JPS6318720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料棒内に封入したタグガスを検出す
ることによつて破損燃料の位置を検出する装置に
関する。

一般に原子炉にはFFDと称される破損燃料検
出装置が設けられており、燃料の破損によつてカ
バーガス中に洩出する核分裂生成物を検出し、燃
料の破損を検知するように構成されている。ま
た、このFFDとともにFFDLと称される破損燃料
位置検出装置が設けられている。この破損燃料位
置検出装置は破損した燃料の位置を検出するもの
であつて、たとえば高速増殖炉ではタグガスを用
いるものが多く用いられている。このタグガスは
それぞれ同位元素の比率の異なるものをあらかじ
め燃料棒内に封入しておき、燃料が破損してカバ
ーガス中に漏出したタグガスを分析することによ
りどの位置の燃料が破損したかを検出するもの
で、タグガスとしてはクリプトン、キセノン等が
多く用いられている。しかし、上記カバーガス中
に漏出するタグガスの濃度は極めて低いため、現
在の分析装置ではこのカバーガス中に含まれるタ
グガスを直接分析することはできない。このた
め、タグガスの濃度を分析装置で分析できる程度
まで濃縮する必要がある。このタグガスを濃縮す
る装置としては活性炭等の吸着剤を液体窒素等で
冷却し、この吸着剤にカバーガスを流して含まれ
ているタグガスを吸着させ、タグガスの吸着が終
了したらこの吸着剤を300℃程度まで加熱し、吸
着されているタグガスを放出させて濃縮するもの
がある。しかし、このようなもの装置たとえば活
性炭吸着塔が極低温から300℃の高温まで加熱さ
れるため熱疲労によつて破損する不具合があり、
またタグガスを濃縮するためには他のガスと区別
して選択的に吸着、放出させねばならず、この吸
着、放出の条件の制御が面倒で操作が複雑となる
不具合があつた。また活性炭等の吸着剤は使用中
に劣化するため、その保守、交換等が面倒であつ
た。

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは耐久性が大であると
ともに操作が簡単であり、また保守等も容易な破
損燃料位置検出装置を得ることにある。

