JP3879332B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉用の燃料集合体に係り、特に燃料集合体内部に異物が混入するのを防止するための異物捕捉手段を備えた燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる燃料集合体は、一般に、内部に多数個の核燃料ペレットを有する複数本の核燃料棒及び内部に中性子減速材が流れる水ロッドの上端を上部タイプレートで保持する一方、これらの下端を下部タイプレートで支持している。これら燃料棒と水ロッドとは、軸方向に並んだ複数個のスペーサにより一定間隔に保持されており、冷却材（軽水）は下部タイプレート下端の開口部（入口ノズル）から流入し、核燃料集合体内部に供給されるようになっている。
【０００３】
ところで、原子力発電プラントの原子炉圧力容器の中には、なんらかの異物が混入される可能性がないとは言えず、このような異物が、原子炉運転中に冷却材とともにプラント内を流れ、燃料集合体の燃料棒周辺に流入した場合、燃料棒の間やスペーサに係留され、その流動振動によるフレッティング摩耗によって燃料棒被覆管を損傷し悪影響を与える可能性がある。
【０００４】
上記したように、冷却材は下部タイプレートから燃料集合体へ流入する。このとき下部タイプレートでは、冷却材は下端にある入口ノズルから流入し、下部タイプレート内部を通過した後、上端にある燃料棒支持格子部に形成された冷却材流路から下部タイプレート外に流出する。そこで、燃料集合体の燃料棒周辺への異物の侵入を阻止するために、この下部タイプレートでの冷却材経路に異物捕捉手段（異物フィルタ）を設けた公知技術例として、例えば、特開平6−347576 号公報，特開平7−159567号公報、及び特開平7−306284号公報がある。
【０００５】
特開平6−347576号公報では、下部タイプレートの冷却材流入口である入口ノズル部に、異物を捕捉するための金網形状物を設置する構造が開示されている。特開平7−159567 号公報では、下部タイプレートの上部端にある燃料棒支持格子部の冷却材流路をラビリンス形状にし、異物の通過を阻止する構造が開示されている。特開平7−306284 号公報には、下部タイプレートの燃料支持格子部の冷却材流路に複数の小孔を有する格子を設置し、異物を捕獲する構造が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構造には以下の課題がある。すなわち、特開平6− 347576 号公報及び特開平7−306284号公報では、異物捕捉手段として金網形状及び小孔形状としているが、異物が線状の形状をしていて冷却材流れに沿って流れてきた場合には、その異物を捕捉することが困難である。
【０００７】
また、特開平7−159567 号公報では、異物が線状の形状をしていて冷却材流れに沿って流れてきた場合にもその異物を捕捉することは可能だが、冷却材の流速が速い燃料棒支持格子部に異物フィルタを設置し、異物フィルタによって冷却材流れをさらに絞ったり曲げたりているため、圧力損失が大幅に増加するという課題がある。
【０００８】
以上のように、上記３つの従来技術では、線状の異物を捕捉でき、かつ、下部タイプレートでの圧力損失の増加を小さくする構造を実現することはできなかった。特に、圧力損失が大きく増加すると、冷却材流量が減少して、炉心の熱出力が低下し、また燃料棒の冷却能力が低下するため健全性を維持するのが困難となり、好ましくない。
【０００９】
本発明の目的は、線状の異物が冷却材流れに沿って流れてきた場合にも、異物を捕捉でき且つ下部タイプレートでの圧力損失の増加量を十分に低減できる異物捕捉手段を備えた燃料集合体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明の燃料集合体は、下部タイプレートが冷却材によって運ばれる異物を捕捉するための異物フィルタを備え、この異物フィルタが金網あるいはワイヤーを冷却材流れ方向に積層させている。
【００１１】
線状の異物が冷却材に含まれる場合、その異物は冷却材流れに沿って縦になって流れることが一般的に知られている。また、金網１枚は、冷却材流れ方向に対して真っ直ぐな大きな流路を持っている。したがって、金網１枚では、冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状異物を捕捉することはできない。冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状異物を捕捉するためには、冷却材流れ方向に対して真っ直ぐな流路をなくす、あるいは、極力小さくする必要がある。
【００１２】
