JP2022533428A

JP2022533428A - 核燃料集合体底部ノズル用のデブリ濾過装置及びそれを含む底部ノズル

Info

Publication number: JP2022533428A
Application number: JP2021569228A
Authority: JP
Inventors: アレシンアルテミ; アレシンユリー
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2022-07-22
Also published as: BR112021023297A2; KR20220008908A; US20200373025A1; TW202046342A; WO2020237074A2; TWI734492B; EP3956908A2; WO2020237074A3

Abstract

原子炉内の燃料集合体の底部ノズルにおいて使用するための濾過装置は、頂面と、底面と、概して正方形のグリッド状パターンで配置されており、底面と頂面との間に延在しており、且つ、底面と頂面との間にこの装置を経由して延在する複数の非円形通路を画定している、複数の垂直壁部分と、複数の第１のデブリフィルタであって、各デブリフィルタが、複数の通路のそれぞれ１つに概して架け渡されるように頂面と底面との間に位置決めされている、複数の第１のデブリフィルタと、を備える。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、その内容の全てがあらゆる目的のために引用により本明細書に組み込まれる、２０１９年５月２２日に出願され、核燃料集合体底部ノズル用のデブリ濾過装置及びそれを含む底部ノズル（ＤＥＢＲＩＳＦＩＬＴＥＲＩＮＧＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＦＯＲＮＵＣＬＥＡＲＦＵＥＬＡＳＳＥＭＢＬＹＢＯＴＴＯＭＮＯＺＺＬＥＡＮＤＢＯＴＴＯＭＮＯＺＺＬＥＩＮＣＬＵＤＩＮＧＳＡＭＥ）と題された米国特許出願第１６／４１９，６２０号の優先権を主張する。

本発明は、概して原子炉に関し、より詳細には、加圧水炉（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｗａｔｅｒｒｅａｃｔｏｒ：ＰＷＲ）において用いられるような核燃料集合体で使用するための底部ノズル用のデブリ濾過装置に関する。

原子炉冷却材循環系を構成する構成要素の製造、並びに、その後の設置及び補修の間にわたり、様々な運転条件下で当該循環系を経由して冷却材を循環させる、炉容器及びそれに纏わる系から、全てのデブリの除去を確実に行うように鋭意努力がなされている。確実なデブリ除去を促すために入念な手続きを行っても、このような除去を行うために使用される安全措置にもかかわらず、金属片及び金属粒子といった何らかの少量のデブリがなお、系内に潜んだままであることが、経験上示されている。デブリのほとんどは、燃料取り替え過程中における、蒸気発生器の補修若しくは交換後に、又は同様のタイプのプラント改修後に、おそらくは一次系に残っていた金属ワイヤ、金属片、及び金属切削屑から成る。このタイプのデブリがプラント運転中に燃料領域内に入り込まないよう保証することが望ましい。

特に、最下部グリッドにおいて捕集されるデブリによる燃料集合体の損傷が、これまでにいくつかの炉において指摘されている。デブリは、プラントの起動時に、下部炉心支持プレートの冷却材流通開口部から、燃料集合体底部ノズル流通孔を経由して進入する。デブリは、燃料集合体の最下部支持グリッドにおいて、このグリッドの「エッグクレート」形状のセル壁と燃料棒管の下端部分との間の空間内に滞留する傾向にある。損傷は、燃料管の外部に接触したデブリの擦過により生じる、燃料棒管の穿孔から成る。デブリは、ノズルプレート孔内で絡み合う恐れもあり、冷却材が流れることによってデブリを旋転させ、このデブリが燃料棒のクラッディングを突き通す傾向にある。

原子炉からデブリの除去を行うための、いくつかの異なるアプローチが提案され試行されてきた。これらのアプローチの多くは、Ｍａｙｅｒｓらによる米国特許第４，０９６，０３２号において論じられている。Ｓｈａｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒらによる米国特許第４，９００，５０７号は、別のアプローチを例示している。さらに他のアプローチは、ノズルの本体から突出した尖塔形メッシュ（ｍｅｓｈｓｐｉｒｅ）を使用している。しかしながら、このような設計は、燃料棒に干渉するリスクを冒しており、搬送及び組み付け中に潜在的に損傷し得るデブリ捕捉特徴を有している。

