JP5502476B2 - 燃料集合体取扱装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、原子炉設備のための燃料集合体、ならびに原子炉設備のシャットダウンおよびメンテナンスに関連する燃料集合体の取扱に関する。より詳細には、本発明は、請求項１の序文に従った燃料集合体取扱装置、および請求項１４の序文に従った燃料集合体の取扱方法に関する。より詳細には、本発明は、軽水炉に関し、具体的には、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）に関する。

そのような原子炉においては、水が循環しており、その目的は、原子炉設備の原子炉内における冷却材および減速材として機能するためである。この水が堆積物（ｄｅｂｒｉｓ）と接触せずに、純粋に保つことが重要である。堆積物の小片が原子炉のコアにおいて水を伴ってしまった場合、そのことによって、燃料棒のクラッディングに対して欠陥を生じさせる恐れが生じ、その結果として、ウラニウムなどの核燃料が水に漏れ出してしまう問題を引き起こす可能性がある。もちろん、この堆積物の小片は、ポンプなどの、他の原子炉設備にも欠陥を生じさせる可能性がある。

堆積物の小片と共に、本出願においては、例えば、原子炉設備を構成する部品の様々な修復作業に関連して形成される金属片、金属線または外部から原子炉設備に入ってくる外来の小片、ナット、ネジ、より細かな道具などの物体など、異なる小片が考えられる。特に困難が伴う堆積物の小片は、細長い形状を有するもの、例えば、約７ｍｍから約８ｍｍの長さを有する細いワイヤまたは片などである。そのような堆積物の小片は、例えば、スペーサなど、燃料集合体内のより上方に取り付く傾向にある。その小片は、冷却材の流れの中で振動し、燃料棒のクラッディングを磨耗し、その結果、穴を生成する。

この問題を解決するために、複数の燃料棒を備え、原子炉のコアを形成する燃料集合体の下部に、いくらかの種類の堆積物のフィルタを提供することが知られている。そのような堆積物のフィルタの一例は、特許文献１に開示されている。原子炉設備が稼動している間、原子炉を循環する水は、下方から上方に向かって、燃料集合体の下方部分を通る。その結果、堆積物の小片は、上述の堆積物のフィルタなどによって捕らえられる。その堆積物の小片は、少なくとも、ある程度は、堆積物のフィルタから逃れないようになっているが、堆積物のフィルタを介した水の流れのために、水へ戻されてしまう。通常、堆積物のフィルタはまた、より細かい堆積物の小片を通過させて、それにより、目詰まりの危険性を低減させるように設計されている。燃料集合体の下部を流れる水の流れは、通常稼動時では、約２ｍ／ｓであるが、パワーの低下時では、約１ｍ／ｓにまで減少される場合がある。

原子炉のシャットダウンに関連して、水の流れは、少なくとも初期には、燃料集合体内に存在する残熱によって維持される。点検の初期段階の間、燃料集合体を通る水の流れを維持するのに十分な、比較的低いパワーを用いて原子炉のメイン循環ポンプを稼動させることもまた可能である。各燃料集合体は、台座に直立しており、水は、通常稼動時の間、密閉部分を介して燃料集合体に導かれる。燃料集合体が取り除かれ、原子炉から取り出される場合、水の流れは、しかしながら、低減され、燃料集合体が上方に持ち上げられる速度によっては逆になる場合もある。この持ち上げ速度は、通常のシャットダウンの間では、約１ｍ／ｓほどになる。これは、流れによって生成され、堆積物のフィルタ中またはその直下に堆積物の小片を保持する力が低減されたか、または止まっており、その堆積物の小片が堆積物のフィルタから落下する場合があることを意味する。その結果、小片がフィルタから逃れ、原子炉容器から落下する可能性は高まる。これは、原子炉および１次システムから堆積物の小片を取り除く機構が存在せず、堆積物の小片が原子炉容器にますます堆積されることを意味する。

