JPH04244993A - 原子炉燃料チャンネル用チューブ間熱伝導率制限装置 - Google Patents
原子炉燃料チャンネル用チューブ間熱伝導率制限装置Info
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- JPH04244993A JPH04244993A JP3249501A JP24950191A JPH04244993A JP H04244993 A JPH04244993 A JP H04244993A JP 3249501 A JP3249501 A JP 3249501A JP 24950191 A JP24950191 A JP 24950191A JP H04244993 A JPH04244993 A JP H04244993A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/324—Coats or envelopes for the bundles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉燃料チャンネル
のチューブ間熱伝導率制限装置に関する。
のチューブ間熱伝導率制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＡＮＤＵ原子炉では、燃料および冷却
剤は、水平な燃料チャンネルによって減速材から分離さ
れる。該燃料チャンネルは、ガス充填環状部によって分
離される圧力チューブと、カランドリアチューブとから
成っている。環状部内には、カランドリアチューブから
の圧力チューブの分離を維持するために長手方向に間隔
を設けられガーターばねとして周知の幾つかの円形ばね
がある。
剤は、水平な燃料チャンネルによって減速材から分離さ
れる。該燃料チャンネルは、ガス充填環状部によって分
離される圧力チューブと、カランドリアチューブとから
成っている。環状部内には、カランドリアチューブから
の圧力チューブの分離を維持するために長手方向に間隔
を設けられガーターばねとして周知の幾つかの円形ばね
がある。
【０００３】同時に損傷される緊急炉心冷却を伴う冷却
剤事故の仮定される損害の際、圧力チューブは、高温に
なって、それを包囲するカランドリアチューブに接触す
る様に変形し得る。圧力チューブがカランドリアチュー
ブに接触すれば、カランドリアチューブの温度は、上昇
して、カランドリアチューブの外側での膜沸騰へ導き得
る。膜沸騰ないしドライアウト（ｄｒｙｏｕｔ）は、水
が蒸気の膜によってカランドリアチューブの表面に接触
するのを阻止される状態である。これが生じると、燃料
チャンネルから熱を除去する減速材の能力は、著しく低
減される。この結果、カランドリアチューブの温度は、
上昇する。極端な場合には、燃料チャンネルの完全さが
危うくされる。
剤事故の仮定される損害の際、圧力チューブは、高温に
なって、それを包囲するカランドリアチューブに接触す
る様に変形し得る。圧力チューブがカランドリアチュー
ブに接触すれば、カランドリアチューブの温度は、上昇
して、カランドリアチューブの外側での膜沸騰へ導き得
る。膜沸騰ないしドライアウト（ｄｒｙｏｕｔ）は、水
が蒸気の膜によってカランドリアチューブの表面に接触
するのを阻止される状態である。これが生じると、燃料
チャンネルから熱を除去する減速材の能力は、著しく低
減される。この結果、カランドリアチューブの温度は、
上昇する。極端な場合には、燃料チャンネルの完全さが
危うくされる。
【０００４】膜沸騰は、減速材の温度を低下すること、
即ち、減速材の過冷却を増大することによって防止され
てもよい。これは、一層大きい減速材熱交換器が一層低
い減速材温度を維持するのに必要であるため、費用を多
く要する。カランドリアチューブがドライアウトするの
を防止する他の方法は、圧力チューブとカランドリアチ
ューブとの間の接触伝導を低減することである。熱伝導
率を制限するために提案される一研究方法は、接触面積
を制限するために例えばショットピーニングまたはロー
レット切りによって隣接するチューブ面の１つに表面粗
さを組み込むことであった。この仕事からの最初の発見
は、ショットピーニングがチューブ間伝導を著しく変更
するのに充分な表面粗さを発生しないことを示唆する。 更に、この研究方法は、実施するのが困難であって、処
