JPH06347576A - 沸騰水型原子炉の下部タイプレートの為の屑捕捉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沸騰水型原子炉の冷却材／減速材流に運搬さ
れる破壊屑を燃料棒領域に侵入させない為の装置を提供
する。 【構成】 下部タイプレート(T) の流入ノズル(N) と燃
料棒支持格子(G) との間の流空間(V) に、三次元構造の
破壊屑捕捉器を設置する。これは穿孔された金属で構築
され、その形状は、半球(40)付き円筒(42)、逆転円錐(5
0)付き円筒(60;60´)、逆転ピラミッド(80)等の形態を
持つ。穿孔板を波板としても良い(80´;100) 。ノズル
(N) から流入する水流は燃料棒領域に入る前に破壊屑捕
捉器を通過し、破壊屑が選別される。選別された破壊屑
は破壊屑溜め(72;95) に蓄積され得る。これらの破壊屑
捕捉器は三次元構造であるため、流面積を従来の流空間
横断面積以上にも拡張することができ、更なる圧力低下
を招くことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】沸騰水型原子炉の燃料バンドルに
於て、下部タイプレート集合体の、流入ノズルと燃料棒
支持格子とに挟まれた流空間に組み込まれる破壊屑(deb
ris)捕捉装置が開示される。本開示の破壊屑捕捉装置
は、流動する破壊屑が燃料バンドルの燃料棒領域に運搬
されないよう排除する為の手段を含む。また幾つかの場
合には、燃料バンドルが取り外されるとき少なくとも若
干の破壊屑が除去されるよう、破壊屑用の屑溜め(trap)
が下部タイプレートの内側に設けられる。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉は多年に亙り稼働する。
当初の構築に始まってその供用期間を通じ、この原子炉
は減速材の閉鎖循環系に破壊屑を蓄積することがある。
この破壊屑が発熱燃料棒を備えた炉心領域を含む燃料バ
ンドルの内部に流入すると、運転上の危険性を生じ得
る。この問題を理解するには、炉心の破壊屑蓄積に関係
する原子炉構造をまず要約しておく必要がある。然る後
に燃料バンドルの構造が述べられる。そして燃料バンド
ル内部の圧力低下量を実質的に不変に保つ必要性が強調
される。その後で、燃料バンドルの燃料棒領域に破壊屑
が流入したときの影響が要約される。

【０００３】破壊屑の運搬問題を理解する為に、沸騰水
型原子炉の構造が簡単に要約される。斯かる原子炉は、
中央に大型炉心を備える。冷却材／減速材である液状の
水は、炉心底部から流入し、炉心頂上部から汽水混合物
として流出する。炉心は並列した多数の燃料バンドルを
含む。水は、炉心の下方に位置する高圧プレナムから燃
料バンドル支持鋳造体を通過して各燃料バンドルの内部
に流入する。水流は分配されて個々の燃料バンドルを通
過し、加熱されて蒸気を生成し、炉心の上部から二相の
汽水混合物として流出する。そしてこの混合物からエネ
ルギーを生成する為に蒸気が取り出される。

【０００４】炉心支持鋳造体および燃料バンドルは、炉
心での水循環の圧力損失の源である。この圧力損失によ
り、水流は、炉心の各燃料バンドル間で、確実に充分均
等に分配される。炉心には 750に上る独立した燃料バン
ドルが存在することを思い起こせば、水流配分を確実に
均等化することの重要性が了解され得る。燃料バンドル
内部での圧力低下に干渉すると、炉心の燃料バンドル間
の冷却材／減速材の全体的配分に影響が出る可能性があ
る。

【０００５】沸騰水型原子炉の関連構造について述べた
ので、続いて燃料バンドル自体の構造に目を向ける。沸
騰水型原子炉用の燃料バンドルは、燃料棒を支持する、
鋳造構造体の下部タイプレート集合体を含む。下部タイ
プレート集合体はその最下端に、流入ノズルに被さる下
向きに突き出た取手(bail)を含む。流入ノズルは下部タ
イプレートの内側の広い流空間への入口を含む。この流
空間の上端には、燃料棒支持格子が位置する。この支持
格子とノズルとに挟まれて流空間が規定されている。

【０００６】燃料棒支持格子には二つの目的がある。第
一に、この燃料棒支持格子は、個々の燃料棒の重量を下
部タイプレート全体を介して燃料支持鋳造体に伝達する
為の機械的支持連結部位を提供する。第二に、並行して
支持される燃料棒の間隙に液状水減速材を通過させる為
の、燃料バンドル内部への流路を提供する。下部タイプ
レートの上方に、各燃料バンドルは、直立する燃料棒行
列を含む。燃料棒は、核反応を行なって動力を生成する
蒸気を発生する核分裂性物質を各々納めた密封管であ
る。直立する燃料棒行列は、その上端にいわゆる上部タ
イプレートを含む。この上部タイプレートは、少なくと
も何本かの燃料棒を垂直な並行配置に保持する。燃料棒
の何本かは上部および下部の両タイプレートに接合され
ている。通常、上部および下部の両タイプレート間に
は、特に燃料バンドルの上部の、ボイド分率が最高とな
る領域の水減速材対燃料の比を改善する為のウォータロ
ッドが含まれている。