特許文献２は、燃料集合体の下部と上部との間に延在する複数の燃料棒および燃料棒を囲むケーシングを備える燃料集合体取扱装置を開示する。この装置は、持ち上げ操作の間、原子炉容器内に配置された燃料集合体を係合し、かつ上方に燃料集合体を持ち上げて、原子炉容器から取り出すように構成された持ち上げ装置を備える。導管部材は燃料集合体の上部に接続され、ポンプは、燃料集合体および導管部材を介して検出装置へと至る液体の流れを生成するように構成される。その検出装置は、１つ以上の燃料棒が欠陥を有することを示す、水内での核分裂生成物を検出するように適合されている。

国際公開第ＷＯ０２／０５８０７５号パンフレット 米国特許第５，３８３，２２６号明細書

本発明の目的は、原子炉容器内の堆積物の小片の堆積を低減することである。

本発明の目的は、ポンプが、持上げ操作の間、堆積物のフィルタ内およびその真下に含まれる潜在的な堆積物の小片が、堆積物のフィルタ内および／またはその真下に少なくとも保持される大きさの流れを提供するように構成されることを特徴として、冒頭で規定される装置によって達成される。

その装置によって、持上げ操作の間に逃れる堆積物の小片の量は非常に僅かであることを保証することができる。原子炉容器内に堆積した堆積物の小片の量を低減することができる。出願人は、試験中、堆積物の小片の浮き速度、すなわち、水中に小片が沈む速度は、約０．１乃至約０．３ｍ／ｓであるとの結論を導き出した。これは、燃料集合体の注入口における、燃料集合体を介した、生成された水流が、堆積物の小片が堆積物のフィルタから落下しないことを保証することができるように、少なくとも０．５ｍ／ｓとなる必要がある。用いられる持上げ速度に対して十分に考慮される必要がある。上述を参照。燃料集合体の注入口は最も薄い部分であり、その結果、堆積物の小片が落下するかどうかを決定する。

本発明の一実施形態によると、本装置は、持上げ操作全体の間、流れが維持されるように、ポンプを制御するように構成される。有利にも、本装置は、持上げ操作が開始されるとすぐに、流れが開始されるように、ポンプを制御するように構成されてもよい。

本発明のさらなる実施形態によると、持上げ装置は、原子炉容器内において水中にあり、燃料集合体と係合するように構成された細長の把持部材を備え、ポンプはその把持部材上に提供される。その把持部材は現在の原子炉設備の殆どにおいて利用可能であり、規定されたポンプを実行するのにも十分に適合される。有利にも、ポンプは燃料集合体の上部に隣接して提供されてもよい。

本発明のさらなる実施形態によると、導管部材は、燃料集合体の外の位置に流れを移送するように構成される。したがって、水の流れは、堆積物の小片が堆積物のフィルタに保持されるので、原子炉容器内の水へと戻ってもよい。

本発明のさらなる実施形態によると、本装置は、導管部材に接続され、燃料集合体を介した水の流れと一緒になった堆積物の小片を収集するように構成された収集部材を備える。ポンプの上流または下流に提供されてもよい、その収集部材によって、持上げ操作が開始されるか、または堆積物のフィルタを通る場合に燃料集合体の流路内に、なんらかの理由で存在する堆積物の小片は、捕らえられ、収集される。その収集は、水の流れが原子炉容器に戻る場合、特に有利である。収集部材は、有利にも、フィルタおよび／またはコンテナを備えてもよい。

本発明のさらなる実施形態によると、導管部材は、燃料集合体の上部に提供されるように構成され、その流れのための通路を画定するカバーを備える。カバーは、燃料集合体を密封するように囲む、適切な寸法を有し、その結果、燃料集合体を介した流れ全体が導管部材へ流れる。

本発明のさらなる実施形態によると、堆積物のフィルタは、流路へと流れる全ての水が堆積物のフィルタを介して流れるように提供される。

本発明のさらなる実施形態によると、持上げ装置は、持上げられた燃料集合体を、原子炉容器から距離を置いた水槽へ移送するように構成され、本装置は、この移送全体の間、流れが維持されるように、ポンプを制御するように構成される。その方法において、堆積物の小片が、移送の間、燃料集合体から落下しないようにされ、かつ移送経路を汚染しないようにされている。有利にも、本装置は、燃料集合体を介した水の流れが、例えば、移送が終了した場合、堆積物の小片が堆積可能な位置において逆になるように、ポンプを制御するように構成されてもよい。結果として、堆積物のフィルタ内および／またはその真下に保持されている堆積物の小片の少なくとも一部は落下してもよく、任意の適切な場合において、収集および除去されてもよい。

