(57)【要約】原子炉特に沸騰水形原子炉の一次回路内を循環する冷却材（Ｋ）から固形粒子を除去する装置は、その幾何学的寸法および形状がその原子炉に対して設計された燃料集合体と同一であり、その燃料集合体に替えて原子炉の炉心（４０）の燃料集合体非設置位置にはめ込まれるように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉特に沸騰水形原子炉の一次回路内を循環する冷却材（Ｋ）から固形粒子（Ｐ）を除去する装置であって、
その固形粒子除去装置の幾何学的寸法および形状が、その原子炉に対して設計された燃料集合体と同一であり、その燃料集合体に替えて原子炉の炉心（４０）の燃料集合体非設置位置（４４、４６）にはめ込まれるように形成されていることを特徴とする原子炉の一次回路内を循環する冷却材から固形粒子を除去する装置。
【請求項２】
長手方向（６）に延びる支持構造物（８）を備え、該支持構造物（８）内に少なくとも１個の異物分離除去器（１０）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
支持構造物（８）内に複数の異物分離除去器（１０）が長手方向（６）に直列配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
異物分離除去器（１０）が相互に解除可能に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
異物分離除去器（１０）として流体式分離器が利用されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
支持構造物（８）として中空箱体が利用されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
異物分離除去器（１０）として、冷却材（Ｋ）に対する入口開口（１４）を備え且つ支持構造物の中にはめ込まれるインサート（組込み物）が利用され、該インサートが入口開口（１４）に対向し且つそこから間隔を隔てて冷却材（Ｋ）を方向転換するための方向転換装置（１８）を有し、方向転換時に遠心力によって分離された固形粒子（Ｐ）を収容するための貯蔵域（２２）を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
方向転換装置（１８）として、支持構造物（８）の長手方向（６）に流れる冷却材（Ｋ）にその長手方向（６）を中心とした旋回を与えるサイクロン（２２）が利用されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
方向転換装置（１８）が少なくとも１つの固定羽根（２８）を有していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
複数の異物分離除去器（１０）が長手方向（６）に直列配置され、これらの異物分離除去器（１０）が異なった分離作用を得るために構造的に互いに異なっていることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
流れ抵抗が少なくとも燃料集合体の流れ抵抗にほぼ相当していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１２】
燃料集合体非設置位置（４４、４６）に請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の装置が設置されていることを特徴とする原子炉特に沸騰水形原子炉の原子炉炉心（４０）。
【請求項１３】
固形粒子除去装置が炉心の周縁部に存在する燃料集合体非設置位置（４４、４６）に設置されていることを特徴とする請求項１２に記載の原子炉炉心。
【請求項１４】
固形粒子除去装置が炉心の角（かど）位置（４６）に設置されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉特に沸騰水形原子炉の一次回路内を循環する冷却材から固形粒子を除去する装置に関する。また本発明は、かかる装置を備えた原子炉の炉心に関する。
【０００２】
原子炉の一次回路における点検作業によって、微小固形粒子の形態の異物が一次回路に到達し、冷却材と共に絶えず循環される事態が生ずることがある。その固形粒子は流れの死水域および隙間の中に堆積し、保守作業の枠内における分解作業時に被分解部品を固着させたり、動き難くさせたりする。さらに、その固形粒子は冷却材で貫流される狭い隙間に激しい浸食（エロージョン）を生じさせる。
