(57)【要約】【課題】沸騰水型原子炉の冷却材中の異物を捕捉して回収する。【解決手段】チャンネルボックスに囲まれて複数の平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した炉心と、炉心に冷却材を上向きに強制的に流すための再循環装置と、炉心に挿入引抜される複数の制御棒と、を有する沸騰水型原子炉の運転方法である。原子炉の停止中に、炉心内の燃料集合体の内の少なくとも１体を、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置６１に置き換える置き換えステップと、置き換えステップの後に、再循環装置によって炉心に冷却材を強制的に流す流動ステップと、を有する。【選択図】図１
2006201107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれがチャンネルボックスに囲まれて複数の平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した炉心と、この炉心に冷却材を上向きに強制的に流すための再循環装置と、炉心に挿入引抜される複数の制御棒と、を有する沸騰水型原子炉の運転方法であって、
原子炉の停止中に、前記炉心内の燃料集合体の内の少なくとも１体を、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置に置き換える置き換えステップと、
前記置き換えステップの後に、前記再循環装置によって炉心に冷却材を強制的に流す流動ステップと、
を有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、
前記置き換えステップの後に前記制御棒の少なくとも一部を引き抜いて原子炉を起動させる起動ステップをさらに含み、
前記置き換えステップにおいて前記異物捕捉装置に置き換えられる燃料集合体は、前記制御棒に隣接せず、しかも前記炉心の最外周に配置された燃料集合体に限られること、
を特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。
【請求項３】
請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、
前記流動ステップの後に、前記異物捕捉装置を炉心から取り出して、そのあとに燃料集合体を装荷する再装荷ステップをさらに有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。
【請求項４】
請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、
前記複数の燃料集合体はそれぞれ、複数の燃料棒と、これらの燃料棒の上端および下端をそれぞれ保持しかつそれぞれに複数の流路孔を備えた上部タイプレートおよび下部タイプレートを有し、
前記異物捕捉装置は、複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素とを有すること、
を特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。
【請求項５】
チャンネルボックスに囲まれて複数の平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した炉心と、この炉心に冷却材を上向きに強制的に流すための再循環装置と、炉心に挿入引抜される複数の制御棒と、を有する沸騰水型原子炉であって、
前記複数の燃料集合体はそれぞれ、複数の燃料棒と、これらの燃料棒の上端および下端をそれぞれ保持しかつそれぞれに複数の流路孔を備えた上部タイプレートおよび下部タイプレートを有し、
前記炉心内の燃料集合体の内の少なくとも１体が、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置に置き換えられていて、
前記異物捕捉装置は、複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素を有し、
前記異物捕捉装置全体の液単相における流動抵抗係数が、前記燃料集合体の液単相における流動抵抗係数よりも小さく構成されていること、
を特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項６】
チャンネルボックスに囲まれて複数の上向き平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した沸騰水型原子炉炉心内に前記燃料集合体と平行に配置され、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置であって、
複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素と、を有すること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項７】
