(57)【要約】      （修正有）【課題】上部タイプレート中に取外し可能なデブリシールドを備える核燃料集合体をシールドする方法および装置を提供する。【解決手段】燃料集合体の中のデブリシールド１０２を清掃または交換をする方法において、燃料集合体は、燃料棒のバンドルを含み、上記棒の燃料濃縮部が上部タイプレートの下方にあると共にチャンネルの中に収容される方法であって、デブリシールドを上部タイプレート中に挿入するステップと、燃料集合体が運転中の原子炉炉心の中にある間に、シールドを上部タイプレートの中および燃料棒の燃料濃縮部の上方で保持するステップと、原子炉炉心の運転中に冷却材をバンドルおよびデブリシールドを通して流すステップと、デブリシールドを用いて燃料集合体を通って流れるデブリを捕捉するまたは逸らすステップと、燃料集合体を原子炉炉心から取り除くステップと、デブリシールドを上部タイプレートから取り除くステップとを含む方法。【選択図】図２
2010127937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉燃料バンドル集合体（１０）の中のデブリシールドを清掃または交換をする方法において、前記燃料バンドル集合体は、燃料棒（１１、１２）のバンドルを含み、前記棒の燃料濃縮部が上部タイプレート（１３、１００、１３０、１５０）の下方にあると共にチャンネル（２０）の中に収容される方法であって、
（ａ）デブリシールド（１０２、１３６、１５２、１６８）を前記上部タイプレートに挿入するステップと、
（ｂ）前記燃料集合体が運転中の原子炉炉心（２１）の中にある間に、前記シールドを前記上部タイプレートの中および前記燃料棒の前記燃料濃縮部の上方で保持するステップと、
（ｃ）前記原子炉炉心の運転中に冷却材をバンドルおよび前記デブリシールドを通して流すステップと、
（ｄ）前記デブリシールドを用いて前記燃料バンドル集合体を通って流れるデブリを捕捉するまたは逸らすステップと、
（ｅ）ステップａ〜ｄの後に、前記燃料バンドル集合体を前記原子炉炉心から取り除くステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）の後に、前記デブリシールドを前記上部タイプレートから取り除くステップとを含む方法。
【請求項２】
ステップ（ｆ）の後に、前記デブリシールド（１０２、１３６、１５２、１６８）または別のデブリシールドのうちの少なくとも１つのデブリシールドを前記上部タイプレートに挿入するステップと、前記燃料バンドル集合体を前記原子炉炉心の中に配置するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｅ）の後に、前記燃料バンドル集合体が整備または燃料検査プール（１８０）へ移動され、ステップ（ｆ）が、前記燃料バンドル集合体が前記整備プールの中にある間に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｆ）の後であり、前記燃料バンドル集合体が前記整備または燃料検査プール（１８０）の中にある間に、前記デブリシールドまたは別のデブリシールドのうちの少なくとも１つのデブリシールドを前記上部タイプレートに挿入するステップ、および前記燃料バンドル集合体を前記原子炉炉心の中に配置するステップ、ならびにステップ（ｆ）の後に、前記燃料バンドル集合体を前記整備または燃料検査プールから前記原子炉炉心へ移動するステップをさらに含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｆ）が、前記上部タイプレートを、前記デブリシールドが前記燃料棒に取り付けられたままの状態で取り除くステップと、その後に前記デブリシールドを取り除くステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
タイロッド（２４）を前記上部タイプレートの方形のフレームの中で支持するステップをさらに含み、前記フレームが概して水平の開いた領域を画定し、前記デブリシールドが前記開いた領域をカバーする、請求項１記載の方法。
【請求項７】
複数の燃料棒（１１、１２）と、
上部タイプレートデブリシールド（１０２、１３６、１５２、１６８）を受容するための空洞（１０９）を有する上部タイプレート（１３、１００、１３０、１５０）とを備え、前記上部タイプレートが、前記燃料棒に直接接続されず、
前記上部タイプレートデブリシールド（１０２、１３６、１５２、１６８）が、前記空洞に着座されると共に前記燃料棒のうちの１つの燃料棒の上端が内部を延在する少なくとも１つの穴を有する燃料バンドル（１０）。
【請求項８】
膨張スプリング（１６）を前記燃料棒のうちの少なくとも１つの前記燃料棒にさらに備え、前記膨張スプリングが、前記デブリシールド中の前記穴を通って延在すると共に前記上部タイプレートに当接する、請求項７記載の燃料バンドル。
【請求項９】
前記燃料棒と平行に配列した少なくとも１つのウォータロッド（１９、２３、２３０）をさらに備え、前記ウォータロッドが、前記デブリシールド中の穴を通って延在する上端を有し、前記ウォータロッドの前記上端は、前記デブリシールドの上面に固着される、請求項７記載の燃料バンドル。
【請求項１０】
ナット（１７０）が、前記ウォータロッドを前記デブリシールドの前記上面に固着するために、前記ウォータロッドの前記上端のねじ山に取り付けられる、請求項９記載の燃料バンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００７年８月３１日に出願した係属中の米国特許出願第１１／８４８，４１４号の一部継続（ＣＩＰ）であり、本明細書全体は、参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明は、デブリからシールドする方法、燃料バンドルを含む核燃料集合体、および燃料集合体を支持する上部タイプレートに関し、具体的には、清掃または交換のために、燃料集合体の上部タイプレート（ＵＴＰ：Ｕｐｐｅｒ  Ｔｉｅ  Ｐｌａｔｅ）から解除可能であるデブリシールドに関する。
【背景技術】
【０００３】
核燃料集合体では、液体冷却材／減速材は、通常運転中、底部を通って集合体に流入し、水および水蒸気の混合物として頂部から退出する。核燃料炉の炉心は、垂直な並列関係で配列した複数の燃料集合体を含み、各燃料集合体は、燃料棒のバンドルを含む。燃料集合体は、燃料バンドルと、中空の金属チャンネルによって形成されるハウジングとを含む。燃料バンドルは、平行な燃料棒のアレイと、ウォータロッドと、バンドル中のこれらの棒を支持する１つまたは複数のタイプレート、スペーサおよびフィンガスプリングとを含む。一般に、燃料バンドルは、バンドルの頂部の近くに取り外し可能である上部タイプレートと、バンドルの底部に従来より取外し不可能なユニットである下部タイプレートとを含む。
【０００４】
デブリは、従来の上部タイプレートを通って落ち、燃料バンドル内で詰まる可能性があり、そこでデブリは、炉の通常の運転状態中に燃料棒のフレッティングを引き起こす可能性がある。フレッティングは、潜在的に燃料棒に損傷を与えるものであり、典型的には「漏洩」として知られることをもたらす。
【０００５】
燃料集合体の中に落下するデブリに対処するための従来の取り組みは、典型的には冷却材の流れが炉心内の燃料集合体に入る前に冷却材自体および冷却材流路内にデブリが入るのを防ぐことに重点を置いている。典型的には、従来の取り組みは、デブリが燃料集合体の通路に入らないように冷却材流路の扱い方および燃料集合体の取扱いに関しての管理統制を含む。これらの統制は、デブリが燃料集合体の中に落下しないようにデブリの源を減少させることを目的とするものである。それにもかかわらず、特に、冷却材の流れが停止し炉心が開いている間に、または保守作業が炉心で行われているときに、デブリが、燃料集合体の中に落下する危険がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１１／８４８，４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
デブリが、特に、燃料補給作業中、燃料検査中、および冷却材が逆行する冷却材の流れパターンの状態にあるときに、上方から燃料集合体の中に落ちないことを確実にするための措置および特殊な装置が長年切実に求められている。さらに、他の場合には上方から燃料バンドル集合体の中に流れ落ちることになるデブリを捕捉するＵＴＰに関連する装置を挿入し、取り除き、および清掃するための効率的および非侵襲的な方法が長年切実に求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上部タイプレートの中に装着されると共に中空の金属チャンネル内に収容される燃料棒のアレイを含む燃料バンドルと、上部タイプレートの中および燃料棒の上方のデブリシールドとを備える原子炉燃料集合体であって、デブリシールドが、上部タイプレートの少なくとも部分的に開いた領域と少なくとも同じ広がりのある面を有する、原子炉燃料集合体。
