JP3065119B2 - 燃料集合体の破片フィルタ - Google Patents

燃料集合体の破片フィルタ

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JP3065119B2
JP3065119B2 JP3115444A JP11544491A JP3065119B2 JP 3065119 B2 JP3065119 B2 JP 3065119B2 JP 3115444 A JP3115444 A JP 3115444A JP 11544491 A JP11544491 A JP 11544491A JP 3065119 B2 JP3065119 B2 JP 3065119B2
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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料集合体の破片フィ
ルタに関し、特に冷却材（例えば水）の流れによって運
ばれる有害な破片を収集するために構成された下側タイ
プレートを採用している燃料集合体に関する。本発明は
特に単独で利用されるか、米国特許第４８４９１６１号
明細書に記載されている形式の破片阻止形格子スペーサ
と組み合わて利用されるか、または下側タイプレート集
合体に組み込まれて利用される。
【０００２】
【従来の技術】上記米国特許明細書に記載されているよ
うに、加圧水形原子炉（ＰＷＲ）あるいは沸騰水形原子
炉（ＢＷＲ）などのような原子炉の運転中において、ナ
ット、ボルト、金属切削屑、針金、ドリル刃などの破片
がしばしば建造中や修理中に原子炉内にとどまることが
確認されている。この種の破片の中間的な寸法（１／２
インチから４インチ）は、その破片が燃料棒の底（下
端）の近くに冷却水によって運ばれるので特にやっかい
である。その破片は動く冷却材内において振動し、主に
燃料棒の下端に衝突し、最終的にその点において燃料棒
の被覆管を擦り減らす。この種の摩耗は燃料破壊の大き
な原因となっている。上記米国特許明細書に記載されて
いるように、この問題を解決するために燃料棒に非常に
長い固形の下側エンドキャップが使用されている。この
エンドキャップには燃料が詰められてなく、従ってここ
に激しい摩耗腐食が生じても、放射能が漏れ出ることは
ない。しかしこの細長いエンドキャップの使用は核燃料
物質コラムの長さを短くし、原子炉の所定の総寸法に対
する出力比を低減してしまうおそれがある。
【０００３】上記米国特許明細書には、下側タイプレー
トの上あるいはその直ぐ上に置かれている最下部格子ス
ペーサが記載されている。その格子スペーサの幾何学的
形状は、下側タイプレートにある冷却材流開口をもっと
小さな開口に分割し、これによって、破片が燃料棒の燃
料部分に接触する前に下側タイプレートの近くの領域で
少なくとも破片の一部を捕捉するように形成されてい
る。
【０００４】破片問題の重要性については、例えば米国
特許第４６５２４２５号明細書、同第４６８４４９５号
明細書、同第４６８４４９６号、同第４７８１８８４号
明細書、同第４８２８７９１号明細書および同第４８３
２９０５号明細書に記載されている。
【０００５】破片問題を減少するための上述した解決策
は下側タイプレートの近くの領域に注目して行われてい
るので、その対策には、破片を希望通りに収集する装置
を挿入するために、タイプレートの近くにおいて有効な
燃料棒の長さから補助的なスペースをとる必要がある。
更に別の解決策によれば、冷却材の圧力が低下してしま
い、これにより冷却材への所望の熱伝達が損なわれてし
まっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一体
化された改良形の破片フィルタが組み込まれているか、
現行の下側タイプレートの境界内に位置しているが十分
に破片を捕捉できるような追加形破片フィルタを有して