【０００３】
加圧水形原子炉の燃料集合体の燃料棒において異物により引き起こされる浸食や損耗を防止するために、燃料集合体の下側支え板の下側に、燃料集合体への異物の侵入を防止するフィルタプレートの形態の汚れトラップあるいは漏斗状フィルタを配置することが、欧州特許第０４３２７３８号明細書で知られている。その中央に自由貫流路を有する漏斗状フィルタによる実施形態の場合、そのフィルタの上流に旋回流を発生し、異物粒子が中央自由貫流路に流入することを防止する固定羽根が配置されている。
【０００４】
かかるフィルタプレートやかかる漏斗状フィルタにより、確かに、燃料棒間の隙間への異物粒子の侵入を防止することができる。しかし、そのような汚れトラップが閉塞してしまい、燃料集合体における流れ状態が害されるという問題がある。従って、異物粒子による問題をはじめから防止するために、基本的に、冷却材をフィルタ装置で浄化し、そのようにして、冷却材内を一緒に運ばれる異物粒子の量をはじめから減少する努力が払われている。
【０００５】
その場合、原子力設備に一般に冷却材を浄化するために存在するフィルタ設備では、そのような浄化の実施後に新たに固形粒子が上述した箇所に集まることが観察されるので、冷却材回路から固形粒子を完全除去するために十分でないことが確認されている。
【０００６】
本発明の課題は、原子炉特に沸騰水形原子炉の一次回路内を循環する冷却材から固形粒子を簡単な方法で確実に除去することができる装置を提供することにある。
【０００７】
この課題は、本発明に基づいて、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する装置によって解決される。その特徴によれば、この固形粒子除去装置はその幾何学的寸法および形状が、その原子炉に対して設計された燃料集合体と同一であり、その燃料集合体に替えて原子炉の炉心の燃料集合体非設置位置にはめ込まれるように形成されている。この対策によって、原子炉の通常運転期間にわたって有効に働くフィルタ装置あるいは浄化装置が供給され、固形粒子が原子力設備の運転中にその固形粒子除去装置の内部に堆積することにより、原子炉の長い使用期間にわたり循環冷却材から連続して効果的に除去される、即ち、冷却材流から固形粒子が分離される。その固形粒子除去装置は、通常の保守点検作業の中で例えば1回の運転サイクルの終わりに燃料集合体と同様に炉心から取り出し浄化することができる。この装置はそこに堆積した固形粒子が除去された後、再び同じ燃料集合体非設置位置にあるいは異なった燃料集合体非設置位置にはめ込まれ、原子炉の始動後に再び浄化運転を実行することができる。あるいはまた、その固形粒子除去装置が例えば複数回の運転サイクルで使用され終えたとき、使用済み燃料集合体と同じように、その装置全体を廃棄処理することもできる。
【０００８】
特に沸騰水形原子炉における使用に適した固形粒子除去装置の場合、その装置は、長手方向に延びる支持構造物を備え、この支持構造物内に少なくとも１個の異物分離除去器が配置されているが、複数の異物分離除去器が長手方向に直列配置されていると好適である。
【０００９】
その異物分離除去器として特に流体式分離器が利用されている。その流体式分離器においては、重力あるいは遠心力の作用によって、冷却材と固定粒子との分離が行われる。流体式分離器の利用によって、十分な分離作用を生じ小さな流れ抵抗しか存在しない構造的形態が可能となる。
【００１０】
支持構造物は特に中空箱体である。かかる固形粒子除去装置は特に沸騰水形原子炉における使用に適している。
【００１１】
本発明の特に有利な実施態様において、異物分離除去器として、冷却材に対する入口開口を備え且つ支持構造物の中にはめ込まれるインサートが利用され、このインサートが入口開口に対向し且つそこから間隔を隔てて冷却材を方向転換するための方向転換装置を有し、その方向転換時に遠心力によって分離された固形粒子を収容するための貯蔵域を備えている。かかる異物分離除去器は構造的に簡単に構成され、安価な技術的経費で製造でき、その都度の原子力設備特有の要件に柔軟に適合することができる。
【００１２】