以下本発明を図面に示す一実施例にしたがつて
説明する。この一実施例はナトリウム冷却形高速
増殖炉の破損燃料位置検出装置であつて、図中１
は炉容器、２は炉心、３は液体ナトリウム、４は
カバーガス空間である。そして、このカバーガス
空間４にはカバーガスとしてアルゴンが封入され
ている。また、上記炉心２に装荷されている燃料
集合体の燃料棒（図示せず）内にはあらかじめタ
グガスとしてそれぞれ同位元素の組成の異なるク
リプトンおよびキセノンが封入されている。そし
て、このカバーガス空間４内のカバーガスは配管
５，６を介してカバーガス浄化装置７に送られ、
このカバーガス浄化装置７で浄化されたのち配管
８を介して上記カバーガス空間４に戻されるよう
に構成されている。そして、上記配管５，６の途
中には本発明の破損燃料位置検出装置９が設けら
れている。１０はその冷却塔であつて、この冷却
塔１０内には冷媒供給管１１を介して冷媒たとえ
ば液体酸素１２が供給されるように構成されてい
る。そしてこの冷却塔１０内に供給された液体酸
素１２はこの冷却塔１０内で蒸発し、この冷却塔
１０内を液体酸素１２の蒸発温度である−183℃
に維持するように構成されている。なお、蒸発し
た酸素は冷媒ガス出口管１３を介して排出され、
また余分な液体酸素１２は冷媒オーバーフロー管
１４を介して流出するように構成されている。ま
た、この冷却塔１０の底部には冷媒ドレン管１５
が接続されている。なお、上記冷媒供給管１１、
冷媒オーバーフロー管１４、冷媒ガス出口管１３
および冷媒ドレン管１５にはそれぞれ開閉弁１
６，１７，１８，１９が設けられている。そし
て、上記冷却塔１０内にはカバーガス間熱交換器
２０、カバーガス・冷媒間熱交換器２１および凝
縮ガス貯溜タンク２２が設けられ、カバーガス・
冷媒間熱交換器２１および凝縮ガス貯溜タンク２
２は液体酸素１２中に浸漬されている。そして、
上記カバーガス間熱交換器２０、カバーガス・冷
媒間熱交換器２１および凝縮ガス貯溜タンク２２
は一連のカバーガス流通管２３…で接続されてお
り、カバーガスはカバーガス間熱交換器２０の二
次側を通つてカバーガス・冷媒間熱交換器２１に
流れ、このカバーガス・冷媒間熱交換器２１で冷
媒である液体酸素１２によつてその沸点である−
183℃程度まで冷却され、このカバーガス中に含
まれているタグガスすなわちクリプトンおよびキ
セノンが凝縮され、この凝縮されたタグガスは凝
縮ガス貯溜タンク２２内に貯溜してカバーガスか
ら分離されるように構成されている。また残りの
カバーガスはこの凝縮ガス貯溜タンク２２からカ
バーガス間熱交換器２０の一次側に送られ、送ら
れて来るカバーガスの予冷をなすように構成され
ている。そして、前記炉容器１内のカバーガスを
カバーガス浄化装置７に送る配管５，６の途中に
は開閉弁２４が設けられており、この開閉弁２４
の上流側の配管５から分岐して分岐流入管２５が
設けられ、この分岐流入管２５は上記冷却塔１０
のカバーガス流通管２３…の流入側に接続され、
またこのカバーガス流通管２３…の流出側には分
岐流出管２６が接続され、この分岐流出管２６は
上記開閉弁２４の下流側の配管６に分岐接続され
ている。そして、上記分岐流入管２５の途中には
開閉弁２７，２８およびフイルタ３０が設けら
れ、また分岐流出管２６の途中には開閉弁３１，
３２およびポンプ３３が設けられている。また、
前記冷媒ドレン管１５から分岐して加熱ガス供給
管３４が接続され、この加熱ガス供給管３４の途
中には供給されるガスを加熱するガス加熱ヒータ
３５が設けられ、またこのガス加熱ヒータ３５の
下流側には開閉弁３６が設けられている。また、
上記の分岐流入管２５にはパージガス供給管３７
が接続され、このパージガス供給管３７から上記
カバーガス流通管２３…を介して凝縮ガス貯溜タ
ンク２２内にパージガスを供給するように構成さ
れている。なお３８は開閉弁である。また、３９
は前記タグガスを分析する分析装置である。そし
てこの分析装置３９には分離ガス供給管４０が接
続され、この分離ガス供給管４０は分岐流出管２
６に分岐接続されている。そしてこの分離ガス供
給管４０の途中にはポンプ４１およびタンク４２
が設けられ、またこれらの間にはそれぞれ開閉弁
４３，４４，４５が設けられている。