本発明の目的はまた、持上げ操作の間、堆積物のフィルタ内および／またはその真下に含まれる潜在的な堆積物の小片が、堆積物のフィルタ内および／またはその真下に少なくとも保持される大きさの水の流れを有することを特徴として、冒頭で規定される方法によって達成される。

本方法のさらなる有利な発展は、従属の請求項１５乃至従属の請求項２０に規定される。ここで、本発明を、様々な実施形態の記載を通して、および本明細書に添付された図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明に係る燃料集合体取扱装置の一実施形態の略図を開示する。 図１の燃料集合体および装置の一部の略図を開示する。

図１は、沸騰水型軽水炉であるＢＷＲを用いた原子炉設備を概略的に開示する。本原子炉設備は、燃料集合体３のコア２を有する原子炉容器１を備える。燃料集合体３は図２に概略的に開示される。コア２内の核燃料集合体３は複数の燃料棒４を備え、該燃料棒４は燃料集合体３の下部と上部との間に延在する。ケーシング５は燃料棒４を囲み、該燃料棒４が配置される流路６を形成する。堆積物のフィルタ７は、燃料集合体３の下部であって、燃料集合体３の注入口８において提供される。堆積物のフィルタ７は、注入口８から流路６へと流れる全ての水が堆積物のフィルタ７を介して流れるように提供される。ハンドル９は燃料集合体３の上部において提供される。

図１に開示される原子炉設備は停止され、原子炉容器１のカバーが取り除かれる。従って、原子炉容器１はその上端において開口している。さらに、その原子炉設備は、原子炉容器１から距離を置いた位置に提供される水槽１１を備える。移送路１２は、原子炉容器１と水槽１１との間に延在する。停止状態において、原子炉容器１、移送路１２、および水槽１１は、水面まで水で満たされている共通のスペースを形成する。

さらに、原子炉設備は、燃料集合体取扱装置を備える。この装置は、原子炉容器１、移送路１２、および水槽１１の上に延在する水平のレール装置１６上に提供される持上げ装置１５を備える。この持上げ装置１５は、レール装置１６上およびそれに沿って移動可能な台車１７を備える。台車１７上に、把持部材１８が吊り下げられており、該把持部材１８は伸縮はめ合管のように設計されており、伸縮可能である。把持部材１８の下端において、燃料集合体３のハンドル９を係合するように構成された把持ツール１９が存在する。持上げ装置１５によって、燃料集合体は、持上げ操作時に、ハンドル９においてかみ合わされ、コア２および原子炉容器１から持上げられてよい。燃料集合体３が上の位置に到達する（しかし、水面より下に位置する）場合、持上げ装置１５はレール装置１６に沿って移動されてもよく、ここで燃料集合体３は、水面下で、移送路１２を介して、原子炉容器１から水槽１１へと移送される。水槽１１内において、燃料集合体３は水中にあってよく、水槽１１の底において、適切な装置（図示せず）に置かれてもよい。

燃料集合体３を取り扱う装置はまた、燃料集合体３の上部と接続可能である導管部材３１、および把持ツール１９に近接する把持部材１８と、燃料集合体３の上部とに取り付けられたポンプ３２を備える。ポンプ３２は導管部材３１上に提供され、導管部材３１および燃料集合体３を介した水の流れをポンピングすることができるように構成される。開示された本実施形態において、導管部材３１は、水の流れを、燃料集合体３の外であって、燃料集合体３に近い位置へと移送するように構成される。これは、燃料集合体３が原子炉容器内または真上に配置される場合、汲み上げられた水が原子炉容器１に戻ることを意味する。同様に、燃料集合体３が移送路１２または水槽１１内に位置する場合、汲み上げられた水が、移送路１２および水槽１１それぞれに戻る。