金網をランダムに重ねると、冷却材流れ方向の流路は小さくなり、金網の線径と開口部の幅にもよるが、いずれは冷却材流れ方向の流路はゼロに近くなる。実質、ゼロにする必要はなく、想定される異物の大きさより小さくなればよい。また、捕捉したい異物の大きさと圧力損失との兼ね合いで、線径と開口部の幅が選定され、冷却材流れ方向に対して真っ直ぐな流路をゼロに近くするのに必要な金網の積層数が決められる。以上より、金網を重ねることで、線状の異物が冷却材流れに沿って流れてきた場合にも、異物を捕捉することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記異物フィルタが下部タイプレート下端の入口ノズルと上端の燃料棒支持格子部の中間の矩形部に設置されている。
下部タイプレートの入口ノズル部や燃料棒支持格子部は、下部タイプレート中間の矩形部に比べ、冷却材流路面積が絞られているので、冷却材の流速が速くなっている。また、圧力損失の増加は、流速の２乗に比例することが一般的に知られている。したがって、異物フィルタを入口ノズル部や燃料棒支持格子部に設置するのではなく、下部タイプレート中間の矩形部に設置することで、下部タイプレートで生じる圧力損失の増加量を十分低減することができる。
【００１４】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記異物フィルタが、冷却材の流れ方向で線径が異なる金網あるいはワイヤーで積層体が作られている。
【００１５】
金網、あるいは、ワイヤーに冷却材の流体力が生じる場合、その流体力は線径に比例する。また、金網、あるいは、ワイヤーに生じる流体力による発生応力は、線径の４乗に反比例する。したがって、金網、あるいは、ワイヤーの線径が大きいほど、流体力に対する金網、あるいは、ワイヤーの構造的強度は強いと言える。
【００１６】
金網、あるいは、ワイヤーの開口幅を小さくした方が、異物を捕捉することに対しては有効であるが、その場合圧力損失の観点から線径を大きくすることができず、構造強度を強くすることができない。また、金網、あるいは、ワイヤーの線径を大きくした方が、構造強度を強くすることに対して有効であるが、圧力損失の観点から開口幅を小さくすることができず、異物捕捉性を良くすることができない。
【００１７】
本発明で示す異物フィルタは、金網、あるいは、ワイヤーを積層させて形成することを特徴としており、積層する際に、線径が異なる金網、あるいは、ワイヤーを積層させることによって、前記の異物捕捉性と構造強度の両方を満足することができる。
【００１８】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記異物フィルタが冷却材の流れ方向で開口幅が異なる金網あるいはワイヤーで積層体が作られている。
【００１９】
もしも異物が多量に冷却材中に存在する場合には、異物によるフィルタ部の目詰まりが心配される。また、異物は、形状，大きさ，材質などさまざまなものが存在すると考えられる。ところで、異物フィルタを入口から出口まで一様に開口幅が小さい金網、あるいは、ワイヤーで形成すると、大きな異物も小さな異物も入口の１断面のみで捕捉されるため、その１断面において流路閉塞が生じる可能性がある。完全に流路がふさがらないとしても、極端に流路がふさがると圧力損失が上昇し、燃料体の中への冷却材流入量が減り、燃料体の冷却が十分行われない可能性がある。そこで、冷却材流れ方向で開口幅が異なる金網、あるいは、ワイヤーで積層体を作ると、大きさが異なる異物が大きさが異なる開口幅をもつ各断面で捕捉されるので、流路閉塞を生じにくいという利点がある。
【００２０】
（５）上記（３）において、好ましくは、前記異物フィルタが、冷却材の流れ上流側の金網あるいはワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網あるいはワイヤーの線径より大きいもので積層体が作られている。
【００２１】
前記（３）のように、線径が異なる金網、あるいは、ワイヤーを積層させることは、異物捕捉性と構造強度の両方を満足することに有効であった。さらに、ここでは、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径より大きいもので積層体が作られることが有効であることを示す。
【００２２】
前記したように、異物には、形状，大きさ，材質などさまざまなものが存在すると考えられる。そこで、大きい異物を線径の小さい金網で捕捉すると、金網自身が壊れる可能性がある。大きい異物を線径の大きな金網で捕捉すれば、金網自身が壊れる可能性を小さくすることができる。したがって、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径は大きくした方がよい。そして、異物捕捉性を維持するためには、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径は小さくした方がよい。よって、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径より大きいもので積層体を作ることにより、異物捕捉性と構造強度と破壊強度の３つを満足することができる。
