JP2860377B2 - 燃料集合体における異物フィルタ下部ノズル - Google Patents

燃料集合体における異物フィルタ下部ノズル

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JP2860377B2 JP2249016A JP24901690A JP2860377B2 JP 2860377 B2 JP2860377 B2 JP 2860377B2 JP 2249016 A JP2249016 A JP 2249016A JP 24901690 A JP24901690 A JP 24901690A JP 2860377 B2 JP2860377 B2 JP 2860377B2
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は原子炉に関し、特に、核燃料集合体のための
改良型異物フィルタ下部ノズルに関するものである。
先行技術の説明 原子炉の冷却材循環系統を構成する諸要素の製造中、
並びに、その後における設置及び修理中、種々の運転条
件下で冷却材が循環する原子炉容器及びその関連の系統
から全ての破片若しくは異物を完全に除去すべく、苦心
の努力が払われている。異物の除去を確実にするために
入念な措置が施されているが、経験上、このような異物
除去を行うのに採用されている防護策にも拘わらず、幾
つかのチップ及び金属粒子が依然として系統内に隠れた
状態で留どまっていることが分かっている。異物の大部
分は金属屑から成り、これらは、恐らく蒸気発生器の修
理又は交換の後に一次系内に残ったものであろう。
特に、下部格子で捕捉される異物に起因する燃料集合
体の損傷が、近年、幾つかの原子炉で観察されている。
異物は、プラントが始動されると、下部炉心板の冷却材
流通穴から燃料集合体の下部ノズルの流通穴を通って入
ってくる。異物は、燃料集合体の下部格子の領域におい
て、その卵詰枠状のセル壁と燃料棒被覆管の下端部との
間の空間内に留どまる傾向がある。損傷は、燃料棒被覆
管の外壁と接触する異物のブレッチングにより形成され
る燃料棒被覆管の穿孔から成る。また、異物は下部ノズ
ルのプレート（所謂、アダプタ板）の流通穴内でも引っ
掛かり、流れている冷却材により該異物は旋回され、こ
れによって、燃料棒の被覆管が切断される恐れがある。
原子炉から異物を除去するために、幾つかの異なった
解決策が提案され且つ試みられている。これらの試みの
うちの多くは、米国特許第4,096,032号明細書に論述さ
れている。その他は、特願昭60−253905号、特願昭60−
255185号、特願昭60−273586号、特願昭61−76821号、
特願昭61−185383号、特願昭63−102821号及び特願昭63
−247547号明細書に開示されている。前記明細書の各々
に記載されている全ての手段は合理的且つ良好に作動
し、それらが意図している範囲の運転条件下では、一般
的にそれぞれの目的を達成しているが、原子炉内の異物
の除去という問題に対しては別の新たな解決策が未だ必
要とされている。この新たな解決策は、原子炉の諸要素
の現存の構造並びに動作と適合し、少なくとも原子炉に
付加するのに要する費用を上廻る総合的利益をもらたす
ものでなければならない。
発明の概要 本発明は、上記必要性を満足するように設計された燃
料集合体における改良型異物フィルタ下部ノズルを提供
することにある。本発明による下部ノズルは強度が向上
され、多数の穴が設けられたプレートの代わりに、統合
結合された多数の管状及び中実の正円柱形部片を用いる
ことにより、より細かな過が可能となっている。プレ
ート型の異物フィルタの主たる欠点は、流通穴の径及び
間隔を減じるには、実際には限界があり、また、板厚を
増大させ、ひいては流通穴の深さを大きくする、という
点にある。本発明による改良型異物フィルタ下部ノズル
は、平らなプレート及びそこに設けられた流通穴に代え
て、適当な内外径、長さ、及びパターンを有し且つ異物
フィルタ下部ノズルを形成するように囲まれ結合された
適宜配列の管及び棒を用いることにより、前記制限を回
