JP4076010B2 - 燃料集合体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽水型原子炉用の燃料集合体に関し、特に、冷却材中に混入した異物が燃料部に流入するのを阻止・抑制できるようにした燃料集合体に関する。
【0002】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、例えば図14に示すように、ほぼ正方形の断面を有する筒形のチャンネルボックス1を有し、このチャンネルボックス1内に正方格子状に配列された複数の燃料棒2と少なくとも1本のウォータロッド3が収容されている。この燃料集合体の上下部にはそれぞれ上部タイプレート4および下部タイプレート5が装着されている。ウォータロッド3には、その軸方向に所定の間隔をおいて複数のスペーサ6(図14では一つだけを示す)が取り付けられ、このスペーサ6によって燃料棒2が整列・支持されている。
【0003】
下部タイプレート5は、燃料棒2およびウォータロッド3を直接的に固定・支持するネットワーク部7と、ネットワーク部7の周辺部から下方に延びる側壁部8とを有し、これらによって、ネットワーク部7の下方に下部タイプレート空洞9が形成されている。側壁部8の下部には下部タイプレート入口開口10が形成されている。
【0004】
各燃料棒2は被覆管の中に複数の燃料ペレットを充填したものであるが(図示せず)、この被覆管の下端部を閉じる栓として下部端栓11がある。燃料棒の下部端栓11の下部は細い円柱の棒状になっていて、この部分が下部タイプレートのネットワーク部7に設けられた挿入孔13に挿入され、それによって燃料棒の下部端栓11が支持されている。
【0005】
一方、ウォータロッド3は中空の金属管であって、チャンネルボックス1内の下部タイプレート5のわずか上方に入口孔26が設けられ、上部タイプレート4のわずか下方に出口孔27が設けられている。入口孔26から液相の冷却材がウォータロッド3内に流入し、液相のままの冷却材がウォータロッド3内を上昇して、出口孔27から流出するようになっている。
【0006】
このウォータロッド3の下端部にも燃料棒の下部端栓11とほぼ同様の構造の下部端栓12があり、下部端栓12の下部は細い円柱の棒状になっていて、この部分が下部タイプレートのネットワーク部7に設けられた挿入孔13に挿入され、それによってウォータロッドの下部端栓12が支持されている。
【0007】
下部タイプレートのネットワーク部7は、下部端栓11、12が挿入されてそれらの下部端栓11、12を支持する挿入孔13を有するとともに、これら下部端栓11、12同士の間を冷却材が通り抜けるための流通孔(図示せず)を有する。
【0008】
図14の燃料集合体で、冷却材15は、下部タイプレート入口開口10から、下部タイプレート空洞9内に入り、ネットワーク部7の流通孔を通り抜けて、チャンネルボックス1内の燃料棒2およびウォータロッド3の周辺へと流れ、上部タイプレート4を通って燃料集合体の外へ出ていく。
【0009】
なお、図14に示すように、下部タイプレート側壁部8の側面には微小なリークホール17が設けられており、下部タイプレート空洞9内の冷却材15のうちの若干量がチャンネルボックス1の外側へ流れるようになっている。
【0010】
近年の高性能化された燃料集合体では、燃料集合体内部に異物が侵入するのを防ぐことを目的としてフィルタ機能を付加するものもある。例えば、下部タイプレートのネットワーク部の流通孔の口径を従来よりも小さく約5mmとすることにより、流れに対する抵抗を増加(即ち、高圧損化)する設計もあり、これによって炉心の安定性の改善が図られているが、これは異物フィルタの役目も果たしている。
【0011】
燃料集合体に侵入することが予想される異物としては、プラント建設時に原子炉一次系内に僅かに残された金屑、機器洗浄時の金属性ブラシの折れ片、機器損傷時の破片等が想定されている。その形状も、板状、弦巻バネ状(螺旋状)、針金状(直線状)等、多岐にわたることが予想されている。
【0012】
図15は、異物フィルタ機能を有する下部タイプレートの例を示す(例えば特開平7−306284号公報参照)。図15で、燃料棒2とウォータロッド3の下部端栓11、12の下部が、下部タイプレート5のネットワーク部7の挿入孔13を貫通している。ネットワーク部7の下方には、異物フィルタの機能を有する仕切部材20が、下部プレート空洞9を横断してほぼ水平に設けられている。仕切部材20には、図16に示すように、燃料棒2とウォータロッド3の各下部端栓11、12が通る貫通孔21、22のほかに、冷却材が流通し、異物の流通を阻止する小孔24が多数設けられている。
【0013】
図15の構成で、冷却材15は、下部タイプレート入口開口10から下部タイプレート空洞9内に流入し、仕切部材20の小孔24を通り、さらにネットワーク部7の流通孔を通って、チャンネルボックス1内の燃料棒2およびウォータロッド3の周辺へと流れる。このとき、冷却材15中の異物は、仕切部材20の小孔24を通り抜けないので、チャンネルボックス1内への異物流入が阻止される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従来の異物フィルタを有する下部タイプレートでは、炉心入口部に達した異物を炉心内に侵入することをある程度の確率で防止することはできた。しかしながら、従来の仕切部材20の小孔24を通ってネットワーク部7の流通孔を通る流れは、ほぼ鉛直上向きの直線状である。このため、特に直線的な細長い異物が冷却材によって流れに対して縦方向に運ばれたときに、これらの流路を通過してしまう可能性がないとはいえなかった。
