JPH0545196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般に原子炉に関し、特に、燃料集合
体の底部もしくは下部格子の下側で下部ノズルの
上方に、燃料集合体内に支持されている燃料棒の
下部端栓に隣接して取り付けられて、組立、修理
及び（又は）交換作業後に原子炉内に残つている
破片を捕捉し、以て、破片で燃料棒の被覆管に穿
孔が生じたり燃料集合体に他の損傷が生じ得る個
所である燃料集合体の下部格子内に破片が入つた
りそこに詰まつたりするのを阻止するための破片
捕捉トラツプもしくは装置に関するものである。

先行技術の説明 原子炉の冷却材循環系統を構成する諸要素の製
造並びにその後における設置及び修理中、種々の
運転条件下で冷却材が還流する原子炉容器及び関
連の系から全ての破片の完全な除去を計るべく苦
心の努力が払われている。破片の除去を確実にす
るために手の込んだ処置が実施されているが、経
験の示すところによれば、このような除去を行う
のに採用している対策にも拘わらず、幾つかのチ
ツプ及び金属粒子が依然として系統内に隠れた状
態で留つている。

特に、底部もしくは下部格子で捕捉される破片
に起因する燃料集合体の損傷が最近幾つかの原子
炉で見付けられた。この損傷は、燃料棒被覆管の
外壁と接触する破片のフレツチングにより生ぜし
められる燃料棒被覆管の穿孔である。このような
破片は、形が球形をしている片とは対照的に比較
的薄肉の矩形の片である確率が高い。特に、殆ど
の破片は、恐らくは蒸気発生器の修理又は交換後
に一次系統内に残されたと考えられる金属切削屑
からなる。このような破片は、下部格子の領域に
おいてその卵詰枠状のセル壁と燃料棒被覆管の下
端部分との間の空間内に留まる。殆ど全ての破片
は、下部炉心支持板に形成されている４つの冷却
材流孔の直ぐ上方で下部格子に付着する。

１つの試みとして、燃料棒の下端部に、下部格
子の底部分を上向きに貫通する長い端栓を設け
て、フレツチングが中空の端栓に対して生じても
燃料棒の被覆管には生じないようにする試みが知
られている。この考え方は、燃料棒の被覆管の穿
孔を低減する上に効果的ではあるが燃料ペレツト
の積重体の高さが数inも短くなり、マージン及び
より長い燃焼を達成する上に悪影響を与えると言
う欠点を有している。

原子炉からの破片の除去を実施するために幾つ
かの他の異なつた試みが提案され実施されてい
る。炉心の種々の個所にスクリーンを使用したり
破片を捕捉するための溜まりを用いたり、運転前
の試験中に取外し可能な過器を使用することを
含むこのような試みの多くは、米国特許第
4096032号明細書に論述されている。

上に述べた試みの殆どは合理的な範囲で満足に
働き、概略的に、企図されている設計運転条件の
範囲ではそれぞれの目的を達成しているが、しか
し、幾つかの他の問題を生ぜしめている。従つ
て、原子炉における破片捕捉と言う問題を対する
新規な試みの必要性が依然として存在する。この
新規な試みは、原子炉の現存の構造及びその構成
要素の動作と両立し、原子炉の運転サイクル全体
に亘り有効であり、しかも少なくとも原子炉に付
加的に加えられる費用を相殺する総合的利益をも
たらさねばならない。

発明の概要 本発明は、上述の必要性を満足するように設計
された破片捕捉トラツプを提供するものである。
本出願人の特開昭61−120993号、特開昭61−
120994号、特開昭61−139790号及び特開昭61−
234392号各明細書には共通の試みとして、破片ト
ラツプを何んらかの仕方で燃料集合体の下部ノズ
ルと組合わせることが提案されているが、本発明
による試みはそれ等に替わるものとして、破片ト
ラツプを下部ノズルの上方でしかも燃料集合体の
長さ方向に沿い軸方向に離間して設けられている
複数の格子の内、下部格子の下方に設けることに
ある。上に掲げた４つの特許願の共通の試みは有
効であると期待されるが、このような試みを具現
した具体例の内の或るものは比較的高価であり、
そして他のものは燃料集合体全体における圧力降
下を増加する傾向を示し、そのため、限界熱流束
マージンの喪失及び燃料集合体押えばねに対する
より厳しい要件を招来し得る。本発明による試み
においては、破片は、燃料棒被覆管の高さレベル
ではなく燃料棒の中実の下部端栓の高さレベルで
捕捉される。従つて、振動で誘起されるフレツチ
ング摩耗は端栓に生じても、下部格子の直ぐ下方
の被覆管に衝突する破片により生ぜしめられる破
損は阻止される。尚、端栓の摩耗は無害と見做し
て差し支えない。と言うのは、このようなフレツ
チングにより生ずると考えられ得る最大量の摩耗
でも破損或はその他の問題が生ずることはないで
あろうからである。従つて、本発明の試みは、破
片を捕捉する上に有効であることが判明している
通常の下部格子の幾何学的形態を模擬しているこ
とから有効な解決策となる高い確率を有する。

