JP2929874B2 - Fuel cladding tube test equipment - Google Patents
Fuel cladding tube test equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、燃料被覆管を模擬した
試験を行う装置に係り、特に、実際の燃料被覆管を使用
することにより、燃料被覆管を模擬した試験に、好適な
試験装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for performing a test simulating a fuel cladding tube, and more particularly to a test apparatus suitable for a test simulating a fuel cladding tube by using an actual fuel cladding tube. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ジャーナル オブ ニュクリア
サイエンス アンド テクノロジーボリューム２６ ナ
ンバー１２ ディセンバ １９８９“デポジション オ
ブニッケル アンド コバルト イオンズ オン ヒー
テッド サーフェス アンダー ニュクリア ボイリン
グ コンディション”（Journal of Nuclear Scien
ce and Technology Vol.２６, No.１２ December １９
８９“Depositionof Nickel and Cobalt Ions on Heate
d Surface un-der Nuclear BoilingCondition”)に記載
されているように、ステンレス製の金属製円筒表面にク
ロムメッキを施していたものをジルカロイの代わりに用
いていた。[Prior Art] Conventionally, Journal of Nuclear
Science and Technology Volume 26 Number 12 December 1989 “Deposition of Nickel and Cobalt Ions on Heated Surface Under Nuclear Boiling Condition” (Journal of Nuclear Scien
ce and Technology Vol.26, No.12 December 19
89 "Depositionof Nickel and Cobalt Ions on Heate
As described in d Surface un-der Nuclear Boiling Condition), a stainless steel metal cylinder having a chrome-plated surface was used instead of Zircaloy.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】金属製円筒表面の素材
がクロムであるため、実際の燃料被覆管に使用される材
質と異なる。このため、燃料被覆管の表面状態を完全に
は模擬していなかった。さらに、金属製円筒表面に付着
させるため、不純物の付着形態分析の際、金属製円筒の
加工に時間を要するという問題がある。また、金属製円
筒表面に付着した付着物からは、付着量もしくは、付着
物の形態のいずれかしか得ることができないため、再試
験を実施しても、試験による微妙な試験条件の差異によ
り、不純物の付着量と付着物の付着形態の相関について
も、十分な考慮はなされていなかった。Since the material of the metal cylindrical surface is chromium, it differs from the material used for the actual fuel cladding tube. For this reason, the surface condition of the fuel cladding tube has not been completely simulated. Furthermore, since it adheres to the surface of the metal cylinder, there is a problem that it takes time to process the metal cylinder when analyzing the form of adhesion of impurities. Also, from the deposits attached to the surface of the metal cylinder, only the amount of deposits or the form of the deposits can be obtained, so even if a retest is performed, due to the subtle differences in test conditions due to the test, Sufficient consideration has not been given to the correlation between the amount of adhered impurities and the form of adhered matter.
【０００４】本発明の目的は、実プラントの燃料被覆管
を模擬した試験の信頼性を向上できる燃料被覆管試験装
置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a fuel cladding test apparatus which can improve the reliability of a test simulating a fuel cladding of an actual plant.
To provide a location .
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的は、外側に燃料
被覆管を装着可能な金属製円筒と、該金属製円筒の内部
に設けられて該金属製円筒を加熱するための発熱ヒータ
と、該発熱ヒータに電力を供給する電源とを備え、室温
では前記金属製円筒と前記燃料被覆管との間に隙間が存
在し、原子力プラントの運転条件温度では前記金属製円
筒と前記燃料被覆管とが密着する程度に、前記金属製円
筒の熱膨張係数を前記燃料被覆管の熱膨張係数よりも大
きくすることにより達成できる。SUMMARY OF THE INVENTION The above object is achieved by a metal cylindrical can be attached to the fuel cladding to the outer side, and the heating element for provided inside the metal cylindrical heating the metal cylindrical , and a power source for supplying power to the heat generating heater, room temperature
In the case, there is a gap between the metal cylinder and the fuel cladding tube.
At the operating condition temperature of the nuclear power plant, the metal circle
To the extent that the cylinder and the fuel cladding tube are in close contact with each other,
The thermal expansion coefficient of the cylinder is larger than the thermal expansion coefficient of the fuel cladding tube.
It can be achieved by Kikusuru.
【０００６】[0006]
【作用】以下、本発明による作用を説明する。円筒の径
の熱膨張後の径の近似式は下記の通りである。The operation of the present invention will be described below. The approximate expression of the diameter of the cylinder after thermal expansion is as follows.
