JPH07306280A

JPH07306280A - 沸騰水型原子炉の燃料バンドルにおける破片捕獲格子構造体及び沸騰水型原子炉の燃料バンドル

Info

Publication number: JPH07306280A
Application number: JP7024823A
Authority: JP
Inventors: Bruce Matzner; ブルース・マッズナー; Eric B Johansson; エリック・バーティル・ジョハンソン; Jr Richard A Wolters; リチャード・アーサー・ウォルタース，ジュニア; Thomas G Dunlap; トーマス・ジェラルド・ダンラップ; Robert B Elkins; ロバート・ブルース・エルキンズ; Harold B King; ハロルド・ブレックリイ・キング; Paul W Sick; ポール・ウイリアム・シック; Kevin L Ledford; ケヴィン・リー・レッドフォード
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1995-11-21
Also published as: DE19504612A1; SE9500552D0; SE9500552L; SE510252C2; US5483564A; DE19504612C2

Abstract

(57)【要約】【目的】原子炉の減速材閉循環系内に存在する破片を
有効に捕獲すると同時に当該構造体における圧損を最小
限にすることのできる沸騰水型原子炉の燃料バンドルに
おける破片捕獲格子構造体を提供する。【構成】沸騰水型原子炉の燃料バンドルにおいて、下
部タイプレート・アセンブリＴによって入口ノズルＮと
燃料棒支持格子Ｇとの間に画成されている流れ容積部Ｖ
内に破片捕獲格子構造体４０が配置されている。穿孔板
が、構造健全性の確保に適するピッチで異物付着による
閉塞の防止に適する小さな円孔を有しているものとして
利用されている。穿孔板材料は、下部タイプレート・ア
センブリＴの流れ容積部Ｖに架かっている３次元構造
体、例えば、ドーム、円筒、ピラミッド、逆ピラミッド
又は波形構造を成しているものとして配置されている。

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
おける下部タイプレート・アセンブリの入口ノズルと燃
料棒支持格子との間の流れ空間内に組み込む破片捕獲装
置が開示される。この開示された破片捕獲装置は、流動
破片が燃料バンドルの燃料棒域内に侵入することを排除
する手段を含んでいる。ある場合には、下部タイプレー
ト内に破片用のトラップを配置する構成を成すことによ
り、燃料バンドル除去時に破片の少なくとも一部を除去
する。本開示は、下部タイプレート・プレナム内に破片
捕集用の二重波形板を追加することを包含している。

【０００２】尚、本願に対応する米国特許出願は、１９
９３年４月１２日に出願された米国特許出願番号第０８
／０４４６８７号の部分継続出願である。

【０００３】

【従来の技術】沸騰水型原子炉は多年にわたって運転さ
れている。これらの原子炉は、製造直後からの使用期間
にわたって減速材閉循環系内に破片を蓄積している可能
性がある。この破片は、もし発熱燃料棒を有している燃
料バンドルを内蔵した炉心域内に入ると、運転上の危険
をもたらすおそれがある。この問題を理解するには、炉
心内の破片の蓄積と関係する原子炉構造の要約を先ず述
べる必要がある。次いで、燃料バンドル構造について述
べる。更に、燃料バンドル内の圧損（圧力降下）域を実
質上不変に保つ必要性を強調する。その後、燃料バンド
ルの燃料棒区域内に入った破片による影響を要約する。

【０００４】沸騰水型原子炉構造は、破片侵入問題を理
解するためには簡単に要約すればよい。このような原子
炉には大きな中央炉心が設けられている。液状水である
冷却材及び減速材の流れが炉心の底部から炉心に入り、
そして頂部から気水混合物として炉心を出る。炉心は多
数の並置燃料バンドルを含んでおり、水は炉心の下方に
位置している高圧プレナムから燃料バンドル支持キャス
ティング（鋳物）を経て、各燃料バンドルに導入され
る。水は個々の燃料バンドルに分布する流れとして燃料
バンドルを通流し、加熱されて蒸気を生成し、２相気水
混合物として炉心の上部から流出する。この気水混合物
から蒸気が抽出され、エネルギの発生に役立つ。

【０００５】炉心支持キャスティングと、燃料バンドル
とは、炉心を通る水の循環における圧損（圧力損失）源
である。この圧力損失により、炉心の個々の燃料バンド
ルに実質的に均等に分布する流れが確保される。炉心に
は７５０個もの多くの燃料バンドルが存在していること
を考えれば、流れ分布の均等性の確保が重要であること
がわかる。燃料バンドル内の圧損を妨害することは、炉
心の燃料バンドル内の冷却材及び減速材の全体的な分布
に影響するおそれがある。

【０００６】沸騰水型原子炉の構造の適切な説明を行っ
たので、次に燃料バンドル自体の構造を説明する。沸騰
水型原子炉用の燃料バンドルは、燃料棒を支持している
下部タイプレート・アセンブリを含んでおり、この下部
タイプレート・アセンブリは鋳造構造体である。下部タ
イプレート・アセンブリは、その最低端に、入口ノズル
を覆っている下方に突出したベイルを含んでいる。この
入口ノズルは、下部タイプレート内の拡大された流れ容
積部（流室）への入口を含んでいる。流れ容積部の上端
には燃料棒支持格子が配置されており、この支持格子と
入口ノズルとの間に流れ容積部が画成されている。