理されるチューブの構造特性が危うくされるために全く
満足すべきものではない。
即ち、減速材の過冷却を増大することによって防止され
てもよい。これは、一層大きい減速材熱交換器が一層低
い減速材温度を維持するのに必要であるため、費用を多
く要する。カランドリアチューブがドライアウトするの
を防止する他の方法は、圧力チューブとカランドリアチ
ューブとの間の接触伝導を低減することである。熱伝導
率を制限するために提案される一研究方法は、接触面積
を制限するために例えばショットピーニングまたはロー
レット切りによって隣接するチューブ面の１つに表面粗
さを組み込むことであった。この仕事からの最初の発見
は、ショットピーニングがチューブ間伝導を著しく変更
するのに充分な表面粗さを発生しないことを示唆する。 更に、この研究方法は、実施するのが困難であって、処
理されるチューブの構造特性が危うくされるために全く
満足すべきものではない。
【０００５】
【発明の要約】本発明の目的は、２本のチューブの間の
接触面積を制限することによって圧力チューブとカラン
ドリアチューブとの間の熱伝導率を制限することである
。
接触面積を制限することによって圧力チューブとカラン
ドリアチューブとの間の熱伝導率を制限することである
。
【０００６】圧力チューブとカランドリアチューブとの
間の熱伝導率は、圧力チューブとカランドリアチューブ
との間の環状空間に特定の寸法特性を有するスクリーン
を設置することによって制限可能なことが判明した。
間の熱伝導率は、圧力チューブとカランドリアチューブ
との間の環状空間に特定の寸法特性を有するスクリーン
を設置することによって制限可能なことが判明した。
【０００７】本発明によると、内側圧力チューブと、外
側カランドリアチューブとを有する原子炉燃料チャンネ
ルに対してチューブ間の熱伝導率制限装置が設けられる
。該装置は、圧力チューブとカランドリアチューブとの
間の環状空間に配置されるスクリーンを備え、該スクリ
ーンは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでの直径を有するワ
イヤを備え、該ワイヤは、横断面積に関連してＳ＝ＫＡ
による距離で相互に間隔を設けられ、ここに、Ｓは、ｍ
ｍにおける間隔であり、Ａは、ｍｍ２ におけるワイヤ
の横断面の面積であり、Ｋは、１０から３００までの値
を有している。
側カランドリアチューブとを有する原子炉燃料チャンネ
ルに対してチューブ間の熱伝導率制限装置が設けられる
。該装置は、圧力チューブとカランドリアチューブとの
間の環状空間に配置されるスクリーンを備え、該スクリ
ーンは、０．０５ｍｍから１ｍｍまでの直径を有するワ
イヤを備え、該ワイヤは、横断面積に関連してＳ＝ＫＡ
による距離で相互に間隔を設けられ、ここに、Ｓは、ｍ
ｍにおける間隔であり、Ａは、ｍｍ２ におけるワイヤ
の横断面の面積であり、Ｋは、１０から３００までの値
を有している。
【０００８】
【実施例】図１、図２を参照すると、内側圧力チューブ
２と、外側カランドリアチューブ３とを有する燃料チャ
ンネル１が示される。圧力チューブ２は、図２に示す燃
料束４を収容する。ガーターばね６の形状のスペーサは
、環状空間５内に離れた間隔で設けられる。
２と、外側カランドリアチューブ３とを有する燃料チャ
ンネル１が示される。圧力チューブ２は、図２に示す燃
料束４を収容する。ガーターばね６の形状のスペーサは
、環状空間５内に離れた間隔で設けられる。
【０００９】本発明によると、チューブ間スクリーン７
は、圧力チューブ２とカランドリアチューブ３との間の
環状空間５内に配置されて示される。スクリーン７は、
長手方向ワイヤ８と、横方向ワイヤ９とを有している。 スクリーン７は、圧力チューブ２とカランドリアチュー
ブ３との間の接触面積を制限し、これによりチューブが
一緒になる傾向がある際にチューブ間伝導率を制限する
。
は、圧力チューブ２とカランドリアチューブ３との間の
環状空間５内に配置されて示される。スクリーン７は、
長手方向ワイヤ８と、横方向ワイヤ９とを有している。 スクリーン７は、圧力チューブ２とカランドリアチュー
ブ３との間の接触面積を制限し、これによりチューブが
一緒になる傾向がある際にチューブ間伝導率を制限する
。
【００１０】スクリーンワイヤの直径は、０．０５ｍｍ