上述のアプローチのうちのいくつかは、合理的に良好に働き、それらが設計された運転条件の範囲下で、その目的を概して達成するが、原子炉内のデブリ濾過の問題に対しては、改良された解決策がなお必要とされる。新たなアプローチは、炉の構成要素の既存の構造及び動作と両立可能であること、炉の運転サイクルの全体にわたって効果的であること、並びに、いかなる追加コストにも勝る総合的利益を少なくとももたらすこと、が必須である。

本明細書に記載されるような概念の実施形態は、加圧水炉（ＰＷＲ）において使用されるような、燃料集合体のための改良されたデブリ捕捉特徴であって、同時に、既存の底部ノズル設計と比較すると圧力降下を最小化する、デブリ捕捉特徴を提供する。この発明の実施形態は、流路を層流化（ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ）して、それによって圧力損失係数の減少を結果的に生じるようにも設計された、特有のデブリ捕捉特徴を利用している。この設計は、標準的な商業用ＰＷＲ原子炉が通常運転条件中に経験する条件に纏わる、より高い流量に際して、特に効果的である。

１つの態様として、原子炉内の燃料集合体の底部ノズルにおいて使用するための濾過装置が提供される。濾過装置は、頂面と、底面と、概して正方形のグリッド状パターンで配置されており、底面と頂面との間に延在しており、且つ、底面と頂面との間にこの装置を経由して延在する複数の非円形通路を画定している、複数の垂直壁部分と、複数の第１のデブリフィルであって、各デブリフィルタが、複数の通路のそれぞれ１つに概して架け渡されるように頂面と底面との間に位置決めされている、複数の第１のデブリフィルタと、を備える。

複数の第１のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成される中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備えていてもよく、格子構造は、格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されていてもよい。

濾過装置の真上から又は濾過装置の真下から見たときに、複数の第１のデブリフィルタのそれぞれの格子構造は、第１の正方形のグリッド状パターンを形成するように配置されていてもよい。

少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっていてもよい。

少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっていてもよい。

濾過装置は、各々が、複数の通路のそれぞれ１つに概して架け渡されるように頂面と第１のデブリフィルタとの間に位置決めされている複数の第２のデブリフィルタをさらに備えていてもよい。

複数の第１のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成された中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備えていてもよく、その格子構造は、格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されていてもよく、また、複数の第２のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成された中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備えていてもよく、その格子構造は、格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されていてもよい。

濾過装置の真上から又は濾過装置の真下から見たときに、福栖の第２のデブリフィルタのそれぞれの格子構造は、第２の正方形のグリッド状パターンを形成するように配置されていてもよい。

上から見たときに、第２の正方形のグリッド状パターンは、第１の正方形のグリッド状パターンから或る距離だけオフセットされていてもよい。

少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっていてもよく、また、少なくとも１つの第２のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっていてもよい。

少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっていてもよく、また、少なくとも１つの第２のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっていてもよい。

別の態様として、原子炉内の燃料集合体において使用するための底部ノズルアセンブリが提供される。底部ノズルアセンブリは、概して矩形のスカート部と、概して矩形の基部に結合される、以前に記載された濾過装置と、を備える。

本発明のこれらの及び他の目的、特徴、及び特性に加え、構造の関連要素の操作方法及び機能、並びに、部品と製造の経済との組み合わせは、その全てがこの明細書の一部を成す添付の図面を参照して、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を考察すると、より明らかになるであろう。これらの図面では、同様の参照番号が、様々な図中の対応する部品を指し示す。しかしながら、図面が例示及び説明のみを目的としており、本発明の限定の定義として意図されていないことをはっきりと理解されるべきである。

本発明は、好ましい実施形態の以下の説明を添付の図面と一緒に読むことにより、さらに理解することができる。

従来のデブリフィルタ底部ノズルを含む従来の燃料集合体の部分断面正面図であり、明瞭にするために当該集合体を部分切り欠きの状態において垂直に短縮した形で例示している。

図１の燃料集合体の従来のデブリフィルタ底部ノズルの等角図である。

図２に示されたようなデブリフィルタ底部ノズルの、概して中央部分の断面図であり、例示的な燃料棒（概略的に断面で示す）が、底部ノズルの流通プレート上に配設されている状態で、これらの燃料棒の周りに配設され且つこの流通プレート上に載置された支持グリッドのストラップと共に示されている。

