JP5591174B2 - 制御棒案内シンブルの温度測定体、燃料集合体の温度測定装置および温度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、制御棒案内シンブルの温度測定体、燃料集合体の温度測定装置および温度測定方法に関する。
ウラン燃料、高濃縮度ウラン燃料およびＭＯＸ燃料の燃料集合体については、熱膨張によりその寸法が変化する。
特に、ウラン燃料とは異なりＰｕの壊変により所定の発熱量を有するＭＯＸ燃料の燃料集合体の温度は、雰囲気温度よりも高く、時間の経過とともに上昇する。具体的なＭＯＸ燃料集合体の発熱量は、燃料集合体に含まれるＰｕ同位体の重量に依存するが、実用化されているＭＯＸ燃料では６００〜１０００Ｗ程度である。
このため、品質管理として実施される寸法測定の結果については、熱膨張の影響を補正しておく必要があり、また、補正量を定量的に評価するためには、燃料集合体の温度分布を正確に把握する必要がある。また、製造工場で保管する場合、燃料集合体の健全性を確保するために、温度分布をモニターしておく必要がある。
また、燃料集合体全長は、その構造から制御棒案内シンブルの長さでほぼ決まるため、制御棒案内シンブルの温度分布を測定して燃料集合体の温度分布を知ることにより、燃料集合体の全長の測定値の補正を正確に行うことができる。
特に、ＭＯＸ燃料集合体は、３〜４種類のＰｕ含有率の異なる燃料棒が組み込まれており、中心部はＰｕ含有率の高い燃料棒で構成され、その外周部はＰｕ含有率の低い燃料棒で構成されているため、燃料集合体内で温度分布が生じる。さらに、ＭＯＸ燃料集合体の外周部での発熱はＭＯＸ燃料集合体外部に熱が逃げやすいが、中心部での発熱は熱が逃げにくい。このため、ＭＯＸ燃料集合体の温度分布は、水平方向では中心部が高く、外周部では低くなっている。また、全長が約４ｍと細長いため、ＭＯＸ燃料集合体を立てた状態で保管した場合、発熱する燃料棒は周囲の空気を加熱して上昇させ、燃料集合体の上側にいくほど高温になる。このため、ＭＯＸ燃料集合体の複数個所での同時測定が必要となる。
しかし、燃料集合体の温度測定のための技術として種々の提案がされていたにもかかわらず、燃料集合体の温度分布を容易に測定できるものはなかった（例えば、特許文献１）。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に容易に温度測定を行うことができ、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる制御棒案内シンブルの温度測定体、燃料集合体の温度測定装置および温度測定方法を提供することを課題とする。
本発明者は、以下の各請求項に示す発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項毎に説明する。
請求項１に記載の発明は、
燃料集合体の制御棒案内シンブル内に挿入される制御棒案内シンブルの温度測定体であって
前記制御棒案内シンブルの内径よりも小さい外径寸法で形成された保護管と、
前記保護管内に摺動可能に収容された軸棒と、
前記保護管の外周面に、前記保護管の管軸方向に適宜間隔を置いて取り付けられた複数個の熱電対と、
前記軸棒を引き上げることにより、前記保護管の前記熱電対が取り付けられた位置とは反対側の外周面から突出する押圧体と
を備えており、
前記保護管の外周面から突出する前記押圧体が前記制御棒案内シンブルの内周面を押圧することにより、前記保護管が前記制御棒案内シンブル内を移動して前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させる
ことを特徴とする制御棒案内シンブルの温度測定体である。
燃料集合体の制御棒案内シンブル内に挿入される制御棒案内シンブルの温度測定体であって
前記制御棒案内シンブルの内径よりも小さい外径寸法で形成された保護管と、
前記保護管内に摺動可能に収容された軸棒と、
前記保護管の外周面に、前記保護管の管軸方向に適宜間隔を置いて取り付けられた複数個の熱電対と、
前記軸棒を引き上げることにより、前記保護管の前記熱電対が取り付けられた位置とは反対側の外周面から突出する押圧体と
を備えており、
前記保護管の外周面から突出する前記押圧体が前記制御棒案内シンブルの内周面を押圧することにより、前記保護管が前記制御棒案内シンブル内を移動して前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させる
ことを特徴とする制御棒案内シンブルの温度測定体である。
制御棒案内シンブル内に熱電対を配置して温度測定をしようとする場合、外周面に熱電対を設けた保護管を制御棒案内シンブル内に挿入して熱電対を制御棒案内シンブルの内周面に接触させることにより、制御棒案内シンブルの温度分布を測定することができる。しかし、保護管の外径が制御棒案内シンブルの内径と同一径であれば、熱電対や制御棒案内シンブルが傷付くことになる。
