JPS6243539A - 核燃料棒の水分含有量測定方法及び装置 - 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】 １１へ１１ 本発明は原子力発電技術に関し１．特に核燃料棒に関す
るものである。核燃料棒は、ジルカロイ合金又はステン
レス鋼製の被覆管を含んでおり、この被覆管内には、典
型的にはｕＯ２からなる複数の核燃料ペレットが積み重
ねたりその他の仕方で配置されている。このような燃料
棒に課せられる要件、特にこれ等の燃料棒が沸臆水形原
子炉（［１ＷＲ）で用いられる場合に課せられる要件は
、燃料棒内の水分含有量を最小値に維持する必要がある
点である。典型例として長さが約１２ｆｔ（３，６６ｍ
）である燃料棒の場合、水分含有量の限界は６１１２で
あるが、成る仕様では、この限界を１２ａ＋ｙに設定す
る場合もある。燃料棒内に装填されるペレットの水分含
有量は既知であり、製造される燃料棒の水分含有量は、
個々のペレットの水分含有量データから計算で求めるこ
とができる。この水分含有量は、上記設定限界を越えて
おり、従って、水分含有量を所要の仕様値に減少するた
めに、低圧力で乾燥炉内で燃料棒を処理する必要がある
。各燃料棒は一端に、典型例として約０．０３０ｉｎ（
約０．０７８ｃｍ＞径の開口を有しており、上記の処理
中、水分はこの開口を通って逃げる。上記処理後に行わ
れるか又は処理中に行われる残留水分含有量の測定に当
たっては、各燃料棒から除去された水分の質重を測定す
ることが必要である。残留水分含有量は、各燃料棒のペ
レットにおける水分含有量に基いて計算により求められ
た大きさから、測定した水分重量を減算することにより
求められる。

本発明以前においては、複数、通例は非常に多数の燃料
棒の各々における水分含有量を測定するのに便利なもし
くは実際的な方法或は装置は存在していなかった。従っ
て、本発明の１つの目的は、乾燥炉内での処理中もしく
は処理後、複数の核燃料棒の各々における水分含有量を
高い信頼性をもって測定することにある。特に、本発明
の目的は、この測定を実施するためのオンライン方法及
び装置、言い換えるならば、燃料棒の処理中、燃料棒を
乾燥炉から取り出すことなく使用することができる方法
及び装置を提供することにある。

ｌ弧へ」ｌ 燃料棒は、所定時間、２００℃〜２５０℃で、典型的に
は５〜２０ミクロンに排気されている乾燥炉内で処理さ
れる。処理時間の長さは、乾燥炉の構造に依存する。典
型例においては、時間の長さは約６時間である０本発明
によれば、ランダムに選択された１本の燃料棒から放出
される水分蒸発気は、乾燥炉中における圧力と同じ圧力
にある通路を介して収り出されて凝縮される。このサン
プル採取プロセスには幾本かの無選択的に選ばれた燃料
棒を用いることもできよう０次いで、凝縮水分の重量を
測定する。この測定されたｆｆ１１と計算で求められた
重量との間の差が、１本の燃料棒内の水分の残留重量で
ある。処理中１本の燃料棒内の水分を収電して、その重
さを、反復的な増分量として経つ返し求める。各増分量
を計量して、最後の増分量の重量が現在求められている
増分量の重量よりも所定の小量（典型的には≦１　ｍｇ
）だけ小さい場合には、処理は完了する。この１本の燃
料棒は他の燃料棒と同じ圧力及び同じ温度で処理される
ので、他の燃料棒における残留蒸気は、上記１本の燃料
棒内の残留蒸気に等しい、この同等性は、他の燃料棒に
おける水分の広汎な個別的比較測定により検証されてい
る。１本の燃料棒内の測定された残留水分が仕様値より
も大きい場合には、全ての燃料棒に対する処理サイクル
を、該仕様値に達するまで繰り返す、このサイクルを反
復的に実施して、冷却トラップにより捕捉された水分が
明らかに完全に除去されてしまうことを確実にする。

本発明による装置は、乾燥炉と該乾燥炉のための排気手
段とを備えており、該排気手段は、乾燥炉に直接接続さ
れた主通路に加えて、冷却ｌ・ラップを介し乾燥炉内の
１本の燃料棒に接続されている分岐もしくは補助排気通
路を有する。冷却トラップを排気手段から分離し且つ該
冷却トラップを１本の燃料棒から分離するための弁が設
けられる。

冷却トラップは、別の弁を介して水分収集器もしくはコ
レクタに接続されると共に、更に別の弁を介して窒素供
給源に接続され゛る。冷却トラップは、典型的には、液
体窒素である液化ガスにより冷却される。