従つて、本発明によれば、被覆管と該被覆管に
取り付けられた下部端栓とをそれぞれが有してい
る複数の核燃料棒と、該燃料棒の上記下部端栓の
上方に離間関係で配置されて該燃料棒を組織化さ
れた配列で支持する少なくとも１つの下部格子
と、該下部格子の下方に離間関係で配置され且つ
上記燃料棒の上記下部端栓の下方に配置された下
部ノズルとを備え、冷却材が下部ノズルを通り上
記下部格子に向かい上向きに流れる原子炉の燃料
集合体において、上記通流する冷却材により運ば
れた破片を捕捉して該破片が上記下部格子に達す
るのを実質的に阻止するための破片捕捉装置であ
つて、(a)上記下部ノズルと上記下部格子との間に
配置されて上記燃料棒の上記下部端栓とほぼ整列
された構造であつて、それぞれ両端が開いている
複数の中空セルを形成しており、各中空セルが形
成する中央の空所は、上記核燃料棒の下部端栓の
１つを受け入れると共に上記下部ノズルから上記
下部格子への冷却材の通過を許容している、上記
構造と、(b)上記中空セルの各々に形成され、該中
空セルを貫流する上記冷却材により該中空セル内
に運ばれた破片を捕捉する、上記核燃料棒に対し
非接触の捕捉手段と、(c)上記下部格子から上記破
片捕捉装置を支持するように該破片捕捉装置及び
下部格子にそれぞれ取り付けられて、該破片捕捉
装置を該下部格子の下方に離間した関係で位置付
ける支持手段と、を備えている破片捕捉装置が提
案される。

更に具体的に述べると、破片捕捉装置は、セル
の各々を形成し該セルの中央空所を画定する相互
接続された壁部分を有する。また、各セルにおけ
る捕捉手段は、少なくとも１つの部材が１つの壁
部分に取付けられてセルの空所内に延びる形態に
ある。この部材は、セルの空所内に突出するよう
に壁部分から形成された突出部である。

更に、捕捉手段は、各セル内に外向きに突出す
るように壁部分に形成された窪みを有する。各窪
みは、セルを通流する冷却材の流れ方向と整列す
るように配向されて壁部分から外向きにほぼアー
チ状に湾曲した形態を有する。対向位置する壁部
分に形成されたこれ等の窪み間の間隔は、各セル
の空所内に配置される燃料棒の下部端栓の直径よ
りも若干大きい。

更に具体的には、この破片捕捉装置は、該装置
の周辺及び該装置における複数の隅部を画定する
ように両端で相互接続された複数の外側ストラツ
プを備える。更に、破片捕捉装置の支持手段は、
下端部が破片捕捉装置の隅部に隣接して外側スト
ラツプに取り付けられてそこから上向きに延びる
複数のハンガーストラツプを備える。また、これ
等のハンガーストラツプは、それぞれの上端部で
下部格子に取り付けられており、破片捕捉装置
を、下部格子の下方に離間関係で位置付けると共
に、破片捕捉装置を下部格子から該破片捕捉装置
の隅部に隣接する個所で支持する働きをなす。

本発明の上に述べた利点及び効果並びにその他
の利点及び効果は、本発明の例示的実施例が示さ
れている添付図面と関連しての以下の詳細な説明
を読むことにより当業者には明らかになるであろ
う。

発明の詳細な説明 以下の説明において、同じ参照符号は全図面を
通り同様又は対応の部分を指すものとする。ま
た、以下の説明で、「前方」、「後方」、「左方」、
「右方」、「上方もしくは上向き」、「下方もしくは
下向き」その他類似の述語は、単なる説明の便宜
上の表現であつて、制限的意味に解釈されてはな
らない。