【００２３】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記異物フィルタが、冷却材の流れ上流側の金網あるいはワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網あるいはワイヤーの開口幅より大きいもので積層体が作られている。
【００２４】
前記（４）のように、開口幅が異なる金網、あるいは、ワイヤーを積層させることは、流路閉塞を生じにくいことに有効であった。さらに、ここでは、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅より大きいもので積層体が作られることが有効であることを示す。
【００２５】
前記したように、異物には、形状，大きさ，材質などさまざまなものが存在すると考えられる。そこで、異物フィルタを全部開口幅の小さい金網、あるいは、ワイヤーで形成すると、大きな異物も小さな異物も入口の１断面のみで捕捉されるため、その１断面において流路閉塞が生じる可能性があった。したがって、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅は大きくした方がよい。そして、異物捕捉性を維持するためには、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅は小さくした方がよい。よって、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅より大きいもので積層体を作ることにより、異物捕捉性と流路閉塞防止の２つを満足することができる。
【００２６】
（７）上記（５）または（６）において、好ましくは、前記異物フィルタが、冷却材の流れ上流側の金網あるいはワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網あるいはワイヤーの線径より大きく、かつ冷却材の流れ上流側の金網あるいはワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網あるいはワイヤーの開口幅より大きいもので積層体が作られている。
【００２７】
前記（５）のように、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径より大きくすることが、異物捕捉性と構造強度と破壊強度の点から有効であった。また、前記（６）のように、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅より大きくすることが、異物捕捉性と流路閉塞防止に有効であった。
【００２８】
さらに、これらを組合せることにより、つまり、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの線径より大きく、かつ、冷却材の流れ上流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅が、冷却材流れの下流側の金網、あるいは、ワイヤーの開口幅より大きいもので積層体を作ることで、異物捕捉性と構造強度と破壊強度と流路閉塞防止の４つを満足することができる。
【００２９】
（８）上記（１）において、また好ましくは、前記金網、あるいは、ワイヤーが、蝋付け溶接，高温圧着，電気抵抗溶接，高温拡散接合などの方法により互いに接合されている。
【００３０】
両端を固定された線状の構造物に荷重が生じている場合、線の両端の根元に最大応力が発生し、その大きさは線の長さが長くなると大きくなる。
【００３１】
異物フィルタを構成する金網、あるいは、ワイヤーの線には、流体力による力が生じる。また、丸い断面を持つ線の流れ後方には、カルマン渦に代表される乱れが生じるため、金網、あるいは、ワイヤーの線には繰返しの力が生じる。したがって、金網、あるいは、ワイヤーの線が疲労破壊する可能性がある。金網、あるいは、ワイヤーの線を、蝋付け溶接，高温圧着，電気抵抗溶接，高温拡散接合などの方法により互いに接合することにより、金網、あるいは、ワイヤーの線の両端を固定する長さを短くでき、金網、あるいは、ワイヤーの線の根元に発生する最大応力を小さくすることができる。特に、万が一、異物フィルタを構成する金網、あるいは、ワイヤーの線が異物によって切断された場合には、片端の根元に発生する最大応力が大きくなるので、金網、あるいは、ワイヤーの両端を固定する長さを短くすることは、金網の線を破壊させないために有効である。
【００３２】
（９）上記（１）において、また好ましくは、前記金網、あるいは、ワイヤーを規則的に積層させることで、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路を全くなくしている。
【００３３】
冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状異物を捕捉するためには、冷却材流れ方向に対して真っ直ぐな流路をなくすことが有効であった。金網、あるいは、ワイヤーを方向性や配置をランダムに積み重ねていくと、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路をゼロに近くすることができるが、確実にゼロにすることは難しかった。そこで、金網、あるいは、ワイヤーの方向を一定で、かつ、少しずつずらして重ねていくと、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路を確実にゼロにすることができる。これにより、線状異物を捕捉することができる。
【００３４】
（１０）上記（９）において、また好ましくは、冷却材流れ方向には真っ直ぐな流路が存在しないが、冷却材流れと斜め方向には真っ直ぐな流路が存在する異物フィルタには、その下流、あるいは、上流に、平板を格子状に組合せた部材を設置することで、冷却材流れと斜め方向に抜けようとする異物を捕捉させる。
【００３５】
冷却材流れと斜め方向に真っ直ぐな流路が存在する場合、冷却材流れに沿って縦に流れたきた異物が方向を斜めに変えてフィルタを通過してしまう可能性がある。それを防止するために、金網を積層させたフィルタ部の下流、あるいは、上流に、平板を設置することで、冷却材流れと斜め方向に真っ直ぐな流路をなくすことができ、冷却材流れと斜め方向に抜けようとする異物を捕捉することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態による燃料集合体の全体構造を表す縦断面図を図２に示す。図２において、本実施形態の燃料集合体１は、９行９列の正方格子状に配列された燃料棒２及び水ロッド３と、これら燃料棒２及び水ロッド３の下端を支持する燃料棒支持格子部４Ａを備えた下部タイプレート４と、燃料棒２及び水ロッド３の上端を保持する上部タイプレート５と、燃料棒２および水ロッド３を所定の間隔に保持するスペーサ６と、以上の構造の外周部を取り囲むチャンネルボックス８とを有している。そして、冷却材（軽水）は、図２中矢印で示すように、下部タイプレート４の下端開口部である入口ノズル部４Ｂから流入し、下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃ及び異物フィルタ９を通過した後、上端部の上記燃料棒支持格子部４Ａから燃料棒２周辺領域へと供給されるようになっている。
【００３７】
図２の下部タイプレート４の詳細構造を表す部分拡大縦断面図を図１に、図１のＡ−Ａ矢視図を図３に、それぞれ示す。図１において、下部タイプレート４の燃料棒支持格子部４Ａは、各燃料棒２の下端がそれぞれ挿入される挿入口を備えた多数の挿入部材４Ａａと、これら多数の挿入部材４Ａａ間をそれぞれ連結する多数の連結部材４Ａｂとを備え、それら挿入部材４Ａａ及び連結部材４Ａｂの間の領域に多数の冷却材流路１０を形成している。本実施形態の最も大きな特徴は、下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃに、メッシュ状（網目状）構造物である金網を積層して形成した異物フィルタ９が設けられていることである。この異物フィルタ９の詳細構造を図４に示す。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、異物フィルタは７枚の金網９Ａから９Ｇより構成されている。図４(ａ）に示すように、金網９Ａは、金属線(ワイヤー）９Ａａを一定の間隔で縦横に編んであり、開口部９Ａｂを有している。金属線９Ａａの線径は例えば直径ｄ＝１.２mmであり、開口部９Ａｂの開口幅は例えば一辺ｗ＝３.０mmとなっている。１枚目の金網９Ａに対して２枚目の金網９Ｂは、方向性も配置もランダムに積み重ねられる。さらに、３枚目の金網９Ｃは、金網９Ａ及び金網９Ｂに対してランダムに積み重ねられる。以下、金網９Ｄから金網９Ｇまで、同様にランダムに積み重ねられる。
【００３９】
次に、以上のように構成した本実施形態の燃料集合体１の作用及び効果を以下に説明する。
【００４０】
（１）金網をランダムに積み重ねた構造による異物捕捉性能の向上
上記構成の燃料集合体１において、冷却材は、上記したように、下部タイプレート４の入口ノズル部４Ｂから流入し、下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃを通過した後、燃料棒支持格子部４Ａの冷却材流路１０を通過して、燃料棒２周辺領域へと流入する。このとき冷却材とともに流れてきた異物は、下部タイプレート４の入口ノズル部４Ｂから下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃを介し燃料棒支持格子部４Ａの冷却材流路１０に流入しようとするが、下部タイプレートの内部の矩形部４Ｃにある異物フィルタ９で捕捉されて流入を阻止され、これによって燃料棒２周辺領域への侵入が防止される。