【０００７】また燃料バンドルは、その長さに沿った異
なる高さに約７枚の燃料棒スペーサを含む。このスペー
サが要求されるのは、燃料棒が細長く（長さ約 160イン
チ、直径凡そ 0.4乃至 0.5インチ）、燃料バンドルの内
部の流体の動きや核的な動力生成に関する動力学に影響
されて相互に摩擦接触し得るからである。スペーサは、
燃料バンドルの性能を最適化するためこの長さに沿った
各々の高さで各燃料棒に適当な拘束を与え、燃料棒間の
摩擦接触を回避して、これらを相互に均一な間隔に保
つ。後述するが、このスペーサは、破壊屑が溜って燃料
棒を損傷し得る部位である。

【０００８】各燃料バンドルは、チャネルで囲まれてい
る。このチャネルにより、タイプレート間の水流は、唯
一バンドルのタイプレート間の孤立流路として限定され
る。またチャネルは、燃料バンドル全体の蒸気生成流路
を、周囲の炉心バイパス領域から分割するのにも役立
つ。炉心バイパス領域は制御棒の挿入の為に利用され
る。バイパス領域内の水も中性子の減速に資する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉の運転
にあたり、初めに設計された水流配分を保持することが
重要である。詳細には、水が下方の（高圧）プレナムか
ら炉心へと流入してから、汽水混合物が燃料バンドルの
上部タイプレートを通過して炉外へ流出するまでに、典
型的な 100％出力／ 100％流量運転条件下では約20ポン
ド毎平方インチ(psi) の圧力低下が生ずる。うち凡そ７
乃至８psi は、燃料支持鋳造体を通過する時点で生ず
る。この圧力低下は、原子炉の炉心を構成する多数の燃
料バンドル間で、冷却材／減速材の流れを均等に分配す
ることを主に保証し、原子炉の特定の出力比に於ける炉
内部の運転上の不安定性を回避することにも関連する。
次に、各燃料バンドルの下部タイプレートに於て、流入
ノズルから流空間を経て燃料棒支持格子を通過するまで
に、凡そ１乃至１ 1/2psi の圧力低下が生ずる。この圧
力低下は、各燃料バンドルの個々の燃料棒間での水流配
分を一定化するのに寄与する。最後に、燃料バンドル自
体を通じ（下部の支持格子から上部タイプレートの出口
まで）、約11psi の圧力低下が通常生ずる。

【００１０】炉心に新たな燃料バンドルを導入する場
合、上記の圧力低下は保存されなければならない。そう
でないと、冷却材／減速材の水流配分に影響の出る恐れ
がある。沸騰水型原子炉の構造と運転法が要約されたの
で、炉の減速材の閉鎖循環系に留まる破壊屑の問題点が
理解されよう。典型的には、沸騰水型原子炉内の破壊屑
は、炉の構築時に残留した外部物質を含み得る。更に、
炉の耐用年数の間の腐食も破壊屑を放出する。最後に、
何度も停止および補修を繰り返すうち、更なる破壊屑が
蓄積する。ゆえに、原子炉が、年月を経るにつれ本質的
に破壊屑を蓄積する閉鎖循環系を成していることが了解
されよう。

【００１１】特に破壊屑が蓄積する厄介な場所は、通
常、燃料バンドル内の燃料棒の間隙、特に燃料棒スペー
サの付近であることが発見されている。各燃料棒が特定
の高さにあるスペーサで囲まれていることは既に述べ
た。破壊屑粒子はスペーサ構造体と燃料棒との隙間に留
まりやすく、冷却材／減速材の流れによりしばしば動力
学的に振動して燃料棒の密封被覆管に摩擦接触する。水
流が誘起する炉内部の斯かる振動は、フレッティングに
より燃料棒被覆を損傷すると同時に破裂させる可能性が
ある。もし充分な本数の被覆が破裂すれば、プラントの
停止は必至である。

【００１２】燃料棒領域に破壊屑が流入するのを防ぐ装
置を設置する従来の試みは、下部タイプレート集合体の
格子状支持構造体の改造を含んでいた。1992年３月31日
発行のNylundの米国特許第 5,100,611号に、格子構造体
の改造法が開示されている。この改造法は、上記格子構
造体に要求される通過孔を、相互に一直線上にない中心
線を持つ複数の流路部品と共に設ける段階を含む。これ
らの流路部品は燃料棒支持格子の一部なので、通過孔の
寸法は燃料棒支持格子の強度を保存する為に必然的に大
きくなる上、これらの通過孔が分布する面積は、下部タ
イプレートの支持格子と同面積を持つに過ぎない。