いるような下側タイプレート集合体を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、平らなプレート部材とこのプレート部材の周囲を取
り囲むスカート部材とを有し、前記プレート部材がこれ
を貫通して延び且つ冷却材によって運ばれる破片の少な
くとも一部を捕捉する冷却材流開口を列を成して有して
おり、これらの各冷却材流開口が、前記プレート部材の
下側面における冷却材入口領域、上側面における冷却材
出口領域およびこれらの入口領域と出口領域との間を延
びる冷却材通路を有し、この冷却材流通路が、前記入口
領域および出口領域に対し横にずれていて冷却材の流れ
方向を変化させこれにより破片粒子の少なくとも一部が
前記プレート部材を通過しないようにこれを妨げる中間
部分を有していることを特徴とする燃料集合体の破片フ
ィルタを提案する。
【０００８】
【実施例】以下図面について本発明の実施例を詳細に説
明する。図１において１４×１４本の燃料棒の束から成
る燃料集合体は符号１０で示されている。燃料集合体１
０は多数（例えば１７６本）の燃料棒の両端を保持する
上側タイプレート１２と下側タイプレート１４とを有し
ている。数本の案内管１１が上側タイプレート１２およ
び下側タイプレート１４に取り付けられている。両タイ
プレート１２，１４間において複数（例えば８個）の格
子スペーサ１５が燃料棒１３の長手方向に分布して配置
されており、公知のようにその中を燃料棒１３および案
内管１１が通過して延びるセルを形成している。最下端
の格子スペーサ１５′は米国特許第４８４９１６１号明
細書に図示され説明されている破片阻止形スペーサとし
て示されている。この破片阻止形スペーサ１５′につい
てはその米国特許明細書に詳述されているので、ここで
はその説明を省略する。
【０００９】各燃料棒１３は燃料ペレット１６の積層体
を有している。各積層体におけるペレット１６は、燃料
棒１３の上端と最上部のペレット１６との間に配置され
たばね１７によって互いに密接状態を維持されている。
各燃料棒の下側エンドキャップ１８は、原子炉の通常運
転における燃料棒１３の直線的な成長を考慮に入れて、
下側タイプレート１４の上側部分に極めて接近している
が間隔を開けられている。下側タイプレート１４の底か
ら最上部のペレット１６の頂点（例えば有効燃料の頂
点）までの総合高さは、例えば１２フィートよりも数イ
ンチ小さい。
【００１０】図２と図３には本発明に基づいて構成され
た下側タイプレート１４の一例が示されている。下側タ
イプレート１４は多数の孔を持った上側平面部材あるい
はプレート２０（図２に示した平面図参照）を有してい
る。この平面部材２０は多数の細長い開口あるいは孔２
４を有しており、これらは図３の垂直矢印によって示さ
れているように、タイプレート１４の下側にある１つあ
るいは多数の入口から垂直にタイプレート集合体に流入
する冷却材流に対応させられている。
【００１１】上側平面部材２０の周囲には下向きに延び
るスカート部材１６が固定されている。このスカート部
材１６は図１に示されているようにほぼ下側炉心支持板
４０まで延びているか、あるいはスカート部材１６の前
面部分および背面部分が、タイプレート１４の角１８に
設けられた最下端延長部（脚部）を除き短くされている
（図８参照）。
【００１２】スカート部材１６の両側面間（例えば前面
と背面との間）に、規則正しく間隔を隔てられほぼ平行
に延びる湾曲されたブレードないし板（以下湾曲板と呼
ぶ）２２が列を成して接続されており、これらの湾曲板
２２は、上側平面部材２０と互いに平行に列を成してい
る下側クロスタイ部材ないしタイバー１９との間を延び
ている。スカート部材１６は典型的には下側タイバー１
９の端部を支持するための肩部２１を備えている。案内
管１１に対する適当な支持ブロック２３および案内管ね
じ（図示せず）を受ける開口３０が、下側タイプレート
１４の適当な位置に設けられている。
【００１３】湾曲板２２は図示のように弓形をしている
かヘアピン形状をしている。なおタイプレート集合体の