本発明の目的は、特に直線的な細長い異物の捕捉性能にすぐれ、しかも圧力損失の増大を抑えた燃料集合体を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項1の発明は、原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内部に冷却材が通る少なくとも1本のウォータロッドと、前記燃料棒およびウォータロッドの上部を保持する上部タイプレートと、前記燃料棒およびウォータロッドの下部を保持する下部タイプレートと、を有する燃料集合体において、前記燃料棒およびウォータロッドの下部には下方に延びる棒状部を有する下部端栓が取り付けられていて、前記下部タイプレートは、前記下部端栓の下部が挿入される挿入孔を有して、前記燃料棒およびウォータロッドを相互に所定間隔になるように保持し、しかも冷却材が通る流路を有するネットワーク部と、このネットワーク部の周囲から下方に延びて該ネットワーク部の下方に下部タイプレート空洞を形成し、下端に入口開口を有する側壁部と、前記棒状部が貫通する複数の仕切部材開口を有して、前記下部タイプレート空洞内の前記ネットワーク部の下方にほぼ水平に配置されて該下部タイプレート空洞を上下に区画する仕切部材と、を有し、前記棒状部に筒状のフィルタが取り付けられ、このフィルタの下端は前記仕切部材開口に向いて開いていて、このフィルタの上端は少なくとも冷却材中の異物が通り抜けない程度に閉じており、このフィルタの側面に側面開口部を有すること、を特徴とする。
請求項1の発明によれば、特に直線的な細長い異物の捕捉性能にすぐれ、しかも圧力損失の増大を抑えた燃料集合体を提供することができる。
【0016】
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の燃料集合体において、前記下部端栓の少なくとも一つの下部には下方に向かって延びる棒状部があり、前記フィルタは、この棒状部の側面を囲むように取り付けられていること、を特徴とする。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明の作用・効果が得られるほか、下部端栓の棒状部の働きで、異物の捕捉性能を高めることができる。
【0017】
また、請求項3の発明は、請求項2に記載の燃料集合体において、前記フィルタはほぼ同軸上の内管と外管とを有する二重筒状であって、前記側面開口部は前記外管の側面に設けられ、前記棒状部が前記内管の内側に挿入されて固定されるように構成されていること、を特徴とする。
請求項3の発明によれば、請求項2の発明の作用・効果が得られるほか、フィルタを下部端栓に対して簡単にかつ確実に取り付けることができる。
【0018】
また、請求項4の発明は、請求項3に記載の燃料集合体において、前記棒状部と前記内管とが嵌合により結合されるように構成されていること、を特徴とする。
請求項4の発明によれば、請求項3の発明の作用・効果が得られるほか、フィルタを下部端栓に対してさらに容易に取り付けることができる。通常、一つの燃料集合体に取り付けられるフィルタの数は数百個にもなるため、取付けの容易さが重要である。
【0019】
また、請求項5の発明は、請求項2、3または4に記載の燃料集合体において、前記棒状部が角柱形状であり、前記内管がこの棒状部の側面外側に被さる角筒形状であること、を特徴とする。
【0020】
請求項5の発明によれば、請求項2、3または4のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、フィルタを取り付ける際の周方向の位置決めを簡単に行なえ、しかも取付け後に不用意に回転してしまうことを防止できる。
【0021】
また、請求項6の発明は、請求項2ないし5のいずれかに記載の燃料集合体において、前記棒状部の下部は前記仕切部材開口を貫通して前記仕切部材の下方に延びており、この棒状部の前記仕切部材の下方に、冷却材中の異物を保持する異物保持部が取り付けられていること、を特徴とする。
【0022】
請求項6の発明によれば、請求項2ないし5のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、冷却材中の異物を燃料集合体の下部に保持することができ、燃料集合体を原子炉から取り出すときにこの異物も原子炉外に取り出すことができる。
【0023】
また、請求項7の発明は、請求項6に記載の燃料集合体において、前記異物保持部の水平方向外形寸法は、前記ネットワーク部の挿入孔の口径および前記仕切部材開口よりも小さく、前記異物保持部が前記ネットワーク部の上方から挿入可能な大きさであること、を特徴とする。
【0024】
