JPH03231190A - ベント型燃料ピン及び燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ベント型の燃料ピン及び燃料集合体に関し、
更に詳しくは、炉運転時は閉止し炉停止時に開放する感
温弁機構を有する燃料ピン及び燃料集合体に関するもの
である。

この燃料ピン及び燃料集合体は高速炉の他、高温ガス炉
や水冷却炉等に利用可能である。

〔従来の技術Ｊ 燃料集合体は内部に多数本の燃料ピンを有し、各燃料ピ
ンはワイヤースペーサやグリフドスベサで互いに接触し
ないように保持されている。

燃料ピンは、被覆管内に燃料ベレットを装填してガスプ
レナム内のスプリングで支持し、両端を端栓で塞いだ構
造である。ガスプレナムは燃料の燃焼とともに生成する
放射性ガスによる被覆管内圧増加を防止する機能を果た
す。

燃料ピンには、燃焼時に発生する放射性ガスを燃料ビン
内に溜める上記のような密封型の他に、冷却材中に放出
させるベント型がある。

原子炉の燃料を長寿命化し、運転稼動率の向上、燃料サ
イクル費の低減を図るには高燃焼度燃料を開発する必要
がある。長寿命高燃焼度条件では、核分裂によりＸｅや
Ｉなどの放射性ガスが多量に発生する。

密封型では、それらをガスプレナムに蓄積するため被覆
管内外圧差が大きくなり、被覆管を破損させる震れがあ
るし、また破損しなくても被覆管と燃料ベレット間のギ
ャップが大きくなり、燃料ピン温度上昇の原因となる。

これを防ぐにはガスプレナムの長さを非常に大きくしな
ければならず、高燃焼度条件では製作上、経済上不利で
ある。

それに対してベント型では、燃料ピンの内圧上昇を防ぐ
ことができる利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし従来のベント型燃料ビンでは、燃料が燃焼する際
に発生した放射性ガスを常時冷却材中に放出するため、
燃料ピンの破損の検出が困難になる欠点があった。破損
燃料の検出は、燃料ピン破攬時に冷却材中に漏洩する核
分裂生成物の有輿をカバーガスまたは冷却材中で検出し
ているからである。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、長寿命高燃焼度条件で使用でき、ガスプレナムが過大
になることがなく、しかも従来同様、破損燃料の検出を
確実に行うことができるベント型の燃料ピン及び燃料集
合体を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成できる本発明は、炉運転中（高温時）
は放射性ガスをガスプレナム内に保持し、定期点検中や
燃料交換中などの炉停止時（低温時）にガスプレナム内
の放射性ガスを放出する感温弁機構を設けたものである
。

各燃料ピンに適用する場合は、少なくとも一方の端栓に
ガスのみ透過する性質をもたせ、該端栓とガスプレナム
との間に高温時は閉じ低温時は開く感温弁機構を設ける
。

燃料集合体に適用する場合は、ラッパ管の内部に共通ガ
スプレナムを設け、各燃料ピンは一端を端栓で閉じ他端
が開放されて共通ガスプレナムと連通するようにし、該
共通ガスプレナムの出口部にガスのみ透過する部材を装
着すると共に高温時は閉じ低温時は開（感温弁機構を設
ける。

ガスのみ透過させる部材としては多孔質焼結体（金属や
セラミックス）がある、感温弁機構は、例えば貫通孔を
有する仕切り板と、該貫通孔を開閉する弁体と、それを
駆動する形状記憶合金製のバネから構成される。また被
覆管のガスプレナム内に多孔質焼結体を設け、ガスの透
過のみ許容し放射性物質を被覆管内部に保持するのが好
ましい。

［作用］ 長寿命高燃焼度条件では、燃料の燃焼によ。

て多量の放射性ガスが発生する。炉運転中、感温弁機構
は高温であることを感知して閉じておリ、発生する放射
性ガスはガスプレナム内に蓄積され冷却材中には放出さ
れない。このため破損燃料の検出も容易に行なえる。

炉停止時は低温になるため感温弁機構はそれを感知して
開き、溜められていた放射性ガスが放出する。これによ
って被覆管の内圧は低下し被覆管の破損などを防止する
。

なお放射性ガス以外の核分裂生成物は炉運転中、炉停止
中を問わずガスプレナム中に保持される。

［実施例］ 第１図は本発明に係るベント型燃料ビンの一実施例を示
す説明図である。この燃料ピンは、被覆管ｌＯ内に下部
ブランケット燃料ベレット１２、炉心燃料ペレット１４
、上部ブランケット燃料ペレット１６を装填し、上下の
ガスプレナム１８．１９内のプレナムスプリング２０゜
２１で支持し、上下両端をそれぞれ上部端栓２２、下部
端栓２４で塞いだ構造である。上部端栓２２は、中央に
貫通孔を有する端栓本体２２ａと、その貫通孔に嵌着し
た円柱状の多孔質焼結金属２２ｂからなる。該焼結金Ｉ
Ｋ２２ｂはガスのみの透過を許容し、冷却材の浸入を阻
止する機能を果たす。