中央で互いに隣接している２つの湾曲板２２（図３の右
側端参照）は、逆向きに対称的に配置されている。いず
れにしても湾曲板２２は、隣接する一対の湾曲板２２の
間の開口あるいは空間２５に直線的な非妨害通路が存在
しないようにしている。湾曲板２２は上端部分２２ａ、
下端部分２２ｂおよび横にずれた中間部分２２ｃを有し
ている。少なくともこの中間部分２２ｃにおいて冷却材
流の方向は例えば９０°変更させられる。
【００１４】湾曲板２２は下側クロスタイバー１９に例
えばろう付けで固定されている。同様に湾曲板２２は上
側平面部材２０（あるいは図示していない上側クロスタ
イバー）にろう付けで固定されている。
【００１５】下側タイプレート１４の下側から供給され
る冷却材は上述した種類の破片を運ぶ。冷却材（水）が
互いに隣接する湾曲板２２間の横にずれた非直線の空間
２５を通して上向きに流れるとき、その空間２５の幅
（例えば１／１０インチ以下）よりも大きな寸法の破片
は、湾曲板２２の列で形成された有効なフィルタによっ
て遮られると予期される。細長くて狭い開口２４を持っ
た上側平面部材２０が設けられている場合、空間２５を
通過し得る破片も上側平面部材２０の非開口部分によっ
て遮られる。いずれにしても、比較的重い金属材料から
成る破片は湾曲板２２の下側に落ちようとする。
【００１６】湾曲板２２の弓形形状、ヘアピン形状ある
いは類似した形状は、空間２５を通過しその後で上側平
面部材２０の開口２４を通過する針金のような細長い破
片の通過を効果的に妨げる。そのような長い針金の破片
は、従来のフィルタで提唱されている単純な非妨害形垂
直スロットあるいはチャネルではかなり通過してしま
う。湾曲板２２の中間部分２２ｃの横へのずれは、針金
状の破片が下端部分２２ｂから中間部分２２ｃに向かっ
て通過するとき、それを垂直方向から非垂直方向の動き
に有効に変える。ヘアピン状あるいは湾曲した空間２５
は、その空間２５を細長い種類の破片が通過して流れる
のを効果的に妨げる。この配置構造は同じ厚みのプレー
トを貫通する真っ直ぐな孔に比べて圧力降下を増大（例
えば２５％）することが予想されるので、破片の有益な
フィルタ作用が、そのような冷却材の圧力降下の欠点よ
りも勝るように配慮される。
【００１７】図４から図６（これらは同一寸法で示され
ているものではない）には、本発明の第２の実施例が示
されている。その場合、湾曲板２２（例えば高さが３／
４インチ）、連結用の上側クロスタイ部材２９（例えば
高さが１／２インチ、幅が１／８インチ）および全部一
体のフィルタ構造物は、例えば単一鋳造物として形成さ
れている（図４参照）。ほとんどの湾曲板２２はその上
端に凹所（例えば深さが１／８インチ）を有している。
クロスタイ部材２９の最上部表面および凹所無し湾曲板
２２の最上部表面は、これらの表面に接触する支持棒
（図示せず）に対して適当な間隔を隔てられている。図
５から分かるように、スカート部材１６は湾曲板２２お
よびクロスタイ部材２９と一体に鋳造されている。この
実施例の場合、鋳造構造物の剛性により下側クロスタイ
部材は不要である。なお湾曲板２２の壁の荒さが増加
し、流れの滑らかさが例えば図２の実施例で採用されて
いるシートあるいはストリップ金属に比べて減少される
ので、圧力降下が（５０％にまで）増加し、これは鋳造
の有益性と対抗する。しかし鋳造は通常の方法で円滑に
行うことができ、図２の実施例と同じように、図６の湾
曲板２２は空間２５を真っ直ぐに通過する開口通路が存
在しないように形成される。
【００１８】図７と図８には第３の実施例が示されてい
る。図８の正面図には、図２と同じようなフィルタ集合
体を採用しているが、これを標準的な下側タイプレート
１４の上側平面部材２０の下側に取り付けている配置構
造が示されている。即ち図８には、湾曲板列を有する破
片フィルタが現行の下側タイプレート１４に改造して組
み込まれた配置構造が示されている。この場合すべての
形式の破片フィルタに対し、現行の案内管ねじ（図示せ
ず）および下側タイプレート１４に結合されている位置