請求項7の発明によれば、請求項6の発明の作用・効果が得られるほか、燃料集合体を組み立てる際に、異物保持部を下部端栓に取り付けた後に、下部タイプレートのネットワーク部の挿入孔に下部端栓を挿入することができる。
【0025】
また、請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタは上下方向に複数の部分に分割されており、これら各部分の間に、冷却材が前記フィルタの半径方向外側に向かって通過する隙間が設けられていること、を特徴とする。
【0026】
請求項8の発明によれば、請求項1ないし7のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、フィルタの各部分の間の隙間から冷却材が流出できるので流路面積を大きく取れ、圧力損失を小さくすることができる。
【0027】
また、請求項9の発明は、請求項1ないし8のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタの側面開口部は前記フィルタの周に沿ってほぼ水平方向に延びる横長形状であること、を特徴とする。
【0028】
請求項9の発明によれば、請求項1ないし8のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、側面開口部の流路面積を大きく取れ、圧力損失を小さくすることができる。
【0029】
また、請求項10の発明は、請求項1ないし9のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタの外径は、前記ネットワーク部の挿入孔の口径よりも小さく、前記フィルタが前記ネットワーク部の上方から挿入可能な大きさであること、を特徴とする。
【0030】
請求項10の発明によれば、請求項1ないし9のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、燃料集合体を組み立てる際に、フィルタを下部端栓に取り付けた後に、下部タイプレートのネットワーク部の挿入孔に下部端栓を挿入することができる。
【0031】
また、請求項11の発明は、請求項1ないし10のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口と前記フィルタの下端の間が、冷却材中の異物が通過しない程度に閉じていること、を特徴とする。
請求項11の発明によれば、請求項1ないし10のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、冷却材中の異物を確実に捕捉することができる。
【0032】
また、請求項12の発明は、請求項1ないし10のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口と前記フィルタの下端の間が隙間を有すること、を特徴とする。
【0033】
請求項12の発明によれば、請求項1ないし10のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、万一、何らかの原因で冷却材中の異物が短時間で多量に発生した場合にも、流路が閉塞されることがないので、原子炉の安全性が高められる。
【0034】
また、請求項13の発明は、請求項12に記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口が上に向かって細くなったノズル形状を有すること、を特徴とする。請求項13の発明によれば、請求項12の発明の作用・効果が得られるほか、仕切部材開口を通過した冷却材が噴流となってフィルタに向かうため、冷却材中の異物が直接フィルタの外に流れていく確率を低下させることができる。
【0035】
また、請求項14の発明は、請求項1ないし13のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材は、冷却材中の異物が通過しないで冷却材が通過する構造の複数の小孔をさらに有すること、を特徴とする。
【0036】
請求項14の発明によれば、請求項1ないし13のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、仕切部材の小孔を通って冷却材が流れるので、全体の流路面積を大きく取ることができ、圧力損失を低下させることができる。
【0037】
また、請求項15の発明は、請求項1ないし13のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材は、前記仕切部材開口のほかに流路を有しないこと、を特徴とする。
【0038】
請求項15の発明によれば、請求項1ないし13のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、仕切部材を通過した異物を含んだ冷却材がフィルタを通らずに下部タイプレートのネットワーク部へ向かう確率を低下させることができる。