請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の貫通孔の最大流路面積が前記第１の貫通孔の最小流路面積よりも小さく、かつ、前記第１の貫通孔の最大流路面積が前記下部プレートの流路孔の最小流路面積よりも小さいこと、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項８】
請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第１の貫通孔の合計流路面積が、前記第２の貫通孔の合計流路面積よりも大きく、かつ、前記下部プレートの流路孔の合計流路面積よりも小さいこと、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項９】
請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の貫通孔は、鉛直方向に対して傾いていてかつ上方に向かって細くなっていること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の多孔板には、下方が開放され上方に突出して上端が閉じた複数の筒状突出部が設けられ、その突出部の側面に複数の前記第２の貫通孔が配置されていること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項１１】
請求項５ないし１０のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、中空糸膜フィルタを有すること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、多数の筒状小流路を備えた金属製の密集流路を有すること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項１３】
請求項６ないし１２のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記捕捉チャンネルボックス内に、前記フィルタ要素の流速を加速するためのポンプが配置されていること、を特徴とする異物捕捉装置。
【請求項１４】
請求項６ないし１３のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記上部プレート、下部プレートおよびフィルタ要素を上下方向に貫通して、ファイバースコープを通過させるための案内管をさらに有すること、を特徴とする異物捕捉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心部に装荷されて冷却材中の異物を捕捉する異物補足装置、その異物補足装置を組み込んだＢＷＲ、およびその異物補足装置を組み込んだＢＷＲの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の炉心は、図１１に示すように、複数の制御棒３２が配置された空間に多数の燃料集合体を挿入して、水平方向に格子状に配列して構成されている。各燃料集合体はチャンネルボックス１に覆われている。また炉心内には、中性子束を検出するために、局部出力領域モニタ３３が配置されている。
【０００３】
ＢＷＲのチャンネルボックス１は、縦に長い薄肉の角筒であり、その横断面は、通常、コーナ部に半径約１ｃｍの局率の四分割円を有する、約１３ｃｍ四方の擬似正方形である。その材質としては、ジルカロイが用いられる場合が多く、肉厚は、２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。現在商用ＢＷＲで使用されている燃料集合体用のチャンネルボックスは、一般的に、コの字状に成形した２枚の金属板を、チャンネルボックス側面中央部の縦方向に溶接し、角筒型とすることにより製造されている。
【０００４】
さらに、各チャンネルボックス１は、図１２に示すように、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）内に設置された炉心支持板３４、および、上部格子板３５で支持され、円筒形のシュラウド３６に囲まれている。冷却材４は、下方より、燃料支持金具３７のオリフィスおよび下部タイプレートを経由してチャンネルボックス１内に流入し、燃料集合体により熱せられ、沸騰により蒸気（ボイド）を発生し、気液二相流となる。現在運転されている商用ＢＷＲでの燃料集合体有効長さは、約３．７ｍである。
【０００５】
計画された燃焼を終了した燃料集合体を新燃料と交換する場合には、プラント停止後にＲＰＶ上蓋を開け、湿分分離器、および、湿分分離器が設置された上部プレナムを取り外し、ＲＰＶ外に移動させ、専用クレーンにて炉心内の燃焼を終えた燃料集合体を隣接した燃料プールに移動した後で、予め燃料プール内に運ばれていた新燃料を炉心上部の所定の位置まで移動させ装荷する。
【０００６】
以上のような沸騰水型原子炉における燃料集合体としては、国内で商用の発電が行なわれて以来、７行７列型、８行８列型、改良８行８列型、高燃焼度８行８列型が順次開発され、そして、図１３に示す高燃焼度９行９列型が採用されるに至っている。これらの改良により集合体当たりの核分裂性物質の収容量が増加し、集合体内濃縮度分布の最適化と可燃性毒物の最適配置により、高燃焼度化と長期運転サイクル化が実現され、炉心の経済性は向上している。