決めピンを収容するための適当な開口あるいは切欠きが
必要である。その輪郭の一例が図７に示されている。
【００１９】図７には上側タイバー２９′と下側タイバ
ー１９′が示されており、下側タイバー１９′は上側タ
イバー２９′（例えば３／１６インチ）よりも小さい寸
法（例えば１／８インチ）を有している。なおそのよう
なタイバー１９′，２９′は概略的に図示する目的で３
組しか示されていない。実際には例えば１４組のタイバ
ー１９′，２９′が使用されている。これらのタイバー
は、燃料集合体内で倒れようとする棒を妨げるために間
隔を隔てられている。更に下側タイバー１９′はスカー
ト部材１６の下縁と一致して図示されているが、上側タ
イバー２９′は図６の実施例と同じ効果を得るためにス
カート部材１６の上縁より突出して示されている（例え
ば湾曲板２２が垂直に切り欠かれている）。図２の実施
例に関連して述べたように、図７（および図８）の配置
構造はタイバー２９′にろう付けで接続されているシー
トあるいはストリップ材を採用している。タイバー１
９′，２９′の（丸い）形状を容認するために、各湾曲
板２２の上縁および下縁に適当な形状の切欠き（図示せ
ず）が設けられている。
【００２０】上述した本発明は、約０．１００インチよ
り大きな断面の破片を捕捉するため、および約０．５０
インチより長い針金状破片を捕捉するために効果的であ
るように考慮されている。これに反して従来の破片阻止
装置は、針金を捕捉するには有効ではなかった。一般に
針金状の破片は冷却材流の方向と一致することが確認さ
れており、本発明の配置構造では空間２５を真っ直ぐに
通過する通路が存在しないので、その空間２５に流入す
る針金は、冷却材流の方向に対して角度を成した空間２
５内の屈曲点に接近する。そこで針金は冷却材の流れ方
向の変化に追従できず、捕捉される。これと同じ効果は
別の破片に対しても生ずる。
【００２１】本発明に基づく装置（破片フィルタ）は、
新燃料に対する下側タイプレートに組み込まれるか、あ
るいは使用済み燃料に対しても有利に組み込める。その
場合例えば特に図７に部分的に示されているように現行
の下側タイプレートコーナーポストに取り付けるため
に、適当なばねクリップやラッチを採用する。
【００２２】一般に上述したフィルタを構成する固形部
材の平面領域は総有用流れ領域の約２５％を占め、これ
は許容範囲内での圧力降下の増大を生ずる。或る設備で
はもっと大きな圧力降下を許容でき、この場合には図４
から図６に示されているような鋳造配置構造が採用され
る。
【００２３】本発明の有利な実施例について説明した
が、勿論本発明は特許請求の範囲の枠内において種々に
変更して実施できる。例えば、中間部分が冷却材の流れ
方向を変化させる屈曲領域を有し、入口領域および出口
領域がそれぞれ冷却材流開口の下側面および上側面から
屈曲領域まで、冷却材流開口の傾斜した下端部分および
上端部分に沿って延び、その下端部分および上端部分の
傾斜は燃料集合体の長手方向軸線に関して逆方向に向い
ているようにすることもできる。この例を図３の一番右
側の湾曲板２２に基づいて説明すると、この湾曲板は、
湾曲板２２の下端（冷却材流開口の下側面に相当）から
符号２２ｃを記入されている個所まで上方向へ右に傾斜
して延び、そして符号２２ｃを記入されている個所で左
へ屈曲させられて、符号２２ｃを記入されている個所か
ら湾曲板２２の上端（冷却材流開口の上側面に相当）ま
で上方向へ左に傾斜して延びる湾曲板となる。このと
き、符号２２ｃを記入されている個所が湾曲板の中間部
分となり、湾曲板２２の下端（冷却材流開口の下側面に
相当）からその符号２２ｃを記入されている個所までが
湾曲板の下端部分となり、符号２２ｃを記入されている
個所から湾曲板２２の上端（冷却材流開口の上側面に相
当）までが湾曲板の上端部分となる。その場合、その下
端部分は右に傾斜し、上端部分は左に傾斜しているの
で、その下端部分および上端部分の傾斜は燃料集合体の