【０００７】[0007]
【数１】 Ｌ＝Ｌ0×（１＋αｔ） …（数１） Ｌ0：０℃における試料の径 α ：熱膨張係数 ｔ ：温度変化以下、 発熱ヒータを擁したSUS316製の金属製円筒の表面
にジルカロイ製の被覆管を装着する場合について説明す
る。室温から原子力プラント運転条件下（288℃以上，
７.１ＭＰａ以上) に変化させた場合、燃料被覆管の径
を１０.７５mmとすると、燃料被覆管の熱膨張率は３.２
μｍ／℃ であるから、熱膨張による燃料被覆管の径の
変化は（内部発熱ヒータ付近は３００℃と仮定する）、
Ｌ1＝10.75×(１＋３.２×１０~ 6 ×(３００−２０))＝
１０.７５９となり、燃料被覆管の径は約０.０１mm熱膨
張する。L = L 0 × (1 + αt) (Equation 1) L 0 : diameter of the sample at 0 ° C. α: coefficient of thermal expansion t: temperature change or less, surface of a SUS316 metal cylinder having an exothermic heater The case where a zircaloy cladding tube is attached to
You . From room temperature to operating conditions of nuclear power plant (288 ° C or higher,
The case of changing over 7.1 MPa), the diameter of the fuel cladding tube 10.75mm and Then, the thermal expansion coefficient of the fuel cladding tube is 3.2
μm / ° C., the change in the diameter of the fuel cladding due to thermal expansion (assuming 300 ° C. near the internal heating heater)
L 1 = 10.75 × (1 + 3.2 × 10 to 6 × (300-20)) =
10.759, and the diameter of the fuel cladding expands approximately 0.01 mm.
【０００８】これに対し、金属製円筒(この場合、SUS31
6)は、金属製円筒表面と燃料被覆管内面との隙間を埋め
るため、燃料被覆管に比べて、熱膨張係数が大きい。金
属製円筒(SUS316)の径を１０.７０mmとすると、隙間は
０.０２５mmとなり、金属製円筒(SUS316)の熱膨張率は
１７.６０μｍ／℃ であるから、熱膨張による径の変化
は（内部発熱ヒータ付近は３００℃と仮定する）、On the other hand, a metal cylinder (in this case, SUS31
6) has a larger coefficient of thermal expansion than the fuel cladding tube to fill the gap between the metal cylindrical surface and the inner surface of the fuel cladding tube. Assuming that the diameter of the metal cylinder (SUS316) is 10.70 mm, the gap is 0.025 mm and the coefficient of thermal expansion of the metal cylinder (SUS316) is 17.60 μm / ° C. 300 ° C is assumed around the internal heating heater),
【０００９】[0009]
【数２】 Ｌ1＝１０.７０×(１＋１７.６×１０~ 6 ×(３００−２０))＝１０.７５２ …（数２） となり、金属製円筒の径は約０.０５mm 熱膨張する。
尚、熱膨張係数は、線膨張係数を用いる。体積膨張係数
は燃料被覆管とSUS316に関して、線膨張係数と比較して
２桁低いため、原子力プラント運転条件温度では体積膨
張による径の膨張は無視できる。この熱膨張の差を利用
することによって、室温下において内部発熱ヒータを擁
する金属製円筒表面及び燃料被覆管内面を、室温から原
子力プラント運転条件まで変化させた場合に、両者は密
着する。これにより、原子力プラント運転条件下で、燃
料被覆管表面に核沸騰状態を再現できるので、実プラン
トの燃料被覆管を模擬した試験の信頼性を向上できる。L 1 = 10.70 × (1 + 17.6 × 10 to 6 × (300−20)) = 10.752 (Formula 2), and the diameter of the metal cylinder expands approximately 0.05 mm. .
The coefficient of thermal expansion uses the coefficient of linear expansion. Since the volume expansion coefficient of the fuel cladding tube and SUS316 is two orders of magnitude lower than the linear expansion coefficient, the expansion of the diameter due to the volume expansion can be ignored at the operating condition temperature of the nuclear power plant . By utilizing this difference in thermal expansion, the metal cylindrical surface, and a fuel cladding tube surface home to internal heater at room temperature, in the case of changing from room temperature to a nuclear plant operating conditions, both dense
To wear. As a result, fuel is
Since the nucleate boiling state can be reproduced on the surface of the coating tube, an actual plan
Can improve the reliability of the test simulating the fuel cladding tube .