また、請求項16の発明は、原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内部に冷却材が通る少なくとも1本のウォータロッドと、前記燃料棒およびウォータロッドの上部を保持する上部タイプレートと、前記燃料棒およびウォータロッドの下部を保持する下部タイプレートと、を有する燃料集合体において、前記燃料棒およびウォータロッドの下部には下方に延びる棒状部を有する下部端栓が取り付けられていて、前記下部タイプレートは、前記下部端栓の下部が挿入される挿入孔を有して、前記燃料棒およびウォータロッドを相互に所定間隔になるように保持し、しかも冷却材が通る流路を有するネットワーク部と、このネットワーク部の周囲から下方に延びて該ネットワーク部の下方に下部タイプレート空洞を形成し、下端に入口開口を有する側壁部と、複数の仕切部材開口を有して、前記下部タイプレート空洞内の前記ネットワーク部の下方にほぼ水平に配置されて該下部タイプレート空洞を上下に区画する仕切部材と、を有し、前記棒状部に筒状のフィルタが取り付けられ、このフィルタの下端は前記仕切部材開口に向いて開いていて、このフィルタの上端は少なくとも冷却材中の異物が通り抜けない程度に閉じており、このフィルタの側面に側面開口部を有すること、を特徴とする。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図13を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。ただし、従来の技術あるいは互いに、共通もしくは類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は適宜省略する。
【0040】
[第1の実施の形態]
まず、図1〜図3を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。図1に示す下部タイプレート5は、図14および図15に示したものと同様のものである。また、図15および図16に示した仕切部材20とほぼ同様の仕切部材30が、下部タイプレート空洞9内に配置されている。仕切部材30には、各下部端栓11および下部端栓12に対応する位置に仕切部材開口32が設けられ、さらに、その他の部分に、仕切部材開口32よりも口径の小さな小孔24が多数個設けられている。
【0041】
下部タイプレート5のネットワーク部7の挿入孔13には、燃料棒2の下部端栓11およびウォータロッド3の下部端栓12の各下部が挿入されている。下部端栓11および下部端栓12の各下端はさらに、仕切部材開口32を貫通して仕切部材30の下方まで延びている。以下の説明では、燃料棒2の下部端栓11を例にとって説明するが、ウォータロッド3の下部端栓12も同様の構造である。
【0042】
なお、図1では、チャンネルボックス1(図14)を示すのを省略している。
図2に拡大して示すように、下部端栓11は、燃料棒2の被覆管34の下端を閉じる栓の役割を持つものであって、上端付近にテーパ部36があって、その上端は被覆管34の外径と同径であり、下方に向かって細くなっている。テーパ部36の下方には中間円柱部38が形成されている。中間円柱部38は、下部タイプレート5のネットワーク部7の挿入孔13をちょうど貫通する太さ(例えば直径10mm)であって、下部端栓11がネットワーク部7の挿入孔13に挿入されたときにこの中間円柱部38とテーパ部36で燃料棒2が支持される。
【0043】
中間円柱部38の下方はさらに細径(例えば直径3mm)の円柱状の棒状部40になっている。棒状部40の外側を取り囲むようにフィルタ42が取り付けられている。
【0044】
フィルタ42は、図2および図3に示すように、例えば金属製の二重円筒構造であって、外側管44と内側管46が同軸上に内外に重ねて配置されている。外側管44と内側管46の上下端部は開放されているが、それぞれ、半径方向に延びる複数の連結板48によって互いに連結されている(図3参照)。外側管44の上部側面には複数個(例えば4個)の冷却材出口孔50が設けられている。冷却材出口孔50は例えば円形や楕円形である。
【0045】
外側管44の外径は、下部タイプレート5のネットワーク部7の挿入孔13の直径よりも小さくしておけば、下部端栓11にフィルタ42を予め取り付けた状態で、これを挿入孔13に挿入して下部タイプレート5に取り付けて燃料集合体を組み立てることができる。
【0046】
内側管46の内径は棒状部40の直径よりもわずか大きく、棒状部40を下端から内側管46内に挿入できるようになっている。棒状部40の側面には例えば4個の突起52が設けられており、また、内側管46には突起52の位置に合わせた固定孔54が設けられている。内側管46は例えば弾性金属材料でできていて、棒状部40を下端から内側管46内に挿入し、突起52が固定孔54に嵌ることによって、フィルタ42が棒状部40に固定され、保持される。
【0047】
フィルタ42が棒状部40に取り付けられた状態で、フィルタ42の上端は中間円柱部38の下端との間にわずかな隙間56を形成している。また、フィルタ42の下端は仕切部材開口32のわずか上方にあって、仕切部材開口32に向かって開いている(図1参照)。
【0048】