長手方向軸線に関して逆方向に向いていることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく燃料集合体の一部断面側面図で
ある。
【図２】本発明に基づいて構成された下側タイプレート
集合体の一例の一部拡大平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ′線に沿った図２と同一寸
法の横断面図である。
【図４】本発明に基づいて構成された下側タイプレート
集合体に使用される破片フィルタの第２の実施例の一部
平面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ′線に沿った部分断面図で
ある。
【図６】本発明に基づいて構成された破片フィルタの第
２の実施例の拡大斜視図である。
【図７】本発明に基づいて構成された破片フィルタの第
３の実施例の斜視図である。
【図８】図７の破片スクリーンと組み合わされる下側タ
イプレートの一部破断正面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体 １１ 案内管 １２ 上側タイプレート １３ 燃料棒 １５ 格子スペーサ １５′ 破片阻止用スペーサ １６ 燃料ペレット １７ ばね １８ エンドキャップ １９ クロスタイバー ２０ 平面部材（プレート部材） ２１ 肩部 ２２ ブレード（湾曲板） ２３ 支持ブロック ２４ 孔 ２５ 空間 ３０ 開口 ４０ 下側炉心支持板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤツク イエテス アメリカ合衆国 99352 ワシントン リツチランド バーチ アベニユー 1807 (72)発明者 リチヤード エツチ イーウイング アメリカ合衆国 99352 ワシントン ウエスト リツチランド ウエスト ヴ アン ギーセン ストリート 3960 (56)参考文献 実開 平１−126595（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/30

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平らなプレート部材とこのプレート部材
    の周囲を取り囲むスカート部材とを有し、前記プレート
    部材がこれを貫通して延び且つ冷却材によって運ばれる
    破片の少なくとも一部を捕捉する冷却材流開口を列を成
    して有しており、これらの各冷却材流開口が、前記プレ
    ート部材の下側面における冷却材入口領域、上側面にお
    ける冷却材出口領域およびこれらの入口領域と出口領域
    との間を延びる冷却材通路を有し、この冷却材流通路
    が、前記入口領域および出口領域に対し横にずれていて
    冷却材の流れ方向を変化させこれにより破片粒子の少な
    くとも一部が前記プレート部材を通過しないようにこれ
    を妨げる中間部分を有していることを特徴とする燃料集
    合体の破片フィルタ。
  2. 【請求項２】 前記中間部分が、冷却材流開口の上側面
    と下側面との間を真っ直ぐに貫通する通路が存在しない
    ように、或る大きさだけ前記入口領域と出口領域に対し
    水平方向にずらされていることを特徴とする請求項１記
    載の破片フィルタ。
  3. 【請求項３】 前記中間部分が湾曲させられ、前記入口
    領域および出口領域がほぼ垂直方向に延びていることを
    特徴とする請求項１記載の破片フィルタ。
  4. 【請求項４】 前記中間部分が冷却材の流れ方向を変化
    させる屈曲領域を有し、前記入口領域および出口領域が
    それぞれ冷却材流開口の下側面および上側面から屈曲領
    域まで、冷却材流開口の傾斜した下端部分および上端部
    分に沿って延び、その下端部分および上端部分の傾斜は
    燃料集合体の長手方向軸線に関して逆方向に向いている
    ことを特徴とする請求項１記載の破片フィルタ。