方向転換装置として、支持構造物の長手方向に流れる冷却材にその長手方向を中心とした旋回を与えるサイクロン、特に固定羽根の形のサイクロンが利用されることによって、小さな流れ抵抗および僅かな流れ振動誘発性のもとで高い分離率が得られる。
【００１３】
他の有利な実施態様において、複数の異物分離除去器が長手方向に直列配置され、相互に解除可能に結合されている。このように形成されたスタック（積層体）は、特に簡単に全部一緒に支持構造物の中に組み込むことあるいはそこから取り出すことができる。
【００１４】
複数の異物分離除去器が長手方向に直列配置され、これらの異物分離除去器が異なった分離作用を得るために構造的に互いに異なっていることによって、幾何学的および物理的に異なった複数の固形粒子が、唯一の固形粒子除去装置によって冷却材から高い効率で分離できる。
【００１５】
その装置の流れ抵抗が少なくとも燃料集合体の流れ抵抗にほぼ相当していることによって、その装置の周辺における流体的条件は、そこに燃料集合体が設置された場合の運転に比べてせいぜい是認できる範囲でしか影響されない。
【００１６】
本発明に基づく装置が燃料集合体非設置位置に設置されている原子炉炉心の場合、その固形粒子除去装置が炉心の周縁部に、特に炉心の角（かど）位置に設置されていると好適である。これは、その位置に存在する燃料集合体が炉心の全出力のうちほんの僅かな量の出力しか発生せず、従って、かかる燃料集合体が本発明に基づく装置と置き換えられても、炉心の全出力が僅かしか低減されないからである。
【００１７】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１において、沸騰水形原子炉の炉心における使用のために設計された本発明に基づく装置は、脚部材２およびハンドル３付き頭部材４を有している。その脚部材２および頭部材４は、その寸法および形状がその原子炉に対して設計された燃料集合体と同一であり、炉心上側支持格子と炉心下側支持格子との間にその燃料集合体の替わりに炉心の燃料集合体非設置位置にはめ込まれるように形成されている。脚部材２および頭部材４は、長手方向６に延びる支持構造物８、例えばこの沸騰水形原子炉に対して設計された燃料集合体のボックス（燃料チャネル）と同一の外側寸法を有するボックスによって互いに結合されている。このボックス（支持構造物８）の内部に複数の異物分離除去器１０が、これらの異物分離除去器１０が支持構造物８例えばボックスの内部を通って流れる冷却材により順々に貫流されるように、長手方向６に直列配置されている。
【００１９】
図２は本発明に基づく装置のハンドル３付き頭部材４の側の上端を拡大して示している。異物分離除去器１０はボックス（支持構造物８）にはめ込まれたインサート（組込み物）の形態に形成され、この実施例においては支持板１２を有している。この支持板１２はその中央に、ボックス内を流れる冷却材Ｋが流路１６に流入する入口開口１４を有している。この流路１６の開口断面は流れ方向にノズルの形で狭まっている。流路１６の出口に、冷却材Ｋの流れを方向転換させる方向転換装置１８が存在している。この実施例において方向転換装置１８は、冷却材の流れを約１８０°方向転換するドーム形冠部１９によって形成されている。ドーム形冠部１９とボックス壁との間に円環状の出口開口２０が存在し、この出口開口２０を通して冷却材Ｋが流出し、これによって、冷却材Ｋは流路１６の外側をその流路外壁に沿って支持板１２に向けて流れる。この支持板１２はボックス内壁と共に冷却材Ｋを再び同様に約１８０°方向転換させ、これによって、冷却材Ｋは上向きに（頭部材１４に向けて軸方向に）ボックス内壁と方向転換装置１８との間に形成された出口通路２１を通って次の異物分離除去器１０に流入する。支持板１２の周縁部位は死水域２２を形成し、これによって、冷却材Ｋの下側の方向転換によって発生された遠心力によりそこに堆積する固形粒子Ｐの貯蔵域を形成している。
【００２０】