避するものである。
従って、本発明は、複数の核燃料棒と、該核燃料棒を
組織化された配列で支持する少なくとも１つの支持格子
と、該支持格子を支持する少なくとも１つの案内シンブ
ルとを有する原子炉用燃料集合体において用いられる異
物フィルタ下部ノズルに関するものである。この異物フ
ィルタ下部ノズルは、支持格子の下方に間隔を置いて配
置され、案内シンブルを支持し、燃料集合体内に液体冷
却材を流通させることができるようになっている。この
異物フィルタ下部ノズルであって、（ａ）内部を貫通す
る冷却材流通用チェンバを画成している包囲体と、
（ｂ）前記包囲体の前記チェンバを横切って互いに並置
関係に配置され、その軸方向が前記チェンバを通る冷却
材の流れの方向に延び、且つ、前記包囲体及び相互に堅
く結合されている統合配列の細長い円柱形部片とから成
る。円柱形部片の少なくとも一部は、前記チェンバを通
る冷却材の流れのための流路を画成する管状の断面形状
となっている。他の円柱形部材片は中実の断面形状であ
る。管状の円柱形部片の径は実質的に同一であるが、少
なくとも２種類の寸法としても良い。円柱形部片の軸方
向長さは、包囲体の高さよりも短い。
下部ノズルの包囲体は、冷却材流通用チェンバを画成
する複数の相互結合された直立側壁を含んでいる。ま
た、包囲体は、原子炉内で下部ノズルを支持するため
に、側壁に結合された複数の支持脚部ないし支持レッグ
を含んでいる。更に、相互結合された直立側壁は、包囲
体に複数のコーナーを画成し、各コーナーには支持レッ
グが配置される。
本発明の上記及びその他の利点や効果は、本発明の一
実施例を示している図面に沿っての以下の詳細な説明を
読むことによって、当業者にとって明らかとなるであろ
う。
発明の詳細な説明 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通
して同一又は相当部分を示している。また、以下の説明
において、「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、
「上方」、「下方」等の語は便宜上の言葉であり、限定
的な語として理解されるべきものではない。
一般的な説明 図面、特に第１図を参照すると、この図には、燃料集
合体が、参照符号10で総括的に表され垂直方向に短縮し
た形態の立面図で示されている。この燃料集合体10は、
加圧水型原子炉（PWR）に用いられる型式であり、基本
的に、原子炉（図示しない）の炉心領域における下部炉
心板（図示しない）上に燃料集合体10を支持するための
下端構造物、即ち下部ノズル12と、この下部ノズル12か
ら上方に突き出して長手方向に延びる複数の案内管、即
ち案内シンブル14とを含んでいる。更に、この燃料集合
体10は、案内シンブル14に沿って軸方向に互いに隔てら
れている複数の横向きの支持格子16と、これらの支持格
子16によって互いに横方向に隔てられ且つ支持された細
長い燃料棒18の組織化された配列とを備えている。ま
た、燃料集合体10は、その中心に配置された計装管20
と、案内シンブル14の上端に取外し可能に取り付けられ
た上端構造物、即ち上部ノズル22とを含んでいる。燃料
集合体10は、各部材のこのような配列によって、構成部
材を損傷させることなく普通に取り扱うことのできる一
体的なユニットを形成している。
上述したように、燃料集合体10において前記配列の燃
料棒18は、燃料集合体10の長手方向に沿って互いに離間
された支持格子16によって相互に隔てられた関係で保持
されている。各燃料棒18は複数の核燃料ペレット24を具
備しており、燃料棒18の両端は、気密に封止するため
に、それぞれ上部端栓26と下部端栓28により閉じられて
いる。一般に、燃料棒18内の上部端栓26と燃料ペレット
24との間にはプレナムばね30があり、燃料ペレット24を
燃料棒18内で緊密な積重状態に維持している。核分裂性
物質から構成された燃料ペレット24は、原子炉の反応出
力の発生を担っている。水又はホウ素含有水のような液
体の減速・冷却材が、炉心に発生される熱を抜き出して
有用な仕事を行わせるために、炉心の燃料集合体10を通