上部端栓２２とガスプレナム１８との間に貫通孔を有す
る仕切り板２４を設け、該貫通孔をを開閉する弁体２６
と、それを駆動する形状記憶合金製のバネ２８とを設け
る。該形状記憶合金製のバネ２８は炉運転温度（高温時
）では伸長し、炉停止温度（低温時）は収縮する材料が
選ばれる。該バネ２８は被覆管内壁に固定した多孔質焼
結金ｒｓ３０の上面で支えられ、また前記プレナムスプ
リング２０は下面で支えられる。

この多孔質焼結金属３０は、放射性ガスは通すが、ガス
を除く放射性物質は閉じ込める機能を有する。

なおガスプレナム１８．１９は、燃料の燃焼とともに生
成する放射性ガスによる被覆管ｌＯの内圧増加を防止す
る機能を果たし、プレナムスプリング２０．２１は輸送
・取り扱い中の燃料ペレットの軸方向移動を防止し、運
転中は燃料ペレットの軸方向膨張を吸収する。

この燃料ピンは、炉運転中は高温状態にあるため形状記
憶合金製のバネ２８が伸長して仕切り板２４の貫通孔を
閉じ、被覆管１０の内部は密封状態となる。燃料が燃焼
するとき生成する放射性ガスはガスプレナム１８．１９
に閉じ込められ、冷却材中には放出されない、炉停止時
（定期点検時や燃料交換時など）は低温になるため形状
記憶合金製のハネ２日は収縮して仕切り板２４の貫通孔
が開き、蓄積されている放射性ガスが放出され被覆管１
０の内圧は低下する。

多孔賞焼結金［２２ｂと多孔質焼結金属３０は、炉停止
時の放射性ガスの放出速度を緩やかにして一度に多量に
放出されないように１１ｍする。

第２図は本発明に係る燃料ピンの他の実施例を示す説明
図である。この例は感温弁機構を軸方向で２段とし、間
に凸形の多孔質焼結金属３２を配置したものである。感
温弁機構は上記実施例と同様、中央に貫通孔を形成した
仕切り板２４と、該貫通孔を開閉する弁体２６と、それ
を駆動する形状記憶合金製のバネ２８からなる。第１図
と対応する部材については同一符号を付し、それらにつ
いての説明は省略する。凸形の多孔質焼結金属３２は、
下段部外径が被覆管１０の内径に等しく、上段部外径が
それより小さい形状をなし、その上段部において、被覆
管１０の内壁に固定された円環状構造材（被覆管と同材
質）３４の内面に嵌合固定され、それらで上側の形状記
憶合金製バネを支持している。

この凸形の焼結金属３２は、円板状の焼結金属３０と同
様、放射性ガスのみを通すが、上段部が細いために、円
板状の焼結金属３０に比較して放射性ガスは遺り難い、
このため第１図に示す実施例に比べて、炉停止時におけ
る放射性ガスの放出速度はより緩やかになる。

ところで燃料ピン１本１本に感温弁機構を設けることは
、製作工数の増加、製作費の上昇に繋がる。そこでガス
プレナムを共通にして感温弁機構を燃料集合体当たり１
個にすることができる、その例を第３図に示す、ラッパ
管４０は内部上方に共通ガスプレナム４２を有し、各燃
料ピン４４はその上端部が該共通ガスプレナム４２の下
部仕切り板４３に固定されている。

各燃料ピン４４は、被覆管４６内に下部プランケット燃
料ペレット４８、炉心燃料ペレット５０、上部ブランケ
ット燃料ペレット５２を装填してプレナムスプリング５
４．５５で支持し、下端を下部端栓５６で塞いだもので
ある。被覆管４６の上部にはビン内焼結金ｒＩＩｋ５８
が取り付けられ、上端は開放して前記共通ガスプレナム
４２と連通している。

共通ガスプレナム４２の上部仕切り板５９内に集合体内
焼結金属６０を設ける。これは円柱状の多孔質体であり
、ガスのみ透過できる部材である１、また上部仕切り板
５９の出口部に形成した貫通孔と、それを開閉する弁体
６２と、弁体６２を駆動する形状記憶合金製のバネ６４
が設けられる。

