JP3605185B2 - 沸騰水形原子炉燃料集合体の異物フィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は原子炉燃料の異物フィルタに関し、特に沸騰水形原子炉の燃料集合体用の異物フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料集合体の長期運転によりおよび多数回の再装填により、単位燃料当たりのエネルギー出力を減少させこのために運転費用および効率を悪くするような運転状態が起きることが判明している。
【０００３】
原子炉の運転に関連した問題の一つに種々の寸法の異物が堆積することがあげられる。異物は建設中、運転中および修理中に発生するもので、例えば小さな締め具、金属クリップ、溶接スラグおよび小さなワイヤ片などである。原子炉の運転中、原子炉内に存在する異物は冷却水によって運ばれ、燃料集合体構成要素に衝突するおそれがある。この種の異物と燃料集合体の構成要素との反復的な相互作用により燃料集合体の構成要素には摩損が生じることがある。或る種の寸法の異物は、冷却水によって容易に燃料棒の底近くまで運ばれるので特に問題である。幾つかの異物は燃料棒と他の燃料集合体構成要素との間に引っ掛かる。このような異物は流動する冷却材の中で振動し、主に燃料棒の下端に衝突し、その個所で燃料被覆管を摩耗し損傷を生じさせる。この種の摩損は、燃料および核分裂生成物を冷却材中に漏出させ、燃料集合体の使用を早期に取り止めるか経費をかけて燃料棒を置換しなければならないような燃料破損の重大な原因になるものと認識されている。
【０００４】
このような異物の燃料棒への悪影響を防止するために、未照射核燃料を含んでいる新しい燃料集合体の製造中に一体形フィルタ機構を組み込むことが過去において既に試みられている。しかし最近では燃料集合体における使用済み核燃料の保護の問題が一層大きくなり、経費を大きくしている。新しい燃料集合体の製造中にこの集合体に異物防止体を組込むことは知られているが、異物防止体を備えていない使用済み燃料集合体に対してもこのような異物防止体を後から装備させることが望まれている。しかしながら典型的な沸騰水形原子炉の燃料集合体の物理的形状は、極めて高い経費をかけなければ使用済み燃料集合体に異物防止体を装備させることはできない。この理由は特に、（ａ）異物防止体を燃料集合体に組込む個所である下側タイプレートの形状と、（ｂ）燃料集合体を例えば水面下数フィートにおいて僅かに変更する必要があることにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、新しい燃料集合体並びに使用済み燃料集合体に対して、その燃料集合体あるいはそのデザインの改変あるいは変更を必要とせずに、燃料集合体の外側でその底の下に燃料集合体が載せられる燃料集合体サポートの内部に配置されるような異物フィルタを提供することにある。
【０００６】
更に本発明の課題は、取り外し、再利用および交換ができるような異物フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこれらの課題は、冷却材によって運ばれる異物をそれが燃料集合体の中に入り燃料棒被覆管を破損する前に捕獲するための燃料集合体サポートの中に挿入される異物フィルタであって、その燃料集合体サポートが燃料集合体を支える固定座および冷却材を燃料集合体サポートを貫流して燃料集合体まで通過させる流路を有しているものにおいて、異物フィルタがアダプタ、冷却材によって運ばれる異物を捕獲するフィルタ格子および一端がアダプタに取り付けられ他端でフィルタ格子を支える中空シェルを有し、アダプタが上側面に燃料集合体をフィルタの上に位置させる燃料集合体固定座を有し、下側面に燃料集合体サポートの流路の中にフィルタを配置させる下側座面を有し、アダプタに冷却材をフィルタから出して燃料集合体の中に入れる開口が形成されることによって解決される。
【０００８】
【実施例】
