JPS608798A - 燃料ピン洗浄方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉における燃料ピンの外面に付
着したクラッドやスケールを除去するだめの燃料ピン洗
浄方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水型原子炉では、炉心に供給された純水を、核反応
により高温となった燃料ピンと接触させ、高温高圧の蒸
気を発生させている。炉心で発生した蒸気はタービンに
送られ、これによりタービンが駆動され、ダイナモが駆
動される。この後蒸気は復水器に送られて復水とされる
。復水は復水浄化装置で浄化され、純水となって再び炉
心に供給される。

第１図および第２図はこのような原子炉で用いられてい
る燃料集合体の一例を表わしたものである。

４この燃料集合体１は断面はぼ正方形のチャンネルボッ
クス２を備えている。チャンネルボックス２内には、■
印で表わした２本のウォーターロッド３と○印で表わし
た６２本の燃料ピン４とが、８行８列の格子状に配列さ
れている。チャンネルボックス２の下部には下部ノズル
５が設けられ、」一部には搬送用の取手６が設けられて
いる。この燃料集合体１では、純水が下部ノズル５から
チャンネルボックス２内に流入し、燃料ピン４と接触し
て発生した蒸気がチャンネルボックス２の上部に設けら
れた上部ノズル（図示せず）から流出されるようになっ
ている。

ところで沸騰水型原子炉では、超臨界ボイラ等において
も問題となっているのと同じように、燃料ピン４の外面
にクラッドやスケールが経時的に付着してくる。燃料ピ
ン４の外面にクラッドやスケールが付着すると、燃料ピ
ン４の熱伝達特性が低下してしまう。また燃料ピン４の
外面が放射化され、放射能を発生してしまう。最近の研
究では、原子炉水中の放射能のほとんどが燃料ピン４の
タト面に付着したクラッドやスケールに起因することが
明らかとなっている。従って燃料ピン４の外面に付着し
たクラッドやスケールを除去する必要力である。

そこで本発明者は、燃料ピン４の外面に付着したクラッ
ドやスケールを除去する方法の開発ｉこ着手し、次に述
べるような種々の実験や検討を行った。

■燃料集合体１のチャンネルボ・７クス２を外し、燃料
ピン４を燃料プール内においてリモート操作によるヘラ
で１本ずつこすり、付着しているクラッドやスケールを
掻き取る方法。

しかしながらこのような方法では、チャンネルボックス
２を外すので作業に時間がかかり、また燃料プールを汚
染してしまい、更には最外周に位置する２８本の燃料ピ
ン４の外側のみしかこすることができない。なお燃料ピ
ン４をすべてばらしてしまい、１本ずつこする方法も考
えられるが、この場合には作業にかなりの時間がかかっ
てしまい、また燃料プールをかなり汚染してしまう。

■燃料集合体１のチャンネルボックス２内にその上部ま
たは下部から水の高速流を注入し、付着しているクラッ
ドやスケールを洗い流す方法。

しかしながらこのような方法では、高速流として５〜７
ｍ　／ｓｅｃ程度が限度であり、これ以上の高速流を注
入する°ことができない。この程度の高速流では、クラ
ッドやスケールを除去することができなかぢだ。

■燃料集合体１のチャンネルボックス２内にその上部ま
たは下部から空気と水の混合流を注入し、４１１着して
いるクラッドやスケールを洗い流゛す方法。

しかしながら沸騰水型原子炉では、燃料ピン４の外面で
沸騰が生じているので、空気と水の混合流ぐらいでは除
去できない程度にクラッドやスケールが強く付着してい
る。従ってこのような方法では、クラッドやスケールを
少ししか除去することができなかった。

■燃料集合体１のチャンネルボックス２を外し、燃料プ
ール内において水ジェツトを燃料ピン４に対し垂直に吹
き付ける方法。

しかしながらこのような方法では、チャンネルボックス
２を外すので作業に時間がかかり、また燃料プールをか
なり汚染してしまい、更には最外周に位置する２８本の
燃料ピン４の外側のみしか洗浄することができない。

■燃料集合体１のチャンネルボックス２を外すことなく
あるいは外して超音波を照射する方法。

しかしながらこのような方法では、チャンネルボックス
２を外さないと効果がなく、従って作業に時間がかかっ
てしまう。またチャンネルボ・ｌラス２を外しても最外
周に位置する２８本の燃料ピン４の外側のみしか洗浄す
ることができなかった。

■サンドブラストによる方法。

しかしながらこのような方法では、チャンネルボックス
２を外さないと効果がなく、従って作業に時間がかかっ
てしまう。またチャンネルボ、ノクス２を外しても最外
周に位置する２８本の燃料ピン４の外側のみしか洗浄す
ることができながった。