炉運転中（高温状態）、燃料の燃焼によって各燃料ピン
４４で発生した放射性ガスはピン内焼結金属５８を通っ
て共通ガスプレナム４２に入る。形状記憶合金製のバネ
６４は伸長し、弁体６２が貫通孔を閉ざし放射性ガスの
放出を防止する。なお冷却材はエントランスノズル６６
から燃料集合体６８に入り、燃料ピン４４で発生した熱
を除去した後、共通ガスプレナム４２の下部仕切り板４
３の直ぐ下方のラッパ管壁に設けた複数個の冷却材流出
孔７０を通って、ラッパ管４０外に流出し、燃料集合体
６８間のギャップ部を上方向に流れる。

炉停止時（低温状＠）は形状記憶合金製のバネ６４が収
縮し、弁体６２が貫通孔を開放し、共通ガスプレナム４
２内の放射性ガスは集合体内焼結金属６０を通ってハン
ドリングヘッド７２側に放出される。

［発明の効果］ 本発明は、炉運転温度では閉じ炉停止温度では開く感温
弁機構を設けたから、炉運転中は放射性ガスが放出され
ず、ベント型でありながら破＃ｊ！燃料の検出が妨げら
れることはない、また蓄積されていた放射性ガスは炉停
止時に放出されるため、燃料ピンの内圧上昇を従来の密
封型の１／３程度に低減できる。この結果、高燃焼度（
約２倍以上）が可能となり、稼働率も向上する。

また本発明ではガスのみ透過する性質の部材を用いてい
るため、ガスを除く放射性物質は炉運転中及び停止中を
問わず燃料ビン中に保持できる。

特に燃料集合体で共通のガスプレナムを設けて感温弁機
構を設けると、構成がＦ！素・化され、製作し易くなり
コストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るべ／ト型燃料ビンの一実施例を示
す説明図、第２図は本発明の他の実施例を示す説明図、
第３図はベント型燃料集合体の一実施例を示す説明図で
ある。 １０・・・被覆管、１２・・・下部プランケ−／　ト燃
料ベレット、１４・・・炉心燃料ペレット、１１６・・
・上部ブランケット燃料ペレット、１８．１９・・・ガ
スプレナム、２０．２１・・・プレナムスプリング、２
２・・・上部端栓、２２ｂ・・・焼結金属、２４・・・
仕切り板、２６・・・弁体、２８・・・形状記憶合金製
のバネ、３０・・・焼結金属、４０・・・ラッパ管、４
２・・・共通ガスプレナム、５８・・・ピン内焼結金属
、６０・・・集合体内焼結金属、６２・・・弁体部、６
４・・・形状記憶合金製のバネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被覆管内に燃料ペレットを装填してプレナムスプリ
   ングで支持し、両端を端栓で塞いだ燃料ピンにおいて、
   少なくとも一方の端栓はガスのみ透過する性質を有し、
   該端栓とガスプレナムとの間に炉運転温度では閉じ炉停
   止温度では開く感温弁機構を設けたことを特徴とするベ
   ント型燃料ピン。 ２、感温弁機構は、貫通孔を有する仕切り板と、該貫通
   孔を開閉する弁体と、それを駆動する形状記憶合金製の
   バネからなる請求項１記載の燃料ピン。 ３、端栓は中央に貫通孔を有する端栓本体と、その貫通
   孔に嵌着した柱状の多孔質焼結体からなり、多孔質焼結
   体によって冷却材の浸入を阻止しガス透過性を確保する
   請求項１記載の燃料ピン。 ４、被覆管のガスプレナム内に多孔質焼結体を設け、ガ
   スの透過のみ許容しガスを除く放射性物質の通過を阻止
   する請求項１記載の燃料ピン。 ５、ラッパ管と、その内部に挿入される多数本の燃料ピ
   ンを有する燃料集合体において、ラッパ管の内部に共通
   ガスプレナムを設け、各燃料ピンは被覆管内に燃料ペレ
   ットを装填し一端を端栓で閉じ他端が開放されて共通ガ
   スプレナムと連通し、該共通ガスプレナムの出口部には
   ガスのみ透過する部材を装着すると共に炉運転温度では
   閉じ炉停止温度では開く感温弁機構を設けたことを特徴
   とするベント型燃料集合体。 ６、感温弁機構は、貫通孔を有する仕切り板と、該貫通
   孔を開閉する弁体と、それを駆動する形状記憶合金製の
   バネからなる請求項５記載の燃料集合体。 ７、ガスのみ透過する部材は柱状の多孔質焼結体からな
   り、各被覆管のガスプレナム内にも多孔質焼結体を設け
   て被覆管内部で放射性物質を保持する請求項５記載の燃
   料集合体。