から１ｍｍまでの範囲内にあるべきである。０．０５ｍ
ｍよりも小さい直径を有するワイヤの強さは、特に熱お
よび中性子束の結果として該ワイヤがもろくなる所定の
期間にわたって不充分であり得る。１ｍｍよりも大きい
ワイヤ直径では、スクリーンの比較的高い質量は、望ま
しくない高い中性子吸収を生じる。好ましくは、ワイヤ
直径は、０．１５ｍｍから０．４ｍｍまでの範囲内であ
る。
から１ｍｍまでの範囲内にあるべきである。０．０５ｍ
ｍよりも小さい直径を有するワイヤの強さは、特に熱お
よび中性子束の結果として該ワイヤがもろくなる所定の
期間にわたって不充分であり得る。１ｍｍよりも大きい
ワイヤ直径では、スクリーンの比較的高い質量は、望ま
しくない高い中性子吸収を生じる。好ましくは、ワイヤ
直径は、０．１５ｍｍから０．４ｍｍまでの範囲内であ
る。
【００１１】該ワイヤは、円形、正方形、楕円形または
矩形の様な種々な横断面形状を有してもよいが、円形は
、接触する様になる際にチューブ面に直接に接触する最
小の面を有し、従って最小の熱伝導を有するため、好ま
しい。
矩形の様な種々な横断面形状を有してもよいが、円形は
、接触する様になる際にチューブ面に直接に接触する最
小の面を有し、従って最小の熱伝導を有するため、好ま
しい。
【００１２】好適なワイヤ間隔は、ワイヤ寸法に関連す
る。一般に、ワイヤの横断面の面積が低減する際、該間
隔は、チューブ間の接触およびドライアウトを防止する
ために短縮されねばならない。好適なワイヤ間隔は、Ｓ
＝ＫＡによって定義されてもよく、ここに、Ｓは、ｍｍ
におけるワイヤ間の間隔であり、Ａは、ｍｍ２ におけ
るワイヤの横断面の面積である。３００またはそれ以下
のＫの値は、接触伝導を低減するのに効果的であると思
われる。Ｋは、不必要な質量と、従って中性子の吸収と
を回避するために少くとも１０であるべきである。Ｋの
好適な値は、２０から１００までである。
る。一般に、ワイヤの横断面の面積が低減する際、該間
隔は、チューブ間の接触およびドライアウトを防止する
ために短縮されねばならない。好適なワイヤ間隔は、Ｓ
＝ＫＡによって定義されてもよく、ここに、Ｓは、ｍｍ
におけるワイヤ間の間隔であり、Ａは、ｍｍ２ におけ
るワイヤの横断面の面積である。３００またはそれ以下
のＫの値は、接触伝導を低減するのに効果的であると思
われる。Ｋは、不必要な質量と、従って中性子の吸収と
を回避するために少くとも１０であるべきである。Ｋの
好適な値は、２０から１００までである。
【００１３】好ましくは、スクリーンの適用範囲の領域
は、チューブ間の領域に相当する。また、本発明のスク
リーンは、特に、ガーターばねをスクリーンに取付けて
ユニットとして設置することによってガーターばねの適
正な位置決めを保証する便利な装置を与える。
は、チューブ間の領域に相当する。また、本発明のスク
リーンは、特に、ガーターばねをスクリーンに取付けて
ユニットとして設置することによってガーターばねの適
正な位置決めを保証する便利な装置を与える。
【００１４】該スクリーンは、種々な形状に製作されて
もよい。例えば、長手方向および横方向のワイヤは、編
み込まれるか、または点溶接されてもよい。好適実施例
では、長手方向および横方向のワイヤの間隔は、ほぼ等
しい。該スクリーンは、ステンレス鋼の様な材料で製作
されてもよいが、スクリーンに対する好適な材料は、ジ
ルカロイ−４またはその他のジルコニウム合金の様な低
い中性子吸収を有する材料である。
もよい。例えば、長手方向および横方向のワイヤは、編
み込まれるか、または点溶接されてもよい。好適実施例
では、長手方向および横方向のワイヤの間隔は、ほぼ等
しい。該スクリーンは、ステンレス鋼の様な材料で製作
されてもよいが、スクリーンに対する好適な材料は、ジ
ルカロイ−４またはその他のジルコニウム合金の様な低
い中性子吸収を有する材料である。
【００１５】実験は、圧力チューブとカランドリアチュ
ーブとの間の環状空間内のワイヤスクリーンの有無にお
ける圧力チューブとカランドリアチューブとの間の熱伝
達特性の変化を調査するために行われた。
ーブとの間の環状空間内のワイヤスクリーンの有無にお
ける圧力チューブとカランドリアチューブとの間の熱伝
達特性の変化を調査するために行われた。
【００１６】該装置は、１７３０ｍｍの長さのＺｒ−２
のカランドリアチューブの内部に装着されるＺｒ−２．