【０００７】この燃料棒支持格子は、２つの目的を有し
ている。第１に、この棒支持格子は、個々の燃料棒の重
量が下部タイプレート全体を経て燃料支持キャスティン
グに伝達されるための機械的支持結合部となる。第２
に、この棒支持格子は、減速材としての液状水が燃料バ
ンドルに流入して、並んで支持された燃料棒の間を通る
ための流路となる。

【０００８】下部タイプレートの上方において、各燃料
バンドルはマトリクス（行列）を成している複数の直立
した燃料棒を含んでおり、これらの燃料棒は、核分裂性
物質をそれぞれ内蔵している密封管であり、核分裂性物
質は核反応発生時に、動力発生用蒸気を生成する。直立
した燃料棒のマトリクスはその上端に、いわゆる上部タ
イプレートを含んでいる。この上部タイプレートは、燃
料棒の少なくともいくつかを垂直に並んで整列した状態
で保持している。燃料棒のいくつかは、上部タイプレー
ト及び下部タイプレートの両方に取り付けられている。
通常、ウォータ・ロッドも、特に燃料バンドルの上側区
域、即ち最高ボイド率区域内の減速水対燃料比を改善す
るために、上部タイプレートと下部タイプレートとの間
に配設されている。

【０００９】燃料バンドルは又、約７つの燃料棒スペー
サを含んでおり、これらのスペーサは、燃料バンドルの
長さに沿って様々な高さの位置に配設されている。これ
らのスペーサが必要であるのは、燃料棒が長く（約１６
０インチ）そして細く（直径約０．４インチ〜０．５イ
ンチ）、燃料バンドル内の流体流と原子力発生とにより
力を受けて、摩擦接触を成すおそれがあるからである。
スペーサはそれぞれの高さにおいて、各燃料棒に適当な
拘束をもたらしており、こうして、燃料棒相互の間の摩
擦接触を防止すると共に、最適性能をもたらすように燃
料バンドルの長さに沿って相互に均等な間隔に燃料棒を
維持している。後述のように、これらのスペーサは、破
片が捕捉されて燃料棒を破損するおそれのある位置にあ
る。

【００１０】各燃料バンドルはチャンネルによって囲ま
れている。このチャンネルによって、上部タイプレート
と下部タイプレートとの間を流れる水は、ただ１つの燃
料バンドルに制限され、上部タイプレートと下部タイプ
レートとの間の隔離流路内を流れる。チャンネルは又、
燃料バンドルを貫通している蒸気発生用流路を周囲の炉
心バイパス域から隔離するように作用する。このバイパ
ス域は制御棒の貫通に利用されるものである。バイパス
域内の水も中性子減速をもたらす。

【００１１】沸騰水型原子炉の運転中に、元来の設計通
りの流れ分布を保つことが重要であることを理解するこ
とが大切である。特に、水が下部（高圧）プレナムから
炉心に入り、そして気水混合物が燃料バンドルの上部タ
イプレートを経て炉心から出るまでに、約２０ポンド毎
インチ（ｐｓｉ）の圧損が典型的な１００％出力１００
％流量運転状態において発生する。この圧損のうちの約
７ｐｓｉ〜８ｐｓｉは、燃料支持キャスティング通流中
に発生する。この圧損は主として、炉心を構成している
多数の燃料バンドルを通る冷却材及び減速材の流れの均
等分布を確保するためのものであり、原子炉のある出力
率での原子炉内の運転不安定の防止と関係する。各燃料
バンドルの下部タイプレートでは、入口ノズルから流れ
容積部への流入及び燃料棒支持格子通流時に、約１ｐｓ
ｉ〜１．５ｐｓｉの圧損が生じ、この圧損は、各燃料バ
ンドルの燃料棒相互の間の流れ分布の確保に寄与する。
最後に、下部支持格子から上部タイプレートの出口まで
燃料バンドル自体を通る流れには通常、約１１ｐｓｉの
圧損が発生する。

【００１２】新しい燃料バンドルを炉心に導入するとき
には、これらの圧損を維持する必要がある。さもない
と、冷却材及び減速材の流れ分布が悪化するおそれがあ
る。沸騰水型原子炉の構造及び運転の以上の要約に基づ
き、原子炉の減速材閉循環系内に存在する破片の問題を
理解することができる。通例、沸騰水型原子炉内の破片
は、原子炉建設時から残留する異物を含んでいることが
ある。更に、原子炉寿命中の腐食も破片を遊離させる。
最後に、度重なる出力停止及び補修中に、更に破片が蓄
積する。従って、原子炉は、破片が経年と共に蓄積する
ような特性を有する閉循環系を構成していることを理解
されたい。