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。図１には本発明に基づく燃料被覆管試験装置を模式
的に示す。燃料被覆管より熱膨張係数の大きな金属製円
筒１の内部に燃料棒を模擬するため、発熱ヒータ７を擁
している。この発熱ヒータ７を固定・支持しているのが
リ−ド３である。リ−ド線８に電源（図示せず）から電
流・電圧を印加して発熱ヒータ７を発熱させる。この電
流・電圧が漏電することがないように、絶縁材４を発熱
ヒータ７の周辺部に固定材としても使用している。発熱
ヒータ７を擁する金属製円筒１の外周部に複数個の燃料
被覆管２を装着する。発熱ヒータ７を加熱してこの燃料
被覆管試験装置を実プラント運転条件下に置くと、金属
製円筒１の表面と燃料被覆管２の内面が密着する。密着
することにより、燃料被覆管２表面に核沸騰状態が再現
され、原子力プラントの燃料被覆管表面で見られる核沸
騰の模擬が可能となる。また、金属製円筒１には、金属
製円筒をオートクレーブ等にセットした際、固定するた
めに、支持棒６があり、この支持棒６を固定するために
底板５がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a fuel cladding tube test apparatus according to the present invention. In order to simulate a fuel rod inside the metal cylinder 1 having a larger coefficient of thermal expansion than the fuel cladding tube , a heating heater 7 is provided. The lead 3 fixes and supports the heating heater 7. A current / voltage is applied to the lead wire 8 from a power supply (not shown) to cause the heating heater 7 to generate heat. The insulating material 4 is also used as a fixing material around the heater 7 so that the current and voltage do not leak. A plurality of fuel cladding tubes 2 are mounted on an outer peripheral portion of a metal cylinder 1 having a heating heater 7. When the heater 7 is heated and the fuel cladding tube test apparatus is put under actual plant operating conditions, the surface of the metal cylinder 1 and the inner surface of the fuel cladding tube 2 come into close contact with each other. Due to the close contact, the nucleate boiling state is reproduced on the surface of the fuel cladding tube 2, and it is possible to simulate the nucleate boiling seen on the surface of the fuel cladding tube of the nuclear power plant. The metal cylinder 1 has a support rod 6 for fixing the metal cylinder when the metal cylinder is set in an autoclave or the like, and a bottom plate 5 for fixing the support rod 6.
【００１１】本発明の他の実施例を図２に示す。オート
クレーブ１１には、燃料被覆管２を装着している金属製
円筒１をセットする。このオートクレーブ１１へは、装
置内循環水水質(ｐＨ，導電率，溶存酸素濃度)を調整す
る調整タンク９から注入装置１４を介して循環水を注入
する。注入装置１４は耐圧構造であり、実プラント運転
圧力にも耐えられる。循環水はオートクレーブ１１ヘ注
入される前に、予熱器１２で実プラント運転温度まで昇
温する。さらに、実プラント水質を模擬するため、実プ
ラント内に存在する不純物の濃度を調整した薬液の入っ
た薬液タンク１０より薬液注入装置１５を介してオート
クレーブ１１へ循環水と薬液を混入・注入させる。オー
トクレーブ１１へ注入された不純物を含む循環水はオー
トクレーブ１１にセットしている金属製円筒１の表面を
流水し、金属製円筒１のリード線８に電圧・電流（１０
Ｖ，１２０Ａ）を掛けているため、金属製円筒１の表面
にセットしている燃料被覆管２の表面では核沸騰が発生
する。この沸騰により、循環水に含まれる不純物の一部
は燃料被覆管２の表面に付着する。付着することなくオ
ートクレーブ１１を流れ出た不純物は循環水と共に、減
圧弁１３を介し、大気圧状態になる。大気圧状態、及
び、室温状態になった不純物を含む循環水は、脱塩器１
６によって不純物やイオン成分だけが取り除かれ、再
び、調整タンク９へ戻る。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The metal cylinder 1 on which the fuel cladding tube 2 is mounted is set in the autoclave 11. Circulating water is injected into the autoclave 11 from an adjusting tank 9 for adjusting the circulating water quality (pH, conductivity, dissolved oxygen concentration) in the apparatus via an injection device 14. The injection device 14 has a pressure-resistant structure and can withstand the actual plant operating pressure. Before the circulating water is injected into the autoclave 11, the temperature of the circulating water is raised to the actual plant operating temperature by the preheater 12. Further, in order to simulate the water quality of the actual plant, the circulating water and the chemical are mixed and injected into the autoclave 11 via the chemical injection device 15 from the chemical tank 10 containing the chemical having the concentration of impurities present in the actual plant. The circulating water containing impurities injected into the autoclave 11 flows on the surface of the metal cylinder 1 set in the autoclave 11, and the voltage / current (10
V, 120 A), nucleate boiling occurs on the surface of the fuel cladding tube 2 set on the surface of the metal cylinder 1. Due to the boiling, some of the impurities contained in the circulating water adhere to the surface of the fuel cladding tube 2. The impurities flowing out of the autoclave 11 without adhering thereto are brought into the atmospheric pressure state together with the circulating water via the pressure reducing valve 13. The circulating water containing impurities at atmospheric pressure and at room temperature is supplied to the desalinator 1
6 removes only impurities and ionic components, and returns to the adjustment tank 9 again.