【０００９】
原子炉燃料集合体であって、燃料バンドルの燃料棒を受容および支持するための開口を有する上部タイプレートと、中空の金属チャンネルの壁の中に装着および収容される燃料棒のアレイを含む上記燃料バンドルと、上部タイプレートから取外し可能であり、恒久的な一体構造として上部タイプレートの中に取り付けされ、または上部タイプレートが取り除かれている間にデブリシールドが燃料バンドルを覆って留まるように装着できる多孔性デブリシールドとを含むものであり、このシールドが多孔性である、原子炉燃料集合体が開発されている。
【００１０】
上部タイプレートに装着され中空の金属チャンネル内に収容された燃料棒のアレイを含む燃料バンドルと、上部タイプレートから取り除かれ、上部タイプレートに定着され、または上部タイプレートが取り除かれている間に燃料棒の上方に残ることができるデブリシールドとを備え、このデブリシールドは、中空の金属チャンネル内部の燃料バンドルの開いた領域と少なくとも同じ広がりのある面を有する、原子炉燃料集合体が開発されている。
【００１１】
上部タイプレート内または下方で装着されると共に中空の金属チャンネルの中に収容される燃料棒のバンドルを含む原子炉燃料集合体の中にデブリが落ちることを防ぐための方法が開発されており、この方法は、取外し可能なユニットであり、恒久的な一体構造として上部タイプレート内で取り付けされ、または上部タイプレートが取り除かれている間に燃料バンドルに取り付けられたままであることができるデブリシールドを挿入するステップと、燃料集合体が運転中の原子炉炉心の中にある間に、上部タイプレート内でまたは燃料棒の上方でシールドを保持するステップと、原子炉炉心の運転中に冷却材をバンドルおよびデブリシールドを通して流すステップとを含み、デブリシールドは、燃料集合体の中に落ちるデブリを捕捉し、スクリーニングにかけ、フィルタにかけ、逸らし、および取り除くための能力を有する。
【００１２】
中空の金属チャンネル内に収容される燃料棒のアレイを含む燃料バンドルと、燃料バンドルのタイロッドの上端を受容するためのリブを有する水平の方形のフレームを含む上部タイプレートとを備える原子炉燃料集合体であって、フレームの外面が、中空の金属チャンネル、ならびに上部タイプレートの中および燃料棒の上方のデブリシールドに隣接しており、デブリシールドが、上部タイプレートの少なくとも部分的に開いた領域と少なくとも同じ広がりのある面を有する、原子炉燃料集合体が開示されている。
【００１３】
上部タイプレートの下方で装着されると共に中空の金属チャンネルの中に収容される燃料棒のバンドルを含む原子炉燃料バンドル集合体の中に落ちるデブリを捕捉しおよび取り除くための方法が開示されており、この方法は、デブリシールドを上部タイプレートに挿入するステップと、燃料バンドル集合体が運転中の原子炉炉心の中にある間に、シールドを上部タイプレートの中および燃料棒の上方で保持するステップと、原子炉炉心の運転中に冷却材を燃料棒およびデブリシールドを通して流すステップと、燃料集合体の中に落ちデブリシールド上にあるデブリを捕捉するステップと、デブリを捕捉するステップの後に、挿入したデブリシールドと共に燃料バンドル集合体を原子炉炉心から整備／燃料検査プールへ取り除くステップとを含み、その後にデブリシールドを上部タイプレートから取り除くステップと、（ａ）捕捉したデブリを取り除いたデブリシールドから取り除き、その後にデブリシールドを上部タイプレートの中に戻して再挿入するステップ、および（ｂ）別のデブリシールドを上部タイプレートの中に挿入するステップのうちの少なくとも１つのステップを行うステップと、デブリシールドの再挿入または別のデブリシールドの挿入後に、燃料バンドル集合体を整備／燃料検査プールから原子炉炉心まで再度移動させるステップとを必要としてよい。
【００１４】
上部タイプレートの下方で装着されると共に中空の金属チャンネルの中に収容される燃料棒のバンドルを含む原子炉燃料バンドル集合体の中に落ちるデブリを捕捉しおよび取り除くための方法が開示されており、この方法は、デブリシールドを上部タイプレートに挿入するステップと、燃料バンドル集合体が運転中の原子炉炉心の中にある間に、シールドを上部タイプレートの中および燃料棒の上方で保持するステップと、原子炉炉心の運転中に冷却材を燃料棒およびデブリシールドを通して流すステップと、燃料集合体の中に落ちデブリシールド上にあるデブリを捕捉するステップと、デブリを捕捉するステップの後に、挿入したデブリシールドと共に燃料バンドル集合体を原子炉炉心から整備または燃料検査プールへ取り除くステップとを含み、その後にデブリシールドを上部タイプレートから取り除くステップと、（ａ）捕捉したデブリを取り除いたデブリシールドから取り除き、その後にデブリシールドを上部タイプレートの中に戻して再挿入するステップ、および（ｂ）別のデブリシールドを上部タイプレートの中に挿入するステップのうちの少なくとも１つのステップを行うステップと、デブリシールドの再挿入または別のデブリシールドの挿入後に、燃料バンドル集合体を整備／燃料検査プールから原子炉炉心まで再度移動させるステップとを必要としてよい。
【００１５】
上部タイプレートの下方で装着されると共に中空の金属チャンネルの中に収容される燃料棒のバンドルを含む原子炉用燃料バンドル集合体の中に上部タイプレートを着座するための方法であって、デブリシールドをウォータロッドの上部に取り付けるステップと、デブリシールドを取り付けるステップの後に、上部タイプレートを、デブリシールドを覆って着座するステップと、上部タイプレートを燃料バンドル集合体のタイロッドに固着するステップとを含む方法が開示されている。
【００１６】
上部タイプレートの下方に装着される燃料棒のバンドルを含む原子炉用燃料バンドルから燃料棒を取り除くための方法であって、デブリシールドが燃料棒またはウォータロッドのうちの少なくとも１つの上部に取り付けられたままの状態で、上部タイプレートを燃料バンドルから取り除くステップと、上部タイプレートを取り除くステップの後に、デブリシールドが燃料棒またはウォータロッドのうちの少なくとも１つの上部に取り付けられたままの状態で、上記棒を、デブリシールドを通して上に持ち上げることによって燃料棒を取り除くステップとを含む方法が開示されている。
【００１７】
複数の燃料棒と、上部タイプレートデブリシールドを受容するための空洞を有する上部タイプレートとを備え、上部タイプレートが燃料棒に直接接続されず、上部タイプレートデブリシールドが、空洞に着座されると共に燃料棒のうちの１つの燃料棒の上端が内部を延在する少なくとも１つの穴を有する燃料バンドルが開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】説明のために、上部タイプレート、下部タイプレート、中空の金属チャンネル、燃料棒およびウォータロッドの一部を切開した、従来の核燃料バンドル集合体の側面を部分的に開いた図である。
【図２】デブリが燃料バンドル集合体の中に落ちるのを防ぐために内部デブリシールドを有する上部タイプレートの第１の実施形態の上面および側面の斜視図であり、このデブリシールドは、取外し可能なユニットであってよく、上部タイプレート内に恒久的な一体構造として取付けでき、または上部タイプレート底面側から荷重を受け、特殊なファスナによって、またはタイロッド自体によって内部に固着され得る。
【図３】図２の線３−３に沿った断面で示される上部タイプレートおよびデブリシールドの第１の実施形態を示す断面図である。図３は、デブリシールドがＵＴＰの下側に据わるための機械加工したポケット、およびデブリシールド内の様々な穴を示しており、このデブリシールドは、燃料棒およびウォータロッドの上部端栓が、デブリシールドおよび上部タイプレートの両方を通り抜けることを可能にし、それにより両構成要素を単一の金属構造集合体の中に共に固着する。
【図３Ａ】ねじ付きウォータロッドと、上部タイプレートの下部空洞に着座されているデブリシールドとの間の連結を示す拡大断面図である。
【図３Ｂ】ねじのない燃料棒と、上部タイプレートの下部空洞に着座されているデブリシールドとの間の連結を示す拡大断面図である。
【図４】上部タイプレート、デブリシールド、燃料棒およびウォータロッド、スプリング、ロックタブワッシャ、ならびに六角ナットファスナを垂直方向に分離して示す第１の実施形態の分解組立図である。