【００１３】破片蓄積の特に厄介な普通の場所は、燃料
バンドル内の燃料棒の間、特に燃料棒スペーサの近辺で
あることがわかっている。各燃料棒は特定高さにおいて
スペーサによって囲まれていることを想起されたい。破
片粒子はスペーサ構造体と燃料棒との間に残留し易く、
しばしば冷却材及び減速材の流れと共に激しく振動し
て、燃料棒の密封被覆と摩擦接触とを起こす。原子炉内
の流れによるこのような振動は、燃料棒の被覆をフレッ
チング等により、損傷し且つ破断するおそれがあり、こ
れらは従来実際に発生していることである。もし被覆の
破断が十分な回数発生すれば、プラントの停止が必要に
なるおそれがある。

【００１４】

【先行技術の概要】燃料棒区域内への破片の侵入を防止
する装置を設ける従来の方策の一例は、下部タイプレー
ト・アセンブリの格子支持構造体の改変である。ナイラ
ンド（Nylund）の１９９２年３月３１日付米国特許番号
第５１００６１１号には、格子構造体の改変が開示され
ている。この改変は、格子構造体の所要貫通孔の代わり
に、同一直線ではない複数の中心線を有している流れチ
ャンネル部を用いることを包含している。これらの流れ
チャンネル部は燃料棒支持格子の部分であるので、貫通
孔の寸法は、棒支持格子の強度を保つために必然的に大
きくなり、そして孔が分布している面積は、下部タイプ
レート・アセンブリの支持格子の面積と同じに過ぎな
い。

【００１５】破片をふるい分ける（スクリーンする）様
々な試みが加圧水型原子炉においてなされてきた。ブラ
イアン（Bryan)の１９８７年５月１２日付米国特許番号
第４６６４８８０号では、加圧水型原子炉の燃料バンド
ルの底部に金網製（ワイヤ・メッシュ）破片トラップが
利用されている。ライラット（Rylatt）の１９８７年７
月７日付米国特許番号第４６７８６２７号では、この構
造体は破片保持トラップを含んでいるように改変されて
いる。これらの加圧水型原子炉の燃料バンドルは、開い
た構造体を構成しており、沸騰水型原子炉に共通する上
部タイプレートと下部タイプレートとの間のチャンネル
によって限定されている流路を有していない。チャンネ
ル構造体は、沸騰水型原子炉の構造では必要であるが、
加圧水型原子炉の構造では全く存在していない。加圧水
型原子炉では、隣り合う燃料バンドルの間に燃料バンド
ルの全長に沿って流れが生じ得るので、開示されたスク
リーン及びトラップの配置は、限定された流路内では生
じない。更に、このような燃料バンドルは、沸騰水型原
子炉で利用されている開示の下部タイプレート・アセン
ブリを有していない。尚、このアセンブリは、入口ノズ
ルと、燃料バンドルの底部に棒支持格子まで画成された
流れ容積部とを含んでいるものである。

【００１６】先行技術の破片捕獲装置の一例では、下部
タイプレートがほとんど山形の蛇行形流路を有している
ように改変されている。この構造体の上方には棒支持バ
ーが配置されているので、棒の重さで下方の蛇行形流路
が押しつぶされることはない。

【００１７】

【発明の概要】沸騰水型原子炉の燃料バンドルにおい
て、入口ノズルとその上方の燃料棒支持格子との間に下
部タイプレート・アセンブリによって画成されている流
れ容積部内に３次元破片捕獲格子構造体が配置されてい
る。穿孔板が利用されており、この穿孔板は、燃料バン
ドルの寿命中に構造健全性を確保するに十分な大きさの
ピッチで直径０．０５０インチほどの小さな複数の円孔
を有している。穿孔板材は、下部タイプレート・アセン
ブリの流れ容積部に架かっている３次元構造体、例え
ば、ドーム、円筒、ピラミッド（角錐）、逆ピラミッド
又は波形板構造を成しているものとして配置され得る。
この３次元格子構造の結果として、金属板の穿孔の全流
れ面積は、この破片捕獲構造体を有していない場合の燃
料バンドルの流れ面積と少なくとも同じ大きさを有して
いるべきであり、そうすれば、入口ノズルと燃料棒支持
格子との間で下部タイプレート・アセンブリ内に追加圧
損がほとんど生じない。格子構造体の破片停止孔での流
体の流れは、破片の格子孔の通過を阻止するほどの十分
に遅い流速を有している。開示した３次元格子構造の多
くは、破片制止孔で流れ方向の変化を引き起こし、これ
は、液状冷却材及び減速材の運動量の変化を必要とし、
破片は取り残されて格子表面と平行に移動する。破片
は、冷却材よりもはるかに大きな密度を有しているの
で、急に向きを変えることができず、格子表面と平行に
運ばれて穿孔域を越えた区域に達する。同時に、この格
子構造体は、それ自体が破損して破片増加源となること
のない機械的に健全な構造体である。代替的に、下部タ
イプレート・アセンブリは、別個の燃料棒支持格子を入
口ノズル・アセンブリにボルト止めして構成することが
でき、このボルト止めは、別々のボルト又は長くしたね
じ付きタイ・ロッド・プラグによって成されている。更
に、燃料棒支持格子は、下部タイプレート・アセンブリ
の鋳造に用いるのと同じステンレス鋼で製造することが
でき、下部タイプレート・アセンブリのキャスティング
への溶接が可能である。最後に、下部タイプレート・ア
センブリの流れ容積部内に破片トラップを組み込むこと
が可能であり、これにより、破片の捕集（トラップ）
と、その後の燃料バンドル交換時に捕集された破片の除
去とが可能になる。下板に大きな孔、そして上板にそれ
よりも小さな孔を有している二重波形板が、破片の捕集
に利用されている。