本発明による方法の実施に当たっては、乾燥炉の温度を
所望の値まで上昇させ、排気手段を作動させた場合、主
通路を介し乾燥炉を、そして分岐排気通路を介し１本の
燃料棒を同じ圧力に排気する。この時点で、冷却トラッ
プと水分コレクタとの間の弁を閏じる。１本の燃料棒内
の空気及び水分は、分岐排気通路及び冷却ｌ・ラップを
介して排出される。冷却トラップは、水分を凝縮するよ
うに液体窒素内に維持される。乾燥炉が所要の圧力まで
排気されて、所要の期間中所要の圧力及び温度に維持さ
れた後に、冷却トラップと乾燥炉との間の弁及び冷却）
・ラップと粗引きポンプとの間の弁を閑じることにより
冷却トラップを隔離する。

冷却トラップから液化ガスを除去し、冷却トラップと水
分コレクタとの間の弁を開いて、窒素のような非反応性
ガスの流れを冷却トラップに通し、それにより冷却トラ
ップ内の凝縮された水分を排出してコレクタ内に集める
９次いで、収集された蒸気のｆｆ１ｆｆｉを測定するこ
とができる。既述のように、水分は反復的増分型で冷却
トラップ及び水分コレクタを介して処理され、該増分量
が計旦されてその重さが比較される。

本発明の構成及びその作動方法並びに付加的な目的及び
利点に関し一層明確な理解を得るために、本発明による
方法の実施に用いられる本発明の装置の概略図である添
付図面を参照し以下に詳細に説明する。

ゝをニー　　の１日 図に示した装置は、該燃料棒を乾燥するための電気的に
加熱される乾燥炉１１を備えている。典型的な乾燥炉は
、約４４本の燃料棒を処理する容１を有している。乾燥
炉は真空もしくは減圧を保持することができるように気
密性である。乾燥炉は、圧力を逃がすための圧力安全弁
１３を備えている。

乾燥炉は、乾燥炉に沿い軸方向に延在する多数の別々に
加熱される領域（図示せず）に分割された加熱コイル（
図示せず）により加熱される。典型例として、６つの領
域を設けることができ、これ等の領域は（図で見て）乾
燥炉の左端から右端に向かい１〜６の番号で識別しうる
。温度を測定するために、乾燥炉１１内には熱電対１５
が配置されている。

乾燥炉を排気するために、装置は、排気手段として粗引
きポンプ１フ、ベーンポンプもしくは分子ポンプ１９及
びターボポンプ２０を備えている。また、排気手段は、
軸煉炉内に延びるボート（接続手段）２３を有する主排
気通路２１を含んでいる。真空プローブもしくはｌ・ラ
ンスジューサ２４がターボポンプ２０と通路２１との間
に介設されている。また、通路２１にはボート２３の近
傍でも真空プローブもしくはトランスジューサ２６が設
けられている。更に、排気手段には、補助もしくは分岐
排気通路２５が存在する。粗引きポンプ１７と主通路２
１との間には弁Ａが介設されている０通路２１にはベー
ンポンプ１９とボート２３との間に弁Ｂが介設されてい
る０分岐排気通路２５は、サンプル燃料棒として燃料棒
２９の内の１つの燃料棒に対する接続を行うための真空
カップリング（接続手段）２フを備えている。所望なら
ば、幾本かのサンプル燃料棒に対する接続のための付加
的なカップリング又は付加的な分岐排気通路を設けるこ
とができる。燃料棒２９は、燃料棒内の水分が分岐排気
通路内に逃げることができるように、その間口３１で分
岐排気通路と連通関係に接続されている０分岐排気通路
２５は、冷却ｌ・ラップ（水分蒸発気凝縮手段）３３を
備えている０分岐排気通路２５には、該冷却トラップの
両側に弁Ｋ及びＬが設けられており、それにより、冷却
トラップ３３を、分岐排気通路の他の部分に影響を与え
ることなく該分岐排気通路から取り外すことができるよ
うになっている。

冷却トラップ３３は、液体窒素ジュワー３５内に浸漬さ
れている０分岐排気通路２５を介し、燃料棒２９は冷却
トラップ３３を経て排気される。燃料棒２９と冷却トラ
ップ３３との間で分岐排気通路２５には弁Ｅが介設され
ている。また、ポンプ１９と冷却トラップ３３との間に
は弁Ｇが介設されている。燃料棒２９から遠隔の端部で
、分岐排気通路２５は弁Ｆを介して水分コレクタ（水分
測定手段）３７に接続されている。該水分コレクタ３フ
は、典型例として、過塩化マグネシウムを収容している
ビンとすることができる。燃料棒２９と冷却トラップ３
３との間で、分岐排気通路２５は、弁Ｉ］を介して窒素
ガス供給源３９に接続されている。