【図５】上部タイプレート内の取外し可能なユニットであり得るまたは上部タイプレート内に恒久的な一体構造として取付けできるデブリシールドであり、上部タイプレートから部分的に延在しているシールドが示されている、取外し可能な内部デブリシールドを有する上部タイプレートの第２の実施形態の上面および側面の斜視図である。
【図６】シールドが上部タイプレートの中に完全に挿入されている、取外し可能な内部デブリシールドを有する上部タイプレートの第２の実施形態の上面および側面の斜視図である。デブリシールドが上部タイプレート内に完全に着座されると、燃料棒ピンは、上部タイプレートの上方格子および下方格子と整合するデブリシールド中を通過する。
【図７】側面から完全に挿入された後の上部タイプレートおよびデブリシールドの第２の実施形態を示す側面図である。
【図８】デブリシールドが挿入されていない上部タイプレートの第２の実施形態の上面図である。
【図９】燃料棒およびウォータロッドの上部端栓のための通路を示す上部タイプレートの第２の実施形態に関連するデブリシールドの上面図である。デブリシールドは、冷却材の流れを通過させることができる傾斜した側面を有し、一方、デブリシールドの中実の部分が、デブリシールド内を落ちるデブリをトラップする。上部タイプレートの格子を通り抜けるデブリは、デブリシールドの中実の部分とデブリシールドを通り抜ける上部端栓の間に定着することになる。デブリは、デブリシールドの設計によって生じる圧力勾配（吸引）のために、デブリシールド内で捕集および保持される。
【図１０】ウォータロッドピン通路および燃料棒ピン通路を有するデブリシールドが上部タイプレートから離されて示されている、上部タイプレート内の取外し可能なユニットであり得るまたは上部タイプレート内に恒久的な一体構造として取付けできる取外し可能なデブリシールドを有する上部タイプレートの第３の実施形態の上面および側面の斜視図である。矢印は、上部タイプレートの中へのデブリシールドの挿入方向を示す。
【図１１】上部タイプレートの空洞内に適切に整合および着座されているシールドが示されている、取外し可能な内部デブリシールドを有する上部タイプレートの第３の実施形態の上面および側面の斜視図である。
【図１２】上部タイプレートの格子型構造内に完全に着座および整合されている上部タイプレートおよびデブリシールドの第３の実施形態の側面図である。
【図１３】完全に着座され、炉心運転中に上部タイプレート内でデブリシールドを保持するのを助けるウォータロッドおよび燃料棒の上部端栓の挿入に対して適切に整合されているデブリシールドを備える上部タイプレートの第３の実施形態のデブリシールドの上面図である。
【図１４】ウォータロッドおよび燃料棒の上部端栓を上部タイプレートの構造のピン支持体内に挿入する前のデブリシールドの適切な整合を示しているデブリシールドを備える上部タイプレートの第３の実施形態のデブリシールドの底面図である。
【図１５Ａ】整備および／または保守作業のために炉心から取り除かれた燃料バンドル集合体を受容するための（典型的には炉心近くにある）整備／燃料検査プールを示す概略図である。
【図１５Ｂ】整備および／または保守作業のために炉心から取り除かれた燃料バンドル集合体を受容するための（典型的には炉心近くにある）整備／燃料検査プールを示す概略図である。
【図１５Ｃ】整備および／または保守作業のために炉心から取り除かれた燃料バンドル集合体を受容するための（典型的には炉心近くにある）整備／燃料検査プールを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
異物が核燃料バンドル集合体の頂部の中に入ることを抑制するデブリシールドが、本明細書に開示される。デブリシールドは、燃料集合体の頂部の中に取り込まれる微小異物を逸らせ、捕捉し、スクリーニングしおよび保持し、または取り除くのを助ける。微小異物が核燃料バンドル集合体の中に入ることを防ぐことによって、燃料棒のフレッティング破損の可能性は、無くすとまではいかないまでも十分に低減される。デブリシールドは、上部タイプレートから取外し可能なユニット、または上部タイプレート内または下方の恒久的な一体構造であってよいが、燃料棒およびウォータロッドの上方にあってよい。デブリが核燃料バンドル集合体の中に落ちることを防ぐことにより、燃料棒破損の危険性および炉心からの早過ぎる排出を低減することで核燃料バンドル集合体の期待した稼働寿命を確実なものにすることが期待される。
【００２０】
図１は、方形の断面を有する垂直柱のように概して成形される従来の核燃料バンドル集合体１０の断面で示す側面図である。炉心２１は、予め定められた配列で並列に配列した多数の燃料集合体を含む。
【００２１】
典型的には、核燃料バンドル集合体は、例えば、平行に配列される全長燃料棒１１および部分長燃料棒１２のアレイを含む。燃料棒は、上部タイプレート１３、下部タイプレート１４、核燃料バンドル内で棒を支持するタイプレートの下方格子２９によって支持される。１つまたは複数のスペーサ１５が、燃料棒の長さに沿った位置で配置される。典型的には、１つまたは複数のウォータロッド２３、２３０が、燃料棒のアレイの中央を通って延在し、上部端栓３０によって上部タイプレート１３に取り付けられる。典型的な核燃料バンドル集合体１０は、燃料棒１１、１２、ウォータロッド２３、２３０、上部タイプレート１３および下部タイプレート１４、およびタイロッド２４、スペーサ１５、フィンガスプリング１８、膨張スプリング１６、ならびに中空の金属チャンネル２０を備える。
【００２２】
燃料棒膨張スプリング１６は、ウォータロッド２３および２３０、ならびに全長燃料棒１１、ならびにタイロッド２４それぞれの上部端栓１９、３０および２８から上部タイプレート１３の下面まで延在する。六角ナット１７を使用してタイロッド２４のねじ付き上部端栓２８を上部タイプレート１３の頂部に固着し、ロックタブワッシャ１７０（図２）を使用して六角ナット１７をタイロッド２４に固着された状態に保つ。タイロッド２４は、タイプレートの上部タイプレート１３を通って延在する。各タイロッドの反対端は、従来の核燃料バンドル集合体１０の下部タイプレートの格子２９に固着される。下部タイプレート１４は、核燃料バンドル集合体１０のための中空のハウジングを設ける中空の金属チャンネル２０を係合する下部タイプレート１４の外側壁上のフィンガスプリング１８を含む。
【００２３】
典型的には、中空の金属チャンネル２０は、細長い中空金属管であり、断面が方形であり、および上部タイプレート１３から下部タイプレート１４まで延在する長さを有する。中空の金属チャンネル２０は、核燃料バンドル集合体１０中の燃料棒およびウォータロッドを包む。上部タイプレート１３の両対角にあるチャンネルポスト２５およびチャンネルポスト２６は、チャンネルを燃料バンドル３２の上に整合させるために案内を行う。チャンネルファスナクリップ（図示せず）は、中空の金属チャンネル２０を、上部タイプレート１３の一側のねじ付きチャンネルポスト２６に固着する。ねじ付きチャンネルポスト２６を用いて、チャンネルの作業中に中空の金属チャンネル２０を燃料バンドル３２に正確に配置および整合することを保証する。さもなければ、中空の金属チャンネル２０は、必要に応じてチャンネルファスナ（図示せず）によって上部タイプレート１３にしっかり固定できない。概して、Ｕ形持ち上げ用把手２２は、上部タイプレート１３の一部として取り付けられる。把手２２は、核燃料バンドル集合体１０を炉心２１から引き上げ、および核燃料バンドル集合体１０を炉心２１の中に降ろすために使用でき、またはさもなければ必要に応じて設備の周りでこの集合体を移動させるために使用できる。
【００２４】
デブリは、特に、燃料補給、新しい燃料の受入れ、炉心への搬送および炉心からの搬送、冷却材の流れが炉心を通って上向きに流れるのが止まるとき、ならびに減速材の流れが停滞または逆転され得るときなどの非運転状態中または運転状態中に従来の核燃料バンドル集合体１０の頂部に入る可能性がある。燃料バンドル集合体の頂部の中に落ちるデブリは、タイプレートの格子、スペーサブラケット、燃料棒と燃料棒の間、または中空の金属チャンネルの壁と燃料棒の間に詰まる可能性がある。燃料バンドル中の隙間は、燃料バンドル内のデブリをトラップし得る。デブリは、上部タイプレート１３を通って落ち、核燃料バンドル集合体１０内部の区域内で詰まる可能性があり、そこでデブリが炉の通常の運転状態中に燃料棒のフレッティングを引き起こし得る。
【００２５】