本発明の例示的な一実施形態に従った濾過装置の斜視図である。

図４の線５－５に沿って切断した状態で示された、図４の濾過装置の別の斜視図である。

図４の濾過装置の上面図である。

図６の線７－７に沿って取った、図４の濾過装置の断面正面図である。

図６の線８－８に沿って取った、図４の濾過装置の別の断面正面図である。

図４の濾過装置の９で示されるような代表的な反復単位の拡大斜視図である。

図９の反復単位の上面図である。

図１０の線１１－１１に沿って取った、図９の反復単位の断面正面図である。

図１０の線１２－１２に沿って取った、図９の反復単位の断面正面図である。

本発明の別の例示的な実施形態に従った、別の濾過装置の斜視図である。

図１３の線１４－１４に沿って切断した状態で示された、図１３の濾過装置の別の斜視図である。

図１３の濾過装置の上面図である。

図１５の線１６－１６に沿って取った、図１３の濾過装置の断面正面図である。

図１３の濾過装置の１７で示されるような代表的な反復単位の拡大斜視図である。

図１７の反復単位の上面図である。

図１８の線１９－１９に沿って取った、図１７の反復単位の断面正面図である。

以下の説明において、同様の参照文字は、図面のいくつかの図にわたって同様の部品又は対応する部品を指し示す。また、以下の説明では、「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方に」、「下方に」等といった用語が便宜上の語であって、限定する用語として解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

次に図面を参照すると、図１は、垂直に短縮した形で表されるとともに数字１０により包括的に指し示され、本発明の実施形態が用いられ得る、先行技術の燃料集合体の正面図を示す。燃料集合体１０は、加圧水炉内で使用されるタイプのものであり、その下端に、米国特許第４，９００，５０７号に記載されたようなデブリフィルタ底部ノズル１２を含む構造骨格を有している。底部ノズル１２は、炉の炉心領域（図示せず）内の下部炉心支持プレート１４上で燃料集合体１０を支持している。燃料集合体１０の構造骨格は、底部ノズル１２に加え、その上端に頂部ノズル１６、及び、底部ノズル１２と頂部ノズル１６との間に長手方向に延在するとともにそれらに両端が取り付けられている複数個の案内管又は案内シンブル１８も含む。

燃料集合体１０はさらに、案内シンブル１８に沿って軸方向に離間されるとともに案内シンブル１８に装着される複数の横方向グリッド２０と、グリッド２０により横方向に離間されるとともに支持される細長い燃料棒２２の組織化されたアレイを含む。また、集合体１０は、その中心に位置付けられているとともに底部ノズル１２と頂部ノズル１６との間に延在してそれらに装着される計装管２４も有する。部品のこのような配置により、燃料集合体１０は、集合体の部品に損傷を与えることなく適宜取り扱われることが可能な一体型ユニットを形成する。

上述のように、集合体１０におけるアレイ内の燃料棒２２は、燃料集合体の長さに沿って離間されたグリッド２０により、互いに離間された関係で保持されている。各燃料棒２２は、核燃料ペレット２６を含み、その両端において上端栓２８及び下端栓３０によって閉鎖されている。ペレット２６は、上端栓２８とペレットスタックの頂部との間に配設されるプレナムスプリング３２により、スタック内に維持されている。核分裂性物質で構成される燃料ペレット２６は、炉の反応出力の生成を担う。下部炉心プレート１４の複数の流通開口部（番号付さず）を経由して上方に、水又はホウ素含有水といった液体減速材／冷却材が燃料集合体に圧出される。燃料集合体１０の底部ノズル１２は、集合体の燃料棒２２に沿って冷却材流を通すが、その目的は、有用な作用を生じるよう、そこで発生した熱を抽出することである。

核分裂過程を制御するために、複数個の制御棒３４が、燃料集合体１０内の所定の位置に位置付けられる案内シンブル１８内において相互に可動である。具体的には、頂部ノズル１６の上方に位置決めされる棒クラスタ制御機構３６が、制御棒３４を支持している。この制御機構は、径方向に延在する複数の爪又はアーム３８を有する雌ねじ付き円筒部材３７を有する。各アーム３８は、制御機構３６が案内シンブル１８内で制御棒を垂直に動かして、それにより燃料集合体１０内の核分裂過程を制御するよう動作可能であるように、制御棒３４と相互接続されており、このことは全て、周知の方式で行われる。