【０００７】
図１３に示す燃料集合体では、複数の燃料棒４２が正方格子状に配列され、上下端部が、それぞれ上部タイプレート４５と下部タイプレート４６で支持されている。上部タイプレート４５の上部には取っ手４５ａがあって、燃料取扱い装置で取っ手４５ａを掴むことにより、燃料集合体を上方へ吊り上げることができるようになっている。
【０００８】
上部タイプレート４５と下部タイプレート４６の間で燃料棒４２の水平方向の間隔を保持するために複数の燃料スペーサ４４が配置されている。燃料集合体の水平断面中央部の一部の燃料棒は中空のウォータロッド４３で置き換えられている。図１３の例では２本の太径ウォータロッド４３が配置されている。さらに、一部（図示の例では８本）の燃料棒は、部分長燃料棒４２ａであって、下部タイプレート４６から上方に延びているが、上部タイプレート４５にまで達せずに途中までの長さになっている。  
なお、図１３（ｂ）および図１３（ｄ）では、チャンネルボックス１の図示を省略している。
【０００９】
高燃焼度８×８燃料については、例えば、非特許文献１および非特許文献２に詳しい記載がある。高燃焼度８×８燃料から高燃焼度９×９燃料では、高燃焼度化／長期運転サイクル化に伴うボイド反応度係数絶対値増加による過渡特性と核的要因に基づく安定性の悪化は、２本の太径ウォータロッドの採用などにより防止されている。また、集合体格子の増加に伴う二相圧損増加による熱水力的要因に基づく安定性の悪化は、燃料スペーサ圧損係数の低減と８本の部分長燃料棒、および、高圧損型下部タイプレートにより防止されている。高燃焼度９×９燃料については、例えば、非特許文献３および非特許文献４に詳しい記載がある。
【００１０】
また、近年の高性能化された燃料集合体では、燃料集合体内部に異物が侵入するのを防ぐことを目的としてフィルタ機能を付加することにより、燃料の健全性の向上が図られている。先述の９×９燃料の下部タイプレートでは、約５ｍｍの小口径の孔を多数開けることにより、流れに対する抵抗を増加（すなわち、高圧損化）する設計が採用されており、炉心の安定性の改善が図られているが、これは異物フィルタの役目も果たしている。
【００１１】
燃料集合体に侵入することが予想される異物としては、プラント建設時に原子炉一次系内に僅かに残された金屑、機器洗浄時の金属性ブラシの折れ片、機器損傷時の破片などが想定されている。その形状も、板状、つるまきバネ状（らせん状）、針金状（直線状）、など、多岐に渡ることが予想されている。
【００１２】
最近では、異物フィルタ機能をさらに発展させた下部タイプレートも提案され、ＢＷＲ運転プラントに適用されつつある。図１４に示す９×９燃料用の異物フィルタ付き下部タイプレート４６は、燃料棒４２とウォータロッド４３を支える格子部分（下部端栓１４の上部のくびれた部位が乗る円環状のボスと、ボスを繋ぐウェブ）の基本的な構造は高燃焼度８×８燃料のものと同じであるが、前記支持用格子下方に、数ｍｍの小口径の孔４６ｂが数百個開いた横板４６ｄが取り付けられている。ここで、燃料棒被覆管の下部端栓と、ウォータロッドの下部端栓は、フィルタ部を貫通している。
【００１３】
燃料支持金具部３７のオリフィス（図１２）を通過した流れは、下部タイプレート４６に開けられたリークホール４６ａからバイパス部への流れを除いて、異物フィルタ（横板４６ｄ）を必ず通過する。したがって、大部分の異物は、チャンネルボックス１で囲まれた燃料集合体部分の流路（インチャンネル）に入る前にフィルタ部で捕捉される。
【００１４】
なお、燃料集合体内の異物の発見と回収技術については、例えば、特許文献１または特許文献２にて、ファイバースコープ、および、ポンプによる吸引力を応用することにより提案されているが、これらの技術は、プラント停止時のみに適用されるものである。また、プラント運転中の異物回収技術については、例えば、特許文献３にて、下部タイプレート内部に旋回流発生機構と異物回収部を設けることが提案されているが、様々の形状、あるいは、重量を有する異物を確実に回収することには難点があった。
【００１５】
また、炉水の浄化については、原子炉出力運転中にも炉水浄化系により原子炉炉水中の錆の中性子放射化による放射性のコバルト、マンガン、鉄などは除去されるが、容量的に小さく（全炉心流量の１％未満）、また、取り出し配管の位置が固定されていることから（例えば、外部再循環ループから取り出し、給水配管に戻す）、炉心底部領域での針金状異物を除去することは難しかった。
【００１６】
さらには、タービンでの仕事を終えた復水中の不純固形物をろ過する復水浄化系では、中空糸膜フィルタが適用されることが多いが、炉内の放射線に長時間曝されることはフィルタ性能維持の観点上の問題があることから、炉心内に直接的に適用することには困難が伴った。
【特許文献１】特開平７−１８１２９０号公報
【特許文献２】特開平４−１７２２９８号公報
【特許文献３】特開２００２−３２３５８５号公報