燃料棒２９について水分の重量を測定し満足であること
が判明した後に、乾燥炉１１にヘリウムを逆充填して冷
却し、燃料棒を取り外すことができる。

この目的で、ヘリウム源４１が弁Ｊ、圧力ゲージ４３、
真空ゲージ４５及び弁りを介してボート２３に接続され
る。典型例において、弁Ａ〜Ｌは手動で操作可能なもの
である。しかし、遠隔制御可能なソレノイド弁の仕様も
本発明の均等物の範囲内に入る。

本発明の実施において、冷却トラップ３３は分岐排気通
路２５に接続され、弁Ｋ及びＬは開かれる。

次いで以下に述べる手順が実行される。

１、乾燥炉１１に通気を行ったことを確かめる。

乾燥炉の装入ドアを開き、燃料棒２９をその場所に設置
し、他の燃料棒（図示せず）をそれぞれの場所に設置す
る。

２゜開［１３１を有している燃料棒２９の端部を真空カ
ップリング２７に接続して、弁Ｅを閏じる。

３、真空トランスジューサ（センサ）２６を、乾燥炉１
１内の真空度を監視するように接続する。

４、弁Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｊを閉じ、弁Ｅは閑じ
た状態に留める。弁Ｋ及びＬは開く、弁Ｅ、Ｆ、Ｇ及び
Ｈが閉じているので、弁Ｋ及びＬのこの設定は影響を勺
えない。

５、粗引きポンプ１７を起動し、弁Ａを開く。

６、ジュワー３５に液体窒素を充填する。

７、ターボポンプ２０及びベーンポンプ１９を起動し、
弁Ｂ及びＧを開く、ターボポンプ及びベーンポンプは１
単位として共に作動する。即ちベーンポンプにより成る
真空が発生された後に、ターボポンプが作動状態になる
。

８゜冷却ｌ・ラップ３３を窒素で掃気するために短い時
間、典型的には１分間弁Ｈを部分的に開く。

９、弁１−１を閑じ、次いで弁Ｇを閑じる。

１０工乾燥炉１１内の真空が、例えば、１６０ミクロン
に達した時に、乾燥炉のヒータをオンに切り換える。

１１、トランスジューサ２６を切り離し、ｌ・ランスジ
ューサ２４を接続する。

１２、真空ゲージくトランスジューサ２４）を監視しな
がら弁Ｇをゆっくりと開く、真空をｌ・ランスジューサ
２４により測定して１００〜１５０ミクロンに維持しな
がら、弁Ｇが完全に開くまで弁Ｇを開き続ける。

１３、弁Ａを開いた状態に留め、弁Ｂを閉じる。

トランスジューサ２４を切り離し１〜ランスジユーサ２
６を接続する。

１４、粗引きポンプ１７をオフに切り換える。この時点
では、乾燥炉内の真空度は急速に約２５ミクロンに降下
しているべきである。

１５、乾燥炉の温度を監視する。

１６、温度領域２及び５（図示せず）が１５０〜１７５
℃に達した時に、これ等の領域をオフに切り換える。

温度領域３及び４が２００℃に達した時に全ての領域を
オフに切り換える。乾燥炉１１は良好に絶縁されており
、従って、乾燥炉内の温度は約２時間この温度に維持さ
れるか又はゆっくりと増加し続ける。

１７、冷却トラップ３３の両側の弁Ｋ及びＬを閉じる０
次いで、弁Ｇ及びＥを閏じる。

１８、液体窒素ジュワーを取り外す。

１９、コレクタ３７を分岐排気通路２５に接続し、そし
てコレクタの通気の目的で弁Ｍを開く０図において、弁
Ｍは開位置で示しである。コレクタを流れるガスは先ず
過塩素酸マグネシウムを通り、次いでコレクタの開いた
弁を流れる。

２０、弁Ｈを開き、弁Ｆを部分的に開いて、弁Ｆ及び分
岐排気通路２５における該弁の下流側における窒素の流
量が所定値、例えば４０ｃｃ／分に達するようにする。

２１、水分を例えば１時間コレクタ３７で収集し、次い
で弁Ｆを閉じる。コレクタの弁Ｍを閑じ、そしてコレク
タを計量する。

２２、前項１９及び２０で述べたように、コレクタ３７
を再接続し、３０分間、過塩化マグネシウムに水分を集
める０次いで、コレクタ３７を取り外し再び計量する。

この３０分間に亙る水分の収集及び針鼠を、先行の計量
と最後の計量との間の重量差が≦ＩＮになるまで繰り返
す。

取除かれた水分の重量は、除去された増分量の重Ｉの総
和である。この総和を水分の計算型■と比較する。残留
水分が所要型、即ち６Ｂよりも大きい場合には、上のサ
イクルを繰り返す、尚、本発明の実施において、上述の
測定サイクルの縁り返しが必要とされるような事態は起
こらなかったことを付記する。