って上方に圧送される。
核分裂過程を制御するために、多数の制御棒32が、燃
料集合体10内の所定位置に配設されている案内シンブル
14内で往復動される。より詳細に説明すると、上部ノズ
ル22の上方に配置されている制御棒クラスタ制御機構34
が制御棒32を支持している。制御機構34は、複数の放射
方向に延びるフルーク若しくはアーム38を備えためねじ
付きの円筒部材36を有している。各アーム38は制御棒32
と相互連結され、これによって、制御機構34が、案内シ
ンブル14内で制御棒32を垂直方向に動かし、もって、周
知の態様で燃料集合体10の核分裂過程を制御するよう駆
動可能となっている。
従来の下部ノズル 第２図及び第３図を参照すると、従来の燃料集合体10
の下部ノズル12が示されている。下部ノズル12は、下部
炉心板（図示しない）上に燃料集合体10を支持すること
の他、下部炉心板の流通穴（図示しない）から燃料集合
体10内へと冷却材の流れを上方に流通させることができ
る。下部ノズル12は、下部炉心板上に燃料集合体10を支
持するための複数のコーナーレッグ40の形態をとる支持
手段を有し、また、溶接等により該コーナーレッグ40に
適宜に取り付けられたほぼ矩形の平らな上部アダプタ板
42を有している。
下部ノズル12の上部アダプタ板42は、そこに貫設され
た中心穴44及び複数の外側の穴46を介して、計装管20及
び案内シンブル14の下端に連結されている。案内シンブ
ル用の穴46は、中心穴44の位置に関して、径方向及び周
方向に互いに離隔されている。また、下部ノズル12の上
部アダプタ板42には、複数の冷却材流通穴48が貫設され
ており、これらの流通穴48は、計装管20及び案内シンブ
ル14のための穴44、46の間及び周囲で、適宜間隔を置い
て配置されている。これらの流通穴48は比較的多数あ
り、通常、２種類の径、例えば12.7mm（0.5in.）と6.35
mm（0.25in.）の径のものがある。流通穴48A、48B（第
３図参照）の各径は、冷却材の流れにより通常運ばれる
損傷誘発寸法（損傷を引き起こす可能性がある寸法）の
異物を十分に通すことができる大きさである。
従来の異物フィルタ下部ノズル 前述したように、支持格子16のうち最下部の支持格子
の位置或はその下側で捕捉された異物に起因する燃料集
合体の損傷が問題となることが認められている。従っ
て、このような損傷の発生を防止するために、異物が従
来の下部ノズル12の流通穴48を通るのを防ぐことが極め
て望ましい。本明細書に参考により援用されている特願
昭63−102821号明細書には、前述した従来の下部ノズル
12における比較的大きな流通穴48A、48Bを、より多数で
より小さな流通穴に置き換え、この小さな流通穴を、ア
ダプタ板46及び燃料集合体10を通過する流れやそこでの
圧力降下に悪影響を与えることなく、損傷誘発寸法の異
物を過できる寸法としたことが開示されている。この
特願昭63−102821号明細書記載の異物フィルタ下部ノズ
ルは、アダプタ板の異物過用の冷却材流通穴の数、密
度及び寸法と、各異物過用流通穴の入口面取り部の寸
法に関して、従来の下部ノズル12と異なっている。更
に、これらの小さな異物過用流通穴は、断面寸法が一
定であり、且つ、アダプタ板の全面を実質的に覆う配列
で設けられるのが好ましい。異物過用流通穴の径は、
最下部支持格子16で通常捕らえられる寸法の異物の通過
を防止することのできる寸法、約4.83mm（0.190in.）で
あるのが好ましい。
特願昭63−102821号明細書記載の異物フィルタ下部ノ
ズル、即ち、小径の異物過用冷却材流通穴が高密度で
アダプタ板に穿設されている下部ノズルが、極めて良好
な結果を示すことは分かっている。しかしながら、或る
一定の場合には、より高度な過ができるように、更に
多数のより小さな異物過用冷却材流通穴を有する異物
フィルタ下部ノズルを提供することが望ましい。しか
し、より多数でより小さな穴を機械加工、即ちドリル加
工しようとすることは困難であり、費用がかかる。その
理由は、（１）リガメント（穴間のアダプタ板の母材）