【００１３】加圧水型原子炉では、破壊屑を選別する試
みが為されている。1987年５月12日発行のBryan の米国
特許第 4,664,880号では、加圧水型原子炉の燃料バンド
ルの底部に金網の破壊屑捕捉器が利用されている。1987
年７月７日発行のRylattの米国特許第 4,678,627号で
は、この構造体が破壊屑溜めを含むよう変更されてい
る。加圧水型原子炉の燃料バンドルは開放構造を成し、
沸騰水型原子炉に一般的な、上部および下部の両タイプ
レートに挟まれた、チャネルに封入された流路を欠く。
沸騰水型原子炉構成には要求されるチャネル構造体が、
加圧水型原子炉構成には全く存在しない。加圧水型原子
炉では隣接する燃料バンドルの間にもバンドル全長に沿
った水流が存在するので、開示された網および屑溜め
は、封入された流路内に配置されるわけではない。更
に、これらの燃料バンドルは、沸騰水型原子炉で利用さ
れる、燃料バンドルの底部の、流入ノズルや、燃料棒支
持格子で規定される流空間を含め、本開示の下部タイプ
レート集合体を欠く。

【００１４】従来の破壊屑捕捉装置の一つでは、下部タ
イプレートにほぼ山形の曲折した流路を設ける変更が為
されている。この構造の上方には燃料棒を支持する横木
が設置されているので、燃料棒重量が下方の曲折流路を
押し潰すことはない。

【００１５】

【課題を解決するための手段】沸騰水型原子炉の燃料バ
ンドルに於て、下部タイプレート集合体の、流入ノズル
と上部燃料棒支持格子とに挟まれて規定される流空間
に、三次元構造の破壊屑捕捉格子が設置される。これに
は穿孔板が利用され、この板には燃料バンドルの耐用年
数を通じてその構造的統合性を保証する上で充分に広い
間隔で配された直径 0.050インチ程度の丸い小孔が設け
られている。穿孔板材料は、ドーム形、円筒形、ピラミ
ッド形、逆転ピラミッド形、或いは、下部タイプレート
集合体の流空間に広がる波板等の三次元構造体として設
置され得る。この三次元格子構造体を設置する結果とし
て、金属板の穿孔部を通過する総流面積は、この破壊屑
捕捉器を設けないバンドルの流面積と少なくとも同じ広
さでなければならず、下部タイプレート集合体の、流入
ノズルと燃料棒支持格子との間に更なる重大な圧力低下
を招くことがない。上記の格子構造体の破壊屑制止孔で
は、流体は充分に低速で流れるので、破壊屑は格子の穿
孔を通過することができない。本開示の大部分の三次元
格子構造体では、破壊屑制止孔の位置で流方向が転換
し、これにより液状の冷却材／減速材の運動量は変化す
るが、破壊屑は格子の表面に平行に移動し続ける。破壊
屑は冷却材より遥かに大きな密度を有するので、急激に
方向を転換することができず、穿孔領域を避けて格子表
面に平行に運搬される。同時に、この格子構造体は、そ
れ自体が破壊して新たな破壊屑の源となることのない、
機械的に堅固な構造を成す。或いはその代わりに、下部
タイプレート集合体は、流入ノズル集合体にボルト締め
される別途の燃料棒支持格子から成ることもでき、これ
らの集合体は、独立したボルト、或いは、螺子式に延長
されたタイロッドの下端栓の何れかによりボルト締めさ
れる。さらに、この格子は下部タイプレート集合体を鋳
造したものと同一のステンレス鋼により組み立てられる
こともでき、下部タイプレート集合体鋳造品に対して溶
接接合することができる。最後に、破壊屑を溜めること
ができて、後に燃料バンドルを交換する際に溜った破壊
屑を除去できるよう、下部タイプレート集合体の流空間
に破壊屑溜めを組み入れることもできる。

【００１６】

【実施例】図１には、炉心の関連部分の詳細が示されて
いる。制御棒駆動装置ハウジングＨは、上部に燃料支持
鋳造体Ｃを支持している。燃料支持鋳造体Ｃは、これ自
体を炉心仕切板Ｐ上のピン14に対して配向する腕16を含
む。炉心仕切板Ｐは、高圧の下部プレナムＬを炉心Ｒか
ら分割し、必要な差圧を遮断保持して炉内の多数の各燃
料バンドルの内部の循環を制御する。

【００１７】燃料支持鋳造体Ｃは４個の開口部20を含
み、ここに４個の燃料バンドルＢが各々の下部タイプレ
ート集合体Ｔにて設置される。各々の下部タイプレート
集合体Ｔは、その流入ノズルＮが燃料支持鋳造体の開口
部20の１つと連絡するよう配置される。燃料支持鋳造体
Ｃは、頂上部に設置された４個の燃料バンドルの間隙に
挿入される制御棒22を通す為の開口部をも備える。本発
明では制御棒の挙動は重要でないので、炉のこの側面に
関しては立ち入らない。

【００１８】考えられる 750個の燃料バンドルのうち４
個しか図示されていないことを思い起こすと、炉心仕切
板Ｐに跨がる圧力低下が重要であることが了解されよ
う。したがって、沸騰水型原子炉の圧力低下を再論して
おくと有益であろう。まず、典型的な 100％出力／ 100
％流量運転状態の下では、燃料支持鋳造体Ｃのオリフィ
ス（不図示）を通じ、凡そ７〜８psi の圧力低下が生ず
る。この圧力低下は、沸騰水型原子炉内部の多数（ 750
個まで）の燃料バンドルの全体に冷却材の流れを確実に
均等に分配するのに利用される。