異物を含んだ冷却材は、下部タイプレート入口開口10を通って下部タイプレート空洞9に流入し、仕切部材開口32を通って、フィルタ42の下端から、外側管44と内側管46の間の環状部に流入する。その後、外側管44の側面の冷却材出口孔50および隙間56を通ってフィルタ42の外側に出る。このとき、流れの向きが、鉛直上向きから水平方向(半径方向外向き)に変わるので、冷却材中の異物、特に直線的形状(針金状)の異物をここで捕捉することができる。冷却材出口孔50および隙間56の大きさは、冷却材中の異物を捕捉できる程度の大きさに設定する。
【0049】
フィルタ42を通過して外側に出た冷却材は、下部タイプレートのネットワーク部7の挿入孔13同士の間の流通孔(図示せず)を通って燃料棒2およびウォータロッド3の周囲へと上昇していく。
【0050】
下部タイプレート空洞9に流入した冷却材の一部は、仕切部材30の小孔24を通って直接フィルタ42の外側に出る(図1参照)。このため、小孔24は、異物が通過しないような形状寸法とする。
【0051】
上記実施の形態では、外側管44と内側管46が同軸上に配置されており、しかも下部端栓11の棒状部40が仕切部材開口32を貫通していることから、冷却材中に含まれる異物が棒状部40、外側管44または内側管46で引っかかる可能性が高く、異物が通過するのを阻止・抑制することができる。
【0052】
上記実施の形態ではフィルタ42の上端と中間円柱部38の下端との間にわずかな隙間56を形成するとしたが、変形例として、この隙間56をなくすことも可能である(図示せず)。この場合、隙間56の分の流路面積が小さくなるので、圧力損失低減のためには不利であるが、冷却材出口孔50を十分に大きくすることにより圧力損失低減も可能である。
【0053】
また上記実施の形態では、棒状部40に突起52を設け、内側管46に固定孔54を設けてこれらを嵌め合わせることとしたが、変形例として、内側管46に突起を設け、棒状部40に孔を設けてこれらを嵌め合わせるようにしてもよい。さらに、突起との嵌め合い部は貫通した孔でなくて、窪みであってもよい。また、突起は孤立した点状のものでなく、山脈状の畝とし、これと嵌め合う部分は谷状の溝としてもよい。組み立ての簡便性の観点からは嵌合が望ましいが、溶接、ろう付けや、ねじ込み、あるいは小ねじで止めること等も可能である(いずれも図示せず)。
【0054】
[第2の実施の形態]
つぎに、図4を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。この実施の形態では、第1の実施の形態におけるフィルタ42を上下に2分割して上部フィルタ60および下部フィルタ62とし、これらの間に周方向に延びるフィルタ間隙64を設けている。このような構成とすることにより、上部フィルタ60および下部フィルタ62の内側から外側への水平方向流路としてフィルタ間隙64が追加されるので、流路面積を大きく取ることができ、圧力損失低減を図ることができる。
【0055】
[第3の実施の形態]
つぎに、図5を参照して本発明の第3の実施の形態を説明する。この実施の形態は第2の実施の形態(図4)の変形例であって、第2の実施の形態における下部フィルタ62の円形の冷却材出口孔50に代えて、横長の長方形の冷却材出口孔66が上下2段に設けられている。このように横長の冷却材出口孔66を設けることによって、鉛直方向の流れに沿って直立姿勢で流れてきた直線的形状の異物の流通を有効に阻止することができ、しかも流路面積を大きく取って圧力損失を小さくすることができる。
【0056】
なお、この実施の形態では、横長の長方形の冷却材出口孔66を下部フィルタ62だけに採用した例を示したが、上部フィルタ60と下部フィルタ62のいずれにも採用可能であるし、また、両方に採用してもよい。さらに、この横長の長方形の冷却材出口孔66を第1の実施の形態(図1〜図3)に採用することもできる。
【0057】
[第4の実施の形態]
つぎに、図6を参照して本発明の第4の実施の形態を説明する。この実施の形態は第2の実施の形態(図4)の変形例であって、燃料棒2の下部端栓68の棒状部70が第2の実施の形態の棒状部40よりも短く、棒状部70の下端が下部フィルタ62の下端と同じ高さになっている。したがって、棒状部70は仕切部材開口32に挿入されていない。このようにすることによって、第2の実施の形態(図4)に比べて、異物捕捉性能が若干低下する可能性があるが、仕切部材開口32の流路面積を大きく取れるので、圧力損失を低減することができる。
【0058】
また、ウォータロッド3の下部端栓72の棒状部74は、下部フィルタ62の下端より下方に延びているが、この下方に延びた部分がその上方よりも細くなっている。この例は、第2の実施の形態(図4)の場合と、本実施の形態の燃料棒2の下部端栓68の短い棒状部70の場合との中間的性格を持つものであって、棒状部74の下部を細くしない場合に比べて仕切部材開口32の流路面積を大きく取れ、しかも高い異物捕捉性能を維持することができる。
【0059】
この実施の形態では、燃料棒の下部端栓を短くし、ウォータロッドの下部端栓の下方を細くする例を示した。この実施の形態の変形例として、燃料集合体全体で、下部端栓の棒状部を短くしたもの、または棒状部の下方を細くしたもののどちらか一方に統一することも可能であり、またこれらを任意に組み合わせることが可能である。
【0060】
[第5の実施の形態]