【００４１】
異物には板状，棒状，らせん状，かたまり状，線状など、いろんな形状が存在する。もし異物フィルタ９を金網１枚で形成すると、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路が大きく存在するので、冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状の異物を捕捉することができない。
【００４２】
そこで、本実施形態においては、金網９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ，９Ｇの７枚の金網を方向性も配置もランダムに積み重ねることによって、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がほとんど存在しないので、冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状の異物を捕捉することができる。この原理をさらに図５を用いて具体的に説明する。
【００４３】
図５は、金網を重ねた時に、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がほとんど存在しなくなることを示すものである。図５（ａ）は、金網１枚を冷却材流れ方向から見た図である。金網の線径は１.２mm、開口部の幅は３.０mmとした。冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がたくさん存在する。図５（ｂ）は、金網２枚重ねた時を冷却材流れ方向から見た図である。金網１枚の時より冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路は減少したが、まだかなりたくさん存在する。以下、同様に、図５(ｃ)は金網３枚の時、図５（ｄ）は金網６枚の時、図５（ｅ）は金網７枚の時を示す。図５（ｅ）からわかるように、金網を７枚重ねることで、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がほとんど存在しなくなることがわかる。本検討は、方向性や配置についてランダムに重ねたものであり、別にランダムに重ねた場合でも、多少のばらつきはあるが、同様の結果が得られる。
【００４４】
（２）圧力損失の増加量の低減
下部タイプレート４の入口ノズル部４Ｂや燃料棒支持格子部４Ａは、下部タイプレート４の中でも流路面積が小さく、よって流速が速い部分である。それに比較して、下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃは、流路面積が大きく、よって流速が遅い部分である。よって、異物フィルタ設置による圧力損失の増加量を低減するためには、異物フィルタ９を下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃに設置することが有効である。
【００４５】
上記の考えを確認するために、試験片を製作し、圧力損失の試験を実施した。結果を図６に相対値で示す。図６（ｂ）に示すように、甲は下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃには何も設置せず燃料棒支持格子部４Ａの冷却材流路１０の下面に金網状のできるだけたくさんの小孔を持つ板を設置した場合である。小孔の穴径は約２.７mmであり、穴と穴との距離は約１.５mmである。これは冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がたくさん存在するため、冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状の異物を捕捉することができない。
【００４６】
一方、乙は下部タイプレート４の燃料棒支持格子部４Ａの冷却材流路１０には何も設置せず下部タイプレート４の内部の矩形部４Ｃに金網を積層させた本実施例の異物フィルタ９を設置した場合である。金網の線径は１.２mm 、開口部の幅は３.０mm 、積層数は７段である。これは冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路がほとんど存在しないため、冷却材流れに沿って縦に流れてきた線状の異物を捕捉することができる。
【００４７】
図６（ａ）からわかるように、圧力損失は甲と乙でほぼ等しくなる。甲の構成で乙と同等の異物捕捉性能を得るためには、線状の異物を捕捉するために冷却材流路１０に小孔を持つ板を複数積層する必要があり、圧力損失は飛躍的に増大する。つまり、同じ異物捕捉性能を得るためには、燃料棒支持格子部４Ａに金網を設置するかわりに内部の矩形部４Ｃに設置するほうが圧力損失の増加量を低減できることがわかる。