【００１９】次に、各燃料支持鋳造体Ｃ上の、燃料バン
ドルの下部タイプレートに於て、約１ 1/2psi の圧力低
下が生ずる。この圧力低下は、主として下部タイプレー
トの複雑な幾何的構造による流速変化に起因する。最後
に、冷却材が燃料バンドル内を上昇して蒸気を生成する
過程で、凡そ10〜12psi の圧力低下が生ずる。この圧力
低下は燃料バンドルの全長に亙って分布しており、個々
の燃料バンドル及び原子炉の炉心を構成する燃料バンド
ル集合の双方の運転上の安定性に関して重要である。

【００２０】上記の圧力低下の要約は簡略化されている
ことを了解されたい。これは原子炉の設計および運転の
極めて複雑な部分である。これまで圧力低下について多
くを述べたが、一点を強調しておきたい。沸騰水型原子
炉の個々の燃料バンドルの内部の圧力低下は、実質的に
不変である。したがって、燃料バンドル内に破壊屑を流
入させない為の装置が利用された場合にも、燃料バンド
ル全体の圧力低下を大幅に変化させてはならない。

【００２１】破壊屑制止装置による圧力低下の増大を避
ける上記の要請については慎重に検討されたので、他の
留意点を述べる。第一に、如何なる破壊屑捕捉装置で
も、如何なる状況であれ、破壊して破壊屑を制止できな
くなった上に自らが更なる破壊屑の源となることのない
よう、充分に堅固なものでなければならない。そのた
め、金網は使用されない。代わりに、以下の実施例では
全て、穿孔された金属が使用される。

【００２２】第二に、本発明者らは圧力低下を最小限に
抑えることが望ましいことを見出した。このことは、穿
孔部を通過する流速を可能な限り遅くすることで実現さ
れる。この限定に関するもう一つの理由は、破壊屑が水
流に運搬されるからである。破壊屑が水流に運搬される
場合、破壊屑が穿孔部を通過し得るような衝突角度が少
しでも実現されれば、長時間が経過するうちに結局破壊
屑は穿孔部を通過するであろう。個々の穿孔部での流速
を遅くしておけば破壊屑の運搬は起こりにくくなる。更
に、制止孔での水流を破壊屑が通過しにくい角度に再配
向し得ることが判明した。したがって、制止孔での流速
は可能な限り最低の値に抑えられる。

【００２３】第三に、本発明者らは燃料棒支持格子の改
造（従来技術）では不充分であることを見出した。詳細
には、可能な限り小径の、最小直径 0.050インチの制止
孔を使用するのが好適である。あいにく、燃料棒支持格
子は考えられるあらゆる条件下で燃料棒を支持するのに
要求される静力学的および動力学的諸特性を有すべき部
品である。下部タイプレートでの圧力低下を避けるのに
要求される間隔で、燃料棒支持格子に上記の穿孔行列を
設けるのは実際的でない。まず、これらの細かい穿孔は
燃料棒支持格子の面上に限定されるので、流面積が全面
的に減少し、不適当な圧力低下および燃料棒支持格子の
個々の穿孔を通過する流速の高速化を招く。更に、燃料
棒支持格子上の上記の細かい穿孔行列により、格子の強
度は燃料棒の支持に要求される水準よりも弱体化し得
る。

【００２４】本発明者らは、破壊屑制止装置（好適には
その構造に穿孔金属を利用した）の位置として、下部タ
イプレート集合体のいわゆる流空間を第一候補に挙げ
た。沸騰水型原子炉の燃料バンドルの下部タイプレート
集合体には、その下端のノズルと上端の燃料棒支持格子
とに挟まれて比較的広い流空間が規定されている。この
流空間は充分に広いので、三次元構造を、その片面を流
入ノズルに向け別の片面を燃料棒支持格子に向けて収容
することができる。同時に、下部タイプレートの流空間
を通過する全ての流体が穿孔板の制止孔だけを通過する
よう、上記三次元構造体の外周を下部タイプレート集合
体の側面に接合することができる。このとき下部タイプ
レート集合体に要求される変更点は、ごく僅かである。

【００２５】下部タイプレート集合体の流空間には更な
る利点がある。詳細には、水流を妨げる格子の位置を下
部タイプレートの流空間を横断する平面上に限定してし
まうと、穿孔板の穿孔部はこの板が配置する平面よりも
狭い総流面積を規定するであろう。しかし穿孔板が三次
元構造として製造されるならば、穿孔の有効面積は、穿
孔板が平面に限定される場合の総面積よりも広くなり得
る。事実、充分な構造体が利用されれば、三次元構造体
の穿孔集合は、破壊屑制止集合体を挿入するより前の下
部タイプレート集合体の流空間を横切る総横断面積に近
付き、これを超過し得る。更に、適切に設計された破壊
屑捕捉器集合体は、流入口に於ける燃料バンドルへの水
流配分を改善し得る。

【００２６】上記に考慮点を述べたので、本発明の実施
例に目を向ける。図２の破壊屑捕捉器40は、半球形の屋
根44と一体化した短い円筒42から成る独立部品である。
半球形の屋根の面積は、下部タイプレート集合体の流入
口の面積の約２倍である。ゆえに、屋根に設けられた穿
孔を通過する総流面積は、上記流入口の面積より広くな
り得る。この集合体の高さを変化させることにより、穿
孔を通過する流面積は、下部タイプレートに跨がる圧力
低下を最適化するように調整され得る。