さらに、本装置は収集部材３３を備えてもよく、該収集部材３３は、導管部材３１と接続され、燃料集合体３を介した水の流れと一緒になった堆積物の小片を収集するように構成される。収集部材３３は、本実施形態において、ポンプ３２の下流に提供されて開示されているが、収集部材３３をポンプ３２の上流に提供することもまた可能である。開示された実施形態において、収集部材３３は、水の流れにおいて、潜在的な堆積物の小片を捕らえるフィルタ３４を備える。さらに、収集部材３３は、フィルタ３４の上流および／または下流に提供可能であるコンテナ３５を備えてもよく、フィルタ３４によって捕らえられた堆積物の小片を収集するように構成されてもよい。収集部材３３は、多くの異なる方法にて設計されてもよく、例えば、遠心力によって堆積物の小片を捕らえるサイクロン式として設計されてもよい。

さらに、導管部材３１は、燃料集合体３の上部に取り付けられるように構成され、水を導管部材３１に流すための通路を画定するカバー３６を備える。カバー３６は、燃料集合体３の上部を密封するように囲み、導管部材３１と燃料集合体３の上部との間の水の流入を防ぐように構成される。

さらに、本装置は制御ユニット４０を備え、該制御ユニット４０はポンプ３２に接続され、ポンプ３２を制御するように構成される。制御ユニット４０によって、ポンプ３２は、上述の持上げ操作の間、水の流れを生成するように制御できる。堆積物のフィルタ７および燃料集合体３を介した上方への流れは、持上げ操作の間、堆積物のフィルタ７内および／またはその真下に含まれる潜在的な堆積物の小片が、堆積物のフィルタ７内および／またはその真下に少なくとも保持される大きさを有する必要がある。これは、堆積物のフィルタ７の下にあって、燃料集合体３の注入口における、上方へ向かう流れは、少なくとも、０．４ｍ／ｓ、好ましくは、少なくとも０．５ｍ／ｓの流速を有する必要がある。有利にも、ポンプ３２は、持上げ操作全体の間、流れが維持され、その持上げ操作が開始されるとすぐに、流れが開始されるように制御される。さらに、ポンプ３２は、開示された水槽１１におけるのと同様に、移送路１２を介して原子炉容器１から、堆積物の小片が堆積可能な位置への移送全体の間、流れが維持されるように制御されてもよい。

燃料集合体３が水槽１１に移送されている場合、ポンプ３２は、燃料集合体３を介した水の流れが逆になるように制御してもよい。その方法において、堆積物のフィルタ７内に含まれる堆積物の小片の少なくとも一部は、堆積物のフィルタ７から流れ出て、水槽１１へと落下することによって堆積されてもよい。

燃料集合体３から距離をおいて、例えば、把持部材１８の高さの位置に、または、原子炉容器１、移送路１２、および水槽１１によって形成された共通のスペースの壁の位置に、ポンプ３２を提供することもまた可能であることに留意されたい。しかしながら、ポンプ３２を介して移送される潜在的な堆積物の小片が放射能によって汚染されている場合があるため、ポンプ３２が水中にあり、水面下に配置される場合は有利である。

水を、ポンプ３２から、原子炉容器以外の場所へ、例えば、原子炉容器１の外にある任意の収集容器へと移送することもまた可能であることに留意されたい。そのような収集容器内の水は、洗浄されてもよく、および／またはフィルタリングされてもよく、その後、原子炉容器１においてリサイクルされるか、または原子炉設備から取り除かれてもよい。

本発明は、記載され開示された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内において様々に変形および修正されてもよい。

Claims (16)