【００１８】

【実施例】図１は炉心の一部の関連詳細図であり、制御
棒駆動機構ハウジングＨ上に燃料支持キャスティング
（鋳物）Ｃが支持されている。燃料支持キャスティング
Ｃはアーム１６を含んでおり、アーム１６は、キャステ
ィングＣを炉心板（コア・プレート）Ｐに設けられてい
るピン１４に対して方向付けている。

【００１９】炉心板Ｐは、高圧下部プレナムＬを炉心Ｒ
から分離しており、所要圧力差障壁を維持して、原子炉
の多数の個別燃料バンドル内に制御された循環を引き起
こす。燃料支持キャスティングＣは４つの開口２０を含
んでおり、開口２０上には、４つの燃料バンドル（束）
Ｂが、それぞれの下部タイプレート（下側結合板）アセ
ンブリＴの位置に配置されている。各下部タイプレート
・アセンブリＴは、その入口ノズルＮが燃料支持キャス
ティングの開口２０のうちの１つの開口と連通するよう
に配設されている。

【００２０】燃料支持キャスティングＣは又、複数の開
口を含んでおり、制御棒２２がこれらの開口を貫通して
おり、燃料支持キャスティングＣの頂部に着座している
４つの燃料バンドルの間に達している。制御棒の作用
は、本発明にとって重要ではないので、原子炉のこの面
の更なる説明は省略する。例えば７５０個の燃料バンド
ルの４つのみを例示してあることを考えれば、炉心板Ｐ
の上下間の圧損（圧力降下）が重要であることが理解さ
れよう。従って、沸騰水型原子炉内の圧損の概観が有用
である。

【００２１】第１に、燃料支持キャスティングＣ内に設
けられているオリフィス（図示していない）によって、
約７ｐｓｉ〜８ｐｓｉの圧損が、典型的な１００％出力
１００％流量運転状態において発生する。この圧損は、
沸騰水型原子炉内の多数（７５０個まで）の燃料バンド
ルを通る燃料バンドル冷却材流の均等分布の確保に利用
されている。

【００２２】第２に、各燃料支持キャスティングＣ上の
燃料バンドルの下部タイプレートにおいて、約１．５ｐ
ｓｉの圧損が発生する。この圧損は主として、このよう
な複雑な形状の構造体を通る流れの速度変化の結果であ
る。最後に、冷却材が燃料バンドル内を上昇して蒸気を
発生するにつれて、約１０ｐｓｉ〜１２ｐｓｉの圧損が
発生する。この圧損は、燃料バンドルの全長にわたって
分布しており、個々の燃料バンドル及び原子炉の炉心を
構成している燃料バンドル全体の作用の安定化に重要で
ある。

【００２３】上述の圧損の概要は簡略化し過ぎであるこ
とを理解されたい。圧損は原子炉の設計及び運転の非常
に複雑な部分である。これだけ述べたところで一点を強
調しなければならない。沸騰水型原子炉の個別燃料バン
ドル内の圧損は、実質的に不変でなければならない。従
って、燃料バンドル内への破片の侵入を防止する装置を
利用しようとすれば、全体的な燃料バンドル圧損がほと
んど変化しないようにすべきである。

【００２４】破片制止装置内の圧損の増加を回避する必
要性に注目したところで、いくつかの点について更に説
明する。第１に、いかなる破片捕獲装置も、十分な剛性
を有することにより、いかなる状況でも破損せず、破片
を制止することができ、そしてそれ自体が破片増加源に
ならないようにすべきである。この理由により、金網
（ワイヤ・スクリーン）を用いず、その代わりに、穿孔
金属材が下記の諸例におけるあらゆる場合に利用されて
いる。

【００２５】第２に、圧損を最小限に制限することが望
ましいことがわかった。このことは、開口（孔）自体を
通る流れの速度をなるべく低くすることにより達成する
ことができる。この制限の第２の理由は、上述の流れ内
の破片の混入である。流れ内の破片の混入を仮定した場
合、もし破片を開口に通し得る迎え角が実現可能であれ
ば、そして十分な時間経過があれば、結局は破片の開口
通過が発生する。それぞれの開口において低速を維持す
ることにより、破片の混入は起こり難くなる。更に、破
片制止孔における流れを破片通過が起こり難くなる角度
に転向させ得ることがわかった。従って、破片制止開口
における流速は、可能な最小値に制限される。