  5. 【請求項５】 前記冷却材流開口が、その上側面と下側
    面との間に垂直方向に真っ直ぐな流路が存在しないよう
    に、傾斜させられていることを特徴とする請求項４記載
    の破片フィルタ。
  6. 【請求項６】 前記冷却材流開口が、前記上側面と下側
    面との間に垂直方向の真っ直ぐな流路が存在しないよう
    に、湾曲させられていることを特徴とする請求項３記載
    の破片フィルタ。
  7. 【請求項７】 前記平面プレート部材が、前記スカート
    部材の両側間に亘って延び互いに規則正しい間隔を隔て
    られ且つ立てて配置されたほぼ平行なブレードを列を成
    して有しており、これらの各ブレードがその両端におけ
    る直線部分と湾曲した中間部分とを有し、隣接するブレ
    ードの両端における直線部分がそれぞれ前記入口領域お
    よび出口領域を形成し、隣接するブレードの湾曲した中
    間部分が冷却材流開口の中間部分を形成することを特徴
    とする請求項１記載の破片フィルタ。
  8. 【請求項８】 前記中間部分が冷却材の流れ方向を変化
    させる屈曲領域を有し、前記入口領域および出口領域
    が、それぞれ下側面および上側面から屈曲領域まで、冷
    却材流開口の傾斜した下端部分および上端部分に沿って
    延び、その下端部分および上端部分の傾斜は燃料集合体
    の長手方向軸線に関して逆方向に向いていることを特徴
    とする請求項７記載の破片フィルタ。
  9. 【請求項９】 前記湾曲した中間部分が、前記プレート
    部材を貫通する真っ直ぐな流路が存在しないように、両
    端の直線部分に対し横にずらされていることを特徴とす
    る請求項７記載の破片フィルタ。
  10. 【請求項１０】 前記平面プレート部材が、前記ブレー
    ドに関して横に延びこれに結合されている互いに間隔を
    隔てられた平行な複数のクロスタイ部材を有しているこ
    とを特徴とする請求項７記載の破片フィルタ。
  11. 【請求項１１】 前記ブレードに関して横に延び前記入
    口領域で前記ブレードを支持している互いに間隔を隔て
    られた平行な複数の第２のクロスタイ部材を有している
    ことを特徴とする請求項１０記載の破片フィルタ。
  12. 【請求項１２】 前記ブレードが前記クロスタイ部材に
    対して凹まされていることを特徴とする請求項１０記載
    の破片フィルタ。
  13. 【請求項１３】 前記クロスタイ部材が前記スカート部
    材に支持されていることを特徴とする請求項１２記載の
    破片フィルタ。
  14. 【請求項１４】 前記クロスタイ部材およびブレードが
    前記スカート部材に固定されていることを特徴とする請
    求項１０記載の破片フィルタ。
  15. 【請求項１５】 原子炉燃料集合体の下側タイプレート
    集合体において、ほぼ平らなプレート部材とこのプレー
    ト部材の周囲を取り囲んでいるスカート部材とを有し、
    このプレート部材がこれを貫通して延び且つ冷却材によ
    って運ばれる破片の少なくとも一部を捕捉する垂直に延
    びる非常に小さな冷却材流開口を列を成して有してお
    り、これらの各冷却材流開口が、前記プレート部材の下
    側面における冷却材入口領域、上側面における冷却材出
    口領域およびこれらの入口領域と出口領域との間を延び
    る冷却材通路を有し、この冷却材流通路が、前記入口領
    域および出口領域に対し横にずれていて冷却材の流れ方
    向を変化させる中間部分を有し、更に下側タイプレート
    集合体を支持するために前記スカート部材に取り付けら
    れ燃料集合体と下側炉心支持板と共働する脚部を有して
    いることを特徴とする原子炉燃料集合体の下側タイプレ
    ート集合体。
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