以上の如く構成された本発明の一実施例は、通
常の運転時には炉容器１からカバーガス浄化装置
７にカバーガスを送る配管５，６の途中の開閉弁
２４を開弁し、また分岐流入管２５および分岐流
出管２６の開閉弁２７，３２をそれぞれ閉弁して
おく。したがつてカバーガスは炉容器１のカバー
ガス空間４からカバーガス浄化装置７に送られ、
このカバーガス浄化装置７で浄化されたカバーガ
スは配管８を介して炉容器１のカバーガス空間４
に戻され、この経路を循環する。そして、燃料の
被覆管が破損したような場合には内部の核分裂生
成物およびタグガスがカバーガス中に漏出する。
そして、上記カバーガスの循環経路に設けられた
破損燃料検出装置（図示せず）によつてカバーガ
ス中の核分裂生成物が検出され、燃料が破損した
ことが検出される。そして、この破損燃料検出装
置からの信号によつて本発明の破損燃料位置検出
装置が作動し、まず配管５，６の途中の開閉弁２
４が閉弁するとともに分岐流入管２５および分岐
流出管２６の開閉弁２７，３２が開弁し、また分
岐流出管２６のポンプ３３が起動する。したがつ
て炉容器１内のカバーガスは分岐流入管２５に流
入し、フイルタ３０で過されたのち冷却塔１０
のカバーガス流通管２３…内に流入する。そして
このカバーガスはカバーガス間熱交換器２０で予
冷されたのちカバーガス・冷媒間熱交換器２１で
冷却される。この場合、この冷却塔１０では冷媒
として液体酸素１２を使用しているので、その冷
却温度は液体酸素１２の沸点である−183℃とな
る。これに対してカバーガスとして使用されてい
るアルゴンの沸点は約−186℃で上記冷却温度よ
り低く、またタグガスとして用いられているクリ
プトンおよびキセノンの沸点はそれぞれ−153℃，
−107℃で上記の冷却温度より高い。したがつて
カバーガスは凝縮はしないがこのカバーガス中に
含まれたタグガスは凝縮され、凝縮ガス貯溜タン
ク２２内に貯溜される。そして、タグガスが分離
されたカバーガスはこの凝縮ガス貯溜タンク２２
からカバーガス間熱交換器２０を通り、ポンプ３
３によつて分岐流出管２６を介して配管６に戻さ
れる。なお、上記液体酸素１２は冷媒供給管１１
から冷却塔１０内に供給され、気化したガスは冷
媒ガス出口管１３から排出され、また余分な冷媒
はオーバーフロー管１４から排出されるように構
成されている。そして、凝縮ガス貯溜タンク２２
内に所定量のタグガスが溜つたら分岐流入管２５
の開閉弁２７，２８および分岐流出管２６の開閉
弁３１，３２を閉弁するとともに配管５，６の途
中の開閉弁２４を開弁し、この冷却塔１０へのカ
バーガスの流通を停止する。次に冷媒供給管１１
の開閉弁１６を閉弁して液体酸素１２の供給を停
止するとともに冷媒ドレン管１５の開閉弁１９を
開弁して冷却塔１０内の液体酸素１２を排出す
る。そして、この液体酸素１２の排出が終了した
ら加熱ガス供給管３４の開閉弁３６を開弁すると
ともにガス加熱ヒータ３５を発熱させ、冷却塔１
０内に加熱ガスを供給する。なお、供給された加
熱ガスは冷媒ガス出口管１３から排出される。ま
た、これとともにパージガス供給管３７の開閉弁
３８を開弁してパージガスを供給するとともに分
離ガス供給管４０の開閉弁４３，４４を開弁する
とともにポンプ４１を起動する。したがつて凝縮
ガス貯溜タンク２２内に貯溜されているタグガス
は冷却塔１０内に供給される加熱ガスによつて加
熱されて気化し、パージガス供給管３７からカバ
ーガス流通管２３を介してこの凝縮ガス貯溜タン
ク２２内に供給されるパージガスとともに分離ガ
ス供給管４０に送られ、ポンプ４１によつてタン
ク４２内に一時的に貯えられる。そしてこのタン
ク４２内に所定量のガスが貯えられたら開閉弁４
５を開弁してタグガスとパージガスの混合ガスを
分析装置３９に送り、この分析装置３９でタグガ
スを分析し、その結果から破損燃料を同定する。
そしてこの一実施例のものは従来の如き活性炭等
の吸着剤を使用しなくてもよく、また凝縮ガス貯
溜タンク２２の加熱温度は内部の液化したタグガ
スを気化するに必要な低い温度でよく、熱応力が
小さくてすみ装置の耐久性が大である。また、こ
のものはタグガスを含んだカバーガスをタグガス
とカバーガスの沸点の間の温度まで冷却するの
で、確実にタグガスのみが凝縮分離する。したが
つて従来の如く活性炭にタグガスおよび他のガス
を選択的に吸着、放出させるような必要はなく、
操作が容易である。また活性炭等の吸着剤を使用
しないので、その保守、交換等も不要であり、取
扱が容易である。また、特にこの一実施例ではカ
バーガスにアルゴンを用い、またタグガスとして
クリプトンおよびキセノンを使用し、冷却用の冷
媒としてこれらのカバーガスとタグガスの沸点と
の間に沸点がある液体酸素１２を用いたので、タ
グガスを含んだカバーガスをこのカバーガスとタ
グガスの沸点の間の温度まで確実に冷却すること
ができ、その温度制御が容易である。また、この
一実施例のものは加熱ガスを供給することによつ
て凝縮ガス貯溜タンク２２を加熱し、貯溜されて
いるタグガスを気化するのでこのタグガスを迅速
に次の工程である分析装置３９に送ることができ
る。また、この凝縮ガス貯溜タンク２２内にはパ
ージガスを供給し、タグガスをこのパージガスと
ともに分析装置３９に送るので、この凝縮ガス貯
溜タンク２２から分析装置３９に至る経路にタグ
ガスが残留することがなく、次の検査の精度が向
上する。