【非特許文献１】ＴＬＲ−５０「沸騰水型原子力発電所  高燃焼度８×８燃料について」平成元年４月、株式会社東芝
【非特許文献２】ＨＬＲ−４１「沸騰水型原子力発電所  高燃焼度８×８燃料について」平成元年４月、株式会社日立製作所
【非特許文献３】ＴＬＲ−５７（改訂２）「沸騰水型原子力発電所  ９×９燃料について」平成１０年１０月、株式会社東芝
【非特許文献４】ＨＬＲ−４８（訂２）「沸騰水型原子力発電所  ９×９燃料について」平成１０年１０月、株式会社日立製作所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来提案されている異物フィルタを有する下部タイプレートでは、炉心入口部に達した異物を炉心（特に、燃料集合体チャンネル）内に侵入することを高い確率で防止することができた。
【００１８】
しかしながら、従来の異物フィルタは、異物の侵入防止上は非常に有効であるが、積極的に異物の捕捉、乃至は、回収を行なうものではないため、例えば、燃料集合体が所定の燃焼を終えた後、ＲＰＶ外へ取り出す際に、異物フィルタ部で捕捉した異物は落下し、燃料支持金具底部、あるいは、ＲＰＶ底部に残されることがあった。  
【００１９】
また、従来提案されている、異物回収装置は、プラント停止時に適用されるものであり、プラント起動時、あるいは、出力運転時に異物を回収することまでは想定されていなかった。
【００２０】
本発明の目的は、冷却材中の異物を捕捉し、捕捉した異物を高い信頼度で閉じ込め、かつ、回収することが可能な異物捕捉装置、その異物補足装置を組み込んだＢＷＲ、およびその異物補足装置を組み込んだＢＷＲの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記目的に沿うものであって、請求項１に記載の発明は、それぞれがチャンネルボックスに囲まれて複数の平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した炉心と、この炉心に冷却材を上向きに強制的に流すための再循環装置と、炉心に挿入引抜される複数の制御棒と、を有する沸騰水型原子炉の運転方法であって、原子炉の停止中に、前記炉心内の燃料集合体の内の少なくとも１体を、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置に置き換える置き換えステップと、前記置き換えステップの後に、前記再循環装置によって炉心に冷却材を強制的に流す流動ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、前記置き換えステップの後に前記制御棒の少なくとも一部を引き抜いて原子炉を起動させる起動ステップをさらに含み、前記置き換えステップにおいて前記異物捕捉装置に置き換えられる燃料集合体は、前記制御棒に隣接せず、しかも前記炉心の最外周に配置された燃料集合体に限られること、を特徴とする。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、前記流動ステップの後に、前記異物捕捉装置を炉心から取り出して、そのあとに燃料集合体を装荷する再装荷ステップをさらに有すること、を特徴とする。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転方法において、前記複数の燃料集合体はそれぞれ、複数の燃料棒と、これらの燃料棒の上端および下端をそれぞれ保持しかつそれぞれに複数の流路孔を備えた上部タイプレートおよび下部タイプレートを有し、前記異物捕捉装置は、複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素とを有すること、を特徴とする。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、チャンネルボックスに囲まれて複数の平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した炉心と、この炉心に冷却材を上向きに強制的に流すための再循環装置と、炉心に挿入引抜される複数の制御棒と、を有する沸騰水型原子炉であって、前記複数の燃料集合体はそれぞれ、複数の燃料棒と、これらの燃料棒の上端および下端をそれぞれ保持しかつそれぞれに複数の流路孔を備えた上部タイプレートおよび下部タイプレートを有し、前記炉心内の燃料集合体の内の少なくとも１体が、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置に置き換えられていて、前記異物捕捉装置は、複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素を有し、前記異物捕捉装置全体の液単相における流動抵抗係数が、前記燃料集合体の液単相における流動抵抗係数よりも小さく構成されていること、を特徴とする。