含んでよく、第２の群も同様に、３つの分割器１０８（合計で６つの分割器１０８）を含んでよい。したがって、複数のフロータブ１０４の総数に対する複数の分割器１０８の総数の比は、約１：６であってよいが、例示的実施形態は、その比に限定されるものではない。

図１Ｂは、本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の側面図である。図１Ｂを参照すると、複数のフロータブ１０４は、周辺帯１０２の上部から中央の空間に向かって延びる。複数のフロータブ１０４は、周辺帯１０２から延びるにつれて先細になる。複数のフロータブ１０４は、平らな先をつけられているように示されるが、先端は、もっと尖っていてとがっていて（もっと尖っていなくて）よいことを理解されたい。また、複数のフロータブ１０４は、中央の空間に向かって内側に湾曲する。特に、各フロータブ１０４の底部は直線的であってよく、一方、先端は内側に湾曲してよい。複数のフロータブ１０４は、反転されたフロータブの形状に対応する間隔だけ互いに離隔されてよいが、間隔は変更されてよいことを理解されたい。さらに、複数のフロータブ１０４は、周辺帯１０２の一部として一体的に形成されてよい。あるいは、複数のフロータブ１０４は、周辺帯１０２に個々に固定されて（例えば、溶接されて）よい。

複数の指状構造１０６は、周辺帯１０２の下部から延びる。非限定的実施形態では、複数の指状構造１０６のそれぞれは、上方に、かつ周辺帯１０２に向かって戻る方向に延びてよい。指状構造１０６の末端部は、周辺帯１０２に接触するように図示されるが、本発明は、そのことに限定されるものではない。複数の指状構造１０６のそれぞれは、周辺帯１０２の外壁に平行であるが、周辺帯１０２の外壁とは異なる平面上にある区分を有してよい。さらに、複数の指状構造１０６は、複数のスリットで互いに分離されてよい。フロー・トリッピング装置１００が、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の動作中に燃料束の中で使用されるときに、スリットを通る分岐流を最小化するために、複数のスリットは、可能な限り小さいことが有利である。例えば、各スリットの幅は、指状構造１０６を形成するために使用されるシート材料の厚さを超えなくてよい。

フロー・トリッピング装置１００に複数の指状構造１０６を設けることは、フロー・トリッピング装置１００が、燃料束の全寿命を通して燃料チャネルの内壁と継続的に接触したままであることを確実にするので有利である。例えば、燃料チャネルの壁は、内部流から圧力を受け、そのことで、燃料チャネルが時間の経過とともに隆起／変形を被る可能性がある。さらに、燃料チャネルは、隆起／変形に寄与する照射成長を受ける可能性がある。その結果、燃料チャネルにバネ力を加えるように構成された、複数の個々の指状構造１０６を有することで、燃料チャネルが燃料束の寿命の間に被る可能性のある稼働中の変化にタイして、フロー・トリッピング装置１００が適応することが可能になる。

指状構造１０６の数は、図で示される数とは違ってよい。より多数の指状構造１０６を有することで、フロー・トリッピング装置１００が、燃料チャネルが被る可能性のある稼働中の変化／変形に対して調節する能力が高まる。しかし、より多数の指状構造１０６は、より多数のスリットを意味し、そのことが、結果的に分岐流を増加させる。反対に、より少ない数の指状構造１０６（したがって、より少ないスリット）を有することで、分岐流は減少するが、フロー・トリッピング装置１００が、燃料チャネルに対する稼働中の変化／変形に対して調節する能力も減少する。そのような状況から、指状構造１０６の数は、図に示される数の±１０〜１５％の範囲内にあることが有利でありうる。例えば、フロー・トリッピング装置１００の周辺帯１０２の各辺は、約２２〜３０個の指状構造１０６を設けられてよい。