つぎに、図7を参照して本発明の第5の実施の形態を説明する。この実施の形態は第4の実施の形態(図6)の変形例であって、すべての下部端栓72の棒状部74が下部フィルタ62の下方で細くなっていて、仕切部材開口32を貫通している。この実施の形態ではさらに、棒状部74の下端に異物保持部76が取り付けられている。異物保持部76は図7(b)に示すように、棒状部74に固定された底部78と上方に開いたテーパ状の側壁部80とを有する。
【0061】
原子炉運転時は冷却材の流れによって、冷却材中の異物はフィルタ60、62内に保持されるが、原子炉の定期点検のときなどに冷却材の流れが停止すると、冷却材中の異物が重力によって落下し、異物保持部76に保持される。原子炉の定期点検のときに、一部の燃料集合体を上方に吊り上げて炉外に搬出し、燃料交換が行なわれる。このとき、異物保持部76に保持された異物を燃料集合体とともに炉外に搬出することができる。
【0062】
異物保持部76の側壁部80の最も広がった部分の大きさは、仕切部材開口32および下部タイプレートのネットワーク部7の挿入孔13よりも小さいことが望ましい。このような構成にすれば、燃料集合体の組立てに際して、下部端栓72に異物保持部76をあらかじめ取り付けた状態でこれを下部タイプレートのネットワーク部7の挿入孔13および仕切部材開口32に挿入して燃料集合体の組立てができる。
【0063】
なお、側壁部80を上方に開いたテーパ状としたのは、落下してきた異物を広い範囲で捕獲し、しかも、通常運転時になるべく流動抵抗を小さくするためである。通常運転時の流動抵抗をさらに小さくするために、異物保持部76に多数の小孔を設けたり、異物保持部76を網構造とすることも可能である(図示せず)。
【0064】
[第6の実施の形態]
つぎに、図8を参照して本発明の第6の実施の形態を説明する。この実施の形態は第4の実施の形態(図6)の変形例であって、すべての下部端栓68の棒状部70の下端が下部フィルタ62の下端と同じ高さになっている。さらにこの実施の形態では、仕切部材30の小孔24(図6)がなく、仕切部材30を通過する冷却材はすべて仕切部材開口32を通る。したがって、冷却材中の異物がフィルタ60、62で捕捉されずに下部タイプレートのネットワーク部7へ行ってしまう確率を下げることができる。
【0065】
[第7の実施の形態]
つぎに、図9を参照して本発明の第7の実施の形態を説明する。この実施の形態は第6の実施の形態(図8)の変形例であって、すべての下部端栓76の棒状部78に各一つのフィルタ80が取り付けられ、棒状部78の下端がフィルタ80の下端と同じ高さになるように設置されている。図示のフィルタ80の冷却材出口孔82は第3の実施の形態(図5)の冷却材出口孔66と同様に横長の長方形となっている。
【0066】
棒状部78およびフィルタ80の下端は仕切部材開口86の真上にあって、仕切部材開口86の上端から離れた位置(例えば5mm上方)にある。仕切部材開口86は上方に向かって流路が縮小したテーパ状である。
【0067】
この実施の形態では、仕切部材開口86が上方に向かって流路が縮小していることから、仕切部材開口86を上方に通過した冷却材は噴流となってフィルタ80の下端の開口から流入する。ここで仕切部材開口86とフィルタ80の下端の間に隙間88があるが、冷却材中の異物は噴流に運ばれてフィルタ80の下端の開口内に入る。また、何らかの理由によるプラント不具合時に多量の異物が発生した場合にも、隙間88があるために、流路が完全に閉塞されることを避けて冷却材流路を確保することができ、安全性が高められる。
【0068】
[第8の実施の形態]
つぎに、図10および図11を参照して本発明の第8の実施の形態を説明する。この実施の形態は第1の実施の形態(図1〜図3)の変形例であって、下部端栓90の中間円柱部38から下方に延びる棒状部92が四角柱状である。また、この棒状部92の外側に被さるフィルタ94の内側管96は四角筒状である。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
【0069】
この実施の形態によれば、フィルタ94を棒状部92に被せる際に周方向の位置合せが容易である。また、一旦取り付けた後にフィルタ94が回転することがないので、冷却材流路50の向きが不用意に変動することもなく安定した運転を維持することができる。
【0070】
[第9の実施の形態]
つぎに、図12および図13を参照して本発明の第9の実施の形態を説明する。この実施の形態では、下部端栓97は、図2(a)および(b)に示す下部端栓11と同様にテーパ部36と中間円柱部38を有するが、その下方の棒状部40(図2)は有しない。この下部端栓97の中間円柱部38にフィルタ98が取り付けられている。
【0071】
フィルタ98には、図2および図3に示すフィルタ42の内側管46および連結板48に相当する部分がなく、外側管44に相当する一つの円筒部材100のみからなる。円筒部材100の上部側面には、複数の冷却材出口孔102が設けられている。また、円筒部材100の下端は開いていて冷却材が流入するようになっている。
【0072】