概 説 図面、特に第１図を参照するに、この図には、
参照数字10で総括的に表されて垂直方向に短縮し
た形態で原子炉の燃料集合体が立面図で示してあ
る。燃料集合体１０は、基本的要素として、原子
炉（図示せず）の炉心領域において下部炉心板
（図示せず）上に燃料集合体を支持するための下
端構造、即ち下部ノズル１２と、該下部ノズル１
２から上向きに突出する多数の縦方向に延びる案
内シンブル１４とを備えている。更に、燃料集合
体１０は、案内シンブル１４に沿つて軸方向に離
間配設された複数の横格子１６と、該格子１６に
より横方向に離間されて支持されている細長い核
燃料棒１８の組織化された配列を備えている。ま
た、燃料集合体１０はその中心部に配設された計
装管２０と、案内シンブル１４の上端部に取り付
けられた上端構造、即ち上部ノズル２２とを有し
ている。このような各要素の配列で、燃料集合体
１０は、燃料集合体の各要素を損傷することなく
適宜取扱うことができる一体のユニツトを形成し
ている。

前に述べたように、燃料集合体１０において列
状に配列された燃料棒１８は、燃料集合体の長さ
方向に離間して設けられている格子１６により互
いに離間した関係で保持されている。また、第２
図を参照するに、各燃料棒１８は核燃料ペレツト
２６の積重体を収容している細長い中空の被覆管
２４を備えている。この被覆管２４の両端は、典
型的には該被覆管に溶接される上部端栓２８及び
下部端栓３０により閉ざされておおり、密閉され
た燃料棒を形成している。通常、上部端栓２８と
ペレツト積重体の最上部のペレツト２６との間に
は、燃料棒１８内に確りと積み重ねられた関係に
ペレツトと維持するためにプレナムばね３２が配
置されている。核分裂性物質からなる燃料ペレツ
ト２６は原子炉の反応出力を発生する働きをな
す。有用な仕事を発生するために燃料集合体１０
内で発生した熱を取り出すために燃料集合体１０
の燃料棒１８に沿い案内シンブル１４を通つて水
又はホウ素含有水のような液体減速・冷却材が上
向きにポンプ送りされる。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒３
４が、燃料集合体１０内に予め定められた位置で
配設されている案内シンブル１４内に往復動可能
に設けられている。特に、上部ノズル２２は該ノ
ズル２２と動作上関連して、複数の半径方向に延
びるフルークもしくは腕４０を備えた内ねじ付き
円筒状部材３８を有する制御棒クラスタ３６を具
備している。各腕４０は、制御棒クラスタ３６
が、燃料集合体１０内における核分裂過程を制御
するために制御棒３４を案内シンブル１４内で垂
直方向に動かすよう動作可能なように制御棒３４
に接続されている。尚、核分裂過程を制御するた
めの制御棒の運動は全て周知の仕方で行なわれ
る。

下部格子とノズルとの間に 取り付けられた破片トラツプ 前に述べたように、最近、格子のうち底部もし
くは最下部の格子（下部格子）１６Ａにより捕捉
された破片に起因する燃料集合体の損傷が注目さ
れている。第１図に示すように、最下部格子１６
Ａは燃料棒１８の下部端栓３０の上方に離間した
関係で配置されており、他方、下部ノズル１２
は、最下部格子１６Ａの下側及び燃料棒の下部端
栓３０の下方に離間された関係で配置されてい
る。本発明が適用されない場合には、破片を運ぶ
冷却材は、下部ノズル１２を通り、燃料棒１８の
下部端栓３０を経て、燃料棒被覆管２４の下側部
分の回りに配置されている最下部格子１６Ａへと
直接上向きに流れる。最下部格子１６Ａは、中空
セルのマトリツクスを形成する多数の交差配列さ
れたストラツプから構成される慣用の構造（図示
せず）を有しており、該中空セルの大部分は燃料
棒１８の被覆管２４を受け容れ、そして小数のも
のは案内シンブル１４を受け容れる。燃料棒１８
を受けるセルは、燃料棒の被覆管２４と接触して
該被覆管２４を保持するための複数組のばね及び
窪み部を有している。この構成も最下部格子１６
Ａに達する破片を捕らえ、一方、該破片は時の経
過に伴い、燃料棒被覆管にフレツチング摩耗を生
じさせ穿孔を生じさせる。従つて、このような損
傷が生じないようにするためには、この破片が最
下部格子１６Ａに達する前に該破片を捕捉するこ
とが極めて望ましい。