図２、図３および図４は、上部タイプレート内の取外し可能なユニットまたは恒久的な一体構造であり得る内部デブリシールド１０２（図２）を有する上部タイプレート集合体１００を示す。シールド１０２は、集合体の水平支持フレーム１０４に装着されてよく、または集合体の水平支持フレーム１０４内で一体化してよい。デブリシールド１０２は、上部タイプレートの水平支持フレーム１０４によって囲まれる領域を満たす。このデブリシールドは、上部タイプレートの底部または上部タイプレート内の水平スロットに挿入されてよい。デブリシールドは、上部タイプレートのフレーム構造と一体化してよくまたは一体化してなくてもよく、およびフレーム構造から取外し可能であってよくまたは取外し可能でなくてもよい。デブリシールド１０２は多孔性であり、核燃料バンドル集合体１０を通る流体の流れからデブリをスクリーニングにかけるまたはフィルタにかける。冷却材は、デブリシールド１０２を通って実質的な圧力損失なしにデブリシールドを通って流れることが好ましい。
【００２６】
円筒形ピン支持体１０６のアレイは、燃料棒２４の上部端栓２８、および燃料棒１１の端栓３０、加えてウォータロッドの上部端栓１９が通過することを可能にするように、デブリシールド１０２中の穴によって設けられ、デブリシールド１０２中の穴内に着座される。これら円筒形ピン支持体１０６は、デブリシールドが、ねじ付きタイロッド２４と、ウォータロッド２３および２３０それぞれのねじ付き上部端栓と、ねじのない燃料棒１１と、関連する膨張スプリング１６とを支持するという点で、燃料棒およびウォータロッドに対する構造的な支持を与える。
【００２７】
一実施形態では、円筒形ピン支持体１０６は、付随する膨張スプリングを有する燃料棒の直径よりわずかに大きい直径を有する。円筒形ピンは、燃料棒および膨張スプリングと共に、デブリシールドを通して円筒形ピン、燃料棒および膨張スプリングを上に滑動することによってデブリシールドから取り除くことができる。上部タイプレートが取り除かれた後、デブリシールドが他の燃料棒およびウォータロッドに留まっている間に、デブリシールド中の穴を通して円筒形ピン、燃料棒および膨張スプリングを上に滑動することにより、燃料棒を取り除くことが可能である。
【００２８】
燃料棒１１用の上部端栓３０、およびねじ付きウォータロッド２３、２３０用の上部端栓１９、およびタイロッド２４のねじ付き上端２８は、デブリシールド１０２中のピン支持体１０６を通って延在する。六角ナット１７は、ウォータロッドなどの上部端栓のねじ付き端部を固着するために用いられる。ロックタブワッシャが、六角ナット上で用いられてよい。六角ナット１７は概して、上部タイプレート１３の上面に着座される。膨張スプリング１６は、燃料棒およびウォータロッドの上部端栓上を滑動し、上向きの付勢力をデブリシールド１０２の底面に加える。燃料棒２４の上部端栓の延長は、デブリシールド１０２中のピン支持体１０６を通り抜ける。
【００２９】
デブリシールド１０２は、六角ナット１７によってウォータロッド２３および２３０それぞれのねじ付き上部端栓の頂部に固着される。上部タイプレート集合体１００の下部の陥凹は、六角ナット１７が、ロックした位置でデブリシールドの頂部におよび上部タイプレートの空洞内で着座されることを可能にする。この空洞は、デブリシールドの頂部を斜めに横切って延在する上部タイプレートの構造リブ内にあってよい。
【００３０】
燃料棒１１ならびにウォータロッド２３および２３０は、上部タイプレート１３の頂部に直接固着されなくてよい。燃料棒１１ならびにウォータロッド２３および２３０は、デブリシールドを介して上部タイプレートに間接的に固着される。上部タイプレートは、デブリシールドがウォータロッドの上端に、および適宜、燃料棒の上端に取り付けられたままの状態で取り除くことができる。
【００３１】
上部タイプレート集合体１００は、内部デブリシールド１０２がウォータロッド２３、２３０に直接取り付けられたままの状態で、およびデブリシールドが燃料棒１１および２４を支持する状態で核燃料バンドル集合体から取り除くことができる。デブリシールド１０２が上部タイプレートの底部空洞１０９に着座する場合、図４に示すように、上部タイプレートは、デブリシールド１０２を上部タイプレートから分離するように持ち上げられてよい。上部タイプレートを取り除くために、六角ナット１７およびロックタブワッシャ１７０は、上部タイプレートのフレームを通って延在するタイロッド２４から取り除かれる。その後に上部タイプレートは、燃料バンドル集合体から離れて持ち上げることができる。燃料棒１１および２４が、デブリシールド中のそれらの各円筒形ピン支持体を通って延在することによりそれらの元の位置にしっかり支持および保持されている間、デブリシールド１０２は、ウォータロッド２３、２３０に取り付けられたままである。燃料棒は、取り除かれた上部タイプレートの助けなしに所定位置に保持される。上部タイプレートが核燃料バンドルから取り除かれ、デブリシールドならびに燃料棒およびウォータロッドから切り離すことができるので、上部タイプレートは交換または修理できる。
【００３２】
デブリシールド１０２を通る流路１０８は、好ましくは核燃料バンドル集合体１０の垂直軸以外の方向である１つまたは複数の軸を有する。これら真っ直ぐでない流路が、上方から落ちてくるデブリ物質を止める、トラップする、および捕らえる。一例としては、デブリシールド１０２を通る通路は、デブリシールドの上半分で第１の方向に傾斜し、デブリシールドの下半分で第２の方向に傾斜しており、コーナー１１６が２つの半分の間で形成される。デブリシールド１０２の傾斜している通路は、デブリシールドを垂直に通り抜ける光を遮る。デブリシールド１０２中の流路１０８が傾斜していることにより、デブリシールド１０２を直接見通すことは不可能である。視界は、流路１０８が真っ直ぐでなく、コーナー１１６を有するので遮られる。視界が遮られるのと同様に、デブリは、流路１０８内が直線でないことによってコーナー１１６で、およびデブリシールドの２つの半分の間で遮られ、トラップされる。
【００３３】
図２〜図４に示される例では、デブリシールド１０２は、燃料バンドル集合体１０に対してほぼ垂直である、断面が山形模様１１２を形成するように並列に配列されるアングルのある金属ストリップの配列である。通路１０８は、並列のストリップ同士の間に形成される。代替として、デブリシールド１０２は、ワイヤまたはメッシュ生地、スポンジ、格子、交差する棒または細長い薄板のアレイ、あるいは他のマトリックス材などの多孔性の材料で形成されてよい。デブリシールド１０２は、上部タイプレート集合体１００のフレーム１０４の内面に下方から当接する周縁１１０を有する概して多孔性の平板である。
【００３４】
好ましくは、デブリシールド１０２は、原子炉炉心２１の運転中に核燃料バンドル集合体１０の中に留まる。デブリシールド１０２は、冷却材、特に非常用冷却材が、流動抵抗を実質的に生じさせることなくデブリシールドを通って流れ落ちることを可能にする多孔性構造、目の粗いメッシュ構造またはマトリックス構造を有してよい。デブリシールド１０２の多孔性構造、山形構造、メッシュ構造またはマトリックス構造は、全体的な流れを実質的に切迫（ｉｍｐｅｎｄ）することなくデブリの通過を阻止する。デブリシールドは、冷却材などの流体が通過することを可能にし、微粒子異物の通過を阻止するフィルタまたはスクリーニング装置として働く。好ましくは、デブリシールド１０２は、デブリシールド１０２の両端間でかなり大きい流体の圧力低下を強いることなく任意のほとんどのデブリ異物の通過を最小にする細孔径を有するべきである。
【００３５】
デブリシールド１０２は、冷却材の流れの中のデブリ、特に燃料バンドル集合体１０の上方からおよび上部タイプレート集合体１００へ下向きに流れるデブリをフィルタにかけ、捕捉する。デブリシールド１０２の通路１０８はとても狭くてより大きいデブリの小片が通路に入る、または全部通り抜けることができない。より大きいデブリの小片は、デブリシールド１０２の上面１１４で捕捉される。より小さいデブリの小片は、デブリシールド１０２の流路１０８に入ることができ、より小さいデブリの小片が、上部タイプレート集合体１００の下方におよび核燃料バンドル集合体１０の中に流れ落ちないようにデブリシールドのコーナーおよび隙間１１６内で詰まり得る。
【００３６】
好ましくは、水平支持フレーム１０４は、強固な構造フレームである。フレーム１０４は多孔性であってよく、例えば、フレーム１０４は、流体がフレームを通り抜けることを可能にするための小さい垂直な穴３１を有してよい。これら穴３１は、デブリが燃料バンドルに入らないようにその通過を阻止するのを助けるために小さい直径を有する。水平支持フレーム１０４の構造中の複数の穴３１により、上部タイプレート集合体１００を通る通路の有効流路面積を増大させて、デブリシールド１５２による任意の流量制限を補償またはオフセットする。基準点１１７、例えばフレームの外壁上の垂直リブは、水平支持フレーム１０４内に取り付けられ、または水平支持フレーム１０４内で一体化している。基準点は、上部タイプレート１３に関して中空の金属チャンネル２０を中心に位置決めするのに役立つ。基準点は、核燃料バンドル集合体１０の製造中に、上部タイプレート集合体１００を全長燃料棒１１、部分長燃料棒１２、タイロッド２４、ならびにウォータロッド２３および２３０に一致させるために使用されてもよい。