下部端栓97の中間円柱部38の側面に、例えば2個の突起104が設けられ、これらに対応する位置の円筒部材100の側面には固定孔106が設けられていて、各突起104と固定孔106が係合することによって、フィルタ98が下部端栓97に吊り下げられる。円筒部材100の上端付近の内面は下部端栓97の中間円柱部38の側面と嵌め合い関係になり、これらの隙間から冷却材中の異物が流出するのが阻止される。
【0073】
この実施の形態では下部端栓の棒状部がないので、構造が比較的簡単であって、圧力損失も小さい。
【0074】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧力損失の増大を抑制しながら燃料集合体の異物捕捉をより確実なものとすることができ、これにより、原子炉の運転性能・信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図2】図1の下部端栓付近の拡大図であって、(a)は立断面図、(b)は(a)のB−B線矢視立断面図、(c)は(b)のC−C線矢視平断面図、(d)は(b)のD−D線矢視平断面図。
【図3】図2のフィルタだけを取り出して示す斜視図。
【図4】本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図5】本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図6】本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図7】本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態を示す図であって、(a)は下部タイプレート付近の模式的立断面図、(b)は(a)の異物保持部拡大立断面図。
【図8】本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図9】本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態の下部タイプレート付近の模式的立断面図。
【図10】本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態を示す図であって、(a)は下部端栓付近の立断面図、(b)は(a)のB−B線矢視平断面図。
【図11】図10のフィルタだけを取り出して示す斜視図。
【図12】本発明に係る燃料集合体の第9の実施の形態を示す図であって、(a)は下部端栓付近の立断面図、(b)は(a)のB−B線矢視平断面図、(c)は(a)のC−C線矢視平断面図。
【図13】図12のフィルタだけを取り出して示す斜視図。
【図14】従来の燃料集合体の全体立断面図。
【図15】図14の下部タイプレート付近の拡大立断面図。
【図16】図15の仕切部材だけを取り出して示す平面図。
【符号の説明】
1…チャンネルボックス、2…燃料棒、3…ウォータロッド、4…上部タイプレート、5…下部タイプレート、6…スペーサ、7…ネットワーク部、8…側壁部、9…下部タイプレート空洞、10…下部タイプレート入口開口、11…燃料棒の下部端栓、12…ウォータロッドの下部端栓、13…挿入孔、15…冷却材、17…リークホール、20…仕切部材、21…燃料棒の下部端栓が通る貫通孔、22…ウォータロッドの下部端栓が通る貫通孔、24…小孔、26…ウォータロッドの入口孔、27…ウォータロッドの出口孔、30…仕切部材、32…仕切部材開口、34…被覆管、36…テーパ部、38…中間円柱部、40…棒状部、42…フィルタ、44…外側管、46…内側管、48…連結板、50…冷却材出口孔、52…突起、54…固定孔、56…隙間、60…上部フィルタ、62…下部フィルタ、64…フィルタ間隙、66…冷却材出口孔、68…下部端栓、70…棒状部、72…下部端栓、74…棒状部、76…異物保持部、78…棒状部、80…フィルタ、82…冷却材出口孔、84…仕切部材、86…仕切部材開口、88…隙間、90…下部端栓、92…棒状部、94…フィルタ、96…内側管、97…下部端栓、98…フィルタ、100…円筒部材、102…冷却材出口孔、104…突起、106…固定孔。
Claims (16)
- 原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内部に冷却材が通る少なくとも1本のウォータロッドと、前記燃料棒およびウォータロッドの上部を保持する上部タイプレートと、前記燃料棒およびウォータロッドの下部を保持する下部タイプレートと、を有する燃料集合体において、
前記燃料棒およびウォータロッドの下部には下方に延びる棒状部を有する下部端栓が取り付けられていて、前記下部タイプレートは、前記下部端栓の下部が挿入される挿入孔を有して、前記燃料棒およびウォータロッドを相互に所定間隔になるように保持し、しかも冷却材が通る流路を有するネットワーク部と、このネットワーク部の周囲から下方に延びて該ネットワーク部の下方に下部タイプレート空洞を形成し、下端に入口開口を有する側壁部と、
前記棒状部が貫通する複数の仕切部材開口を有して、前記下部タイプレート空洞内の前記ネットワーク部の下方にほぼ水平に配置されて該下部タイプレート空洞を上下に区画する仕切部材と、を有し、