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明は、チャンネルボックスに囲まれて複数の上向き平行流路を形成する複数の燃料集合体を配列した沸騰水型原子炉炉心内に前記燃料集合体と平行に配置され、冷却材中の異物を捕捉する異物捕捉装置であって、複数の流路孔を有する上部プレートと、前記上部プレートの下方にあって複数の流路孔を有する下部プレートと、前記上部プレートおよび下部プレートの間に延びていて周囲から流路を仕切る捕捉チャンネルボックスと、前記捕捉チャンネルボックス内に配置されて異物を捕捉するためのフィルタ要素と、を有すること、を特徴とする。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の貫通孔の最大流路面積が前記第１の貫通孔の最小流路面積よりも小さく、かつ、前記第１の貫通孔の最大流路面積が前記下部プレートの流路孔の最小流路面積よりも小さいこと、を特徴とする。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第１の貫通孔の合計流路面積が、前記第２の貫通孔の合計流路面積よりも大きく、かつ、前記下部プレートの流路孔の合計流路面積よりも小さいこと、を特徴とする。
【００２９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の貫通孔は、鉛直方向に対して傾いていてかつ上方に向かって細くなっていること、を特徴とする。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、複数の第１の貫通孔を備えた第１の多孔板と、第１の多孔板の上方に配置され複数の第２の貫通孔を備えた第２の多孔板とを有し、前記第２の多孔板には、下方が開放され上方に突出して上端が閉じた複数の筒状突出部が設けられ、その突出部の側面に複数の前記第２の貫通孔が配置されていること、を特徴とする。
【００３１】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項５ないし１０のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、中空糸膜フィルタを有すること、を特徴とする。  
また、請求項１２に記載の発明は、請求項６ないし１１のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記フィルタ要素は、多数の筒状小流路を備えた金属製の密集流路を有すること、を特徴とする。
【００３２】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項６ないし１２のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記捕捉チャンネルボックス内に、前記フィルタ要素の流速を加速するためのポンプが配置されていること、を特徴とする。
【００３３】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項６ないし１３のいずれかに記載の異物捕捉装置において、前記上部プレート、下部プレートおよびフィルタ要素を上下方向に貫通して、ファイバースコープを通過させるための案内管をさらに有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、沸騰水型原子炉で、冷却材中の異物を捕捉し、捕捉した異物を高い信頼度で閉じ込め、また、容易に回収することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここで、相互に共通もしくは類似の部分、または、従来技術と共通もしくは類似の部分には、共通の符号を付して重複説明を省略する。
【００３６】
［第１の実施の形態］
まず本発明の第１の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６１は、前述の燃料集合体に置き換えて炉心内に入れて使用されるものである。このため、その外側形状は、燃料集合体と同様とする。図示のものは、図１３に示した従来型９×９燃料集合体とほぼ同様の形状としているが、８×８燃料など、他の燃料集合体の構造をベースとしてもよいことはもちろんである。
【００３７】
異物捕捉装置６１の上端部には、上部プレート１４５が配置され、下端部には下部プレート１４６が配置されている。また、上部プレート１４５から下部プレート１４６までの側面を覆うように捕捉チャンネルボックス１０１が配置されている。上部プレート１４５、下部プレート１４６、捕捉チャンネルボックス１０１はそれぞれ、燃料集合体の上部タイプレート４５、下部タイプレート４６、チャンネルボックス１と同様の構造であり、好ましくは、燃料集合体用に量産されたものを流用する。これにより、低コストで信頼性の高いものを用いることができる。さらに、燃料集合体用と同様にジルカロイ製のものを用いることにより、原子炉出力運転時に炉心内に配置しておくことも可能である。
【００３８】
なお、図１（ｂ）〜（ｄ）で、捕捉チャンネルボックス１０１の図示を省略している。後述の図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）などでも同様である。