更にサンドやダストの処理をどのようにするかという問
題も生じた。

■燃料集合体１を空気中で崩壊熱（ディケイヒート）に
より自然に発熱させ、この後燃料プールに入れ、急冷し
てクラッドやスケールを自然に剥離させる方法。

しかしながらこのような方法では、燃料ピン４が崩壊熱
により異常に高温となり、変形を生じて健全性を保証す
ることができないという問題が生じ　ブこ　。

■化学洗浄による方法。

このような方法では、良好に洗浄することはできるが、
燃料プール中で簡単にかつ確実に更に迅速に洗浄するこ
とのできる装置を開発することができなかった。また燃
料集合体１の溶接部やカシメ部、ピンホール等の耐食性
および材料の健全性等をどのようにして保証するかとい
う問題も生じツこ。

本発明者は、以上のような実験や検討を行ったがいずれ
も十分に満足しつるものではｔ工かった。

そこで本発明者は、更に種々の実験や検討を行ったとこ
ろ、十分に満足しつるものを開発した。

〔発明の目的〕

本発明は、燃料集合体のチャンネルボックスを外すこと
なく、かつ燃料ピンを損傷することなく、これに付着し
ているクラッドやスケールを簡単にかつ確実に更に迅速
に除去することのできる燃料ピン洗浄方法を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明では、炉心から取り出した燃料集合体を燃料プー
ル内に液密に配置された洗浄塔の内部に垂直にして収納
し、燃料集合体のチャンネルホックス内において詰まら
ない程度の大きさで純水よりも比重の大きい粒子をチャ
ンネルボックス内に水流動スラリの状態で充填し、チャ
ンネルボックスの下部からエアを吹き込んで粒子を上下
に振動させ、これにより粒子を燃料ピンの外面とこすり
合わせて該外面に例着しているクランドやスケールを掻
き落し、この後チャンネルボックスの下部から純水を比
較的低速で流入させ、これにより流動床を形成すると共
に、前記掻き落されたクラッドやスケールを純水と共に
チャンネルボックスの上部から排出させ、この後純水の
流速を上げて粒子をチャンネルボックスの上部がら排出
させるようにしたものである。

また本発明では、チャンネルボックスの上部から排出さ
れる、クラッドやスケールあるいは粒子を含む純水をハ
イドロクローンに送り込み、これにより粒子を回収して
再使用を図ると共に、純水およびクラッドやスケールを
廃棄物タンクに排出させるようにしたものである。

〔実施例〕

以下実施例につき本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例における燃料ピン洗浄装置の
主要部分を概略的に表わしたものである。

この装置で燃料ピン４の外面に付着しているクラッドや
スケールを除去する場合には、まず燃料集合体１を吊り
」二げてチャンネルボックス２ごと燃料プール（図示せ
ず）に移動させる。燃料プール内には洗浄塔１１が配置
されている。洗浄塔１１は、下部洗浄塔１２と上部洗浄
塔１３とがらなっている。下部洗浄塔１２内の下部には
受台１４が設けられている。燃料集合体１を燃料プール
に移動させたとき、燃料プール内には下部洗浄塔１２の
みが配置され、上部洗浄塔１３は取り外されている。そ
こで燃料集合体１をチャンネルボックス２ごと下部洗浄
塔１２内に挿入し、その下部ノズル５を受台１４の円孔
１５に液密に嵌合させる。この状態では、燃料集合体１
の上部は下部洗浄塔１２の上方に適宜に突出されている
。下部洗浄塔１２の上部には、チャンネルボックス２の
断面よりも適宜に小さめの孔を有するゴム製の仕切板１
６が設けられている。従って燃料集合体１の上部は仕切
板１６の孔に液密に嵌合されることとなる。燃料集合体
１を下部洗浄塔１２内に挿入し終えたら、次に上部洗浄
塔１３を下部洗浄塔］２の上に載置し、その両フランジ
をハンド（図示せず）等によって結合すると共に、この
結合部分を同ハンドあるいは他の適当なシール手段でシ
ールする。これにより燃料集合体１の洗浄塔１１への収
納が終了する。