上述のように、最下部グリッド２０において又は最下部グリッド２０の下方で捕集されたデブリによる燃料集合体の損傷が、問題となることが分かっている。したがって、このような損傷の発生を防止するために、このようなデブリが底部ノズル流通孔を通過すること、及び、燃料バンドル領域に到達することを防止することが極めて望ましい。

次に図２を参照すると、従来の底部ノズル１２は、概して矩形のスカート部分４４から延在する複数の隅脚４２の形での支持手段を含む。隅脚４２は、下部炉心プレート１４上において燃料集合体１０を支持する。底部ノズル１２はさらに、溶接によるなど、好適にスカート部分４４に取り付けられる概して矩形の平面プレート４６を含む。図２及び図３に見られるように、従来の底部ノズル１２は、離間された複数の流通孔４８を有するプレート４６を有している。流通孔４８は、損傷を与えるサイズのデブリを「濾過して除去する」ようにサイズ決定されている。このような設計は、プレート４６及び燃料集合体１０を経由する流れ又は圧力降下に対して認め得るほどの影響を及ぼすことなく、このような濾過を実施することが意図されている。

図３のプレート４６の部分断面図に示されるように、流通孔４８の直径は、最下部支持グリッド２０内で典型的に捕えられるサイズのデブリを通過させない。デブリがこれらのプレート流通孔４８を通過するほど小さい場合、このデブリはグリッド２０も通過する可能性があるが、その理由は、流通孔４８の直径が、支持グリッド２０のセルを経由する非占有空間の最大断面寸法よりも小さいためである。このような非占有空間は、典型的に、グリッド２０を構成する交互配置されたストラップにより形成される隣接した隅角において見受けられる。デブリがグリッド空間を通過するほど小さいことを保証することにより、従来のデブリフィルタ底部ノズル１２は、それによって、デブリにより誘発される燃料棒破損の潜在性を有意に減少させる。しかしながら、従来のデブリフィルタ底部ノズル１２は、その意図された目的については概して好適であるものの、～０．２００インチ以下の最小寸法を有するデブリの通過を許容し、なお改良の余地がある。

本発明の実施形態は概して、図１～図３の従来のデブリフィルタ底部ノズル１２のプレート４６を、従来のプレート４６と比較して結果的に生じる圧力降下がより少ない装置に置き換え、また、濾過能力の改良も行う。加えて、本発明の実施形態は、既存の燃料集合体底部ノズルの圧力降下に合致するために調整され得る濾過装置を提供する。

本発明の実施形態によりさらに改良される従来の装置について、このように説明してきたので、次に、本発明の１つの例示的な実施形態に従った、改良された濾過装置１００の例示的な一実施形態について、濾過装置１００及びその一部分の様々な代表的な図を示す図４～図１２を併用して説明する。

まず、図４～図８を参照すると、本発明の１つの例示的な実施形態に従った、改良された濾過装置１００の代表的部分の様々な図が示されている。装置１００の全体は、概して平面構造として形成されており、この平面構造は、使用時に、スカート部分４４といったスカート部分（図１～図３に関して以前に論じ、図７及び図８に概略的に示す）に、溶接又は他の好適な１つ以上の機構を介して結合されるように構造化されている。装置１００は、底面１０２と、底面１０２に平行に配設された頂面１０４と、底面１０２と頂面１０４との間に高さｈ₁だけ延在する複数の垂直壁部分１０６を含む。図６の上面図においておそらく最も良好に示されるように、壁部分１０６は、底面１０２と頂面１０４との間に装置１００を経由して延在する複数の非円形通路１０８を画定する、概して正方形のグリッド状パターンに、概して配置されている。壁部分１０６が交差しているグリッド状パターンのエリア１１０は概して、任意の流通孔１１２（即ち、面取り部を有したベンチュリ孔又は真っ直ぐな孔）（例えば、約０．０２０インチから約０．２００インチの範囲の直径を有するが、これに限定されない）の形成を見込んで僅かに厚くされており、これらの流通孔１１２は、装置１００を経由して垂直に延在するとともに、各々が、その上方に位置決めされた対応する燃料棒の端部の下において中心合わせされるように位置決めされている。本明細書で使用されるような「グリッド状」は、グリッドのパターンと同様の方式で割り付けられた要素の配置を指すために使用するものとする。ベンチュリ流通孔１１２の各々は、そこを通過する流体の望ましくない乱流及び／又は圧力降下を最小化するために、テーパされた入口及び出口を含み得る。認識されるべきこととして、これまでに記載してきた濾過装置１００の一般的な構造は、剛性構造を提供しているが、この剛性構造によって潜在的に妨げられる冷却材流の面積を概して最小化している。