図３の実施例においては、異物分離除去器１０に方向転換装置１８としてサイクロン２３が利用されている。この実施例においても、異物分離除去器１０はボックス（支持構造物８）にはめ込まれる個々のモジュールやインサートとして形成されている。その各異物分離除去器１０は断面矩形の中空箱体２４を有し、その片側端面に入口開口１４が設けられ、反対側端面２５が開いている。その入口開口１４に同様に短い流路１６が続いている。中央に配置され、即ち、支持構造物への組込み後に長手方向６と一直線となっている流路１６における中空箱体２４に開口する出口に、サイクロン２３が配置されている。このサイクロン２３は複数の翼あるいは羽根を備えた固定支持体２６を有している。その羽根２８も支持体２６に固定して支持され、長手方向６に流れる冷却材Ｋにその長手方向６を中心とする旋回（長手方向６に対して平行な角運動）を与え、これによって、冷却材Ｋに長手方向６を中心とするスパイラル軌道上の運動を生じさせる。この旋回によって、流路１６から流出する固形粒子Ｐに外向きの力（遠心力）が与えられる。その力は固形粒子Ｐを外側に中空箱体２４の内壁に向けて静水域に搬送し、そこで固形粒子は重力作用のために、流路１６を取り囲む死水域２２の中に沈降し、そこは同時に滞留空間となっている。
【００２１】
図４から理解できるように、（運転中の組立状態において）上向きに開いた中空箱体２４は、その入口開口１４とは反対側の端縁（上縁）３０に、長手方向６に延びる複数のばね舌片３２を備えている。これらの各ばね舌片３２の自由端に、半径方向外側に向いた突起３４が配置されている。
【００２２】
図５においてその突起３４は、上側に位置し上縁３０に接する隣の異物分離除去器１０に在る孔３６にはまり込み、スナップ継手あるいは係合継手を形成し、これによって、スタック（積層体）の形に配置された異物分離除去器１０が相互にかみ合い結合され、スタックとして支持構造物８から一緒に取り出すことができる。また、インサートを別々に取り出せるようにするために、スナップ継手は工具によりかみ合いを解除できる。
【００２３】
中空箱体２４は入口開口１４の部位が四角錐台状に形成され、これにより、四角錐台の側面に存在する環状カラー３８（図４も参照）が（組立状態において）下側に位置する異物分離除去器１０の中空箱体２４の上縁に接するとき、入口開口１４がその異物分離除去器１０の中に突出する。
【００２４】
図１〜図５に示された実施例において、異物分離除去器は方向転換装置を有する流体式分離器として形成され、その方向転換装置は冷却材の流れ方向の変化（方向転換）を生じさせ、その方向転換時に固形粒子がそれに作用する遠心力により静水域に運ばれ、そこでは固形粒子はもはや冷却材により一緒に運ばれなくなり、滞留空間として利用される死水域に集まる。
【００２５】
図６は、原子炉の炉心の周縁部位の断面を示し、その格子目（セル）４２はそれぞれ燃料集合体で占められる。図６において、炉心の周縁部における本発明に基づく装置の設置に特に適している燃料集合体非設置位置４４、４６が記号「×」、「○」で識別されている。その炉心の角（かど）位置４６において、本発明に基づく装置は２つの側辺だけが隣の燃料集合体に隣接する。このように１個あるいは数個のかかる装置が装着された炉心４０は、一次回路から固形粒子を確実に且つ永続的に除去することが保証される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】直列配置された複数の異物分離除去器を備えた本発明に基づく装置の概略縦断面図。
【図２】図１における装置の上端部位の拡大詳細図。
【図３】異物分離除去器がサイクロンとして形成された実施例の概略縦断面図。
【図４】図３における異物分離除去器の組立状態における側面図と底面図。
【図５】図３に示された装置の部分拡大図。
【図６】炉心の周縁部位に本発明に基づく装置を設置するために好適な位置が存在する原子炉炉心の格子構造の部分図。
【符号の説明】
【００２７】
２    脚部材
３    ハンドル
４    頭部材
６    長手方向
８    支持構造物
１０    異物分離除去器
１２    支持板
１４    入口開口
１６    流路
１８    方向転換装置
１９    ドーム形冠部
２０    出口開口
２１    出口通路
２２    死水域
２３    サイクロン
２４    中空箱体
２５    端面
２６    支持体
２８    羽根
２９    死水域
３０    上縁
３２    ばね舌片
３４    突起
３６    孔
３８    カラー
４０    原子炉炉心
４２    格子目（セル）
４４    燃料集合体非設置位置
４６    燃料集合体非設置位置
Ｋ    冷却材
Ｐ    固形粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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