【００２６】第３に、先行技術において利用されている
一技術である棒支持格子の改変は、不十分であることが
わかった。詳述すると、なるべく小さな直径、即ち直径
０．０５０インチまで寸法を減少させた破片捕獲開口を
用いることが好ましい。残念ながら、棒支持格子は、考
え得るすべての状態において燃料棒を支持するのに必要
な静特性及び動特性を有していなければならない部材で
ある。棒支持格子においてマトリクスを成しているこの
ような孔を、下部タイプレートにおける圧損の低減に要
するピッチで利用することは実現不可能である。第１
に、このような小孔は棒支持格子の平面に限定されてい
るので、流れ面積の全体的な減少は、棒支持格子の個別
の孔を通る流れに許容し得ない圧損と高速とをもたら
す。更に、棒支持格子におけるこのような小孔のマトリ
クスは、格子の強度を燃料棒の支持に要する強度以下の
レベルに低減させる。

【００２７】本発明者は、下部タイプレート・アセンブ
リのいわゆるフロー・ボリゥーム（流れ容積部）が、破
片制止装置、好ましくは、本構造に利用されている穿孔
金属材の設置箇所の主要候補であることを確認した。沸
騰水型原子炉の燃料バンドルの下部タイプレート・アセ
ンブリにおいて、下端のノズルと上端の燃料棒支持格子
との間に比較的大きな流れ容積部が画成されている。こ
の流れ容積部は、３次元構造体を収容することができる
ほど十分に大きく、この３次元構造体は、一方の側がノ
ズル入口と連通していると共に、他方の側が棒支持格子
と連通しているものである。同時に、この３次元支持構
造体の外周を下部タイプレート・アセンブリの側部に取
り付けて、下部タイプレートの流れ容積部を通るすべて
の流体が単に穿孔板の破片制止孔を通らなければならな
いようにすることができる。こうすると、下部タイプレ
ート・アセンブリの改変はわずかで済む。

【００２８】下部タイプレート・アセンブリ内の流れ容
積部は、他の利点を有する。詳述すると、もし流れ制限
格子を下部タイプレートの流れ容積部を横切る平面に限
定する必要があれば、穿孔板の開口群は穿孔板が配設さ
れている平面よりも少ない全流れ面積を有していること
になる。穿孔板を３次元構造体の製造に利用する場合、
利用可能な開口の面積は、穿孔板が平面に限定されると
きに得られる全面積よりも大きくなる。事実上、十分な
構造体が利用される場合、３次元構造体の全孔の利用可
能な全流れ面積は、破片制止アセンブリの挿入前の下部
タイプレート・アセンブリの流れ容積部の全断面積に接
近し更にその全断面積を超える可能性がある。加えて、
適切に設計された破片捕獲アセンブリは、燃料バンドル
の入口における流れ分布を改善する。

【００２９】これらの要目の説明に続き、本発明の実施
例を説明する。図２において、破片捕獲装置４０は、半
球形キャップ４４と一体に形成されている短い円筒４２
から成っている別個の一体物である。半球形キャップ４
４は下部タイプレート・アセンブリの入口スロート（の
ど）面積の約２倍の面積を有している。従って、半球形
キャップの孔の全流れ面積をスロート面積よりも大きく
することができる。このアセンブリの高さを変えること
により、孔の流れ面積を調整して、下部タイプレートで
の圧損を最適にすることができる。

【００３０】図２の破片捕獲装置は下部タイプレート・
アセンブリの流れ容積部内の流れ分布に好影響を与え
る。各孔から出る流れは、半球形キャップ４４と直交す
る方向を有している。全孔からの流れの正味効果は、棒
支持格子Ｇの近辺の水平平面における下部タイプレート
・アセンブリの全面積にわたって流れを均等に分布させ
ることである。この均等な流れの結果、均等な流れが燃
料バンドル内に入る。

【００３１】本発明の破片捕獲装置は、下部タイプレー
ト・アセンブリ製造の改変を必要とする。現状では、ア
センブリＴは全体が、下側ベイル（bail）のバー４６を
含めて、単一のキャスティング（鋳物）であるが、破片
捕獲装置を挿入するためには、バー４６は下部タイプレ
ート・アセンブリ・キャスティングから省略され、別個
のキャスティングとされる。破片捕獲装置は改造下部タ
イプレート・アセンブリ・キャスティング内に挿入され
て適所に溶接され、次いでバー４６がノズルＮに溶接さ
れる。

【００３２】半球形キャップ４４に関して、１つの欠点
が存在する。詳述すると、それはこのドームの孔に関す
るもので、流れに混入した破片は本質的に、半球形キャ
ップ４４の個々の孔に直接に、即ち各孔の軸線に沿って
接近する。このことは好ましくない。もし全体的な流れ
が最大９０度程度の方向転換を要すれば、このような方
向転換はより好ましく、その場合、混入した破片と、流
体とは、通常比較的重い破片をこの破片よりも密度の小
さい冷却材及び減速材の流れから分離するための運動量
分離の追加力を有し得る。もし流れが破片制止孔に接近
してから９０度程度転向すれば、破片が３次元格子構造
体の表面に取り残される傾向が生ずる。それ故、以下の
諸設計の少なくともいくつかに注目されたい。