引き続き図４～図８を参照すると、濾過装置１００はさらに、複数のデブリフィルタ１２０を含み、デブリフィルタ１２０の各々は、それぞれの通路１０８内に位置決めされているが、各デブリフィルタ１２０の位置決めは、各特定の通路１０８を画定する壁部分１０６間の各通路１０８に概して架け渡されるように行われる。各デブリフィルタ１２０は、格子構造１２２から形成された中空の角錐状又は中空の円錐状の構造（或いは他の好適な三次元配置）として概して形成されており、格子構造１２２は、この格子構造１２２を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するように、よって圧力降下を最小化するように、また、所定のサイズ（例えば、約０．０４０インチから０．１００インチの範囲内だがこれに限定されない）よりも大きなデブリが格子構造１２２により画定される複数のアパーチャ１２４を通過することも禁じるように、サイズ決定され且つ構成されている。本概念の例示的な実施形態では、約０．００５インチから約０．０７５インチの範囲の幅（水平方向に測定）と、約０．０１０インチから０．１００インチの範囲の厚さ（垂直方向に測定）を有する格子構造が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他の寸法の格子構造が用いられてよい。

各デブリフィルタ１２０は、概して底面１０２に一致ししていてもよいし、底面１０２から上方に位置付けられていてもよいその基部１２６から、頂面１０４に又は頂面１０４よりも下方に配設されていてもよい頂点部分１２８まで、高さｈ₂だけ上方に延在している。換言すると、各デブリフィルタ１２０は、表面１０２及び１０４のいずれも越えて突出しないように、よって、濾過装置１００の高さｈ₁未満又は最大でも高さｈ₁に等しい高さｈ₂を有するように、底面１０２と頂面１０４との間に位置決めされている。本明細書の例示的な実施形態が「先端が上向きの（ｔｉｐｕｐ）」配向を有する（即ち、底部から頂部にかけて狭くなっている）ものとして例示されているが、認識されるべきこととして、各デブリフィルタは代替的に、開示された概念の範囲から逸脱することなく、「先端が下向きの（ｔｉｐｄｏｗｎ）」配向で配向されて（即ち、頂部から下向きに狭くなって）いてもよい。

本概念の例示的な実施形態では、約０．２５０インチから約０．６００インチの範囲の高さｈ₂を有するデブリフィルタ１２０が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他の高さが用いられてもよい。そのため、図６に示す装置１００の上面図において見たときに、各デブリフィルタ１２０（図６ではそのうちの３つのみを包括的に標識付けしている）は、図の外方に（即ち、取り囲む壁部分１０６間における紙面から上方に）延在している。図６の上面図から認識できるように、デブリフィルタ１２０の各々を形成する格子構造１２２は、装置１００を通過する冷却材の一般的な流れに平行な方向において見たときに、正方形のグリッド状パターンを形成するように形成されている。本概念の例示的な実施形態では、約０．２５０インチ×０．２５０インチから約１．０００インチ×１．０００インチの範囲のグリッド寸法が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他のサイズが用いられてもよい。認識されるべきこととして、このようなグリッド状パターンは平面ではなく、むしろ、単一面内に配設されないように三次元の方式で「歪ませて」又は「伸張させて」いる。

図９、図１０、図１１及び図１２には、このような例示的な実施形態の紹介を助けるために、その壁部分１０６を画定する単一の通路１０８と、デブリフィルタ１２０の拡大図を示す。