1. 燃料集合体（３）取扱装置であって、
   前記燃料集合体（３）の下部と上部との間に延在する複数の燃料棒（４）と、
   前記燃料棒（４）を囲み、前記燃料棒（４）が配置される流路（６）を形成するケーシング（５）と、
   前記燃料集合体（３）の前記下部に配置される堆積物のフィルタ（７）と、を備え、
   前記装置は、
   持上げ操作の間、原子炉容器（１）内に配置された前記燃料集合体（３）を係合し、上方に前記燃料集合体（３）を持ち上げて、前記原子炉容器（１）から取り出すように構成された持上げ装置（１５）と、
   前記燃料集合体（３）の前記上部に接続されるように構成された導管部材（３１）と、
   前記持上げ操作の間、前記導管部材（３１）および前記燃料集合体（３）を介した水の流れを生成するように構成されたポンプ（３２）と、を備え、
   前記ポンプ（３２）は、前記持上げ操作の間、前記堆積物のフィルタ（７）内および／またはその真下に含まれる潜在的な堆積物の小片が、前記堆積物のフィルタ（７）内および／またはその真下に少なくとも保持される大きさの流れを提供するように構成され、
   前記装置は、前記導管部材（３１）に接続されて、前記燃料集合体（３）を介した前記水の流れと一緒になった前記堆積物の小片を収集するように構成された収集部材（３３）を備え、
   前記導管部材（３１）は、前記燃料集合体（３）の前記上部に提供されるように構成されて、前記流れのための通路を画定し、かつ、前記燃料集合体（３）の前記上部を密封するように囲むように構成されるカバー（３６）を備え、
   前記持上げ装置（１５）は、持上げられた前記燃料集合体（３）を、前記原子炉容器（１）から距離を置いた水槽（１１）に移送するように構成され、前記装置は、この移送中に亘って、前記流れが維持されるように、前記ポンプ（３２）を制御するように構成されることを特徴とする、装置。
2. 前記装置は、前記持上げ操作中に亘って、前記流れが維持されるように、前記ポンプ（３２）を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、前記持上げ操作が開始されるとすぐに、前記流れが開始されるように、前記ポンプ（３２）を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記持上げ装置（１５）は、前記原子炉容器（１）内において水中にあり、前記燃料集合体（３）と係合するように構成された細長の把持部材（１８）を備え、前記ポンプ（３２）は、前記把持部材（１８）上に提供されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ポンプ（３２）は、前記燃料集合体（３）の前記上部に隣接して提供されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記導管部材（３１）は、前記燃料集合体（３）の外の位置へと前記流れを移送するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記収集部材（３３）は、フィルタ（３４）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記収集部材（３３）は、コンテナ（３５）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記堆積物のフィルタ（７）は、前記流路（６）に流れる全ての水が前記堆積物のフィルタ（７）を介して流れるように、提供されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記装置は、前記燃料集合体（３）を介した前記水の流れが、前記堆積物の小片が堆積可能である位置において逆になるように、前記ポンプ（３２）を制御するように構成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置を用いる燃料集合体取扱方法であって、
    前記燃料集合体は、
    前記燃料集合体の下部と上部との間に延在する複数の燃料棒と、
    前記燃料棒を囲み、前記燃料棒が配置される流路を形成するケーシングと、
    前記燃料集合体の前記下部に配置される堆積物のフィルタと、を備え、
    前記方法は、
    原子炉容器内に配置された燃料集合体を係合する工程と、
    導管部材を前記燃料集合体の上部に接続する工程と、
    持上げ操作の間、上方に前記燃料集合体を持ち上げて、前記原子炉容器から取り出す工程と、
    前記持上げ操作の間、前記導管部材および前記燃料集合体を介した水の流れを生成する工程と、を含み、
    前記流れは、前記持上げ操作の間、前記堆積物のフィルタ内および／またはその真下に含まれる潜在的な堆積物の小片が、前記堆積物のフィルタ内および／またはその真下に少なくとも保持される大きさおよび少なくとも０．５ｍ／ｓの流速を有するように構成され、
    前記持上げられた燃料集合体は、前記原子炉容器から距離を置いた水槽に移送され、この移送中に亘って、前記流れが維持されることを特徴とする、方法。
12. 前記持上げ操作中に亘って、前記流れが維持されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記持上げ操作が開始されるとすぐに、前記流れが開始されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記水の流れは、前記燃料集合体の外の位置に移送されることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記燃料集合体を介した水の流れと一緒になった前記堆積物の小片が収集されることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記燃料集合体を介した水の流れが、前記堆積物の小片が堆積可能である位置において逆になることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。

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