【００３３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）には、中央反対向
き円錐５０と、支持円筒６０とを有している３次元格子
構造体が示されている。又、別個のキャスティングＮ
が、バー４６と、円形リング４８とから成っている。キ
ャスティングＮを主キャスティングＴに取り付けると、
支持筒６０の底部のリップ６２が捕捉される。流れ矢印
５４及び６４は、円錐５０及び円筒６０に関して、開示
した３次元格子構造体を通る冷却材及び減速材の流れに
要する全体的な方向転換を示す。これにより、破片が穿
孔板構造体の表面に堆積し、格子の表面に沿って運ばれ
て、逆円錐５０と円筒６０との接合域５２に達するよう
な傾向が生ずる。

【００３４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、図２及び図
３（Ａ）〜図３（Ｃ）の概念の改変が示されており、破
片トラップを包含している。詳述すると、下部タイプレ
ート・アセンブリＴは、ノズルＮの近辺で拡大されてお
り、そしてわずかに拡大されている円筒６０’を含んで
いる。この円筒の底部には、環状アセンブリ７０が装着
されている。環状アセンブリ７０は、先行技術と実質的
に同じ入口ノズルＮの寸法をもたらしている。

【００３５】環状容積部（ボリューム）７２が破片トラ
ップとして用い得る閉空間を形成している。詳述する
と、長期間流れの続く運転中に、破片が３次元格子構造
体の表面に沿って移動し、円筒６０’の頂部と逆円錐５
０の基部とに達することが期待される。流れが減少又は
停止すると、破片が落下し、少なくともいくらかの破片
は環状容積部７２内に移動する。更に、ひとたび破片が
環状容積部７２に入ると、流れが再び始まったときに、
破片の完全な再混入は起こり得ない。その結果、燃料バ
ンドルが除去されると、環状容積部７２内に破片が捕集
されている程度に応じて、破片も除去される。

【００３６】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）では、逆ピラミッ
ド８０を特徴とする３次元構造体が用いられており、逆
ピラミッド８０は角錐面８１〜８４を有しており、これ
らの面は、棒支持格子Ｇの近辺で下部タイプレート・ア
センブリＴの内側に固定されている。アセンブリＴの製
造の改変は、格子Ｇを別個のアセンブリとして鋳造し、
そして格子Ｇを、例えば参照番号９０の所における溶接
により接合することによって成されている。

【００３７】実現可能な他の特徴として、図示のよう
に、環状体９５が下部タイプレート・アセンブリＴの流
れ容積部（流室）Ｖ内に鋳造されており、この環状体は
逆ピラミッド８０の基部のすぐ近くにある。このこと
は、次のような利点、即ち、破片が短い距離落下して、
流れ容積部Ｖ内に形成されている破片トラップに達し、
しかも破片の落下により破片が、環状体９５によって形
成されている下方の破片捕獲域から飛散しないという利
点を有する。

【００３８】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）には逆ピラミッ
ド構造体８０’が示されており、波形構造材で作成され
ている個別の側部を有している。このことは、格子構造
体の全面積を拡大し、しかも３次元格子構造体を実質上
不変に保つという利点を有する。図７（Ａ）及び図７
（Ｂ）に示す３次元格子構造体では、穿孔板１００に多
数の波形部が設けられている。これらの波形部は、他の
３次元構造体と同様に、構造体が下部タイプレート・ア
センブリＴの流れ容積部Ｖを横切って配設されたときに
有効面積を拡大する。

【００３９】図７（Ｃ）はこの構造体の詳細図である。
孔は板の全面にわたって配置されていてもよいし、又は
鋭曲域１１０において省略されていてもよい。孔を全面
にわたって用いると、流れ面積が増加すると共に圧損が
減少する。しかしながら、鋭曲域１１０での全体的な流
れ方向は孔の軸線方向と同じであるので、いくらかの破
片が通過するおそれがある。鋭曲域１１０において孔を
省略した場合、流れはすべて、ほぼ９０度曲がらなけれ
ばならない。従って、図７（Ｃ）に示すように鋭曲域１
１０において孔を有していない構造体が好適である。

【００４０】以上の全構造体は、３次元格子構造体をノ
ズルＮに又は棒支持格子Ｇの下方に導入することによる
下部タイプレート・アセンブリＴの改変を示したもので
ある。図８に示す３次元格子アセンブリは、下部タイプ
レート・アセンブリＴを貫通するものとして、側壁１２
０の開口１２１に挿入され得る。図示のように、格子１
００は壁１２２の間に装着された後に、下部タイプレー
ト・アセンブリＴの側壁に挿入され得る。

【００４１】ボルト止めされた２つの部分から成ってい
るタイプレートと共に本発明を構成し得ることを理解さ
れたい。図９にこれを明示する。図９に示す下部タイプ
レートＴは、ノズル部Ｎと、棒支持格子部Ｇとを有して
いる。棒支持格子部Ｇはタイロッドを受け入れる標準ね
じ穴１００を含んでいる。ノズル部Ｎは下側ねじ穴１０
２を有しており、押さえねじ１０１がねじ穴１０２にね
じ込まれて、棒支持格子部Ｇを固定する。その後、タイ
ロッド（図示していない）が従来のように棒支持格子の
ねじ穴１００の部分のうち、押さえねじ１０１に占有さ
れていない部分にねじ込まれる。前述のように、ピラミ
ッド形状の３次元格子構造体１１０が周囲フランジ１１
５を有しており、タイプレート両部の間に固定されてい
る。