本発明においては、制御棒案内シンブルの内径よりも小さい外径寸法で形成された保護管を備えているため、温度測定体を制御棒案内シンブルに対して出し入れするときは、制御棒案内シンブルの内周面との接触を回避できる。
一方、軸棒の引き上げ操作により熱電対が取り付けられた位置とは反対側の保護管の外周面から突出する押圧体を備えており、保護管から突出する押圧体が制御棒案内シンブルの内周面を押圧することにより、保護管が制御棒案内シンブル内で僅かに移動して熱電対が制御棒案内シンブルの内周面に接触する構成とされている。
このため、制御棒案内シンブルに挿入する際に、熱電対や制御棒案内シンブルを傷つけることなく、軸棒の引き上げ操作という簡単な操作により、熱電対を制御棒案内シンブル内の所定位置の内周面に接触させることができ、制御棒案内シンブルの温度分布を容易かつ正確に測定することができる。
したがって、本発明の制御棒案内シンブルの温度測定体を燃料集合体の複数の制御棒案内シンブルに挿入することにより、制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に温度測定を行うことができ、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる。このため、上記のような特性を有するＭＯＸ燃料集合体を含め、燃料集合体の寸法測定の熱膨張の影響を考慮した補正量を定量的に評価することができ、温度分布をモニターすることができる。
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の制御棒案内シンブルの温度測定体と、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体の前記熱電対からの検出信号により温度の計測を行う計測部と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の温度測定装置である。
請求項１に記載の制御棒案内シンブルの温度測定体と、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体の前記熱電対からの検出信号により温度の計測を行う計測部と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の温度測定装置である。
請求項１の温度測定体の熱電対からの検出信号により、容易に正確な温度計測ができるため、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる。
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の燃料集合体の温度測定装置を用いた燃料集合体の温度測定方法であって、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体を燃料集合体に配置される複数の制御棒案内シンブルのそれぞれに挿入し、
前記軸棒の引き上げ操作により前記温度測定体の前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させた状態で、前記制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に温度測定を行う
ことを特徴とする燃料集合体の温度測定方法である。
請求項２に記載の燃料集合体の温度測定装置を用いた燃料集合体の温度測定方法であって、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体を燃料集合体に配置される複数の制御棒案内シンブルのそれぞれに挿入し、
前記軸棒の引き上げ操作により前記温度測定体の前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させた状態で、前記制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に温度測定を行う
ことを特徴とする燃料集合体の温度測定方法である。
前記の通り、請求項２の温度測定装置を用いることにより、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる。具体的には、温度測定体を燃料集合体の複数の制御棒案内シンブルのそれぞれに挿入して、熱電対を制御棒案内シンブルの内周面に接触させた状態で測定し、制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に温度測定する。これにより、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる。