本発明の基礎をなす基本的な考え方は、実効的
に、別個の短い格子状の拡張部を設けることによ
り最下部格子１６Ａを拡張して、破片が、該格子
状の拡張部と燃料棒１１８の下部端栓３０との間
に捕捉されるようにすることにある。ここで、最
下部格子１６Ａは単純に下方に下げることはでき
ない点に注目されたい。なぜならば、そうした場
合には、燃料棒１８の上部端栓２８と上部ノズル
２２との間に最大の間〓が存在する時に燃料棒を
その寿命の早期に持上げようとすれば燃料棒１８
と最下部格子との接触が失われてしまうからであ
る。

従つて、本発明は、第１図に示すように最下部
格子１６Ａから支持されて該最下部格子１６Ａと
下部ノズル１２との間で下部端栓３０の高さレベ
ルに配設されている参照数字42で総括的に示した
破片捕捉装置もしくはトラツプに関するものであ
る。このトラツプ４２は、燃料棒の下部端栓３０
間でその周囲に、下部ノズル１２から燃料集合体
１０の燃料棒１８の冷却材の流路を横切るように
配置されており、通流する冷却材から小さい遊離
部品或は片のような破片を捕捉し、それにより該
破片が燃料集合体の最下部格子１６Ａに達するの
を阻止する働きをなす。

第１図及び第３図〜第５図に見られるように、
破片トラツプ４２は下部ノズル１２と最下部格子
１６Ａとの間に配置されて、燃料棒１８の下部端
栓３０とほぼ整列している構造４４を備える。こ
の構造４４は、交差状に差し込まれて十字形に相
互に固定し合う配列で互いに整列された複数の内
側ストラツプ４６と、両端部５０で内側ストラツ
プ４６の両端部５２と相互接続されて構造４４の
外周を画定する複数の外側ストラツプ４８とから
構成される。内側及び外側のストラツプ４６及び
４８は相挨つて多数の中空セル５４を画成し、各
セルは両端で開いており中央に空所を形成してい
る。大多数のセル５４はそれぞれ燃料棒の下部端
栓３０の１つを受け、他方小数のセル５４はそれ
ぞれ１つの案内シンブル１４を受ける。また、セ
ルの空所は、下部ノズル１２から最下部格子１６
Ａに向かう冷却材の通流を可能にする。

更に詳細に述べると、内側ストラツプ４６は、
セル５４のうち複数の内側セル５４Ａの各々を形
成するように対向して配置されて相互接続された
対形態で内壁部分５８を画成する。同様に、外側
ストラツプ４８は、内側ストラツプ４６の内壁部
分５６の選択された部分と共にセル５４のうち複
数の外周セル５４Ｂを形成する外壁部分５８を画
定する。

また、破片トラツプ４２は、燃料棒の下部端栓
３０を通過して流れる冷却材によりセルの空所内
に運ばれる破片を捕捉するために各中空セル５４
に形成されている捕捉手段を備えている。この捕
捉手段は、好ましくは、各セル５４に形成されて
いる窪み６０の形態とするのが好ましい複数の突
出部から構成される。これ等の窪み６０は、セル
５４Ａ，５４Ｂを画画成する壁部分５６，５８か
らダイパンチングのような適当な方法により形成
される。（第４図に示すように案内シンブル１４
を受けるセルを画定する内壁部分を除き）各内壁
部分５６に形成されている対の窪み６０は、内壁
部分５６を共有する各隣接のセル５４内へと外向
きの反対の方向に突出している。各外壁部分５８
に形成される窪み６０は、各外周セル５４Ｂ内に
突出している。各窪み６０は、セル５４を通る冷
却材の流れ方向と整列するように配向されている
壁部分５６，５８から外向きにほぼアーチ状に湾
曲された形態を有する。第３図〜第５図に明瞭に
示してあるように、壁部分５６，５８の対向位置
する壁部に形成されたこれ等の窪み６０間の間隔
は、各セル５４の空所内に配置される燃料棒の下
部端栓３０の直径よりも若干大きい。