【００４８】
（３）金網の積層方法による強度の向上と流路閉塞の回避
本実施形態では、上記（１)，(２）の効果に加え、冷却材流れの上流側の金網の線径と開口幅を、冷却材流れの下流側の金網の線径と開口幅よりも大きくすることにより、異物フィルタ９の強度の向上と流路閉塞の回避を図ることができる。これを図７により説明する。
【００４９】
図７は、本実施形態による異物フィルタの縦断面構造を模式的に示すものである。上流側（図中の下側）から１層目〜３層目の金網は線径２.４mm 、開口部の幅６.０mmとし、上流側から４層目〜７層目の金網は線径１.２mm、開口部の幅
３.０mm とした。図７に示すように、大きな異物１１Ａは上流側の目の粗い金網で捕捉され、小さな異物１１Ｂは下流側の目の細かい金網で捕捉される。よって、大きな異物による細い金網の破壊を防止することができる。また、下部タイプレート４の入口ノズル部４Ｂは流速が速いため、異物の速度も加速される。矩形部４Ｃでは、冷却材の流速は遅くなるが、慣性の効果で異物の速度は速いまま異物フィルタ９の上流側に衝突する。したがって、異物フィルタ９の上流側の金網は頑丈であることが好ましい。また、大きな異物を上流側で捕捉し小さな異物を下流側で捕捉することで、各断面毎の流路面積は、１断面で全異物を捕捉する場合よりも確保されるので、流路閉塞を防止することができる。
【００５０】
上記実施形態では、線径１.２mm，開口幅３.０mmの金網を７段積層したもの、及び上流側に線径２.４mm，開口幅６.０mmの金網を３段積層し、下流側に線径 １.２mm，開口幅３.０mmの金網を４段積層した実施例を示した。しかし、これら金網の線径，開口幅，積層数などの組合せはこれに限ったものではなく、任意の組合せが考えられる。組合せを制約するものは、金網が壊れない程度の強度が必要なこと、圧力損失が大きくなり過ぎないこと、異物を捕捉するのに有効であること、の３点であり、これらの兼ね合いで決めればよい。
【００５１】
（４）金網同士の接合による強度の向上
本実施形態では、異物フィルタを構成する複数の金網同士をなんらかの方法で接合させることにより、強度を向上させた例を示す。
【００５２】
本実施形態では、金網同士を高温拡散接合により接合させている。製造方法を以下に示す。複数の金網を装置との関係から適当な大きさに切断し、複数積層させ、上下から荷重をかけて金網同士を密着させる。酸化を防ぐために雰囲気を真空、あるいは、希ガス雰囲気にした熱処理炉の中に積層させ密着させた金網を入れ、温度を上げる。拡散接合させるのに十分な温度と時間に保持した後、温度を下げ、積層させた金網を熱処理炉から取出す。接合が完了した金網を所定の大きさに切断して製造を完了する。
【００５３】
ここでは高温拡散接合で金網同士を接合したが、この方法に限った訳ではなく、蝋付け溶接，高温圧着，電気抵抗溶接などの方法を適用することもできる。
【００５４】
（５）規則的に積層することによる圧力損失増加量の低減
本実施形態では、金網を規則的に積層させることで、金網をランダムに積層させる場合と比較して、さらに圧力損失の増加量を低減することができる。これを図８により説明する。
【００５５】
図８は、本実施形態の異物フィルタの金網の重ねかたを模式的に示すものである。図８（ａ）は、金網１枚を冷却材流れ方向から見た図である。金網の線径は１.２mm、開口部の幅は３.０mmとした。図８（ｂ）は、金網２枚目の線が１枚目の開口部の中央に配置して重ねた場合を冷却材流れ方向から見た図である。図８（ｃ）は、金網３枚目の線が１枚目と２枚目とで形成される開口部の中央に配置して重ねた場合を冷却材流れ方向から見た図である。図８（ｄ）は、金網４枚目の線が１枚目と２枚目と３枚目とで形成される開口部の中央に配置して重ねた場合を冷却材流れ方向から見た図である。図８（ｄ）からわかるように、金網を４枚重ねることで、冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路が全く存在しなくなることがわかる。本実施形態では、ランダムに重ねた時に比べ、金網の積層数を少なく冷却材流れ方向に真っ直ぐな流路をなくすことができるので、圧力損失の増加量を低減することができる。
【００５６】
（６）平板と組合せることによる異物捕捉性能の向上
本実施形態では、上記（６）の効果に加え、冷却材流れの上流側あるいは下流側に、平板を格子状に組立てたグリッドを置くことによって、異物捕捉性能の向上を図ることができる。これを図９により説明する。
【００５７】
図９は、本実施形態による異物フィルタの縦断面構造を模式的に示すものである。図９（ａ）は、（６）の図８で形成された４層重ねの金網の上流側にもう１枚金網を重ねて５層重ねの金網１２としたものの縦断面図である。冷却材流れに対して斜めの方向に真っ直ぐに貫通する流路（貫通流路）１３が存在するため、異物が通過する可能性があることがわかる。
