JPH0833464B2 - ベント型燃料ピン及び燃料集合体 - Google Patents

ベント型燃料ピン及び燃料集合体

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JPH0833464B2
JPH0833464B2 JP2026789A JP2678990A JPH0833464B2 JP H0833464 B2 JPH0833464 B2 JP H0833464B2 JP 2026789 A JP2026789 A JP 2026789A JP 2678990 A JP2678990 A JP 2678990A JP H0833464 B2 JPH0833464 B2 JP H0833464B2
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満 亀井
勝哉 金城
利男 若林
成一 菰田
昭浩 原
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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] 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ッドスペーサで互いに接
触しないように保持されている。燃料ピンは、被覆管内
に燃料ペ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ピ
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虞れが
あるし、また破損しなくても被覆管と燃料ペレット間の
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ピンでは、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、燃料ピン破損時に冷却材中に漏洩す
る核分裂生成物の有無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く感温弁機構を
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、燃料の燃焼によって多量の
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り、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ピンの一実施例を
示す説明図である。この燃料ピンは、被覆管10内に下部
ブランケット燃料ペレット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2
2bからなる。該焼結金属22b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属30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10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
製のバネ28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10の内圧は低下
する。多孔質焼結金属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制御する。
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通り難い。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内に下部ブランケット燃料
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54,55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
の上部にはピン内焼結金属58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。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43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(低温状態)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42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損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
を問わず燃料ピン中に保持できる。
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、構成が簡素化され、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図は本発明に係るベント型燃料ピンの一実施例を示
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……下部ブランケット燃料ペレット、
14……炉心燃料ペレット、16……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、22……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、42……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、64……形状記憶合金製のバネ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 利男 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (72)発明者 菰田 成一 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (72)発明者 原 昭浩 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002番地 動 力炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (56)参考文献 特開 平2−231595(JP,A) 特開 昭58−202892(JP,A) 特開 昭58−184576(JP,A) 特開 昭57−74688(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被覆管内に燃料ペレットを装填してガスプ
    レナム内のプレナムスプリングで支持し、被覆管の両端
    を端栓で塞いだ燃料ピンにおいて、少なくとも一方の端
    栓はガスのみを透過する性質を有し、そのガス透過性の
    端栓と装填した燃料ペレットとの間に、貫通孔を有する
    仕切り板を設けてガスプレナムを区画し、前記仕切り板
    の貫通孔の部分に、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. 【請求項2】感温弁機構は、仕切り板の貫通孔を開閉す
    る弁体と、それを駆動する形状記憶合金製のバネからな
    り、該バネは、ガスプレナム内の被覆管内壁に固定され
    ている多孔質焼結体によって支持されている請求項1記
    載のベント型燃料ピン。
  3. 【請求項3】ガス透過性の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記載のベント型燃料ピ
    ン。
  4. 【請求項4】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する構造とし、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と炉運転温度
    では閉じ炉停止温度では開く感温弁機構とを直列的な位
    置関係となるように設けたことを特徴とするベント型燃
    料集合体。
  5. 【請求項5】ラッパ管内の上部に貫通孔を有する仕切り
    板を設けて共通ガスプレナムを区画し、前記貫通孔を共
    通ガスプレナムの出口部として、その仕切り板の貫通孔
    内の一部にガスのみ透過する部材として多孔質焼結体を
    取り付け、感温弁機構は、前記仕切り板の貫通孔を開閉
    する弁体と、それを駆動する形状記憶合金製のバネとか
    らなり、該バネは前記多孔質焼結体で支持される構造と
    した請求項4記載のベント型燃料集合体。
  6. 【請求項6】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
    記載のベント型燃料集合体。
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JP5882212B2 (ja) * 2009-08-28 2016-03-09 テラパワー, エルエルシー 核分裂反応炉を操作する方法
US8929505B2 (en) 2009-08-28 2015-01-06 Terrapower, Llc Nuclear fission reactor, vented nuclear fission fuel module, methods therefor and a vented nuclear fission fuel module system

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