燃料集合体１を洗浄塔１１に収納し終えたら、次に純水
ポンプ２１を駆動させる。すると純水タンク２２から純
水が送り出され、流量計２３、流量調節弁２４および脈
動発生器２５をそれぞれ経て分岐点２６に到達する。こ
のとき脈動発生器２５は駆動していない。また分岐点２
６の２つの下流側にそれぞれ設けられた２つの弁２７．
２８のうち前者は開弁状態にあり、後者は閉弁状態にあ
る。従って分岐点２６に到達した純水は弁２７および合
流点２８をそれぞれ経て分岐点３０に到達する。このと
き分岐点３０の２つの下流側にそれぞれ設けられた２つ
の弁３１．３２のうち前者は開弁状態にあり、後者は閉
弁状態にある。従って分岐点３０に到達した純水は弁３
１を経て粒子タンク３３に流入される。

粒子タンク３３には洗浄助勢用の粒子が適宜に貯えられ
ている。洗浄助勢用の粒子とは、燃料ピン４の外面に付
着しているクラッドやスケールの除去の手助けをするた
めのものであり、次のような条件を満たずものが望まし
い。

■大きさは、チャンネルボックス？内に設けられた燃料
ピン４やこれらのピンの間隔を保持するだめのスペーサ
（図示せず）等によって形成されている狭い隙間に詰ま
らｆｊい程度であること。燃料ピン４相互間の間隔がｌ
　ｍｍ程度である場合には、０．２＋ｎｍφ〜０．６ｍ
ｍφ程度であるのが望ましい。

■形状は、詰まりに＜＜、かつ流動抵抗および漂砂現象
の解析等の点で有利であること。例えば偏平、棒状およ
び枝状等の詰まりやすい形状は好ましくなく、球形に近
い形状が望ましい。

■硬さは、洗浄時に燃料ピン４を損傷するおそれがない
程度であること。

■比重は、純水よりも適宜に大きいこと。

■材質は、炉心に入れても問題が生ぜず、またクラッド
やスケールとの吸着性および分離性がよく、更に加工や
廃棄処理が容易なものであるこよ。

例えば活性炭、イオン交換樹脂、キレート樹脂、パーラ
イト、ゼオライト、マグネタイト粒子、ガラスピーズ、
セラミックビーズ、金剛砂、鉄粒子、モレキュラシーブ
が考えられる。

純水を粒子タンク３３にある程度流入させたら、純水ポ
ンプ２２を停止させる。この後粒子ポンプ３４を駆動さ
せる。すると粒子タンク３３から粒子と純水の混合体が
送り出され、流量計３５および流量調節弁３６をそれぞ
れ経て分岐点３７に到達する。このとき分岐点３７の２
つの下流側にそれぞれ設けられた弁３８．３９のうち前
者は開弁状態にあり、後者は閉弁状態にある。従って分
岐点に到達した粒子と純水の混合体は弁３８を経て、洗
浄塔１１内の燃料集合体１の上方に送られる。

この送られてきた粒子と純水の混合体は、チャンネルボ
ックス２の上部ノズルを経てチャンネルボックス２内に
流入され、更に下部ノズル５を経て受台１４の下方に流
入される。受台１４の下方において下部洗浄塔１２の所
定の箇所にはパイプ４１が連結されているが、この連結
部分にはメツシュ４２が設けられている。従って受台１
４の下方に流入された粒子がパイプ４１に入り込むこと
はない。

粒子と純水の混合体をチャンネルボックス２内に燃料ピ
ン４の上部が埋まる程度まで流入したら、粒子ポンプ３
４を停止させると共に、コンプレッサ４３を駆動させる
。するとエアが除湿精製器４４を経てエアタンク４５内
に貯えられる。エアタンク４５から送り出されたエアは
流量計４６および流量調節弁４７をそれぞれ経て分岐点
４８に到達する。このとき分岐点４８の２つの下流側に
それぞれ設けられた２つの弁５１．５２のうち前者は開
弁状態にあり、後者は閉弁状態にある。従ってエアは弁
５１、合流点５３およびパイプ４１をそれぞれ経て下部
洗浄塔１２の受台１４の下方に流入される。この流入さ
れたエアは下部ノズル５を経てチャンネルボックス１２
内に流入され、この後上部ノズルから」一部洗浄塔１３
内に流入される。エアがチャンネルボックス１２内を上
昇するとき、この中の粒子は上下に激しく振動（エアス
クラビング）される。これにより粒子力く燃料ピン４の
外面と激しくこすり合い、この外面に付着しているクラ
ッドやスケールを掻き落す。この掻き落されたクラッド
やスケールは、エアと共に上昇せず、チャンネルボック
ス１２内に滞留される。

上部洗浄塔１３内に流入されたエアは、分岐点５４、開
弁状態にある弁５５、合流点５６、ハイドロクローン５
７、合流点５８およびサイレンザ５９をそれぞれ経て廃
棄物タンク６１に排出される。