【００２７】図２の破壊屑捕捉器は、下部タイプレート
集合体の流空間の水流分布に好影響を及ぼす。各々の穿
孔から流出する水流は、半球形屋根に対し垂直な方向を
持つ。全ての穿孔からの流れの効果を総合すると、燃料
棒支持格子Ｇの付近の水平面では、下部タイプレート集
合体の全面に亙り水流分布が均等になる。この均等な流
れにより燃料バンドル内の水流が均等化する。

【００２８】本発明の破壊屑捕捉器により、下部タイプ
レート集合体の組み立て方が変わる。従来、下部の取手
棒46を含めた全集合体Ｔは単一の鋳造体である。破壊屑
捕捉器を挿入するには、取手棒46は下部タイプレート集
合体の鋳造から除外されて別途に鋳造される。改造され
たこの下部タイプレート集合体鋳造体に破壊屑捕捉器が
挿入されて所定の位置に溶接された後、取手棒46がノズ
ルＮに被せられて溶接される。

【００２９】半球形の屋根44には、一つの欠点がある。
詳細には、このドーム形の屋根の穿孔に関し、水流に運
搬された破壊屑は、直ちに、各々の穿孔の軸と同軸の方
向に向けて、半球形の屋根44の個々の穿孔に接近せざる
を得ない。この点が好適ではない。通常は比較的重い破
壊屑を、比較的低密度の冷却材／減速材の流れから選別
する為に、運搬されてきた破壊屑および水流の運動量を
分割する為の付加的な強制力を有し得るよう、水流が全
体的に約90°以下の方向転換を行なう方が適当である。
水流が選別孔に近付いて、そこで約90°方向転換すれ
ば、破壊屑が三次元格子構造体の表面上に留まる傾向が
強くなるだろう。そのため、下記の設計の少なくとも幾
つかに注目されたい。

【００３０】図３（Ａ）〜（Ｃ）には、中央の逆転円錐
体50及び支持円筒60を備えた三次元格子構造体が示され
ている。別途鋳造品Ｎは、取手棒46及び円環48から成
る。円筒60の底辺のリップ62は、上記鋳造品Ｎが本体鋳
造品Ｔに接合される時に挟み込まれる。流方向54、64
は、本開示の三次元格子構造体を通過する冷却材／減速
材流に要求される、円錐体50及び円筒60に関する方向の
大体の変化を示す。これにより破壊屑は穿孔板構造体の
表面に付着した後、逆転円錐体50と円筒60との接合領域
52に向かって格子の表面上を移動することになる。

【００３１】図４（Ａ）〜（Ｃ）には、図２及び図３
（Ａ）〜（Ｃ）の概念を、破壊屑溜めを含むよう変更し
たものを示す。詳細には、下部タイプレート集合体Ｔの
ノズルＮ付近が拡張され、若干拡張された円筒60′と適
合している。円筒の底部には、環状集合体70が装着され
ている。環状集合体70の寸法は、従来の流入ノズルＮと
実質的に同じである。

【００３２】環状空間72は破壊屑溜めとして使用され得
る保留領域を形成する。詳細には、長時間の流動および
運転の期間に、破壊屑が三次元格子構造体の表面上を、
円筒60′の頂上の逆転円錐体50の底辺へと移動していく
ことが期待される。流動が減少し或いは停止すると、破
壊屑は落下し、少なくともその一部は保留環状空間72に
移動する。更に、破壊屑が一旦環状空間72に入ると、流
動が再開しても全破壊屑の再運搬は起こりにくくなる。
結果的に、燃料バンドルを取り外すと、環状空間72に捕
捉された破壊屑は取り除かれ得る。

【００３３】図５（Ａ）〜（Ｃ）では、逆転ピラミッド
80を採用した三次元構造体が利用されている。この逆転
ピラミッド80は、燃料棒支持格子Ｇに隣接して下部タイ
プレート集合体Ｔの内側に接合された側面81〜84を備え
る。下部タイプレート集合体Ｔの組み立て方は、その格
子Ｇが独立集合体として鋳造され溶接点90で接合されて
いる点で変更されている。

【００３４】その他の特徴は、下部タイプレート集合体
Ｔの流空間の内面に環状溝95が鋳造されている点であ
る。この環状溝は、逆転ピラミッド80の底辺のごく近く
にある。この溝の長所は、破壊屑が、近距離にある、流
空間内面のこの屑溜めに落下し、落下する破壊屑は直下
のこの環95状の破壊屑捕捉溝から遠くに散乱することが
ない点である。

【００３５】図６（Ａ）、（Ｂ）には、個々の面を波状
構造体で組み立てた逆転ピラミッド構造体80′が図示さ
れている。この構造体の長所は、当該三次元格子の構造
を実質的に不変に保ちながら、総面積を拡張できる点で
ある。図７（Ａ）、（Ｂ）には、穿孔板 100を細かく波
打たせた三次元格子構造体が図示されている。この波板
は下部タイプレート集合体Ｔの流空間Ｖを横断して配置
されているので、その他の三次元構造体と同じく有効面
積が拡張される。