【００５８】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の５層重ね金網の上流側に平板を格子状に組立てたグリッドを置いた時の縦断面図である。５層重ねの金網１２の上流側に、平板を格子状に組立てたグリッドを置くことによって、異物が斜めになることができなくなる。このため、図９（ｂ）の非貫通流路１５で示すように、異物はフィルタを通過することができない。ここで、平板を格子状に組立てたグリッドは上流側に限らず下流側に置くことによっても本実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５９】
また、平板を用いた別の実施形態を図１０を用いて示す。本実施形態では、平板とワイヤーを用いて、異物フィルタを構成するものであり、平板にスリット加工を施し、そこにワイヤーを並べることで、規則的にワイヤーを配置し、冷却材流れ方向の真っ直ぐな流路を効果的になくしたものである。図１０（ａ）に示すように平板１６にスリット１７の加工を施し、その平板１６を等間隔に配置する。その平板のスリット１７にワイヤー１８を重ねていく。前記した実施形態と同様に、冷却材の上流側あるいは下流側に、平板を格子状に組立てたグリッド１４を配置する。
【００６０】
図１０（ｂ）に冷却材流れ方向から見た図、図１０（ｃ）に図１０（ｂ）のＢ−Ｂ断面図を示す。ワイヤー１８を平板１６のスリット１７に沿って規則的に並べた構造では、冷却材流れ方向の真っ直ぐな流路はないが、冷却材流れ方向を斜めに貫通流路１３が存在する。よって、５層ワイヤー１９だけでは、線状異物が斜めに通過する可能性がある。図１０（ｃ）に示すように、５層ワイヤー１９の上流側に、平板を格子状に組立てたグリッド１４を置くことによって、異物が斜めになることができなくなる。このため、図１０（ｄ）の非貫通流路１５で示すように、異物はフィルタを通過することができない。
【００６１】
また、平板を用いた別の実施形態を図１１を用いて示す。本実施形態の前記実施形態との違いは、５層ワイヤー１９の上流側あるいは下流側に、平板を格子状に組立てたグリッド１４を配置するかわりに、５層ワイヤー１９と逆向きに流路を持つ５層ワイヤー２０を配置して、斜めに通過しようとする異物を捕捉する点である。本実施形態では、冷却材流れ方向の真っ直ぐな流路も、冷却材流れ方向を斜めに貫通する流路も存在しない。よって、異物はフィルタを通過することができない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、線状の異物が冷却材流れに沿って流れてきた場合にも異物を捕捉でき、且つ下部タイプレートでの圧力損失の増加量を十分に低減できる異物捕捉手段を備えた燃料集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による燃料集合体の下部タイプレートの詳細構造を示す部分拡大断面図である。
【図２】図１の下部タイプレートを備えた燃料集合体の全体構造を示す縦断面図である。
【図３】図１中Ａ−Ａ矢視図である。
【図４】異物フィルタの詳細構造を表す図で、（ａ）は金網９Ａの構造を表す正面図、（ｂ）は異物フィルタの縦断面図である。
【図５（ａ）】異物フィルタを構成する金網をランダムに重ねる時に、金網１枚を冷却材流れ方向から見た図である。
【図５（ｂ）】異物フィルタを構成する金網２枚をランダムに重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図５（ｃ）】異物フィルタを構成する金網３枚をランダムに重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図５（ｄ）】異物フィルタを構成する金網６枚をランダムに重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図５（ｅ）】異物フィルタを構成する金網７枚をランダムに重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図６】異物フィルタによる圧力損失の試験結果を表す図で、（ａ）は甲と乙の圧力損失の測定結果を表す図、（ｂ）は甲と乙の異物フィルタの構造を表す図である。
【図７】冷却材流れ方向における上流側の金網の線径と開口幅を下流側の金網の線径と開口幅よりも大きくした異物フィルタを表す図である。
【図８（ａ）】異物フィルタを構成する金網を規則的に重ねる時に、金網１枚を冷却材流れ方向から見た図である。
【図８（ｂ）】異物フィルタを構成する金網２枚を規則的に重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図８（ｃ）】異物フィルタを構成する金網３枚を規則的に重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図８（ｄ）】異物フィルタを構成する金網４枚を規則的に重ねた時に、冷却材流れ方向から見た図である。