本発明によれば、制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に容易に温度測定を行うことができ、燃料集合体の温度分布を容易かつ正確に測定することができる。
以下、本発明を実施の形態に基づいて、具体的に説明する。
１．燃料集合体の温度測定装置
図１は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の温度測定体の一実施形態を示す図である。図２は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の一実施形態の一部を拡大した図である。図３は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の一実施形態の動作を説明する図である。
図１は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の温度測定体の一実施形態を示す図である。図２は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の一実施形態の一部を拡大した図である。図３は、本発明の燃料集合体の温度測定装置の一実施形態の動作を説明する図である。
図１、図３に示すように、燃料集合体の温度測定装置１は、燃料集合体の制御棒案内シンブル６０内に挿入されて温度分布を測定する温度測定体１０と、温度測定体１０のシース熱電対２０からの検出信号により温度の計測を行う計測部（図示せず）を備えている。
温度測定体１０は、制御棒案内シンブル６０の内径よりも小さい外径寸法で形成された保護管１１と、保護管１１内に摺動可能に収容された軸棒１２と、複数個のシース熱電対２０と、押圧体３０とを備えている。
温度測定体１０は、軸棒１２を保護管１１に対して相対的に上方に移動させる操作（引き上げ操作）を行うことにより、押圧体３０を保護管１１から外側に向けて突出させるように構成されている。
保護管１１の外周面の片側には、軸方向に所定間隔を隔てて複数の開口部（切欠き）１３が形成されている。開口部１３では、保護管１１に挿入された軸棒１２を視認することができる。また、保護管１１の外周面の他の側（すなわち、開口部１３の形成位置とは反対側）の外周面には、軸方向に所定間隔を隔てて複数のシース熱電対２０が固定されている。
押圧体３０は、図２に示すようにばね性を有する細長い形状の薄肉金属板で形成された取付板３１と、取付板３１を保護管１１の外周面から突出させるための取付金具３２とを備えている。
取付金具３２は、保護管１１の開口部１３内に位置する軸棒１２の外周面にスポット溶接等により固定されており、軸棒１２の引き上げ操作前の状態では、取付金具３２は保護管１１の開口部１３の下側に開口部１３から僅かに突出して位置する。また、取付金具３２は、軸棒１２の軸方向に対して傾斜している。
なお、取付金具３２は、開口部１３を通じて保護管１１から僅かに突出しているが、その突出長は、温度測定体１０が制御棒案内シンブル内に挿入するのに支障がない大きさに設定されている。
取付板３１は、保護管１１の外周面にスポット溶接等により固定されており、取付板３１の下端（自由端）は取付金具３２に向けて延びている。
保護管１１および軸棒１２の寸法については、例えば、制御棒案内シンブル６０の内径が約１１ｍｍ、長さ約４ｍである場合、次のように設定される。
保護管の外径 ：約５ｍｍ
保護管の内径 ：約３ｍｍ
保護管の長さ ：約３．５ｍ
開口部の縦寸法：約５０ｍｍ
開口部の幅寸法：約４ｍｍ
軸棒の外径 ：約３ｍｍ
保護管の外径 ：約５ｍｍ
保護管の内径 ：約３ｍｍ
保護管の長さ ：約３．５ｍ
開口部の縦寸法：約５０ｍｍ
開口部の幅寸法：約４ｍｍ
軸棒の外径 ：約３ｍｍ
また、温度測定装置１は、ステンレス製のストッパー４０と、押圧体３０による温度測定体１０の移動距離を規制する規制手段５０とを備えている。
ストッパー４０は、温度測定体１０の軸方向の位置決めを行うために保護管１１の上部に設けられている。そして、温度測定体１０を燃料集合体の上部ノズル６１から制御棒案内シンブル６０に挿入した場合、ストッパー４０が上部ノズル６１に係止することにより温度測定体１０が軸方向の所定位置で位置決めされる。
規制手段５０は、保護管１１の上端に溶接等により固定されるキャップ５１と、軸棒１２に固定されるストッパーリング５２と、スペーサー５３と、ボルト５４とを備えている。
軸棒１２を引き上げたときにキャップ５１とストッパーリング５２との間に生じる隙間にスペーサ５３を介在させることにより、軸棒１２を引き上げた状態で保持することができる。