【００１２】以上の実施例によれば、 （１）燃料被覆管を模擬した試験において、実プラント
同様、燃料被覆管を使用することが出来る。According to the above-described embodiment, (1) In a test simulating a fuel cladding tube, the fuel cladding tube can be used as in an actual plant.
【００１３】（２）燃料被覆管を模擬した試験におい
て、金属製円筒表面に燃料被覆管をセットし、両者の熱
膨張率の差を利用して、実プラント運転条件下で両者を
密着させることにより、燃料被覆管表面に核沸騰状態を
再現することができる。(2) In a test simulating a fuel cladding tube, the fuel cladding tube is set on a metal cylindrical surface, and the two are brought into close contact under actual plant operating conditions by utilizing the difference in the coefficient of thermal expansion between the two. Thereby, the nucleate boiling state can be reproduced on the surface of the fuel cladding tube.
【００１４】（３）燃料被覆管を模擬した試験におい
て、液体を注入することができるオートクレーブに燃料
被覆管をセットし、さらに、昇温・昇圧、不純物の混入
が可能 な試験ループにセットできる。[0014] (3) In the test simulating the fuel cladding tube, fuel autoclave capable of injecting a liquid
Set the cladding tube, and further raise and lower the temperature, mix impurities
Ru can be set to a possible test loop.
【００１５】（４）燃料被覆管を模擬した試験におい
て、実プラントと同様に燃料被覆管を使用するため、実
プラント上の燃料被覆管表面に見られる酸化被膜・腐食
を模擬することが可能で、燃料被覆管表面の酸化状態に
よる付着物の付着挙動や付着形態を、加速試験によって
明らかにすることが出来る。(4) In the test simulating the fuel cladding tube , the fuel cladding tube is used in the same manner as in the actual plant , so that it is possible to simulate the oxide film and corrosion observed on the surface of the fuel cladding tube in the actual plant. the adhesion behavior and adhesion form of deposits by the oxidation state of the fuel cladding surface, the accelerated test result <br/> can be revealed.
【００１６】（５）燃料被覆管を模擬した試験におい
て、複数個に分割された燃料被覆管を金属製円筒にセッ
トすることができるため、模擬試験後の燃料被覆管表面
の付着物の形態や付着量挙動を分析・調査する際に、同
一試験条件による試験結果が 得られるので、試験デ−タ
の整合性を取ることができる。[0016] (5) In the test simulating the fuel cladding tube, it is possible to set the fuel cladding, which is divided into a plurality in a metal cylinder, the form of deposits in the fuel cladding surface after the mock test Ya when analyzing and investigating adhesion amount behavior since the test results by the same test conditions is obtained, test de - may be consistent data.
【００１７】[0017]
【発明の効果】本発明によれば、金属製円筒に実際の燃
料被覆管を使用するため、燃料被覆管の表面状態を完全
に模擬することができる。さらに、燃料被覆管は金属製
円筒に、高温状態では密着するが、室温状態では隙間が
できるため、燃料被覆管の脱着が容易である。このた
め、付着した付着物の付着形態分析用試料の加工時間を
必要とせず、燃料被覆管の複数個装着により、同一試験
条件下で付着量と付着物の形態に関する試験デ−タの整
合性を取ることができる。 According to the present invention, since the actual fuel cladding is used for the metal cylinder, the surface condition of the fuel cladding can be completely simulated. Further, the fuel cladding tube adheres to the metal cylinder in a high temperature state, but has a gap at room temperature, so that the fuel cladding tube can be easily attached and detached. For this reason, the processing time of the sample for analyzing the adhesion form of the
Not required , same test by installing multiple fuel cladding tubes
Preparation of test data on the amount of deposit and the form of deposit under the conditions
You can take compatibility.