前記棒状部に筒状のフィルタが取り付けられ、このフィルタの下端は前記仕切部材開口に向いて開いていて、このフィルタの上端は少なくとも冷却材中の異物が通り抜けない程度に閉じており、このフィルタの側面に側面開口部を有すること、を特徴とする燃料集合体。 - 請求項1に記載の燃料集合体において、前記フィルタは、前記棒状部の側面を囲むように取り付けられていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項2に記載の燃料集合体において、前記フィルタはほぼ同軸上の内管と外管とを有する二重筒状であって、前記側面開口部は前記外管の側面に設けられ、前記棒状部が前記内管の内側に挿入されて固定されるように構成されていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項3に記載の燃料集合体において、前記棒状部と前記内管とが嵌合により結合されるように構成されていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項2、3または4に記載の燃料集合体において、前記棒状部が角柱形状であり、前記内管がこの棒状部の側面外側に被さる角筒形状であること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項2ないし5のいずれかに記載の燃料集合体において、前記棒状部の下部は前記仕切部材開口を貫通して前記仕切部材の下方に延びており、この棒状部の前記仕切部材の下方に、冷却材中の異物を保持する異物保持部が取り付けられていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項6に記載の燃料集合体において、前記異物保持部の水平方向外形寸法は、前記ネットワーク部の挿入孔の口径および前記仕切部材開口よりも小さく、前記異物保持部が前記ネットワーク部の上方から挿入可能な大きさであること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタは上下方向に複数の部分に分割されており、これら各部分の間に、冷却材が前記フィルタの半径方向外側に向かって通過する隙間が設けられていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタの側面開口部は前記フィルタの周に沿ってほぼ水平方向に延びる横長形状であること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の燃料集合体において、前記フィルタの外径は、前記ネットワーク部の挿入孔の口径よりも小さく、前記フィルタが前記ネットワーク部の上方から挿入可能な大きさであること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口と前記フィルタの下端の間が、冷却材中の異物が通過しない程度に閉じていること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口と前記フィルタの下端の間が隙間を有すること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項12に記載の燃料集合体において、前記仕切部材開口が上に向かって細くなったノズル形状を有すること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし13のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材は、冷却材中の異物が通過しないで冷却材が通過する構造の複数の小孔をさらに有すること、を特徴とする燃料集合体。
- 請求項1ないし13のいずれかに記載の燃料集合体において、前記仕切部材は、前記仕切部材開口のほかに流路を有しないこと、を特徴とする燃料集合体。
- 原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内部に冷却材が通る少なくとも1本のウォータロッドと、前記燃料棒およびウォータロッドの上部を保持する上部タイプレートと、前記燃料棒およびウォータロッドの下部を保持する下部タイプレートと、を有する燃料集合体において、
前記燃料棒およびウォータロッドの下部には下方に延びる棒状部を有する下部端栓が取り付けられていて、前記下部タイプレートは、前記下部端栓の下部が挿入される挿入孔を有して、前記燃料棒およびウォータロッドを相互に所定間隔になるように保持し、しかも冷却材が通る流路を有するネットワーク部と、このネットワーク部の周囲から下方に延びて該ネットワーク部の下方に下部タイプレート空洞を形成し、下端に入口開口を有する側壁部と、
複数の仕切部材開口を有して、前記下部タイプレート空洞内の前記ネットワーク部の下方にほぼ水平に配置されて該下部タイプレート空洞を上下に区画する仕切部材と、を有し、
前記棒状部に筒状のフィルタが取り付けられ、このフィルタの下端は前記仕切部材開口に向いて開いていて、このフィルタの上端は少なくとも冷却材中の異物が通り抜けない程度に閉じており、このフィルタの側面に側面開口部を有すること、を特徴とする燃料集合体。
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