また、フロー・トリッピング装置１００は、周辺帯１０２上に複数の凸部１１０を含む。複数の凸部１１０は、楕円形の形状であって、垂直方向を向いていてよいが、本発明はそれに限定されるものではない。また、複数の凸部１１０は、周辺帯１０２で境界を定められた中央の空間から離れる方向に突出する。凸部１１０の突出の程度は、フロー・トリッピング装置１００の側面図に基づく指状構造１０６の突出の程度より小さい。複数の凸部１１０は、周辺帯１０２の上部におけるフロータブ１０４と周辺帯１０２の下部における指状構造１０６との間の中間領域に置かれる。

図１Ｃは、本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の斜視図である。図１Ｃを参照すると、分割器１０８の高さは、周辺帯１０２の高さに匹敵するが、フロータブ１０４の高さを超えることはない。明白にラベル付けしていないが、分割器１０８で形成される２つの中央の対角方向の区画は、フロー・トリッピング装置１００が燃料チャネル内に搭載されるときに、２つの中央の対角方向の区画それぞれの中に水ロッドを収容するために、バネ（各２個で合計４個のバネ）を設けられてよい。水ロッド（上述の２個より多くても少なくてもよい）のそれぞれは、各燃料ロッドの約２倍の直径を有してよい。そのような状況から、分割器１０８で形成される２つの中央の対角方向の区画は、それぞれ、水ロッドを収容してよく、他の区画のそれぞれは、複数の燃料ロッドを収容してよい。また、図に示すように、４つの凸部１１０が、周辺帯１０２の各辺上に（合計で１６個の凸部１１０を）設けられる。しかし、凸部１１０の数量および間隔は、変更されてよいことを理解されたい。

本発明の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置は、燃料束内に組み込まれるように意図されている。そのような燃料束は、燃料チャネルと、燃料チャネル内の複数の燃料ロッドと、複数の燃料ロッドと平行に配列された少なくとも１本の水ロッドと、少なくとも１本の水ロッドに固定されたフロー・トリッピング装置とを含んでよい。上部タイプレートおよび下部タイプレートが、燃料束の対向端に配置されてよい。配列内で燃料ロッドの間隔を空けるために、複数のスペーサが、燃料束内に所定の間隔で設置されてよい。フロー・トリッピング装置は、燃料束の上部領域において、隣接するスペーサの間に配列されてよい。スペーサとは違って、フロー・トリッピング装置は、燃料ロッドと連係して機能しないように設計される。より明確に述べると、フロー・トリッピング装置は、装着されるときに燃料ロッドに接触しないように構成される。フロー・トリッピング装置は、複数の燃料ロッドを取り囲む周辺帯と、周辺帯の上部から複数の燃料ロッドに向かって延びる複数のフロータブと、周辺帯の下部から延びてバネ力を燃料チャネルの内壁に加えるように構成された複数の指状構造とを含んでよい。

図１Ｄは、本発明の非限定的実施形態による、主膜流、分岐流および迂回流を有するフロー・トリッピング装置を示す側面図である。図１Ｄを参照すると、フロー・トリッピング装置は、燃料チャネル内に１つまたは複数の水ロッド（図示せず）に取り付けられ、燃料束のより高い場所におけるスペーサの間に位置付けられるように設計される。さらに、フロー・トリッピング装置の構造は、燃料チャネル内の圧力降下を最小にするために、最小になるように設計される。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の動作中に、水膜が、燃料チャネル１１２の内壁上を上に向かって流れる。水膜がフロー・トリッピング装置１００に達すると、水膜のごく一部が分岐流（破線の矢印）として指状構造１０６の間のスリットを通過し、一方、水膜の大部分が、フロー・トリッピング装置１００の中に迂回され、フロータブ１０４によって周辺部の燃料ロッド（図示せず）に向かって方向を変えられる。その結果、周辺部ロッドの限界出力比（ＣＰＲ）の性能が高められ、それにより、総合的性能も高められる可能性がある。結果として、増加された出力が、より低い燃料サイクルコストにつながる。