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１における沸騰水形原子炉の燃料集合体１０は、核燃料ペレットが詰められている細長い燃料棒１２を９本×９本の配列で有している。燃料棒１２は下側タイプレート１４と上側タイプレート１６との間に支持され、燃料集合体１０の全長にわたって燃料棒１２を中間で支持するスペーサ格子１８を貫通している。燃料棒１２の配列の中央における３本×３本の燃料棒に置き換えて内側ウォータチャネル１９が設けられている。これに対し外側ウォータチャネル１１は燃料棒１２およびスペーサ格子１８を取り巻いている。本発明は当業者において自明のように異なった形式の沸騰水形原子炉用燃料集合体あるいは図１に示されているものとは異なった燃料棒配列に対しても利用できる。入口ノズル１５は多重案内腕形の燃料集合体挿入ガイド１３によって包囲されている冷却材入口開口１７を有している。各燃料集合体は燃料集合体サポート３０の上に載置される。このサポート３０は下側炉心プレート２０によって横方向に支持され、制御棒案内管２１によって垂直方向に支持されている。
【００１０】
図２には図１の下側部分が拡大して示されている。燃料集合体サポート３０は流路３５を形成している外側壁３１、内側壁３２、冷却材入口オリフィス３３および燃料集合体サポート開口３４から成っている。原子炉の冷却材は冷却材入口オリフィス３３から入り、流路３５を通過し、図２に流れ矢印Ｆで示すように、燃料集合体１０の開口１７に入り込んで燃料集合体サポート３０から出る。燃料集合体１０は固定座３６に密接しており、これにより燃料集合体１０の冷却材入口開口１７を迂回する流れの発生が防止される。
【００１１】
以下本発明に基づく異物フィルタおよびその燃料集合体サポート内の配置について説明する。
【００１２】
図３には、燃料集合体１０の下側で燃料集合体サポート３０の中に挿入される異物フィルタ５０が示されている。この異物フィルタ５０は中空シェル５２の上側に取り付けられているアダプタ５１を有している。中空シェル５２はその下端を除いて横断面が半円形をしている。中空シェル５２は下端に延長部５３を有し、これはフィルタ格子５４の外周を取り囲んでいる。横断面が半円形の中空シェル５２の下端は斜めに形成されている。フィルタ格子５４は図３および図５に示すように横断面半円形の中空シェル５２の傾斜下端および延長部５３に取り付けられている。シェル５２には板ばね５５が形成されている。
【００１３】
図５は図３におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図で、ここには横断面半円形の中空シェル５２の内側壁が板ばね５５と共に示されている。フィルタ格子５４は構造的にリブ５６で補強されている。リブ５６はフィルタ格子５４の個々の部品の間隔を隔てる働きもしている。フィルタ格子５４およびリブ５６はシェル５２および延長部５３に取り付けられている。アダプタ５１は、燃料集合体サポート開口３４および固定座３６の形状および機能にそれぞれ対応する異物フィルタ開口５７および燃料集合体固定座５８を備える。下側座面５９は固定座３６に接触する下側タイプレート１４の部分の形状に対応して形成されている。
【００１４】
図７には、燃料集合体１０の下側の燃料集合体サポート３０の流路３５の中に置かれた異物フィルタ５０が示されている。下側座面５９は燃料集合体サポート３０の固定座３６に密着している。燃料集合体１０の入口ノズル１５は異物フィルタ開口５７の中に置かれ、アダプタ５１の燃料集合体固定座５８に接触している。このようにして冷却材は入口オリフィス３３の中に入り込み、流路３５を通過し、フィルタ格子５４を通って流れ、そこで異物が濾過して除去され、その後で燃料集合体１０の入口開口１７の中に流入する。
【００１５】
燃料集合体サポート３０の中に異物フィルタ５０を組み込むことにより、炉心内における燃料集合体１０の反応部分の位置が上昇する。その上昇の大きさはアダプタ５１の高さによって決定される。図３〜図８に示されている実施例の場合、燃料集合体の高さは約３／４インチより小さく上昇するだけであり、これは所望によって炉心の設計および燃料集合体の中に完全に挿入されたときの制御棒の位置に関係して変更できる。制御棒の反応部分はそれが完全に挿入されたときに、システム構成要素の通常の公差および燃料の熱と放射に基づいて生ずる成長を考慮に入れて、反応燃料領域のほぼ頂点まで延びなければならない。
【００１６】
原子炉の運転中において異物フィルタ５０は燃料集合体１０の重量によって流路３５の中に保たれる。板ばね５５は流路３５の中における内側壁３２の裏側の上端にある凹所３７（図７参照）に係合し、燃料交換中あるいは他の燃料取扱作業中に燃料集合体が持ち上げられるとき、流路３５の中に異物フィルタ５０を保持する働きをする。異物フィルタ５０は取り外されるか、あるいは所望に応じてもし一体形異物フィルタが組み込まれている新しい燃料集合体が設置される場合にはそのまま残される。