【００３６】図７（Ｃ）はこの構造体の詳細図である。
穿孔は、板の全面に配置されても良いし、鋭角湾曲領域
110を除外して配置されても良い。全面に穿孔すると、
流面積が拡大するので圧力損失が抑えられる。しかし、
湾曲領域 110の流方向は穿孔軸と概ね同方向なので、若
干の破壊屑が通過する可能性がある。領域 110に穿孔を
設けなければ、水流は全てほぼ90°曲折しなければなら
ない。したがって、図７（Ｃ）の如く鋭角湾曲領域に穿
孔を設けない構造の方が好適である。

【００３７】ここまでの三次元格子構造体は全て、これ
をノズルＮの位置、或いは、燃料棒支持格子Ｇの直下の
何れかに挿入することによる、下部タイプレート集合体
Ｔに対する変更を示していた。図８の如く、三次元格子
集合体は、下部タイプレート集合体Ｔの側壁 120に沿っ
て開口部 121から挿入されても良い。図の如く、格子10
0は両端の壁面 122の間に取り付けられて、然る後に下
部タイプレート集合体Ｔの側壁から挿入される。

【００３８】本発明を、ボルト締めされる二つのタイプ
レート部品で構築できる可能性があることが了解されよ
う。図９でこれが明らかにわかる。図９では、ノズル部
品Ｎと燃料棒支持格子部品Ｇとを有する下部タイプレー
トＴが示されている。燃料棒支持格子部品Ｇは、タイロ
ッドを納める為の標準的な螺子穴100aを含む。さらにそ
の下方に、ノズル部品Ｎは螺子穴 102を備え、この中で
螺子ボルト 101が燃料棒支持格子部品Ｇを接合する。そ
の後、タイロッド（不図示）が、螺子ボルト 101が塞い
でいない螺子穴100aにて、燃料棒支持格子に習用法と同
じくねじ込まれる。前記で開示された如く、周縁フラン
ジ 115を備えたピラミッド形の三次元格子構造体 111が
二つのタイプレート部品に挟み込まれて接合される。

【００３９】図10には、長い端栓 108を備えるタイロッ
ドで一体化された、燃料棒支持格子部品Ｇ及びノズル部
品Ｎの、実質的に上記と同じ構造体が示されている。簡
単に述べると、タイロッドＲo は、くびれ部分 108と下
方の螺子部分 106とを備えた下部端栓を含む。装着時
は、下部端栓のテーパ部分 109が燃料棒支持格子部品Ｇ
を圧迫する。同時に、螺子部分 106が螺子穴 104にねじ
込まれる。前記と同様に、三次元格子 111はフランジ 1
15で、下部タイプレート集合体Ｔの対置部品に挟まれて
固定される。

【００４０】当業者には、タイロッドＲが検査のため取
り外されると、図10の下部タイプレートＴが分解するこ
とが認識されよう。そのため、図９の実施例の方が好適
である。本開示の概念が変更され得ることが了解されよ
う。例えば、下部タイプレートの流空間Ｖの内面が、三
次元格子構造体を受ける形に鋳造され得る。例えば、格
子 100の輪郭形状を持つ、流空間Ｖの内面に沿った突起
により、三次元格子が流空間Ｖに収容設置され得る。同
様に、その他の変更も為され得る。

【００４１】本発明を要約すれば、沸騰水型原子炉の燃
料バンドルに於て、下部タイプレート集合体の、流入ノ
ズルと上部燃料棒支持格子とに挟まれて規定される流空
間に、三次元構造の破壊屑捕捉格子が設置される。これ
には穿孔板が利用され、この板には、クラッドの侵入を
防止する封鎖性を持つほど小さく、機械的統合性への要
求を満たす間隔で配された、丸い穿孔が設けられてい
る。穿孔板は、ドーム形、円筒形、ピラミッド形、逆転
ピラミッド形、或いは、下部タイプレート集合体の流空
間に広がる波板等の三次元構造体として設置される。こ
の三次元格子構造体を設置する結果、金属板の穿孔部を
通過する総流面積は、下部タイプレート集合体の、流入
ノズルと燃料棒支持格子との間に重大な圧力低下を招く
ことがない。上記の格子構造体の破壊屑制止孔では、流
体は低速で流れ、穿孔を通過する前に流方向を転換する
ので、破壊屑は格子の穿孔を通過することができない。
最後に、破壊屑を溜めることができ、後に燃料バンドル
を交換する際に溜った破壊屑を除去できるよう、下部タ
イプレート集合体の流空間に破壊屑溜めを組み入れるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、沸騰水型原子炉の炉心部分の模式図で
あり、下方の高圧プレナム、１個の燃料バンドル支持鋳
造体、及び、この支持鋳造体に各々の下部タイプレート
集合体で支持された４個の燃料バンドル１組を示す。