図１３～図１６に、別の例示的な実施形態に従った濾過装置２００の別の例示的な実施形態を示し、図１７～図１９に、その拡大された反復単位を示す。濾過装置２００は、濾過装置１００と同様の配置を有しており、よって同様の要素は、以前に論じたものと同じ番号付けを使用して識別しており、よって、濾過装置２００についての同様の要素は、再び詳細に説明しない。

単一のデブリフィルタ１２０を利用した濾過装置１００とは対照的に、濾過装置２００は、デブリフィルタ１２０から上方又は下方に位置決めされるとともに、デブリフィルタ１２０から約０．０５０インチから約０．２５０インチの範囲内で（典型的には、入れ子タイプの配置で）概して垂直に離間された、第２のデブリフィルタ２２０を含んでおり、よって、向上したデブリ濾過をもたらす。図１３～図１９に例示された例示的な実施形態において、第２のデブリフィルタ２２０は、デブリフィルタ１２０と同様の形状及び構造を有しており、よって、同じく、格子構造２２２から形成された中空の角錐状又は中空の円錐状の構造（或いは他の好適な三次元配置）として概して形成されており、格子構造２２２は、この格子構造２２２を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するように、よって圧力降下を最小化するように、また、所定のサイズ（例えば、約０．０１０インチから０．１００インチの範囲内だがこれに限定されない）よりも大きなデブリが格子構造２２２により画定される複数のアパーチャ２２４を通過することも禁じるように、サイズ決定され且つ構成されている。本概念の例示的な実施形態では、約０．００５インチから約０．０７５インチの範囲の幅（水平方向に測定）と、約０．０１０インチから０．１００インチの範囲の厚さ（垂直方向に測定）を有する格子構造が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他の寸法の格子構造が用いられてもよい。

各第２のデブリフィルタ２２０は、底面１０２から上方に離間されたその基部２２６（図１９）から、頂面１０４に又は頂面１０４よりも下方に配設されていてもよい頂点部分２２８まで、高さｈ₃だけ上方に延在している。換言すると、デブリフィルタ１２０及びデブリフィルタ２２０の組み合わされた二重層構造は、デブリフィルタ１２０及びデブリフィルタ２２０のいずれもが、表面１０２及び１０４のいずれも越えて突出しないように、底面１０２と頂面１０４との間に位置決めされている。本概念の例示的な実施形態では、約０．１２５インチから約０．６００インチの範囲の高さｈ₃を有する第２のデブリフィルタ２２０が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他の高さが用いられてもよい。図１５の上面図及び図１８の拡大上面図から認識できるように、第２のデブリフィルタ２２０の各々を形成する格子構造２２２は、同じく、装置２００を通過する冷却材の一般的な流れに平行な方向において見たときに、正方形のグリッド状パターンを形成するように形成されている。本概念の例示的な実施形態では、約０．２５０インチ×０．２５０インチから約１．０００インチ×１．０００インチの範囲のグリッド寸法が用いられてきたが、本概念の範囲から逸脱することなく、他のサイズが用いられてもよい。

図１８及び図１９に示されるように、第２のデブリフィルタ２２０は、格子構造１２２及び２２２の各々のグリッドが互いを概して二分するように、「ｘ」方向及び「ｙ」方向の両方に概して距離ｄだけ側方にオフセットされている。このようなオフセットにより、第１のデブリフィルタ１２０と一緒に第２のデブリフィルタ２２０を単に使用することによりもたらされるものを超越した、なおさらに向上したデブリ捕捉能力がもたらされる。

本発明の例示的な実施形態は、付加的な製造過程を介して生産されている。そのため、装置１００又は２００のいくつか又は全ては、単一のまとまった要素として形成されてもよい。例示的な一実施形態では、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）材料から本発明の実施形態を形成するために、直接金属レーザ溶融が用いられてきた。しかしながら、認識されるべきこととして、他の好適な方法及び／又は材料（例えば、ステンレス鋼、チタンだが、これらに限定されない）が、本発明の範囲から逸脱することなく用いられてもよい。