【００３７】
図３Ａは、ウォータロッド２３または２３０と、上部タイプレート１０２の空洞に着座されているデブリシールド１０２との間の連結を示す拡大断面図である。ウォータロッドは、六角ナット１７を受容するねじ付き上端を有する。円筒形ピン支持体１０６は、デブリシールドの垂直な穴１０１に着座されている。円筒形ピン支持体は、ウォータロッドの上端を受容するために中空である。円筒形ピン支持体１０６は、例えばワッシャの形状を有する上部フランジ１０７を含んでよく、上部フランジ１０７は、デブリシールドの上面に対する当接部をもたらすと共に、フランジの反対側で六角ナット１７に対する当接をもたらす。上部タイプレートは、六角ナット１７およびウォータロッドの上部先端を受容するための凹所１０５を有する。凹所１０５は、六角ナットが凹所に着座している間回転できないように成形されてよい。さらに、円筒形ピン支持体１０６の底縁は、膨張スプリング１６の上端に取り付けられてよい。
【００３８】
図３Ｂは、燃料棒１１のねじの付いていない上部端栓３０と上部タイプレート１００の下部空洞に着座されているデブリシールド１０２との間の連結を示す拡大断面図である。膨張スプリング１６ａは、円筒形ピン支持体１０６ａを通って延在し、上部タイプレート１００中の燃料棒１１用の凹所の上部環状出張り１１１に対して当接し、またはこの上部環状出張り１１１に接続される。ねじの付いていない燃料棒上の膨張スプリングは、上向きベースの力（ｕｐｗａｒｄ  ｂａｓｉｓ  ｆｏｒｃｅ）を上部タイプレートの底面に加えることができる。
【００３９】
円筒形ピン支持体１０６ａは中空であり、膨張スプリングを受容するためにより大きい直径を有する開口を形成する。したがって、円筒形ピン支持体１０６ａおよびデブリシールド中の対応する穴１０１は、ウォータロッド用の円筒形ピン支持体１０６（図３Ａ）およびピン支持体１０６用の対応する穴１０１が有するより大きい直径を有してよい。上部タイプレート１００が取り除かれると、膨張スプリング１１６は、もはや上部タイプレートの出張りに当接せずまたは上部タイプレートの出張りからの接続が解除される。燃料棒および膨張スプリングは、デブリシールドを通して上に持ち上げて、燃料集合体から取り除くことができる。
【００４０】
図５および図６は、上部タイプレート内の取外し可能なユニットまたは恒久的な一体構造であり得るデブリシールド１３６を受容するための水平スロット１３４を備える水平支持フレーム１３２を有する代替の上部タイプレート集合体１３０の側面および上面の斜視図である。図５に示すデブリシールドは、取外し可能なデブリシールドであり、図５には水平支持フレーム１３２から部分的に取り除かれたデブリシールドが示されている。運転中は、図６に示すように、デブリシールド１３６は、スロット１３４の中に完全に挿入され、水平支持フレーム１３２によって囲まれる。
【００４１】
上部タイプレート集合体１３０は、水平支持フレームに取り付けられ、または水平支持フレームと一体化している上部タイプレートの把手２２を含む。水平支持フレーム１３２は、中空リブ１３８を有する方形の外側支持壁構造を含んでよく、中空リブ１３８は、タイロッド端部カップリング、例えば、タイロッド２４のねじ付きピンを受容し、タイロッドの膨張スプリング１６に対してバッキングを与えることができる。水平支持フレームは、多孔性であってよく、例えば、流体が水平支持フレームを通り抜けることを可能にし、デブリ異物が通過するのを阻止するための小さい垂直な穴１３１を有してよい。水平支持フレーム中の穴により上部タイプレート１３０を通る通路の有効流路面積が増大し、それによりデブリシールド１３６による任意の流量制限を補償またはオフセットする。上部タイプレートと共に中空の金属チャンネル２０を中心に位置決めし、水平支持フレーム１３２に取り付けられる基準点１１７は、製造中に上部タイプレート１３０を全長燃料棒１１、部分長燃料棒１２、タイロッド２４、ならびにウォータロッド２３および２３０に対して一致させるために使用される。
【００４２】
図７は、水平支持スロット１３４を有する上部タイプレート集合体１３０、およびスロット中のデブリシールド板１３６の側面図である。デブリシールド１３６は、核燃料バンドル集合体１０の垂直軸に対して傾斜するデブリシールド中の穴１４３をもたらす波状の断面形状を有する孔の開いた平板であってよい。孔は、機械加工、例えば、放電加工、パンチ穴開け、ドリル穴開け、または鋳造で形成されてよい。孔１４３は、デブリ異物の通過を防ぐために小さい。孔１４３は、デブリシールド１３６の波状の断面形状により傾斜される。傾斜した孔１４３は、デブリ、具体的には燃料バンドル集合体１０に対して軸方向に流れるデブリを捕捉、阻止、逸らすのに役立つ。
【００４３】
デブリシールド１３６の波状の形状は、デブリシールドが上部タイプレートの空洞内の位置にあるときには、デブリシールド１３６の上部の稜線および下部の溝１３３をスロット１３４の上面および下面に対して付勢させることによってデブリシールドをスロット１３４に固着することを助けもする。さらに、上部の稜線および下部の溝１３３は、それらの上頂部および下頂部で中実であり、孔がなくてよい。この稜線および溝１３３は、デブリ異物の小片を通過させる傾向にあり得る垂直に配向した孔を避けるように冷却材が流れる穴を欠いてよく、デブリ異物の小片は、上部の稜線および下部の溝１３３の斜面１３７上の傾斜した穴１４３によって阻止されることになる。さらに、中実の溝は、デブリ異物を捕捉および保持するためのＶ形チャンネル１３９を形成する。デブリは、デブリシールド１３６が上部タイプレート１３０から取り除かれるまで、Ｖ形チャンネルの中に留まることができる。微粒子異物は、燃料棒およびウォータロッドの上部端栓１９、２４および３０がデブリシールド１３６上のＶ形の溝および稜線１３３の中実の部分を通って突き刺さるので、デブリシールド１３６内で詰まり得る、またはデブリシールド１３６内でトラップされ得る。下方から穴を通って、およびデブリシールド１３６の斜面１３７上の傾斜した穴１４３を通って流れる冷却材によって低い圧力勾配が生じる。まず、上部端栓は、上部タイプレートの下部マトリックス１５８を通り抜け、次いでチャンネル１３９内に中実のＶ形の溝および稜線があるデブリシールド１３６を通り抜ける。次に、上部端栓は、上部タイプレートの上部マトリックス１５６を通り抜けることが許され、そこで上部端栓は、終端となり得る。デブリシールドが取り除かれると、Ｖ形のチャンネル内に捕捉されたデブリは、洗浄され、吸引され、および／または振動してデブリシールドから落とされてよく、その後にデブリシールド１３６は、上部タイプレート内に再度戻るように再挿入される。代替として、デブリを捕捉したデブリシールド１３６は、廃棄され、新しいデブリシールドが上部タイプレートの中に再挿入されてよい。
【００４４】
図８および図９は、上部タイプレート集合体１３０の上面図である。水平支持フレーム１３２をマトリックスに対して接続するピン支持体およびリブ１４４を相互接続するピン支持体１４１およびリブ１４２の金属マトリックス１４０が、図８に明確に示されている。マトリックス１４０は、ピン支持体および相互接続リブの上部平坦マトリックス１５６と、ピン支持体および相互接続リブの下部平坦マトリックス１５８とを含んでよい。上部平坦マトリックスおよび下部平坦マトリックスは、ピン支持体およびリブが同じパターンであってよい。上部平坦マトリックス１５６および下部平坦マトリックス１５８は、デブリシールド１３６を受容するスロット１３４の上下面を画定する。代替として、マトリックス１４０は、デブリシールド１３６の直上または直下に配列した単一の平坦マトリックスであってもよい。
【００４５】
金属マトリックス１４０は、水平支持フレーム１３２に装着され、水平支持フレームの内側の開いた領域にわたって延在する。金属マトリックス１４０は、上部タイプレート集合体を鋳金の機械加工、鋳造、または完全加工することによって形成されてよい。マトリックス１４０は、スポーク、棒またはマトリックス構造（一括してマトリックス構造）によって水平支持フレームにおよび互いに取り付けられてよい。金属マトリックス１４０中のピン支持体１４１は、燃料棒端部カップリング、例えばタイロッド２４のねじ付きピン、燃料棒１１の膨張スプリング１６、ならびにウォータロッド２３および２３０の上部端栓を受容するための円筒形支持体１４１を含む。マトリックス１４０は、特にコーナーの近くおよび把手２２用の支持体の下方に固体金属の補強材（ｓｏｌｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｂｒａｃｅｓ）１４５を含んでよい。
【００４６】