５重量％Ｎｂの圧力チューブの１５８０ｍｍの長さの部
分を備えていた。カランドリアチューブは、加熱された
非流動の水によって包囲された。
のカランドリアチューブの内部に装着されるＺｒ−２．
５重量％Ｎｂの圧力チューブの１５８０ｍｍの長さの部
分を備えていた。カランドリアチューブは、加熱された
非流動の水によって包囲された。
【００１７】ヒーターは、圧力チューブ内に同心状に配
置される５７０ｍｍの長さで３８ｍｍの直径の黒鉛棒の
形状で設けられた。ヒータへの電力は、５０００アンペ
ア直流電源によって供給された。
置される５７０ｍｍの長さで３８ｍｍの直径の黒鉛棒の
形状で設けられた。ヒータへの電力は、５０００アンペ
ア直流電源によって供給された。
【００１８】ステンレス鋼ワイヤスクリーンの３５０ｍ
ｍの長さの部分は、検査部分の長さの半分の全体にわた
って延びてカランドリアチューブに隣接しチューブ間の
環状部内に設置された。使用されたスクリーンは、０．
３８ｍｍの直径を有する３１６ステンレス鋼ワイヤで作
られた。該スクリーンの半分は、１．３ｍｍのワイヤ間
隔を有し、他の半分は、９．５ｍｍの間隔を有していた
。
ｍの長さの部分は、検査部分の長さの半分の全体にわた
って延びてカランドリアチューブに隣接しチューブ間の
環状部内に設置された。使用されたスクリーンは、０．
３８ｍｍの直径を有する３１６ステンレス鋼ワイヤで作
られた。該スクリーンの半分は、１．３ｍｍのワイヤ間
隔を有し、他の半分は、９．５ｍｍの間隔を有していた
。
【００１９】インコネルのガーターばねは、適正な位置
にガーターばねを挿入するためにワイヤスクリーンを使
用することの有効性を決定する様にワイヤループによっ
てスクリーンの一端に近く固定された。スクリーン、ガ
ーターばね組立体は、検査部分の中心線に設置されるガ
ーターばねを伴ってカランドリアチューブに挿入された
。
にガーターばねを挿入するためにワイヤスクリーンを使
用することの有効性を決定する様にワイヤループによっ
てスクリーンの一端に近く固定された。スクリーン、ガ
ーターばね組立体は、検査部分の中心線に設置されるガ
ーターばねを伴ってカランドリアチューブに挿入された
。
【００２０】該検査は、カランドリアチューブの表面上
の任意の核または膜の沸騰を記録するためにビデオカメ
ラによって監視された。
の任意の核または膜の沸騰を記録するためにビデオカメ
ラによって監視された。
【００２１】圧力チューブは、ヘリウムによって８００
ＫＰａ に加圧された。チューブ間の環状部は、ＣＯ２
によって残留ガスを追い出され、実験の全体にわたっ
てほぼ大気圧に維持された。
ＫＰａ に加圧された。チューブ間の環状部は、ＣＯ２
によって残留ガスを追い出され、実験の全体にわたっ
てほぼ大気圧に維持された。
【００２２】検査のビデオ記録は、チューブ間接触が加
熱された領域にわたって３秒以内に広がったことを示し
た。該記録は、カランドリアチューブの非スクリーン領
域の大部分にわたって膜沸騰を明らかに示し、一方、ス
クリーンを有する部分は、検査の全体にわたって安定し
た核沸騰にあった。１．３ｍｍのワイヤ間隔を有する検
査部分の部分と９．５ｍｍの間隔を有する部分との間の
沸騰パターンにおける識別可能な差異は、存在しなかっ
た。
熱された領域にわたって３秒以内に広がったことを示し
た。該記録は、カランドリアチューブの非スクリーン領
域の大部分にわたって膜沸騰を明らかに示し、一方、ス
クリーンを有する部分は、検査の全体にわたって安定し
た核沸騰にあった。１．３ｍｍのワイヤ間隔を有する検
査部分の部分と９．５ｍｍの間隔を有する部分との間の
沸騰パターンにおける識別可能な差異は、存在しなかっ
た。
【００２３】チューブ間の接触の以前に、非スクリーン
部分と、スクリーン部分とに対する圧力チューブの加熱
の点で検出される差異は、存在しなかった。
部分と、スクリーン部分とに対する圧力チューブの加熱
の点で検出される差異は、存在しなかった。
【００２４】最初の接触の際のチューブ間接触伝導の評
価は、非スクリーン側に対して７ＫＷ／（ｍ２ ℃）よ
りも大きく、ワイヤスクリーンを有する側に対して約０
．３ＫＷ／（ｍ２ ℃）である様に計算された。チュー
ブ間接触後の定常状態の期間に対する接触伝導は、非ス
クリーン（膜沸騰）側と、スクリーン（核沸騰）側との
夫々に対して２１ＫＷ／（ｍ２ ℃）と、０．４ＫＷ／