破片トラツプ４２は、最下部格子１６Ａにより
支持する。この支持手段は、下端部が隅部６６に
隣接してトラツプ構造４４に取り付けられている
複数のハンガーストラツプ６２の形態にある。一
方、ストラツプ６２の上端部６８は最下部格子１
６Ａに接続されており、構造を最下部格子１６Ａ
の下方に離間した関係で配置し、それにより、構
造４４を最下部格子１６Ａから該構造４４の隅部
６６に隣接する個所で支持する。

前に述べたように、燃料棒１８の下部端栓３０
と隣接し接触して捕捉された破片は、この場合に
も振動して中実の下部端栓３０に対し或る程度フ
レツチング摩耗を生ぜしめるが、破片トラツプ４
２が存在しない場合に生ずる薄壁のジルカロイ被
覆管２４に対するフレツチングと比較すれば無害
である。下部端栓における考えられ得る最大のフ
レツチングでも破損その他の問題が生ずることは
ないであろう。

本発明の破片トラツプ及びそれに伴う多くの利
点は、上の説明から理解されるであろうと考え
る。また、本発明の精神及び範囲から逸脱するこ
となく或はその実質的利点を犠牲にすることな
く、実施形態、構造及び配列に関し種々の変更が
可能であろうことも明らかである。従つて、ここ
に開示した実施例は本発明の好ましいもしくは例
示的な具体例に過ぎないと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による破片捕捉装置の好適な
実施例が組み込まれる燃料集合体を、図示を明瞭
にするために一部を切除して垂直方向に短縮した
形態で一部断面で示す立面図、第２図は、第１図
の燃料集合体の核燃料棒のうちの１つを一部断面
で示す拡大立面図であつて、本発明による破片ト
ラツプと整列する下部端栓を露出して示すために
核燃料棒を燃料集合体から取り外して垂直方向に
短縮した形態で示す図、第３図は第１図の線３−
３に沿つて見た本発明の破片捕捉装置を一部断面
で示す拡大平面図、第４図は第３図のトラツプの
右下の隅部の拡大部分平面図、第５図は第４図の
線５−５における拡大断面図であつて、破片捕捉
装置の構造と、燃料集合体の燃料棒の下部端栓に
対する該破片捕捉装置の構成要素の位置とを示す
図である。 １０…燃料集合体、１２…下部ノズル、１６Ａ
…下部格子（底部もしくは最下部の格子）、１８
…核燃料棒、２４…被覆管、３０…下部端栓、４
４…構造、４２…破片捕捉装置（トラツプ）、５
４…中空セル、６０…捕捉手段（窪み）、６２…
支持手段（ストラツプ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆管と該被覆管に取り付けられた下部端栓
   とを各々が有する複数の核燃料棒と、該核燃料棒
   の前記下部端栓の上方に離間関係で配置されて該
   核燃料棒を組織化された配列で支持する少なくと
   も１つの下部格子と、該下部格子の下方に離間関
   係で配置され且つ前記核燃料棒の前記下部端栓の
   下方に配置された下部ノズルとを備え、前記下部
   ノズルを通り前記下部格子に向かい上向きに冷却
   材が流れる原子炉の燃料集合体において前記のよ
   うに流れる冷却材によつて運ばれる破片を捕捉し
   て該破片が前記下部格子に達するのを実質的に阻
   止するための破片捕捉装置であつて、 (a) 前記下部ノズルと前記下部格子との間に配置
   されて前記核燃料棒の前記下部端栓と実質的に
   整列された構造であつて、それぞれ両端が開い
   ている複数の中空セルを形成しており、各中空
   セルが形成する中央の空所は、前記核燃料棒の
   下部端栓の１つを受け入れると共に前記下部ノ
   ズルから前記下部格子への冷却材の通過を許容
   している、前記構造と、 (b) 前記中空セルの各々に形成され、該中空セル
   を貫流する前記冷却材により該中空セル内に運
   ばれた破片を捕捉する、前記核燃料棒に対し非
   接触の捕捉手段と、 (c) 前記下部格子から前記破片捕捉装置を支持す
   るように該破片捕捉装置及び下部格子にそれぞ
   れ取り付けられて、該破片捕捉装置を該下部格
   子の下方に離間した関係で位置付ける支持手段
   と、 を備えた燃料集合体における破片捕捉装置。