図９は、デブリシールド板１３６の上面図である。タイロッドのねじ付き端部２８と、燃料棒１１ならびにウォータロッド２３および２３０用の上部端栓とのためのピン支持体１３５は、上部タイプレート集合体１３０の上部マトリックス１５６および下部マトリックス１５８の中のピン支持体の円筒１４１と整合するように配置される。このピン支持体は、デブリシールド１３６を通る流路より実質的に大きい。ピン支持体は、ウォータロッド２３、２３０および燃料棒１１および２４の端部に取り付けられる上部端栓１９、３０および２８で満たされ、それら自体によっては、ピン支持体１４１の周囲を流体が通過することをほとんど制限しない。しかし、デブリシールド１３６が、上部タイプレート１３０の空洞内に設置されてしまうと、流体の漏出については、各マトリックスを通じての流体の漏出が、各ピン支持体の周囲で規制される。
【００４７】
上部の稜線および下部の溝１３３の斜面１３７は、タイロッド２４のねじ付き端部２８、燃料棒１１、ウォータロッド２３、２３０および各種のピン設計についての上部端栓を受容するためのデブリシールド１３６中のピン支持体１３５を含む。これらピン支持体１３５は、棒の上部端栓で満たされることになり、この上部端栓によりそうでなければピン支持体を通って流れ得る可能性のあるデブリ異物および流体を阻止する。
【００４８】
図１０は、上部タイプレート集合体１５０の上部平坦部分１５６と下部平坦部分１５８の間の水平スロット１５４の中で滑動する取外し可能なデブリシールド１５２を有するハニカム設計としての上部タイプレート集合体１５０の第３の実施形態を示す。デブリシールド１５２は、上部タイプレートの中の取外し可能なユニットまたは恒久的な一体構造であってよい。図１０において、上部タイプレートのスロット１５４の中に挿入されるデブリシールド１５２を示す。図１１は、上部タイプレート集合体１５０内に完全に挿入され、上部タイプレート集合体１５０内で固着されたデブリシールド１５２を示す。図１２は、上部タイプレートの空洞１５４の中に完全に挿入されているデブリフィルタ１５２の側面図である。図１３および図１４は、上部タイプレート集合体１５０の上面図および底面図をそれぞれ示す。
【００４９】
上部タイプレート集合体１５０の３つの側面があるフレーム１６０は、上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８を共に保持する。このフレームは、その４つの側面のうちの３つの側面に側壁を有する。第４の側面は、開いており、デブリシールド１５２のためのスロットまたは空洞１５４を形成する。フレームは、多孔性であってよく、例えば、流体がフレームを通り抜けることを可能にし、デブリ異物の通過を阻止するための小さい垂直な穴１３１を有してよい。デブリシールドが上部タイプレートのスロットまたは空洞１５４内に配置されると、フレーム中の穴により上部タイプレート集合体１５０を通る通路の有効流路面積が増大し、それによりデブリシールド１５２による任意の流量制限を補償またはオフセットする。３つの側面がある水平支持フレーム１６０に取り付けられる例えば垂直外側リブなどの基準点１１７は、上部タイプレートと共に中空の金属チャンネル２０を中心に位置決めし、および製造中に上部タイプレート集合体１５０を燃料棒およびウォータロッドに対して一致させるために使用される。上部タイプレートの水平支持フレーム１６０は、持ち上げ用把手２２ならびにチャンネルポスト２５および２６を支持する。チャンネルファスナクリップ（図示せず）を使用して中空の金属チャンネル２０をねじ付きチャンネルポスト２６に固着する。
【００５０】
水平支持フレーム１６０は、上部タイプレート１５０の耐力構造であると共にデブリシールド１５２、中空の金属チャンネル２０、タイロッド２４、および核燃料バンドル集合体１０の他の構成要素に対する構造的な支持を与える上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８を含む。適宜、構造的に強いデブリシールド１５２は、耐力構造として働き、上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８ならびに水平支持フレーム１６０の一部または全部の１つまたは複数を置き換えることができる。デブリシールド１５２は、燃料棒３０および２４、ならびにウォータロッドの上部端栓１９を受容するためのピン支持体開口１６１を含み、例えば、ピン支持体開口１６１は、上部タイプレート集合体１５０の上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８のピン支持体１４１と整合される。
【００５１】
デブリシールド１５２は、概して平坦であってよく、および水平支持フレーム１６０の内壁に当接する縁部１６２（図１０）と、上部タイプレートの上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８の内面に隣接する上部デブリシールド面１６４および下面１６６とを有してよい。デブリシールドは、スロット１５４の中に水平方向に滑動できる。デブリシールド１５２の厚さがスロット１５４の幅とほとんど同じなので、デブリシールドを上部タイプレート集合体１５０の空洞１５４内に完全に設置するために、ちょっとした力が必要とされ得る。デブリシールドは、スロット１５４の中に滑動され、デブリシールド１５２のピン支持体１６１は、水平支持フレーム１６０の上部平坦部分１５６および下部平坦部分１５８の中のピン支持体１６１と整合される。デブリシールド１５２がスロット１５４内に完全に挿入された後、タイロッド２４、ウォータロッド２３および２３０、ならびに全長燃料棒１１の上部端栓は、フレームおよびデブリシールド１５２の整合したピン支持体の中に挿入される。
【００５２】
代替として、デブリシールド１５２は、上部タイプレートの水平支持フレーム１６０が下部平坦部分１５８を欠く場合には、上部タイプレート１５０の底部空洞に着座されてよい。代替の上部タイプレートについては、タイロッドおよび端栓は、上部タイプレートが燃料バンドル３２上に設置される前にデブリシールド１５２のピン支持体１６１に挿入されてよい。さらに、上部タイプレートは、燃料棒１１、ウォータロッド２３および２３０、ならびにタイロッド２４がデブリシールド１５２に取り付けられたまま、またはデブリシールド１５２に固着された状態で、燃料バンドル３２から取り除くことができる。
【００５３】
デブリシールド１５２は、ハニカム状金属構造、ワイヤまたはメッシュ生地、スポンジ、格子、交差する棒または細長い薄板のアレイ、あるいは多孔性である他のマトリックスであってよい。シールドを形成する材料は、原子炉炉心の中での使用に耐えるべきである。好ましくは、デブリシールドを通る通路は、完全に直線というわけでなく、少なくとも１つの屈曲または湾曲を含む。デブリシールドの通路中の屈曲および湾曲は、デブリ、特にチップ、ワイヤおよび棒のストランドをトラップする傾向がある。デブリシールド１５２を通る通路は、デブリシールドのデブリをスクリーニングにかけ、またはフィルタリングする機能を保持しながらデブリシールドの両端間で任意の流体の圧力低下を最小にするために多数あってよい。流体は、ばらばらの通路を通って流れるが、デブリは、デブリシールドによって流体からフィルタにかけられる。デブリシールドの特徴は、通路中の屈曲および湾曲のために光がデブリシールドを通って輝かないというものであり得る。
【００５４】
デブリシールド１５２の流路１５９中の屈曲および湾曲（図１２参照）は、各層の中の通路が一列になされないように、例えばハニカム状金属層のデブリシールド材料の２つ以上の層１６８を積層することによって形成されてよい。一例としては、各層の中の通路は、燃料バンドル集合体１０の軸に対して例えば５度〜４５度の角度が付けられてよい。各層１６４、１６６中の通路の角度の向きまたは傾きは、層が、積層したデブリシールド１５２を通るばらばらの通路１５９を形成するように異なってよい。代替として、デブリシールドの各層を通るデブリの通路は、隣接する層の通路、および層と層の間の間隙に対してオフセットされてよく、それにより流体が、比較的小さい流体抵抗でデブリシールドを通り抜けることを可能にする。
【００５５】
デブリシールド１０２、１３６および１５２は、原子炉炉心の運転中に燃料バンドル集合体１０の中に留まってよい。好ましくは、デブリシールドは、冷却材、特に非常用冷却材が、実質的に流動抵抗がない状態でデブリシールドを通って下向きに流れることを可能にする多孔性を有する。デブリシールドの多孔性およびばらばらの流体通路は、デブリの通過を阻止する。デブリシールドは、冷却用流体などの流体が通過することを可能にし、微粒子の通過を阻止するスクリーニング装置またはフィルタとして働く。好ましくは、冷却材の最適な流れを保持しながらデブリの大きさを最小にする細孔径を有するデブリシールドが、デブリ物質の小片の通過を阻止すべきである。