が小さくなるにつれて、ドリルは所望位置から外れる傾
向があり、（２）より多数の穴を明けることは非常に時
間がかかるためである。更にまた、第２図に示すアダプ
タ板よりも相当に厚いアダプタ板があるが、このような
厚いアダプタ板に穴をドリル加工する場合、その穴が同
一の径であっても、より一層の時間と費用がかかってし
まう。
改良型異物フィルタ下部ノズル 第４図〜第６図を参照にすると、本発明による強化型
異物フィルタ下部ノズルが総括的に符号50により示され
ている。この改良型異物フィルタ下部ノズル50は、強度
が向上され、前記の特願昭63−102821号明細書記載の下
部ノズルに設けられているような、多数の穴が設けられ
た平坦なプレート（アダプタ板）の代わりとして、統合
結合された多数の正円柱形部片54から成る横向きの上部
構造体52を用いることにより、更に細かな過が可能と
なっている。プレート型の異物フィルタにおける過作
用及び強度を向上させることに関する主な欠点は、流通
穴の径及び間隔を減じる場合、実際には限界があり、ま
た、板厚を増加させ、よって流通穴の深さも大きくして
しまう点にある。本発明の改良型異物フィルタ下部ノズ
ルは、プレート及びそこに設けられた流通穴から成る構
造を、異物フィルタ下部ノズルの横向きの上部構造体52
を画成するように統合された互いに結合された適宜配列
の細長い円柱形部片54に置き換えることにより、前記制
限を回避する。
従って、本発明の異物フィルタ下部ノズル50は、その
基本的な構成要素として、冷却材流通用のチェンバ58を
貫通して画成する包囲体56と、この包囲体56のチェンバ
58を横切って配置された結合配列の細長い円柱形部片54
とを含んでいる。円柱形部片54は相互に並置関係で配置
され、包囲体56に且つ互いにしっかりと結合されてい
る。また、円柱形部片54の軸線は、チェンバ58を通る冷
却材の流れの方向に延びている。
より詳細に説明するならば、少なくとも一部、好適に
は大部分の円柱形部片54A、54B（第５図及び第６図参
照）は、矩形ないし正方形形状に配列されたステンレス
鋼製の薄肉管となっている。このように、部片54A、54B
は管状の断面形状であり、チェンバ58を通る冷却材の流
れのための流路60を画成している。管状部片54A、54Bの
端部は、良好な流体特性を得るために、面取りがされて
いる。各管状部片54の径は、下部ノズル50の寸法を満た
すのに必要とされる大きさに応じて、適宜変更される。
数個の円柱形部片は中実の断面形状となっている。例え
ば、４つ１組となっている中実の部片55（第４図参照）
は互いに剛的に結合され、案内シンブル14の下端を受け
入れて取着するための穴46を画成するように、ドリル加
工されている。第４図〜第６図に示すように、管状部片
54は２つの異なる大きさの径を有しており、一方は第５
図に管状部片54Aとして示され、他方は第６図に管状部
片54Bとして示されている。或はまた、第７図におい
て、管状部片54は全て同一の径としても良い。
改良型異物フィルタ下部ノズルの包囲体56は、相互結
合された複数の直立側壁62から成り、冷却材流通用チェ
ンバ58を画成している。円柱形部片54から成る横向きの
上部構造体52の軸方向長さは、包囲体56の高さよりも短
く、第２図の従来の異物フィルタ下部ノズルの上部アダ
プタ板の厚さとほぼ等しい。また、包囲体56は、原子炉
内で下部ノズル50を支持するために、側壁62に連結され
た複数の支持レッグ64を有している。相互結合された側
壁62は、包囲体62に複数のコーナー部62Aを画成し、各
支持レッグ64は包囲体56の対応のコーナー部62Aに配置
される。
円柱形部片54、固定フレーム、即ち包囲体56、及び支
持レッグ64は、ステンレス鋼から形成され、互いに同時
にろう付けされる。所望の配列が完成したならば、下部
ノズル50は炉内に置かれ、そこで、部片54の回りや包囲
体56内の種々の位置でのろう付け用合金が溶けて全要素
が互いに縛着される。
本発明及びこれに付随する多くの利点は、上の説明か
ら理解されるであろう。また、本発明の精神及び範囲を