なお、本発明は上記の一実施例には限定されな
い。

たとえばカバーガス、タグガスおよび冷媒の種
類は必らずしも上記のものに限定されない。そし
てカバーガスの沸点がタグガスの沸点より高い場
合には逆にカバーガスを凝縮させてタグガスとカ
バーガスとを分離するようにしてもよい。

また凝縮ガス貯溜タンクを加熱する機構や凝縮
ガス貯溜タンク内にパージガスを供給する機構等
は必らずしも設けなくてもよい。

上述の如く本発明はタグガスを含んだカバーガ
スをこのカバーガスおよびタグガスの沸点の間の
温度まで冷却しタグガスあるいはカバーガスのい
ずれか一方のみを凝縮する冷却機構と、凝縮した
ガススを貯溜してカバーガスとタグガスとを分離
する凝縮ガス貯溜タンクと、分離されたタグガス
を分析する分析装置とを具備したものである。し
たがつて活性炭等の吸着剤を用いることなくタグ
ガスを分離濃縮できる。したがつて従来の如くタ
グガスと他のガスを吸着剤に選択的に吸着、放出
させるような複雑な操作は必要なく、操作が容易
である。また、吸着剤を用いた場合のようにこれ
を高温に加熱する必要はなく、装置に生じる熱応
力が小さくてすみ、耐久性が大であるとともに吸
着剤の保守、交換等の必要もない等その効果は大
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体
の概略系統図、第２図は要部の系統図である。 １……炉容器、４……カバーガス空間、７……
カバーガス浄化装置、１０……冷却塔（冷却機
構）、１２……液体酸素（冷媒）、２１……カバー
ガス・冷媒間熱交換器、２２……凝縮ガス貯溜タ
ンク、３４……加熱ガス供給管、３５……ガス加
熱ヒータ、３７……パージガス供給管、３９……
分析装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉のカバーガスを抽出しこのカバーガス
   を燃料棒内に封入されたタグガスの沸点と上記カ
   バーガスの沸点との間の温度まで冷却し上記タグ
   ガスあるいはカバーガスのいずれか一方を凝縮す
   る冷却機構と、凝縮されたガスを分離貯溜する凝
   縮ガス貯溜タンクと、分離されたタグガスを分析
   する分析装置とを具備したことを特徴とする破損
   燃料位置検出装置。 ２ 前記カバーガスにはアルゴンが使用され、ま
   た前記タグガスにはクリプトンおよびキセノンが
   使用されるとともに前記冷却機構は液体酸素を冷
   媒として使用し上記タグガスを含んだカバーガス
   を液体酸素の沸点まで冷却して上記タグガスのみ
   を凝縮して前記凝縮ガス貯溜タンク内に貯溜する
   ものであることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項記載の破損燃料位置検出装置。 ３ 前記冷却機構には前記凝縮ガス貯溜タンク内
   に貯溜されたタグガスを加熱して気化する加熱機
   構が設けられ、また上記凝縮ガス貯溜タンクには
   この内部にパージガスを供給して気化したタグガ
   スをこのパージガスとともに前記分析装置に送る
   パージガス供給管が接続されていることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第２項記載の破損熱料位
   置検出装置。