【００３９】
上部プレート１４５には取っ手１４５ａが形成されていて、取っ手１４５ａを上方へ引き上げることにより、異物捕捉装置６１全体を吊り上げることができるようになっている。また、上部プレート１４５には、冷却材が通り抜ける多数の流路孔が形成されている。捕捉チャンネルボックス１０１は上部プレート１４５に例えばネジ止めされている。
【００４０】
下部プレート１４６は、燃料集合体の下部タイプレートと同様に燃料支持金具３７（図１２）に着座するようにできていて、冷却材が通り抜ける多数の流路孔が形成されている。
【００４１】
上部プレート１４５と下部プレート１４６の間の捕捉チャンネルボックス１０１内には、８本の支持棒１１が上下方向に延びている。支持棒１１は、例えば、燃料棒に使用されるジルカロイ製の被覆管を用いる。ただし、燃料ペレットは充填しない。支持棒１１の上下端部は、例えば、従来の燃料棒と同様の構造である。すなわち、支持棒１１は、最下端部開口部に溶接された下部端栓１４の先端部分のネジ溝７０で、下部プレート１４６の８個のネジ穴７２（図２）に固定されている。なお、図２（ｂ）は上部プレート１４５の平面図であるが、ここではハンドル１４５ａ（図１）の図示を省略している。
【００４２】
支持棒１１の最上端開口部に溶接された上部端栓１３にスプリング２５を被せ、上部プレート１４５の貫通孔７６に支持棒１１の上部端栓１３を貫通させて、上部プレート１４５を取り付け、その後で、ネジ溝７４が切られた先端部分で上部プレート１４５の上方からナット２６を締め付けることにより、上部プレート１４５を固定する。
【００４３】
捕捉チャンネルボックス１０１内で、上部プレート１４５と下部プレート１４６の間には、冷却材中の異物を捕捉するためのフィルタ要素が配置されている。この実施の形態では、フィルタ要素は、多数の第１の貫通孔８０を有する第１の多孔板１６と、多数の第２の貫通孔８２を有する第２の多孔板１７とからなる。第１、第２の多孔板１６、１７は、捕捉チャンネルボックス１０１内の冷却材の上向きの流れ全体を遮るように、水平方向に延びている。第１、第２の多孔板１６、１７は、好ましくはジルカロイ製水平薄板からできていて、例えば、厚さが約３ｍｍであって、互いに約２０ｃｍの間隔を保つように、それぞれが支持棒１１にスポット溶接により固定されている。
【００４４】
第１の多孔板１６は第２の多孔板１７の上流側すなわち下方に配置され、第２の貫通孔８２の最大径（例えば約１ｍｍ）は第１の貫通孔８０の最小径（例えば約２ｍｍ）よりも小さい。また、第２の貫通孔８２の最大流路面積および合計流路面積は、それぞれ、第１の貫通孔８２の最大流路面積および合計流路面積よりも小さい。さらに、第１の貫通孔８０の最大径、最大流路面積および合計流路面積は、それぞれ、下部プレート１４６の流路孔の最大径、最大流路面積および合計流路面積よりも小さい。
【００４５】
このような構成にすることにより、冷却材中の異物２０１が、下部プレート１４６の流路孔および第１の貫通孔８２を上方に向かって通過し、しかも第２の貫通孔８２を通過しないで、第１の多孔板１６と第２の多孔板１７の間に捕捉される可能性が高い。
【００４６】
なお、図１および図２では、第１の多孔板１６と第２の多孔板１７をともに捕捉チャンネルボックス１０１内下部に配置した例を示しているが、第１の多孔板１６と第２の多孔板１７の間隔を離して、第２の多孔板１７を例えば上部プレート１４５のわずか下方に配置してもよい。
【００４７】
次に、以上説明した異物捕捉装置６１を沸騰水型原子炉炉心に適用する場合の運転方法について説明する。なお、ここで、炉心の中で、燃料ペレットが充填された燃料集合体用の下部タイプレート４６には、図１４に示す異物フィルタ４６ｄが付けられているのが好ましい。
【００４８】
原子炉を所定の期間運転した後で、燃焼を終えた燃料集合体を燃焼可能な燃料集合体に取り替える必要が生じた際に、取り出した燃料集合体の位置に異物捕捉装置６１を装荷する。このとき、全ての制御棒３２（図１１）は、炉心内に全挿入されている。仮に、取り出した燃料集合体の下部タイプレートフィルタ部にて異物の侵入が防止されていた場合には、集合体の取り出し時に落下し、異物が下方の燃料支持金具底部、あるいは、ＲＰＶ底部に残存している可能性がある。
【００４９】
そこで、異物捕捉装置６１を、炉心中央領域に４体程度、例えば炉心周辺領域に８体程度装荷し、圧力容器上蓋を閉じた後で、再循環ポンプを最低ポンプ速度で運転すると、抵抗の小さい、異物捕捉装置６１への流量が、他の燃料集合体チャンネルへの流量よりも大きくなる。異物捕捉装置６１の単相乱流条件下での全流動抵抗係数が、通常の燃料集合体の単相流での全流動抵抗係数と比較したときに例えば１／４であれば、異物捕捉装置への流量は、通常の燃料集合体一体当たりへの流量の約２倍となる。その結果、針金状の異物２０１は、異物捕捉装置６１へ侵入する可能性が高まり、特に、２枚の多孔板１６、１７の間にて捕捉される。
【００５０】
例えば数十分程度の、異物回収を目的とした再循環ポンプの運転を行なった後に、再循環ポンプは停止される。このような、再循環ポンプの起動、運転、停止を数回繰り返すことにより異物捕捉装置６１での異物の捕捉確率を向上させることができる。