【００４２】図１０には実質的に同じ構造が示されてお
り、棒支持格子部Ｇと、ノズル部Ｎとが、長い端栓１０
８を有しているタイロッドＲによって合体している。簡
単に述べると、タイロッドＲに含まれている下端栓は、
長い首１０８と、ねじ付き下部１０６とを有している。
運転中に、下端栓のテ−パ部１０９が棒支持格子部Ｇに
当接しており、同時に、ねじ部１０６がねじ穴１０４に
ねじ込まれている。前例と同様に、３次元格子１１０の
フランジ１１５が、下部タイプレート・アセンブリＴの
向かい合っている両部の間に捕捉されている。

【００４３】当業者には明らかなように、タイロッドＲ
を検査のために除去した場合、図１０に示すような下部
タイプレートＴは分解状態になる可能性がある。従っ
て、図９の実施例の方が好適である。図１１（Ａ）には
ストレーナの二重波形板構造が示されており、この構造
は、上側波形板２０１と、下側波形板２１０とを含んで
いる。上板２０１は図７（Ｂ）について説明したものと
同様でよい。下板２１０も直径が等しいか、又はより大
きな穿孔を有している。波形部の（流れを受け入れる側
の）最低山部は無孔であるのに対し、（上板に最も近
い）内側山部は有孔である。

【００４４】作用は理解し易い。破片は下側波形板２１
０によって下部タイプレート支持格子から大いに排除さ
れる。下板の孔は比較的大きいので、いくらかの破片が
これらの大きな孔を通って上側波形板２０１に接触し、
そこで制止される。流れ停止時には、上側波形板２０１
と下側波形板２１０との間の破片は捕集されることを理
解されたい。詳述すると、両板の間の隙間を通る破片に
ついては、流れ状態の下でも破片が下側波形板２１０の
比較的大きな孔を通るのにかなりの時間が必要である。
流れが止まると、破片は下板２１０上に落下する。逆流
がない場合、破片が下板２１０の孔を通って落下する可
能性は非常に少ない。従って、このような破片の大部分
は捕集され、その結果、燃料バンドルと共に除去され
る。

【００４５】開示した二重板構造は、前述の諸ストレー
ナ構造のいずれにも利用し得ることを理解されたい。
又、ここに開示した概念は、改変可能であることを理解
されたい。例えば、下部タイプレートの流れ容積部Ｖの
内部は、３次元格子構造体の受け入れを前提として設計
され得る。又、例えば、格子１００の輪郭を有してお
り、流れ容積部Ｖの内部に沿って延在しているボスが、
流れ容積部Ｖ内の３次元格子を支承し得る。同様に、他
の改変も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰水型原子炉の炉心部の概略図であって、下
部高圧プレナムと、１つの燃料バンドル支持キャスティ
ングと、１群を成す４つの燃料バンドルとを示してお
り、これらの燃料バンドルは、それぞれの下部タイプレ
ート・アセンブリの所で燃料バンドル支持キャスティン
グに支持されていることを示す図である。

【図２】下部タイプレート・アセンブリの側面断面図で
あって、破片捕獲構造体を示しており、この構造体は、
ベイルの一時的な除去と、入口ノズルへの破片捕獲構造
体の取り付けとにより下部タイプレート・アセンブリに
取り付けられているドーム形と円筒形を組み合わせた形
の基部を有していることを示す図である。

【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）はそれ
ぞれ、下部タイプレート内の破片捕獲構造体の側面図、
下部タイプレートから除去した破片捕獲構造体の側面
図、及び破片捕獲構造体の平面図であって、この破片捕
獲構造体は、円筒形バスケットの端に取り付けられてい
る反対向き円錐構造体を含んでおり、この円筒形バスケ
ットは、下部タイプレート・アセンブリの入口ノズルに
取り付けられており、そして図２におけるような取り付
けを要することを示す図である。

【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）はそれ
ぞれ、下部タイプレート内の格子構造体の側面図、下部
タイプレートから除去した格子構造体の側面図、及び格
子構造体の平面図であって、この格子構造体は、円筒形
バスケットの端に取り付けられている反対向き円錐構造
体を含んでおり、この円筒形バスケットは、下部タイプ
レート・アセンブリの改変入口ノズルに取り付けられて
おり、入口ノズルの周沿いに破片捕集環状域を画成して
いることを示す図である。

【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）はそれ
ぞれ、下部タイプレート内の格子構造体の側面図、下部
タイプレートから除去した格子構造体の側面図、及び格
子構造体の平面図であって、この格子構造体は、逆ピラ
ミッドを含んでおり、この逆ピラミッドは、その基部が
上方の棒支持格子近辺において下部タイプレートの流れ
容積部に固定されており、この棒支持格子は、ピラミッ
ド破片捕獲構造体の挿入のために一時的に除去されるこ
とを示す図である。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はそれぞれ、下部タ
イプレート内の図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）
に示すピラミッドと同様なものの側面図、及び下部タイ
プレートから除去したピラミッドの側面図であって、こ
のピラミッドは、波形側面を有していることを示す図で
ある。