【図１】ジルカロイ被覆管試験装置の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a Zircaloy cladding tube test apparatus.
【図２】原子力プラントの燃料被覆管を模擬した試験に
用いる高温・高圧水ループの系統図。FIG. 2 is a system diagram of a high-temperature and high-pressure water loop used for a test simulating a fuel cladding tube of a nuclear power plant.
１…金属製円筒、２…燃料被覆管、３…リード、４…絶
縁材、５…底板、６…支持棒、７…発熱ヒータ、８…リ
ード線。1 ... metal cylindrical, 2 ... fuel cladding, 3 ... lead, 4: insulating material, 5 ... bottom plate, 6 ... supporting rod, 7 ... heater, 8 ... lead.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 照雄 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 朝倉 大和 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭57−144495（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 17/06 B01J 3/04 G21C 3/06 G21C 17/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Teruo Hara 7-2-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Yamato Asakura 3-1-1 Sachicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 1 Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (56) References JP-A-57-144495 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G21C 17/06 B01J 3/04 G21C 3/06 G21C 17/00
Claims (4)
と、該金属製円筒の内部に設けられて該金属製円筒を加
熱するための発熱ヒータと、該発熱ヒータに電力を供給
する電源とを備え、 室温では前記金属製円筒と前記燃料被覆管との間に隙間
が存在し、原子力プラントの運転条件温度では前記金属
製円筒と前記燃料被覆管とが密着する程度に、前記金属
製円筒の熱膨張係数が前記燃料被覆管の熱膨張係数より
も大きい ことを特徴とする燃料被覆管試験装置。Supply 1. A metal-made cylindrical attachable fuel cladding tube on the outer side, and the heating element for heating the metal cylindrical provided inside of the metallic cylinder, the power to the heat generating heater and a power supply for a gap between the fuel cladding tube and the metallic cylinder at room temperature
Exists at the operating conditions of the nuclear power plant
To the extent that the cylinder and the fuel cladding tube are in close contact, the metal
The coefficient of thermal expansion of the cylinder made from the coefficient of thermal expansion of the fuel cladding tube
A fuel cladding test apparatus characterized in that it is also large .
張係数が、３.２μｍ／℃ 以上であることを特徴とする
燃料被覆管試験装置。2. The thermal expansion of the metal cylinder according to claim 1,
A cladding test apparatus having a tension coefficient of 3.2 [mu] m / [deg.] C. or more .
属製円筒を内部に設置するオートクレーブと、該オート
クレーブに原子力プラントを模擬した液体を注入する注
入装置と、前記液体の温度を昇温する予熱器と、前記オ
ートクレーブ内に不純物を注入する薬液注入装置と、前
記オートクレーブから排出された不純物を除去する脱塩
装置とを備えたことを特徴とする燃料被覆管試験装置。3. The method according to claim 1, further comprising:
An autoclave in which a metal cylinder is installed,
Inject liquid into the clave simulating a nuclear power plant
An inlet device, a preheater for raising the temperature of the liquid,
A liquid injector for injecting impurities into the
Desalting to remove impurities discharged from the autoclave
A fuel cladding tube test apparatus comprising:
の前記液体の最高温度が３００℃、前記オートクレーブ
内の最高圧力が９.８ＭＰａ の条件で運転に耐える構造
にしたことを特徴とする燃料被覆管試験装置。 4. The autoclave according to claim 3 , wherein
The maximum temperature of the liquid is 300 ° C, the autoclave
Structure that can withstand operation at the maximum pressure of 9.8MPa
A fuel cladding tube testing device , characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4334100A JP2929874B2 (en) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | Fuel cladding tube test equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH06180385A JPH06180385A (en) | 1994-06-28 |
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| JP4334100A Expired - Fee Related JP2929874B2 (en) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | Fuel cladding tube test equipment |
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| CN113658727A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-16 | 中山大学 | Device for simulating overheating in fuel cladding pipe of nuclear power station |
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- 1992-12-15 JP JP4334100A patent/JP2929874B2/en not_active Expired - Fee Related
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