逸脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲にする
ことなく、形態、構成及び配列に関して種々の変更が可
能であることは明らかであり、よって、以上に述べられ
た形態は単に本発明の好適な実施例に過ぎないものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による改良型異物フィルタ下部ノズル
を適用することができる従来の燃料集合体を、図示を明
瞭とするために、一部を切除して垂直方向に短縮した形
で一部断面で示す正面図、第２図は、第１図の燃料集合
体における従来の下部ノズルを拡大して示す一部断面正
面図、第３図は、第２図の３−３線に沿って見た場合の
従来の下部ノズルの平面図であり、アダプタ板に形成さ
れた流路穴の配列を示す図、第４図は、本発明による異
物フィルタ下部ノズルの部分平面図であり、横向きの上
部構造体を構成する異なる径寸法の管状部片等を示す
図、第５図は、第４図の異物フィルタ下部ノズルにおけ
る大径の管状部片の１つを示す縦断面図、第６図は、第
４図の異物フィルタ下部ノズルにおける小径の管状部片
の１つを示す縦断面図、第７図は、本発明の別の実施例
による異物フィルタ下部ノズルを概略的に示す部分平面
図であり、横向きの上部構造体を構成する同一径寸法の
管状部片を示す図である。図中、 10……燃料集合体、14……案内シンブル 16……支持格子 50……異物フィルタ下部ノズル 52……上部構造体、54……円柱形部片 54A,54B……管状部片 55……中実部片、56……包囲体 58……冷却材流通用チェンバ 60……流路、62……側壁 64……支持レッグ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−139790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−234392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−285490（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161192（ＪＰ，Ａ) 米国特許4096032（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 3/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の核燃料棒と、該核燃料棒を組織化さ
    れた配列で支持する少なくとも１つの支持格子と、該支
    持格子を支持する少なくとも１つの案内シンブルとを有
    する原子炉用燃料集合体において、前記支持格子の下方
    に間隔を置いて配置され、前記案内シンブルを支持し、
    且つ、前記燃料集合体内に液体冷却材を流通させること
    ができるようになっている異物フィルタ下部ノズルであ
    って、 （ａ）内部を貫通する冷却材流通用チェンバを画成して
    いる包囲体と、 （ｂ）前記包囲体の前記チェンバを横切って互いに並置
    関係に配置され、その軸方向が前記チェンバを通る冷却
    材の流れの方向に延び、且つ、前記包囲体及び相互に堅
    く結合されている統合配列の細長い円柱形部片であり、
    一部が、前記チェンバを通る冷却材の流れのための流路
    を画成する管状の断面形状を有している前記円柱形部片
    と、 を備えている燃料集合体における異物フィルタ下部ノズ
    ル。
JP2249016A 1989-09-21 1990-09-20 燃料集合体における異物フィルタ下部ノズル Expired - Lifetime JP2860377B2 (ja)

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JPH03118497A JPH03118497A (ja) 1991-05-21
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