【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）はそれ
ぞれ、下部タイプレート内の格子構造体の側面図、格子
構造体の斜視図、及び波形破片捕獲構造体の詳細断面図
である。

【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）はそれぞれ、図７
（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）の構造と類似の波形
格子構造体を示す側面図及び斜視図であって、図示の波
形格子構造体の挿入は、下部タイプレート・アセンブリ
の側壁の開口を通して行われることを示す図である。

【図９】下部タイプレートを保持するために従来のボル
トを利用する場合の側面断面図であって、これらの従来
のボルトの取り付け後にボルトの上側に存在しているね
じ穴を用いて、従来のタイ・ロッドを組み立て済み破片
捕獲下部タイプレート・アセンブリにねじ付けることが
できることを示す図である。

【図１０】棒支持格子アセンブリ部と、別個のノズル部
とを有している下部タイプレートの図９と類似の側面断
面図であって、両部は、下部タイプレート用の燃料棒の
細長い端栓によって互いにボルト止めされていることを
示す図である。

【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１１
（Ｃ）はそれぞれ、下部タイプレートのプレナム内に挿
入されるストレーナを示す側面断面図、及び２つの詳細
図であって、このストレーナは、二重波形板の形態のも
のであり、下部波形板は、大きな孔を有しており、上側
波形板は、破片捕集用の比較的小さな孔を有しているこ
とを示す図である。

【符号の説明】

４０破片捕獲装置４２、６０、６０’ 円筒４４半球形キャップ５０逆円錐８０、８０’ 逆ピラミッド１００穿孔波形板２０１上側波形板２１０下側波形板Ｂ燃料バンドルＧ燃料棒支持格子Ｎ入口ノズルＴ下部タイプレート・アセンブリＶ流れ容積部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エリック・バーティル・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、ユニット・3204、ルミナ・アベニュー、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、ヴァイア・ロメラ、7210番 (72)発明者ロバート・ブルース・エルキンズアメリカ合衆国、カリフォルニア州、サンノゼ、ハザウェイ・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、ベラッツァーノ・ドライブ、1820番 (72)発明者ケヴィン・リー・レッドフォードアメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、ウィルミントン、ヒドゥン・ヴァレイ・ロード、526番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沸騰水型原子炉の燃料バンドルにおける
破片捕獲格子構造体であって、該破片捕獲格子構造体
は、下部タイプレート・アセンブリにより入口ノズルと
その上方の燃料棒支持格子との間に画成されている流れ
容積部内に配置されており、複数の並設孔を有しており、上側及び下側に延在してい
る第１及び第２の３次元穿孔板構造体であって、該穿孔
板の各々は、前記入口ノズルと前記燃料棒支持格子との
間に設けられている前記下部タイプレートの前記流れ容
積部の平面断面積よりも大きな全断面積を有している３
次元構造体を形成しており、前記下側に延在している穿
孔板は、前記上側に延在している穿孔板よりも大きな孔
を有している、第１及び第２の３次元穿孔板構造体と、該３次元穿孔板構造体の各々を前記下部タイプレートの
前記流れ容積部内に装着する手段とを備えた沸騰水型原
子炉の燃料バンドルにおける破片捕獲格子構造体。
【請求項２】前記上側及び下側に延在している３次元
格子構造体の側壁は、波形である請求項１に記載の沸騰
水型原子炉の燃料バンドルにおける破片捕獲格子構造
体。
【請求項３】燃料棒支持格子と、入口ノズルと、該ノ
ズルと前記格子の縁部との間に下部タイプレート内の流
れ容積部を画成するように該ノズルと該格子の縁部との
間に延在している側壁とを含んでいる下部タイプレート
・アセンブリと、前記燃料棒支持格子に支持されていると共に直立並置関
係に延在している複数の直立した燃料棒と、該燃料棒の少なくともいくつかを支持していると共に前
記燃料棒の少なくともいくつかを介して前記下部タイプ
レートとの連結を成している上部タイプレートと、複数の並設孔を有しており、上側及び下側に延在してい
る第１及び第２の３次元穿孔板構造体であって、該穿孔
板の各々は、前記入口ノズルと前記燃料棒支持格子との
間に設けられている前記下部タイプレートの流れ容積部
の平面断面積よりも大きな全断面積を有している３次元
構造体を形成しており、前記下側に延在している穿孔板
は、前記上側に延在している穿孔板よりも大きな孔を有
している、第１及び第２の３次元穿孔板構造体と、該３次元穿孔板構造体の各々を前記下部タイプレートの
前記流れ容積部内に装着する手段とを備えた沸騰水型原
子炉の燃料バンドル。
【請求項４】前記上側及び下側に延在している３次元
格子構造体の側壁は、波形である請求項３に記載の沸騰
水型原子炉の燃料バンドル。