【図２】図２は、下部タイプレート集合体の断面側面図
であり、取手を一時的に取り外して当該破壊屑捕捉構造
体を流入ノズルに設置することにより下部タイプレート
集合体に接合された、ドーム形と円筒形基体とを組み合
わせた破壊屑捕捉構造体を示す。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、円筒形の籠の末端
に装着された逆転円錐構造体を含む破壊屑捕捉構造体
の、各々下部タイプレート内での側面図、下部タイプレ
ートから外したときの側面図、及び、平面図である。上
記の籠は下部タイプレート集合体の流入ノズルに接合さ
れて図２と同様に装着される必要がある。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、円筒形の籠の末端
に装着された逆転円錐構造体を含む格子構造体の、各々
下部タイプレート内での側面図、下部タイプレートから
外したときの側面図、及び、平面図である。上記の籠
は、周囲に環状の破壊屑溜めを規定する為に変更され
た、下部タイプレート集合体の流入ノズルに接合されて
いる。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、上部燃料棒支持格
子に近い位置で下部タイプレートの流空間に底辺を接合
された逆転ピラミッドを含む格子構造体の、各々下部タ
イプレート内での側面図、下部タイプレートから外した
ときの側面図、及び、平面図である。支持格子はピラミ
ッド形の破壊屑捕捉構造体を挿入する為に一時的に取り
外される。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、図５（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示されたピラミッドと類似し、但し側面が波状
であるピラミッドの、各々下部タイプレート内での側面
図、及び、下部タイプレートから外したときの側面図で
ある。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、波板状の破壊屑捕
捉構造体の、各々下部タイプレート内での側面図、格子
構造体の遠近図、及び、波板の第１面および第２面の詳
細を示す断面図である。

【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、図７（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の構造体と類似し、但し、ここでは下部タイプレ
ート集合体の側壁に設けられた開口部から挿入される波
板状の格子構造体の、各々側面図および遠近図である。

【図９】図９は、下部タイプレートを一括して留める習
用のボルトを利用した場合の断面側面図で、このボルト
の更に上方には、破壊屑捕捉器付き下部タイプレート集
合体の組立ての為に習用のタイロッドをボルト締めでき
る螺子穴がある。

【図１０】図10は、図９と類似した下部タイプレートの
断面側面図で、この下部タイプレートは、燃料棒支持格
子集合体部分、及び、別途のノズル部分を持つ。ここで
は、これらの集合体は、長い燃料棒端栓により下部タイ
プレートに一括してボルト締めされている。