【図９】異物フィルタの上流側あるいは下流側に平板を格子状に組立てたグリッドを設置することによる異物捕捉性能の向上効果を表す図で、（ａ）はグリッド設置前の異物フィルタの縦断面図、（ｂ）はグリッド設置後の異物フィルタの縦断面図である。
【図１０】異物フィルタの上流側あるいは下流側に平板を格子状に組立てたグリッドを設置することによる異物捕捉性能の向上効果を表す図で、（ａ）は異物フィルタを構成し斜めのスリットが加工された平板の構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のスリットにワイヤーを積層して異物フィルタを構成した図、（ｃ）はグリッド設置前の（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）はグリッド設置後の（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】平板に斜めに設けたスリット内にワイヤーを積層した異物フィルタの上流側あるいは下流側に、逆斜め向きに設けたスリット内にワイヤーを積層した異物フィルタを設置した場合の縦断面を表す図である。
【符号の説明】
１…燃料集合体、２…燃料棒、３…水ロッド、４…下部タイプレート、５…上部タイプレート、６…スペーサ、８…チャンネルボックス、９…異物フィルタ、９Ａ〜９Ｇ…金網、９Ａａ…金網の線径、９Ａｂ…金網の開口幅、１０…冷却材流路、１１Ａ…大きな異物、１１Ｂ…小さな異物、１２…５層重ね金網、１３…貫通流路、１４…平板グリッド、１５…非貫通流路、１６…平板、１７…スリット、１８…ワイヤー、１９…５層ワイヤー、２０…逆向き５層ワイヤー。

Claims (3)

1. 正方格子状に配列された複数の燃料棒と、これら複数の燃料棒の下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の上端を支持する上部タイプレートと、前記燃料棒の間隔を保持するスペーサとを備えた燃料集合体において、
   前記下部タイプレートが冷却材によって運ばれる異物を捕捉するための異物フィルタを備え、
   前記異物フィルタが金網あるいはワイヤーを冷却材流れ方向に複数積層させており、
   前記異物フィルタが、冷却材の流れ方向で線径が異なる金網あるいはワイヤーで積層体が作られており、
   前記異物フィルタが、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの線径が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの線径よりも大きいことを特徴とする燃料集合体。
2. 請求項１に記載の燃料集合体において、前記異物フィルタが、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの線径が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの線径よりも大きく、かつ、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの開口幅が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの開口幅よりも大きいことを特徴とする燃料集合体。
3. 正方格子状に配列された複数の燃料棒と、これら複数の燃料棒の下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の上端を支持する上部タイプレートと、前記燃料棒の間隔を保持するスペーサとを備えた燃料集合体において、
   前記下部タイプレートが冷却材によって運ばれる異物を捕捉するための異物フィルタを備え、
   前記異物フィルタが金網あるいはワイヤーを冷却材流れ方向に複数積層させており、
   前記異物フィルタが、冷却材の流れ方向で開口幅が異なる金網あるいはワイヤーで積層体が作られており、
   前記異物フィルタが、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの開口幅が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの開口幅よりも大きく、
   前記異物フィルタが、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの線径が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの線径よりも大きく、かつ、冷却材流れ方向の上流側の金網あるいはワイヤーの開口幅が、冷却材流れ方向の下流側の金網あるいはワイヤーの開口幅よりも大きいことを特徴とする燃料集合体。

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