この段階で、燃料棒を取り出すことができるように次ぎ
のような冷却プロセスを行う必要がある。

２３、弁Ｂを閑じた状態にし、ターボポンプ２０及びベ
ーンポンプ１９をオフに切り換える。

２４、ヘリウムビン４１を開き、圧力ゲージ４３を約０
．２５ｐｓｉに設定する。

２５、弁Ｊを開き次いで弁りを開く、ヘリウムの漏入に
伴ない、乾燥炉１１内の圧力を水銀柱的１ｉｎに調節す
る。

２６、乾燥炉１１を、約１２〜１４時間、ステップ２５
で設定した状態に留めておく。

２７、この期間後、温度が１００℃を越えている場合に
は、弁Ｊを■じ、■引きポンプ１７を起動し、弁Ａをチ
ェックして開いているか否かを判定する。

この弁Ａは開いていなければならない。

２８、乾燥炉内の真空が約１００ミクロンになるまで粗
引きポンプを作動する。弁Ａを（７）じ、■引きポンプ
１７をオフに切り換える。

２９、乾燥炉１１内の圧力が水銀柱１ｉｎに達するまで
弁Ｊを開く、そこで温度をチェックする。この段階２９
及び前の段階２８は掃気過程であり、これ等の段階もし
くはステップは炉内の温度が６１００℃となるまで繰り
返す。

３０、乾燥炉の温度が１００℃に等しいか又はそれより
も低くなった後に乾燥炉を開き、時間を記録し、燃料棒
を取り出し、できるだけ素早く一時的にキャップをする
。

３１、燃料棒を一度に数本、例えば５本ずつ、加圧／密
封溶接部のヂャンネルに転送し、該溶接部で燃料棒を所
望レベルに加圧し、次いで開口３１を密封する。

以上、本発明の好ましい実施例及び好ましい実施方法を
開示したが、多くの変形もしくは変更が可能であること
は理解されよう、従って、本発明は、ここに開示した事
項に制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による方法を実施する際に使用される本発
明の装置を示す概要図である。 １１・・・乾燥炉　　　　　１７・・・粗引ポンプ１９
・・・ベーンポンプ　　２０・・・ターボポンプ２１・
・・主排気通路　　　２５・・・分岐排気通路２３・・
・ボー１−　　（排気手段１）、１９．２０．２１を乾
燥炉に接続する接続手段） ２フ・・・真空カップリング（分岐排気通路を燃料棒に
接続する接続手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、複数の燃料ペレットを収容する被覆管を備え、各
   被覆管が水分蒸発気が逃げるための開口を有している複
   数の核燃料棒の各々における水分含有量を、乾燥炉、該
   乾燥炉に接続されて該乾燥炉を排気するための排気手段
   、及び水分蒸発気凝縮手段を備えている装置を用いて測
   定する方法において、所定時間前記乾燥炉内の前記燃料
   棒を所定温度に加熱し、前記燃料棒の加熱中、前記排気
   手段で前記乾燥炉を排気し、前記排気手段を、前記水分
   蒸発気凝縮手段を介して少なくとも１つのランダムに選
   択された燃料棒に接続して前記水分蒸発気凝縮手段内で
   前記水分蒸発気を凝縮し、前記１つの燃料棒を前記排気
   手段及び前記乾燥炉により他の燃料棒と同じ圧力に維持
   し、次いで前記水分蒸発気凝縮手段内で凝縮された水分
   を蒸発し、凝縮された水分の量を測定する、核燃料棒の
   水分含有量測定方法。 ２）、複数の燃料ペレットを収容する被覆管を備え、各
   被覆管が水分蒸発気を放出するための開口を備えている
   複数の核燃料棒の各々における水分含有量を測定するた
   めの装置において、前記複数の核燃料棒が処理のために
   配置される乾燥炉と、排気手段と、前記乾燥炉を排気す
   るために前記排気手段を前記乾燥炉に接続するための接
   続手段とを備え、前記排気手段は、分岐排気通路と、水
   分蒸発気凝縮手段と、前記分岐排気通路に接続されて該
   分岐排気通路を、前記水分蒸発気凝縮手段を介して前記
   燃料棒の内の少なくとも１つのランダムに選択された燃
   料棒に接続するための接続手段と、凝縮された水分を測
   定するために前記水分蒸発気凝縮手段に接続された水分
   測定手段とを備える、核燃料棒の水分含有量測定装置。