【００５６】
本明細書に示すデブリシールド１０２、１３６および１５２は、典型的なシールドである。デブリシールド１０２は、断面が山形の多孔性構造を有し、および上部タイプレートに一体化している板として構成されてよい。デブリシールド１０２は、燃料バンドル集合体１０のタイロッド、燃料棒および上部端栓を受容および支持するための開口を含む耐力構造である。耐力デブリシールド１０２のため、上部平坦支持構造および下部平坦支持構造は、必要とされない。デブリシールド１３６は、多孔性金属層からなる１つまたは複数の層で形成されてよい。層は、波状の断面形状を有してよく、この波状の断面形状は、シールド中の通路に対して傾斜を付与し、それによってシールドのフィルタリング機能を向上できる。示すようにデブリシールド１３６は、耐力ではなく、上部タイプレートの耐力フレームのスロットに挿入される。デブリシールド１５２は、層１６８および流路１５９を有する積層板であってよく、層１６８および流路１５９は、ばらばらであり、デブリをトラップするための屈曲および湾曲を有する。デブリシールド１５２は、非耐力性であってよく、上部タイプレートの上部平坦部分および下部平坦部分の中の穴に取り付けられるタイロッド、燃料棒および上部端栓が貫通する開口を有する。代替として、デブリシールド１５２は、図２、図３および図４に示されるように、ピン支持体開口を有する耐力性であってよく、ピン支持体およびリブの（下部ではなく）上部平坦マトリックスを有する上部タイプレートのフレーム１６０の底部空洞に着座する。
【００５７】
デブリシールド１０２、１３６および１５２は、下向きに流れるデブリを阻止し、非常冷却用の流れに対して比較的小さい抵抗面積を有し、非常用炉心冷却システムの使用中にシールドを通っておよびシールドの周りを回ってバンドルの頂部へ流れる流体の再循環を可能にする。燃料バンドル集合体１０の頂部の他の形状、構成要素および配置を有するデブリシールドは、冷却材を通過させながらバンドルの中に下向きに落ちるデブリが通過するのを阻止するのと実質的に同じように、デブリがバンドルの中に落ちるのを防ぐ役割を果たすように作製されてよく、それによって上部タイプレートを通り過ぎて落下するデブリによるバンドルの中に取り込まれるデブリが実質的にないという結果を実現する。
【００５８】
デブリシールド１０２、１３６および１５２の３つの実施形態それぞれは、上部タイプレートを通り抜ける冷却材の流れからデブリを阻止し、スクリーニングにかけ、およびフィルタにかけるのに適している。デブリシールド１０２（第１の実施形態）は、例えば、１つまたは複数の以下の方法、すなわち、（ｉ）タイロッド２４のねじ付き上部端栓２８、（ｉｉ）ウォータロッド２３、２３０の上部端栓１９、（ｉｉｉ）燃料バンドル集合体１０内の全長燃料棒１１の上部端栓３０、および（ｉｖ）デブリシールド用の上部タイプレートに開いている空洞とデブリシールド自体の間で及ぼされる拘束力によって所定位置に保持できる。さらに、デブリシールド１０２は、上部タイプレート内に装着される取外し可能なユニットまたは恒久的な一体構造であってよい。加えて、デブリシールド１０２は、デブリシールドが、中空の金属チャンネル２０内部の燃料バンドルの開いた領域と少なくとも同じ広がりのある面を有する、上部タイプレートの中および燃料棒の上方の取外し可能なユニットまたは恒久的な一体構造であってよい。
【００５９】
デブリシールド１０２、１３６および１５２は、上部タイプレートの下方で装着されると共に中空の金属チャンネル２０の中に収容される燃料棒のバンドルを含む原子炉燃料バンドル集合体１０の中にデブリが落ちることを防ぐための方法の中で使用でき、この方法は、上部タイプレート内の取外し可能なユニットであり得るまたは上部タイプレート内に恒久的な一体構造として取付けできるデブリシールドを挿入するステップを含む。同様に、燃料バンドル集合体１０が運転中の原子炉炉心の中にある間に、デブリシールドを上部タイプレートの中および燃料棒の上方で保持するステップと、原子炉炉心の運転中に冷却材をバンドルおよびデブリシールドを通して流すステップと、デブリシールドを用いて燃料バンドル集合体に落ちるデブリを捕捉する、スクリーニングにかける、または逸らすステップと、およびデブリを取り除くこととからなる方法が開発されている。デブリシールド１０２、１３６および１５２は、燃料集合体の頂部の中に潜在的に取り込まれる異物を逸らし、捕らえ、または取り除く。
【００６０】
デブリシールド１０２、１３６および１５２はそれら自体、バンドルに対する構造的な支持を与え、それによって上部タイプレート中のピン支持体の別個のアレイを不要にすることができる。したがって、上部タイプレートは、燃料棒、ウォータロッド、および適切なタイロッドが取り付けられる硬質のデブリシールドを備えてよく、ここで、上部タイプレートは、従来のピン支持体アレイを含まない。
【００６１】
デブリシールド１０２、１３６および１５２を通る冷却材の流れは、デブリシールドの両端間で実質的に圧力損失がないことが好ましい。デブリシールドの流動抵抗を低減するために、流路は、比較的広くてよいが傾斜される。デブリシールド中の通路を傾斜させることにより、デブリをトラップする、スクリーニングにかけ、またはフィルタにかけるためのシールドの能力を強化する。傾斜していることにより、小さいデブリの小片は、シールドをまっすぐに通って流れることができず、シールド内でトラップされ、または詰まる傾向になる。デブリシールド中の見通しのない通路が上部タイプレート集合体を通じての上から下への視線の視界を妨げるため、デブリシールドを通じての視界は遮られる。
【００６２】
デブリシールド１０２、１３６および１５２は、冷却材などの流体が通過することを可能にし、微粒子の通過を阻止するスクリーンまたはフィルタとして働く。好ましくは、デブリシールドは、冷却材、特に非常用冷却材が、実質的に流動抵抗がない状態でデブリシールドを通って下向きに流れることを可能にする多孔性を有する。好ましくは、デブリシールドは、デブリシールドの両端間でかなり大きい流体の圧力低下を強いることなくデブリの大きさを最小にする細孔径を有するべきである。デブリシールド１０２、１３６および１５２は、ワイヤまたはメッシュ生地、スポンジ、格子、交差する棒または細長い薄板のアレイ、あるいは他のマトリックス材などの多孔性の材料で形成されてよい。デブリシールドの通路は、とても狭くてより大きいデブリの小片が通路に入ることができないことが好ましい。さらに、上部タイプレートのフレームは、多孔性であってよく、例えば、流体がフレームを通り抜けることを可能にし、デブリの通過を阻止するための小さい垂直な穴を有してよい。フレーム中の穴により上部タイプレートを通る通路の有効流路面積が増大し、それによりデブリシールドによる任意の流量制限を補償またはオフセットする。
【００６３】
デブリシールド１３６は、燃料バンドル集合体１０の垂直軸に対して傾斜するシールド中の穴をもたらす波状の断面形状を有してよい。穴の傾斜は、デブリを阻止およびトラップする際に有利である。デブリシールド１３６の波状の形状は、デブリシールドの上部の稜線および下部の溝をスロットの上面および下面に対して付勢させることによってデブリシールドをスロットに固着するのを助ける。デブリシールドの上部の稜線および下部の溝１３３は、タイロッド、燃料棒、ウォータロッドおよび各種の上部端栓のねじ付き端部を受容するための開口を含む。好ましくは、デブリシールド１３６は、燃料バンドル集合体１０の上方から落ちたものである捕捉したデブリを保持しながら、冷却材、特に非常用冷却材が燃料バンドル集合体を通って下向きに流れることを可能にする、溝および稜線の上部の大部分と下部の大部分の間の側面での多孔性を有する。
【００６４】
構造的に強いデブリシールド１５２は、耐力構造として働き、フレームの上部部分および下部部分のうちの１つまたは複数の部分を置き換えることができる。デブリシールド１５２は、ハニカム状金属構造、ワイヤまたはメッシュ生地、スポンジ、格子、交差する棒または細長い薄板のアレイ、あるいは多孔性である他のマトリックスであってよい。デブリシールドを通る通路は、デブリシールドのデブリをスクリーニングにかける機能およびフィルタにかける機能を保持しながらデブリシールドの両端間で任意の流体の圧力低下を最小にするために多数あってよい。
【００６５】
図１５ａ、図１５ｂおよび図１５ｃは、整備および保守のために炉心２１から取り除かれた燃料バンドル集合体１０を受容するための整備または燃料検査プール１８０を示す概略図である。概して、冷却材／減速材１８２は、炉心、および整備または燃料検査プール中で燃料バンドル集合体を覆う。
【００６６】