エアの供給を１゛０分程度行ったら、コンプレッサ４３
を停止させると共に、純水ポンプ２１を駆動させる。す
ると純水タンク２２がら純水が送り出され、分岐点２６
に到達する。このとき脈動発生器２５は駆動していない
。また２つの弁２７．２８のうち前者は閉弁状態にあり
、後者は開弁状態にある。従って分岐点２６に到達した
純水は弁２８、合流点５３およびパイプ４１をそれぞれ
経て下部洗浄塔１２の受台１４の下方に流入される。

この流入された純水は下部ノズル５を経てチャンネルボ
ックス１２内に流入され、この後上部ノズルから上部洗
浄塔１３内に流入される。このときの純水の上昇速度は
、流量調節弁２４の作用により、粒子の沈降速度（ター
ミナルベロシティ）よりも例えばｌ／１００〜１／１０
程度と小さくなっている。従って純水はチャンネルボッ
クス２内を比較的ゆっくり上昇し、流動床が形成される
。

このため粒子は展開され、その全体の実質的に占める空
間が適宜に大きくなる。このとき粒子の一部がチャンネ
ルボックス２の上部ノズルから流出された場合には、こ
れは仕切板１６の上に堆積され、下部洗浄塔１２とチャ
ンネノーレボックス２の間に形成された空間に流入する
のを防止される。一方燃料ピン４の外面から剥離されて
チャンネルボックス２内に滞留しているクラッドやスケ
ールは、純水と共に上昇する。

純水およびこれと共に上昇したクラッドやスケールは、
開弁状態にある弁５５、ハイドロクローン５７および→
ノ゛イレンザ５９をそれぞれ経て中レベル廃棄物タンク
６１に排出される。上ｄ１チ洗浄塔１３から排出された
純水等の放射線強度は、ガンマ線モニタ６２で測定され
る。燃料ピン４の外面から剥離されてチャンネルボック
ス２内に滞留していたクラッドやスケールの大部分が廃
棄物クンクロ１に排出されると、ガンマ線モニタ６２で
放射線強度が検出されなくなる。

ガンマ線モニタ６２で放射線強度が検出されなくなった
ら、純水ポンプ２１を停止させると共に、コンプレッサ
４３を駆動させる。すなわち純水の供給を１０〜５０分
程度行ったら、純水ポンプ２１を停止させ、エアの供給
を再び開始する。このようにしてエアの供給によるクラ
ッドやスケールの剥離工程と純水の供給によるクラッド
やスケールの排出工程を、ガンマ線モニタ６２で測定さ
れる放射線最大強度が十分低下するまで、数回交互に行
う。

ガンマ線モニタ６２で測定される放射線最大強度が十分
低下したら、流量調節弁２４の作用により純水の上昇速
度を粒子の沈降速度よりも大きくする。このとき脈動発
生器２５を駆動させる。脈動発生器２５は、ダイヤプラ
ムポンプ等からなっており、純水に脈動を与える。純水
に脈動を与えるのは、粒子がチャンネルボックス２内に
おいて詰まるのを防止するためである。純水の上昇速度
は粒子の沈降速度よりも大きいので、粒子は純水と共に
上昇する。この上昇した純水および粒子は、開弁状態に
ある弁５５を経てハイドロクローン５７に流入され、分
離される。この後純水はサイレンサ５９を経てサージタ
ンク６１に排出される。

一方粒子は粒子タンク３３に排出され、再使用される。

ハイドロクローン５７から粒子が排出されなくなったら
、このタイミングで弁２８および５５が開弁されると共
に、弁２７および３２が開弁される。また下部洗浄塔１
２の下部に設けられた弁６３が開弁される。このとき弁
３１は閉弁状態にある。従って糸・１水タンク３３から
送り出された純水は、脈動しながら、弁２７．３２およ
び分岐点５４をそれぞれ経て上部洗浄塔１３内に流入さ
れる。この流入された純水は、脈動しながらチャンネル
ボックス２内を上方から下方に向かって流れ、この抜弁
６３および合流点５６をそれぞれ経てハイドロクローン
５７に流入される。これによりチャンネルボックス２内
から粒子は完全に排出されることとなる。

粒子の排出が終了したら、純水ポンプ２１を停止させる
。この後上部洗浄塔Ｉ３を下部洗浄塔１２から外し、次
いで燃料集合体１を下部洗浄塔１２から取り出す。一方
廃棄物タンク６１に収納されたクラッドやスケールは、
排出ポンプ６４によって、廃棄物地下貯蔵設備、廃粉末
樹脂貯蔵タンクあるいは廃スラツジ貯蔵タンク等に送ら
れて貯蔵される。あるいはクラッドやスケールを廃棄物
タンク６１から抜いて遮蔽容器に詰め、サイトバンカー
に送って貯蔵するようにしてもよい。