【符号の説明】

Ｂ 燃料バンドル Ｃ 燃料支持鋳造体 Ｇ 燃料棒支持格子 Ｈ 制御棒駆動装置ハウジング Ｌ 下部プレナム Ｎ 流入ノズル Ｐ 炉心仕切板 Ｒ 炉心 Ｒo タイロッド Ｔ 下部タイプレート集合体 Ｖ 流空間 14 ピン 16 燃料支持鋳造体の腕 20 燃料バンドル支持用開口部 22 制御棒 40 破壊屑捕捉器 42 円筒部 44 半球部 46 取手棒 48 円環 50 逆転円錐体 52 円錐と円筒との接合領域 54 円錐上の流方向 60 支持円筒 60′ 若干拡張された円筒 62 リップ 64 円筒上の流方向 70 環状集合体 72 環状破壊屑溜め 80 逆転ピラミッド 80′ 波板状逆転ピラミッド 81〜84 ピラミッドの側面 90 溶接点 95 溝（環状破壊屑溜め） 100 波板状穿孔板 100a 格子側螺子穴 101 ボルト 102 ノズル側螺子穴 104 螺子穴 106 タイロッド螺子部分 108 タイロッドくびれ部分 109 タイロッドテーパ部分 110 鋭角湾曲領域 111 フランジ付き逆転ピラミッド 115 フランジ 120 側壁 121 下部タイプレート開口部 122 下部タイプレート開口部の蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・バーチル・ジョハンソン アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ライツビル・ビーチ、ルミナ・アベニュ ー・ユニット・3204、2400番 (72)発明者 リチャード・アーサー・ウォルタース，ジ ュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ノゼ、ペルハム・コート、6440番 (72)発明者 トーマス・ジェラルド・ダンラップ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ノゼ、バイア・ロメラ、7210番 (72)発明者 ロバート・ブルース・エルキンス アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ノゼ、ハシャウェイ・コート、686番 (72)発明者 ハロルド・ブレックリイ・キング アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ライツビル・ビーチ、アイランド・ドライ ブ、10番 (72)発明者 ポール・ウイリアム・シック アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ウィルミントン、ベラッザノ・トライブ、 1820番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   下部タイプレート集合体の、流入ノズルと上部燃料棒支
   持格子とに挟まれて規定される流空間に設置される破壊
   屑捕捉格子構造体であって、 並列した穿孔を設けた三次元穿孔板構造体と、 上記下部タイプレートの、上記流入ノズルと上記燃料棒
   支持格子とに挟まれた流空間の平面横断面積を超過する
   総横断面積を有する三次元構造体を形成する上記穿孔板
   と、 上記下部タイプレートの流空間に上記三次元穿孔板構造
   体を装着する手段と、を含んで成る破壊屑捕捉格子構造
   体。
2. 【請求項２】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   前記三次元格子構造体はドーム或いは円錐体を含む、請
   求項１の破壊屑捕捉格子構造体。
3. 【請求項３】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   前記三次元格子構造体は、前記流入ノズルに向けて配置
   された頂点を有する逆転円錐体を含む、請求項２の破壊
   屑捕捉格子構造体。
4. 【請求項４】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   前記三次元格子構造体は、前記流入ノズルに向けて配置
   された頂点を有する逆転ピラミッドを含み、前記下部タ
   イプレートの流空間に上記三次元穿孔板構造体を装着す
   る前記手段は、該下部タイプレート集合体の流空間の側
   壁に上記ピラミッドの底辺を接合する段階を含む、請求
   項２の破壊屑捕捉格子構造体。
5. 【請求項５】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   前記三次元格子構造体の前記側面は波状である、請求項
   １の破壊屑捕捉格子構造体。
6. 【請求項６】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   前記下部タイプレート集合体を通過する水流の停止時に
   該下部タイプレート集合体に破壊屑を溜める手段を含
   む、請求項１の破壊屑捕捉格子構造体。
7. 【請求項７】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに於て、
   下部タイプレート集合体の、流入ノズル及び取手と、上
   部燃料棒支持格子との間の壁面により規定される流空間
   に破壊屑捕捉格子構造体を挿入する方法であって、 並列した穿孔列を設けた穿孔板を提供する段階と、 上記の穿孔板を、上記下部タイプレート集合体の上記流
   空間に収容する上で充分な寸法を有する三次元構造体に
   形成する段階であって、形成された上記三次元板状構造
   体は、上記下部タイプレートの、上記流入ノズルと上記
   燃料棒支持格子とに挟まれた流空間の平面横断面積を超
   過する総横断面積を有する、段階と、 上記三次元穿孔板構造体を上記下部タイプレートの流空
   間に装着する段階と、を含んで成る方法。
8. 【請求項８】 燃料棒支持格子と、流入ノズルと、該ノ
   ズルと該格子の外周との間に伸び両者に挟まれて下部タ
   イプレートの内側の流空間を規定する側壁と、を含む下
   部タイプレート集合体と、 複数本の直立する燃料棒であって、該燃料棒は上記燃料
   棒支持格子に支持されて垂直に直立して平行に伸びる、
   燃料棒と、 少なくとも数本の燃料棒を支えると共にこれらを介して
   上記下部タイプレートと連結する上部タイプレートと、 上記下部タイプレートの、上記流入ノズルと上記燃料棒
   支持格子とに挟まれた流空間の平面横断面積を超過する
   総横断面積を有する三次元構造体を形成する穿孔板と、 上記下部タイプレートの流空間に上記三次元穿孔板構造
   体を装着する手段と、を併せ含んで成る沸騰水型原子炉
   燃料バンドル。
9. 【請求項９】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに使用さ
   れる、破壊屑捕捉格子構造体および下部タイプレートで
   あって、 上部燃料棒支持格子と、下部流入ノズルと、上向きテー
   パ状壁面と、を含む下部タイプレート集合体であって、
   上記の、ノズル及び上向きテーパ状壁面は、当該下部タ
   イプレートの内側に上記流入ノズルと上記燃料棒支持格
   子とに挟まれた流空間を規定する、下部タイプレート集
   合体と、 並列した穿孔を設けた三次元穿孔板構造体であって、該
   穿孔板は、上記下部タイプレートの、上記流入ノズルと
   上記燃料棒支持格子とに挟まれた流空間の平面横断面積
   を超過する総横断面積を有する三次元構造体を形成す
   る、三次元穿孔板構造体と、 上記下部タイプレートの流空間に上記三次元穿孔板構造
   体を装着する手段と、を含んで成る、破壊屑捕捉格子構
   造体および下部タイプレート。
10. 【請求項１０】 沸騰水型原子炉の燃料バンドルに使用
    される、破壊屑を捕捉する下部タイプレートであって、 上部燃料棒支持格子集合体と、 下部流入ノズル集合体であって、該集合体は流入ノズル
    と上向きテーパ状壁面とを規定し、該ノズル及び上向き
    テーパ状壁面は下部タイプレートの内側に上記流入ノズ
    ルと上記燃料棒支持格子とに挟まれた流空間を規定す
    る、下部流入ノズル集合体と、 上記上部燃料棒支持格子集合体および上記下部流入ノズ
    ル集合体は、両者間に対に咬み合わせる為の接合面を規
    定して、両部品がこの対の接合面で対置されることによ
    り下部タイプレート集合体を規定し得る、上記燃料棒支
    持格子集合体および上記下部流入ノズル集合体と、 並列した穿孔を設けた三次元穿孔板構造体であって、該
    穿孔板は、上記下部タイプレートの、上記流入ノズルと
    上記燃料棒支持格子とに挟まれた流空間の平面横断面積
    を超過する総横断面積を有する三次元構造体を形成す
    る、三次元穿孔板構造体と、 上記上部燃料棒支持格子集合体と上記下部流入ノズル集
    合体とを、上記接合面で上記の対の咬み合わせにより、
    間に上記三次元穿孔板を挟んで保持する為の手段と、を
    含んで成る、破壊屑を捕捉する下部タイプレート。