【００１７】
図３〜図８に示されているフィルタ格子５４は米国特許第５０３０４１２号明細書に記載されている形式となっているが、フィルタ格子５４は孔明き金属板、金網、粗目スクリーンなどから作ることもでき、他の種々のデザインを施すこともできる。
【００１８】
以上本発明の有利な実施例について図示し説明したが、本発明は勿論当業者において、本発明の技術思想から逸脱することなしに種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に基づいて燃料集合体サポートの上に配置され横方向に支持されている沸騰水形原子炉燃料集合体の断面図。
【図２】図１における燃料集合体の下部、サポートおよび炉心支持プレートの拡大断面図。
【図３】図１および図２の燃料集合体サポートの中に挿入するための本発明に基づく異物フィルタの一部破断側面図。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った異物フィルタの平面図。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。
【図７】本発明に基づいて燃料集合体の直下にある燃料集合体サポートの中に異物フィルタが配置されている燃料集合体の下部の断面図。
【図８】図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体
１２ 燃料棒
３０ 燃料集合体サポート
５０ 異物フィルタ
５１ アダプタ
５２ 中空シェル
５４ フィルタ格子
５５ 板ばね

Claims (10)

1. 冷却材によって運ばれる異物をそれが燃料集合体（１０）の中に入り燃料棒被覆管を破損する前に捕獲するための燃料集合体サポート（３０）の中に挿入される異物フィルタ（５０）であって、
   前記燃料集合体サポート（３０）が燃料集合体（１０）を支える固定座（３６）および冷却材を燃料集合体サポート（３０）を貫流して燃料集合体（１０）まで通過させる流路（３５）を有するものにおいて、
   この異物フィルタ（５０）がアダプタ（５１）、冷却材によって運ばれる異物を捕獲するフィルタ格子（５４）および一端がアダプタに取り付けられ他端でフィルタ格子を支える中空シェル（５２）を有し、
   前記アダプタ（５１）が、上側面に燃料集合体（１０）をフィルタの上に配置させる燃料集合体固定座（５８）、下側面に燃料集合体サポート（３０）の流路（３５）の中にフィルタを配置させる下側座面（５９）をそれぞれ有し、
   前記アダプタに冷却材をフィルタ（５０）から出して燃料集合体（１０）の中に入れる開口（５７）が形成されており、しかも前記フィルタ格子（５４）が原子炉の冷却材の流路（３５）に対し傾斜して配置されたことを特徴とする沸騰水形原子炉燃料集合体の異物フィルタ。
2. フィルタ格子（５４）を備えていることを特徴とする請求項１記載の異物フィルタ。
3. 中空シェル（５２）がほぼ半円形の横断面を有する壁であることを特徴とする請求項２記載の異物フィルタ。
4. フィルタ格子（５４）が燃料集合体サポート（３０）の流路（３５）を横切って延びることを特徴とする請求項３記載の異物フィルタ。
5. 横断面半円形の中空シェル（５２）の下端が傾斜していることを特徴とする請求項４記載の異物フィルタ。
6. 横断面半円形の中空シェル（５２）の下端がフィルタ格子（５４）の周りを延びる延長部（５３）を有していることを特徴とする請求項５記載の異物フィルタ。
7. フィルタ格子（５４）が板金、金網あるいは粗目スクリーンの材料で作られていることを特徴とする請求項６記載の異物フィルタ。
8. 燃料集合体（１０）が燃料集合体サポート（３０）から持ち上げられるとき燃料集合体サポートの流路（３５）の中に異物フィルタ（５０）を保持するために、横断面半円形の中空シェル（５２）にばね（５５）が形成されていることを特徴とする請求項６記載の異物フィルタ。
9. 燃料集合体（１０）が燃料集合体サポート（３０）から持ち上げられるとき燃料集合体サポートの流路（３５）の中に異物フィルタ（５０）を保持するために、アダプタ（５１）にばねが形成されていることを特徴とする請求項６記載の異物フィルタ。
10. アダプタの高さが１．９ｃｍより小さいことを特徴とする請求項６記載の異物フィルタ。

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