（ｍ２ ℃）とに見積られた。検査部分のスクリーン半
分に対する低減される接触伝導は、チューブ間接触後に
一層高い定常状態圧力チューブ温度を生じた。スクリー
ン半分における圧力チューブ温度は、ワイヤスクリーン
無しの半分よりも高く６００℃から６５０℃までであっ
た。
価は、非スクリーン側に対して７ＫＷ／（ｍ２ ℃）よ
りも大きく、ワイヤスクリーンを有する側に対して約０
．３ＫＷ／（ｍ２ ℃）である様に計算された。チュー
ブ間接触後の定常状態の期間に対する接触伝導は、非ス
クリーン（膜沸騰）側と、スクリーン（核沸騰）側との
夫々に対して２１ＫＷ／（ｍ２ ℃）と、０．４ＫＷ／
（ｍ２ ℃）とに見積られた。検査部分のスクリーン半
分に対する低減される接触伝導は、チューブ間接触後に
一層高い定常状態圧力チューブ温度を生じた。スクリー
ン半分における圧力チューブ温度は、ワイヤスクリーン
無しの半分よりも高く６００℃から６５０℃までであっ
た。
【００２５】該実験は、チューブ間、熱伝導を低減する
ために燃料チャンネルのカランドリアチューブと圧力チ
ューブとの間の環状領域に本発明のチューブ間装置を設
置することの有効性を明らかに立証する。接触伝導の低
減は、カランドリアチューブの膜沸騰の危険を著しく低
減する。
ために燃料チャンネルのカランドリアチューブと圧力チ
ューブとの間の環状領域に本発明のチューブ間装置を設
置することの有効性を明らかに立証する。接触伝導の低
減は、カランドリアチューブの膜沸騰の危険を著しく低
減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチューブ間スクリーンと、圧力チ
ューブと、カランドリアチューブとの関係を示す燃料チ
ャンネルの略図。
ューブと、カランドリアチューブとの関係を示す燃料チ
ャンネルの略図。
【図２】図１の線Ｉ−Ｉに沿う断面図。
１ 燃料チャンネル
２ 圧力チューブ
３ カランドリアチューブ
５ 環状空間
７ チューブ間スクリーン
８ 長手方向ワイヤ
９ 横方向ワイヤ
Claims (4)
- 【請求項１】 内側圧力チューブと、外側カランドリ
アチューブとを有する原子炉燃料チャンネルのチューブ
間熱伝導率制限装置において，前記圧力チューブと前記
カランドリアチューブとの間の環状領域内に配置される
ワイヤスクリーンを備え，該スクリーンが、０．０５ｍ
ｍから１ｍｍまでの直径のワイヤを有し，該ワイヤが、
横断面の面積に関連してＳ＝ＫＡによる距離で相互に間
隔を設けられ、ここに、Ｓが、ｍｍにおける間隔であり
、Ａが、ｍｍ２ における該ワイヤの横断面の面積であ
り、Ｋが、１０から３００までの値を有する制限装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の制限装置において，
前記Ｋが、２０から１００までの値を有する制限装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の制限装置において，
前記ワイヤの厚さが、０．１５ｍｍから０．４ｍｍまで
である制限装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の制限装置において，
前記スクリーンの適用範囲領域が、前記チューブ間の領
域にほぼ相当する制限装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA2026467 | 1990-09-28 | ||
| CA002026467A CA2026467A1 (en) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Intertube thermal conductance rate limiting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04244993A true JPH04244993A (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=4146064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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