そのため、認識されるべきこととして、本明細書に提示される発明は、層流の設計を組み込んだ、完全に新規で斬新な設計であり、当該層流の設計は、底部ノズルの主体／支持構造内に安全に収納されることができ、よって、底部ノズルの主体／支持構造により概して遮蔽されることができる、デブリ捕捉尖塔形ファインメッシュ特徴を組み込みながら、底部ノズルの主体／支持構造内の流れ面積を最大化する。このような配置により、現在の底部ノズル設計における小さな流通孔によって本質的に主導される圧力降下に悪影響を及ぼすことなく、効果的なデブリ捕捉特徴が可能になる。高度な尖塔形ファインメッシュデブリ濾過底部ノズル設計を用いると、付加的な製造過程により、所望の底部ノズル設計特徴、即ち、デブリ捕捉、少ない圧力降下、及び、堅牢な設計、の各々が全て、既存の従来の製造過程の使用では容易に達成し得ない１つの高度な底部ノズル設計に統合されることを可能にする。よって、この高度な尖塔形ファインメッシュデブリ濾過底部ノズル設計は、核燃料設計において使用するための、完全に新規で斬新な設計である。

本発明の特定の実施形態について詳細に説明してきたが、それらの詳細に対する様々な変形物及び代替物が、本開示の教示全体に鑑みて開発され得ることを当業者は認識するであろう。そのため、開示された特定の実施形態は、例示的であることのみを意味し、本発明の範囲に関して限定的であることを意味しない。本発明の範囲には、添付の特許請求の範囲と、そのあらゆる全ての均等物の最大の広さが与えられるべきである。

Claims

原子炉内の燃料集合体の底部ノズルにおいて使用する濾過装置であって、
頂面と、
底面と、
概して正方形のグリッド状パターンで配置されており、前記底面と前記頂面との間に延在しており、且つ、前記底面と前記頂面との間に前記装置を経由して延在する複数の非円形通路を画定している複数の垂直壁部分と、
複数の第１のデブリフィルタであって、各デブリフィルタが、前記複数の通路のそれぞれ１つに概して架け渡されるように前記頂面と前記底面との間に位置決めされている、前記複数の第１のデブリフィルタと、を備える、濾過装置。
前記複数の第１のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成される中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備え、前記格子構造が、前記格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されている、請求項１に記載の濾過装置。
前記濾過装置の真上から又は前記濾過装置の真下から見たときに、前記複数の第１のデブリフィルタのそれぞれの前記格子構造は、第１の正方形のグリッド状パターンを形成するように配置されている、請求項２に記載の濾過装置。
少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっている、請求項２に記載の濾過装置。
少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっている、請求項２に記載の濾過装置。
複数の第２のデブリフィルタをさらに備え、
前記複数の第２のデブリフィルタのそれぞれは、前記複数の通路のそれぞれ１つに概して架け渡されるように前記頂面と前記第１のデブリフィルタとの間に位置決めされている、請求項１の濾過装置。
前記複数の第１のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成される中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備え、当該格子構造が、前記格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されており、
前記複数の第２のデブリフィルタのそれぞれは、格子構造で形成される中空の角錐状又は中空の円錐状の構造を備え、当該格子構造が、前記格子構造を通過する冷却材流に関して抵抗を最小化するようにサイズ決定され且つ構成されている、請求項６に記載の濾過装置。
前記濾過装置の真上から又は前記濾過装置の真下から見たときに、前記複数の第２のデブリフィルタのそれぞれの前記格子構造は、第２の正方形のグリッド状パターンを形成するように配置されている、請求項７に記載の濾過装置。
上から見たときに、前記第２の正方形のグリッド状パターンは、前記第１の正方形のグリッド状パターンから或る距離だけオフセットされている、請求項８に記載の濾過装置。
少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっており、
少なくとも１つの第２のデブリフィルタは、底部から頂部にかけて狭くなっている、請求項７に記載の濾過装置。
少なくとも１つの第１のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっており、
少なくとも１つの第２のデブリフィルタは、頂部から底部にかけて狭くなっている、請求項７に記載の濾過装置。
原子炉内の燃料集合体において使用する底部ノズルアセンブリであって、
概して矩形のスカート部と、
概して矩形の基部に結合される請求項１に記載の濾過装置と、を備える底部ノズルアセンブリ。
原子炉内の燃料集合体において使用する底部ノズルアセンブリであって、
概して矩形のスカート部と、
概して矩形の基部に結合される請求項６に記載の濾過装置と、を備える底部ノズルアセンブリ。