キャップ５１、ストッパーリング５２およびスペーサー５３には、それぞれ縦孔５７、５６、５５が形成されている。キャップ５１の縦孔５７はねじ孔である。そして、図３に示すように、ボルト５４を縦孔５５、５６に挿入し、縦孔５７に螺合することにより、スペーサー５３を固定する。なお、図１に示すボルト５４は、便宜上横向きに描いている。
２．燃料集合体の温度測定方法
次に、燃料集合体の温度測定装置１を用いた燃料集合体の温度測定方法について説明する。
次に、燃料集合体の温度測定装置１を用いた燃料集合体の温度測定方法について説明する。
（１）図３に示すように、温度測定装置１の温度測定体１０を燃料集合体の上部ノズル６１から制御棒案内シンブル６０に挿入し、ストッパー４０を上部ノズル６１に係止させることにより、温度測定体１０の軸方向における位置決めを行う。
（２）次に、軸棒１２を引き上げることにより、取付金具３２が取付板３１を保護管１１から突出させて制御棒案内シンブル６０の内周面に押圧させる。これにより、温度測定体１０は制御棒案内シンブル６０内を軸方向に直交する方向に平行移動してシース熱電対２０を制御棒案内シンブル６０の内周面に接触させる。
このとき、シース熱電対２０は、取付板３１の弾性力により押されて制御棒案内シンブル６０の内周面に弾性的に接触するため、シース熱電対２０が制御棒案内シンブル６０に接触する際の衝撃が和らげられる。
（３）次に、規制手段５０のキャップ５１とストッパーリング５２との間の隙間にスペーサー５３を介在させ、このスペーサーをボルト５４で固定する。
（４）これにより、温度測定体１０の複数の熱電対２０が、制御棒案内シンブル６０の軸方向の所定位置に配置されて、制御棒案内シンブル６０の軸方向における温度分布の測定が可能になる。
（５）また、温度測定体１０を燃料集合体の複数の制御棒案内シンブル６０に挿入することにより、制御棒案内シンブル６０の軸方向に直交する方向における温度分布の測定が可能になる。
また、温度測定体１０は同時に複数本挿入して測定することが可能であるが、複数本の温度測定体１０のストッパー４０を、一体化した構造とすることより、同時に複数本の測定が容易な構造とすることもできる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
１ 燃料集合体の温度測定装置
１０ 温度測定体
１１ 保護管
１２ 軸棒
１３ 開口部
２０ シース熱電対
３０ 押圧体
３１ 取付板
３２ 取付金具
４０ ストッパー
５０ 規制手段
５１ キャップ
５２ ストッパーリング
５３ スペーサー
５４ ボルト
５５、５６、５７ 縦孔
６０ 制御棒案内シンブル
６１ 上部ノズル
１０ 温度測定体
１１ 保護管
１２ 軸棒
１３ 開口部
２０ シース熱電対
３０ 押圧体
３１ 取付板
３２ 取付金具
４０ ストッパー
５０ 規制手段
５１ キャップ
５２ ストッパーリング
５３ スペーサー
５４ ボルト
５５、５６、５７ 縦孔
６０ 制御棒案内シンブル
６１ 上部ノズル
Claims (3)
- 燃料集合体の制御棒案内シンブル内に挿入される制御棒案内シンブルの温度測定体であって
前記制御棒案内シンブルの内径よりも小さい外径寸法で形成された保護管と、
前記保護管内に摺動可能に収容された軸棒と、
前記保護管の外周面に、前記保護管の管軸方向に適宜間隔を置いて取り付けられた複数個の熱電対と、
前記軸棒を引き上げることにより、前記保護管の前記熱電対が取り付けられた位置とは反対側の外周面から突出する押圧体と
を備えており、
前記保護管の外周面から突出する前記押圧体が前記制御棒案内シンブルの内周面を押圧することにより、前記保護管が前記制御棒案内シンブル内を移動して前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させる
ことを特徴とする制御棒案内シンブルの温度測定体。 - 請求項１に記載の制御棒案内シンブルの温度測定体と、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体の前記熱電対からの検出信号により温度の計測を行う計測部と
を備えていることを特徴とする燃料集合体の温度測定装置。 - 請求項２に記載の燃料集合体の温度測定装置を用いた燃料集合体の温度測定方法であって、
前記制御棒案内シンブルの温度測定体を燃料集合体に配置される複数の制御棒案内シンブルのそれぞれに挿入し、
前記軸棒の引き上げ操作により前記温度測定体の前記熱電対を前記制御棒案内シンブルの内周面に接触させた状態で、前記制御棒案内シンブルの軸方向と、この軸方向に直交する方向のそれぞれの複数個所で同時に温度測定を行う
ことを特徴とする燃料集合体の温度測定方法。
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