粒子タンク３３に回収された粒子の汚染度合がある程度
になったら、弁３８を閉弁状態にすると共に弁３９を閉
弁状態にし、この状態で粒子ポンプ３４を駆動させる。

すると粒子タンク３３から送り出された粒子は、弁３９
、合流点５８および→ノイレンザ５９をそれぞれ経て廃
棄物タンク６１に排出される。この排出された粒子は、
」二連したクラッドやスケールと同じように、廃棄物地
下貯蔵タンク等に送られて貯蔵される。ガンマ線モニタ
を粒子タンク３３に設ければ、粒子の汚染状態やたまり
具合を検出することができる。またガンマ線モニタをハ
イドロクローン５７に設ければ、その汚染状態を検出す
ることもできる。

なお上記実施例では１つの洗浄塔で１つの燃料集合体の
洗浄を行っているが、洗浄塔の内部を複数に仕切り、複
数の燃料集合体を一度に洗浄するようにしてもよいこと
はもちろんである。

ところで燃料集合体の定期点検は年１回実施されている
。そこでこのような定期点検が行われるときに、その日
程や作業に悪影響を及ぼさないようにして、上述したよ
うなりラッドやスケールの除去を行うことｂできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、燃料集合体のチャ
ンオ、ルボックスを外すことなく燃料ピンに付着してい
るクラッドやスケ一ルを除去することができるので、作
業時間が比較的短くてすむ。

またチャンネルボックス内に充填した粒子で燃料ピンの
外面をこすっているので、すべての燃料ピンを良好に洗
浄することができる。また粒子、エアおよび純水の供排
を制御するだけでよいので、装置の構成が比較的簡単で
あり、またその操作も比較的単純であり、従って信頼性
の高い装置を作ることができる。また粒子、エアおよび
純水の供排をリモート操作することも容易である。また
粒子、エアおよび純水を管路を介して供排しているので
、汚染の広がりがなく、また燃料プールを汚染すること
もない。更に粒子で配管系を洗浄することができるので
、配管系を汚染することもない。

またクラッドやスケールと粒子とを分離しているので、
粒子の再使用を容易に図ることができる。

またクラッドやスケールを粒子と分離して集めることが
できるので、減容性がよく、またその安定化や固化等の
処理を容易に行うことができ、更に貯蔵スペースも小さ
くてすむ。更に粒子を回収しているので、燃料集合体に
悪影響を及ばずことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉における燃料集合体の一例を示
す一部省略正面図、第２図は第１図の■−ｎ線に沿う横
断平面図、第３図は本発明の一実施例を説明するために
示す概略系統図である。 １・・・・・・燃料集合体、 ２・・・・・・チャンネルボックス、 ４・・・・・・燃料ピン、　１１・・・・・・洗浄塔、
１２・・・・・・下部洗浄塔、 １３・・・・・・上部洗浄塔、 ２２・・・・・・純水タンク、 ２５・・・・・脈動発生器、 ３３・・・・・・粒子タンク、 ４３・・・・・・コンプレッサ、 ５７・・・・・ハイドロクローン、 ６１・・・・・廃棄物タンク、 ６２・・・・・ガンマ線モニタ。 出　願　人　日本原子力事業株式会社 代　理　人　弁理士　山　内　梅　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、炉心から取り出した燃料集合体を燃料プール内に液
   密に配置された洗浄塔の内部に垂直にして収納し、燃料
   集合体のチャンネルボックス内において詰まらない程度
   の大きさで純水よりも比重の大きい粒子をチャンネルボ
   ックス内に水流動スラリの状態で充填し、チャンネルボ
   ックスの下部からエアを吹き込んで粒子を上下に振動さ
   せ、これにより粒子を燃料ピンの外面とこすり合わせて
   該外面に付着しているクラッドやスケールを掻き落し、
   この後チャンネルボックスの下部から純水を辻較的低速
   で流入させ、これにより流動床を形成すると共に、前記
   掻き落されたクラットやスケールを純水と共にチャンネ
   ルボックスの上部から排出させ、この後純水の流速を上
   げて粒子をチャンネルボックスの上部から排出させるこ
   とを特徴とする燃料ピン洗浄方法。 ２、チャンネルボックスの上部から排出される、クラッ
   ドやスケールあるいは粒子を含む純水をハイドロクロー
   ンに送り込み、これにより粒子を回収して再使用を図る
   と共に、純水およびクラッドやスケールを廃棄物タンク
   に排出させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の燃料ピン洗浄方法。