図１５ａに示すように、クレーン１８４は、燃料バンドル把手の把手をつかみ、燃料バンドル集合体１０を炉心から持ち上げる。クレーン１８４は、燃料バンドル集合体をオーバーヘッド梁１８６などに沿って整備または燃料検査プール１８０まで移動させる。クレーンは、燃料バンドル集合体を整備または燃料検査プールの中に降ろす。
【００６７】
図１５ｂに示すように、中空の金属チャンネル２０は、取り除かれており、燃料バンドル３２は、整備または燃料検査プール１８０中で検査および保守を受ける準備が整っている。上部タイプレート中のスロットまたは空洞１５４からデブリシールドを取り除くために、デブリシールド１５２は、デブリシールドを水平方向に滑動することによって上部タイプレートから取り除くことができる。取り除いたら、デブリシールドは、清掃および検査されてよく、上部タイプレートのスロットの中に再挿入される。代替として、デブリシールドは、新しいデブリシールドと交換されてよく、この新しいデブリシールドは上部タイプレートのスロットの中に挿入される。
【００６８】
図１５Ｃに示すように、上部タイプレートは、デブリシールド１０２が燃料バンドル３２の上部に取り付けられたままであり、チャンネルが取り除かれた状態で燃料バンドル集合体から取り除くことができる。上部タイプレートは、交換または保守され、次いでデブリシールドの上におよび燃料バンドル３２の上へ再設置されてよい。
【００６９】
上部タイプレートが取り除かれた後、次いでデブリシールドは、ウォータロッド２３および２３０のねじ付き上部端栓をデブリシールドに固着する六角ナットを取り除くことによって燃料バンドル３２から取り外されてよい。燃料バンドルから取り除かれると、デブリシールドは、シールド中にトラップしたデブリを取り除くために清掃されてよい。代替として、デブリシールドは、新しいデブリシールドと交換されてよい。
【００７０】
さらに、上部タイプレートが取り除かれた後、デブリシールド１０２が燃料バンドル３２のウォータロッド２３および２３０に取り付けられたままの状態で、１つまたは複数の燃料棒１１、１２が、デブリシールド中の穴を通じて取り除かれてよい。具体的には、燃料棒の上端が、デブリシールドの穴に着座されている円筒形ピン支持体１０６（図３）に挿入される。デブリシールド中の穴は、燃料棒および膨張スプリングを通過させるのに十分広い。円筒形ピン支持体１０６は、上部タイプレート中のピン支持体の上方格子マトリックスによって、あるいはロックワッシャ、六角ナット１７、または円筒形ピン支持体をデブリシールドの上面に解除可能に固着する他の固着機構によってデブリシールドにしっかり着座されてよい。円筒形ピン支持体は、燃料棒の上端が支持体を通って延在することを可能にし、燃料棒上の膨張スプリング用の上部端止めを与え得る。
【００７１】
燃料棒１１、１２を取り除くために、燃料棒の上端をつかんで上向きに引張り、それにより燃料棒、円筒形ピン支持体、および膨張スプリングが集合体としてデブリシールド１０２中の穴を通って上に移動する。上部タイプレートが取り除かれると、デブリシールドが燃料バンドルを覆い、支持している状態で、単一の燃料棒を燃料バンドルから取り除くことができる。同様に、燃料棒、膨張スプリング、および円筒形ピン支持体の集合体は、円筒形ピン支持体がデブリシールドの穴に着座するように集合体をデブリシールド中の穴を通じて降ろすことによって燃料バンドルに挿入されてよい。
【００７２】
デブリシールドによって捕集されたデブリは、原子炉炉心２１内の潜在的な問題を検出するために検査されてよい。デブリシールドによって捕捉されたデブリは、ことによると、原子炉炉心からの構成要素の破片、緩んだ構成要素、構成要素と他の断片が擦れることによって生じる金属の削りくずであり得る。デブリシールドからのデブリを作業者が検査することにより、原子炉炉心内の問題が示され得る。作業者は、検査に基づいて、原子炉炉心の構成要素が修理、交換または少なくともさらなる検査を必要とし得るか判定し、または少なくともそのことを疑うことができる。したがって、デブリシールドからのデブリの検査は、デブリシールドが上部タイプレートおよび燃料バンドル３２から取り外されている間に、または取り外された後に行われ得る。
【００７３】
清掃したデブリシールドまたは新しいデブリシールドは、デブリシールドを取り除いたのとほとんど同じやり方で燃料バンドルに適用される。中空の金属チャンネル２０が、燃料バンドル３２に再び取り付けられる。完成した燃料バンドル集合体は、クレーンによって整備または燃料検査プール１８０から持ち上げられ、炉心内の燃料バンドル集合体のアレイ中のその適当な位置に設置される。燃料バンドル集合体は、その元の位置に戻されてなくてよい。むしろ、燃料バンドル集合体１０は、炉心内の異なる位置に戻されてよく、この位置は原子炉性能に基づいて決定されるものである。上記の通り、単一の燃料棒を取り除くことは、上部タイプレートを除いて、デブリシールドまたは燃料バンドルの他の構成要素を取り除くことなく１つまたは複数の燃料棒を燃料バンドルから取り除く能力を与える。上部タイプレートおよび個々の燃料棒は、燃料バンドルを完全に分解することなく修理または交換できる。したがって、上部タイプレートおよび個々の燃料棒の修理および交換は、燃料バンドルが整備／検査プール中にある間に行うことができる。整備／検査プール中でこれらの修理および交換を行い、燃料バンドル全体を分解しないことにより、上部タイプレートの保守または個々の燃料棒の交換に必要な仕事量を減少させることで時間と費用が節約される。
【００７４】
本発明を最も実用的で好ましい実施形態であると現在みなされるものと共に説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されることはなく、しかし一方、添付した特許請求の範囲の精神および範囲の中に含まれるさまざまな修正形態および均等な構成を包含するように意図されることが理解されよう。
【符号の説明】
【００７５】
１０  従来の／核燃料バンドル集合体
１１  全長燃料棒
１２  部分長燃料棒
１３  上部タイプレート
１４  下部タイプレート
１５  スペーサ
１６、１６ａ  膨張スプリング
１７  六角ナット
１８  フィンガスプリング
１９  ウォータロッドの上部端栓
２０  中空の金属チャンネル
２１  炉心
２２  把手
２３／２３０  ウォータロッド
２４  タイロッド（ねじ付き端部２８付き）
２５  チャンネルポスト（ねじのない）
２６  チャンネルポスト／ねじ付き
２８  ねじ付き端部
２９  下部タイプレートの「格子」
３０  燃料棒の上部端栓
３１  ＵＴＰのフレームワーク内の小さい垂直な穴
３２  燃料バンドル（チャンネルまたは他の燃料構成要素のない集合体）
１００  上部タイプレート集合体（図２）
１０１  デブリシールド中の垂直な穴
１０２  内部デブリシールド
１０４  水平支持フレーム
１０５  凹所
１０６、１０６ａ  円筒形ピン支持体
１０７  円筒形ピン支持体の上部フランジ
１０８  デブリシールドを通る流路
１０９  上部タイプレートの底部空洞（図３）
１１０  デブリシールドの周縁
１１１  出張り
１１２  山形模様
１１４  デブリシールドの上面
１１６  デブリシールドを通る流路中のコーナー
１１７  支持フレームの基準点
１３０  上部タイプレート集合体（図５および図６）
１３１  フレーム中の穴
１３２  水平支持フレーム
１３３  上部の稜線および下部の溝（中実の材料領域）
１３４  水平スロット
１３５  デブリシールド１３６中のピン支持体
１３６  デブリシールド
１３７  斜面
１３８  中空リブ
１３９  Ｖ形チャンネル
１４０  ピン支持体のマトリックス
１４１  ピン支持体
１４２  リブ
１４３  デブリシールド中の傾斜した穴、孔
１４４  マトリックスを支持フレームに接続するリブ
１４５  固体金属の補強材
１５０  上部タイプレート集合体（図１０〜図１４）／（第３の実施形態）
１５２  デブリシールド
１５４  上部タイプレートのスロット／空洞
１５６  上部マトリックス、上部平坦マトリックス、上部平坦部分
１５８  下部マトリックス、下部平坦マトリックス、下部平坦部分
１５９  流路
１６０  ３つの側面があるフレーム
１６１  ピン支持体開口、ピン支持体（図１２および図１３）
１６２  デブリシールドの縁部
１６４  上面、層
１６６  下面、層
１６８  デブリシールドの層、デブリシールド
１７０  ナット、ロックタブワッシャ
１８０  整備／燃料検査プール（図１５）
１８２  冷却材／減速材
１８４  クレーン
１８６  オーバーヘッド梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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