上記を考慮すると、限界出力比（ＣＰＲ）の性能を高める方法が、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料チャネル内に、本発明によるフロー・トリッピング装置を装着することを伴ってよいことを理解されたい。１つまたは複数のフロー・トリッピング装置が、燃料束の上部領域に装着されてよい。例えば、フロー・トリッピング装置が、第１の（最上部の）スペーサと第２のスペーサとの間に装着されてよい。別のフロー・トリッピング装置が、第２のスペーサと第３のスペーサとの間に装着されてよい。さらに、別のフロー・トリッピング装置が、第３のスペーサと第４のスペーサとの間に装着されてよい。

図２Ａは、本発明の別の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の側面図である。図２Ｂは、本発明の別の非限定的実施形態によるフロー・トリッピング装置の斜視図である。図２Ｃは、本発明の別の非限定的実施形態による、主膜流、分岐流および迂回流を有するフロー・トリッピング装置を示す側面図である。図２Ａ〜図２Ｃのフロー・トリッピング装置１００'は、指状構造を除いては、図１Ａ〜図１Ｄのフロー・トリッピング装置に関連して上で説明した通りであってよい。したがって、上で既に議論した共通の特徴は、簡潔にするために、以下に繰り返さない。

図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、複数の指状構造２０６のそれぞれは、下方に、周辺帯１０２から離れる方向に延びる。例えば、複数の指状構造２０６のそれぞれは、周辺帯１０２の外壁に平行になるように垂直に下方に延びる前に、最初に周辺帯１０２の下部から離れる角度で下方に延びてよい。図示はしないが、周辺帯１０２の各隅部は、複数の指状構造２０６のうちの少なくとも１つのを設けられてよい。同様に、図示はしないが、周辺帯１０２の各隅部は、複数のフロータブ１０４のうちの少なくとも１つのを設けられてよい。

いくつかの例示的実施形態が、本明細書で開示されたが、他の変形形態が可能でありうることを理解されたい。そのような変形形態は、本開示の趣旨および範囲を逸脱するものとみなされるべきではなく、当業者には明らかであるようなすべての改変形態は、以下の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

１００ フロー・トリッピング装置
１００' フロー・トリッピング装置
１０２ 周辺帯
１０４ フロータブ
１０６ 指状構造
１０８ 分割器
１１０ 凸部
１１２ 燃料チャネル
２０６ 指状構造

Claims (10)

1. 中央の空間を取り囲む周辺帯（１０２）と、
   前記周辺帯（１０２）の上部から前記中央の空間に向かって延びる複数のフロータブ（１０４）と、
   前記周辺帯（１０２）の下部から延びる複数の指状構造（１０６）とを備える、フロー・トリッピング装置（１００）。
2. 前記複数のフロータブ（１０４）のそれぞれが、前記周辺帯（１０２）から延びるにつれて先細になる、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
3. 前記複数のフロータブ（１０４）のそれぞれが、前記中央の空間に向かって内側に湾曲する、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
4. 前記複数の指状構造（１０６）のそれぞれが、上方に、前記周辺帯（１０２）向かって戻る方向に延びる、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
5. 前記複数の指状構造（１０６）のそれぞれが、下方に、前記周辺帯（１０２）から離れる方向に延びる、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
6. 前記複数の指状構造（１０６）が、複数のスリットで互いに分離される、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
7. 前記周辺帯（１０２）で境界を定められた前記中央の空間内に、複数の分割器（１０８）をさらに備える、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
8. 前記複数の分割器（１０８）が、第２の群の平行な分割器と交差する第１の群の平行な分割器を含む、請求項７記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
9. 複数の凸部（１１０）を前記周辺帯（１０２）上にさらに備える、請求項１記載のフロー・トリッピング装置（１００）。
10. 前記複数の凸部（１１０）が、前記中央の空間から離れる方向に突出する、請求項９記載のフロー・トリッピング装置（１００）。

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