【００５１】
その後、異物捕捉装置６１を炉内から取り出し、その後に、新燃料集合体、または、他の位置に装荷燃焼されていた燃料集合体を、空いた位置に装荷した上で、原子炉を再起動させる。このような運転手順により、原子炉が定格出力運転中に、異物が要因となって発生する燃料棒へのフレッティングによるピンホールは確実に防止することができる。
【００５２】
捕捉した異物２０１は、原子炉に隣接した燃料プールにて、回収、廃棄することができる。異物捕捉装置６１は、次回プラント停止時に、再度利用することが可能である。
【００５３】
以上の運転方法の説明では、原子炉停止時にのみ異物捕捉装置６１を炉内に入れるものとしたが、他の運転方法の例としては、異物捕捉装置６１を炉内に入れたままの状態で制御棒３２を引き抜いて原子炉を起動し、原子炉出力運転をしながら冷却材の異物２０１を異物捕捉装置６１によって捕捉することも可能である。
【００５４】
その際、炉内への異物捕捉装置６１の装荷位置としては、制御棒３２のブレードに面しない最外周部（例えば、図１１の“Ｘ”の位置）を選択することにより、炉心設計への影響を最小限とすることができる。万一異物が発生、あるいは、残留した場合でも、下部タイプレートに付けられた異物フィルタ部で、燃料集合体内部へ侵入されることが阻止されるほかに、異物捕捉装置６１内部に捕捉される。
【００５５】
さらに、異物捕捉装置６１を炉内に入れたままの状態で原子炉出力運転を行なう場合において、異物捕捉装置６１にある程度の燃料を配置して、異物捕捉と燃料の両方の機能を持たせることも可能である。
【００５６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図３を用いて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６２は、第１の実施の形態の異物捕捉装置６１と類似しているが、フィルタ要素の構造が異なる。すなわちこの実施の形態では、フィルタ要素は、多数の第１の貫通孔８６を有する第１の多孔板１８と、多数の第２の貫通孔８８を有する第２の多孔板１９とからなる。ここで、第１の貫通孔８６および第２の貫通孔８８はともに、それぞれ平行な複数の細長い長方形のスリットからなっている。第１の貫通孔８６および第２の貫通孔８８のスリット同士は互いに垂直な方向に延びている。第１、第２の多孔板１８、１９は、好ましくはジルカロイ製水平板からできていてそれぞれが支持棒１１にスポット溶接により固定されている。
【００５７】
第１の多孔板１８は第２の多孔板１９の上流側すなわち下方に配置されている。第１の多孔板１８は例えば厚さが２ｍｍで、第２の多孔板１９は例えば厚さが３ｍｍであって、第１の多孔板１６の方が薄いのが好ましい。そして、第１の貫通孔８６は図３（ｅ）に示すような単純形状のスリットであってスリットの幅は約３ｍｍである。一方第２の貫通孔８８は、図３（ｃ）に示すように、途中に曲り部を有する「く」字形であってスリットの幅は約２ｍｍである。
【００５８】
このような構成にすることにより、冷却材中の異物が、下部プレート１４６の流路孔および第１の貫通孔８６を上方に向かって通過し、しかも第２の貫通孔８８を通過しないで、第１の多孔板１８と第２の多孔板１９の間に捕捉される可能性が高い。第２の多孔板１９では流路方向が板内で変化するスリットが開けられていることから、異物の捕捉性能が向上している。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を図４を用いて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６３は、第１の実施の形態の異物捕捉装置６１と類似しているが、フィルタ要素のうちの第２の多孔板２０の構造が異なる。第１の多孔板１６およびその他の構造は第１の実施の形態と共通である。
【００６０】
この実施の形態の第２の多孔板２０は、厚さが例えば約４０ｍｍであって、第１の多孔板１６よりも厚く、板内に、主流に対して先細りで斜め方向の多数の小スリット（または小孔）９０が設けられている。スリット９０の幅は、例えば下端（入口）では約３ｍｍであって、上端では約１ｍｍに縮小している。
【００６１】
この実施の形態では、第２の多孔板２０のスリット９０が主流に対して先細りで斜め方向であることから、異物の捕捉性能が改善される。
【００６２】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を図５に基づいて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６４は、第１、第３の実施の形態の異物捕捉装置６１、６３と類似しているが、フィルタ要素のうちの第２の多孔板２１の構造が異なる。第１の多孔板１６およびその他の構造は第１、第３の実施の形態と共通である。
【００６３】
この実施の形態の第２の多孔板２１は、複数の貫通孔９４が設けられた水平板９２と、これらの各貫通孔９４の上に被せるように配置された複数の筒状部９６とを有する。各筒状部９６の上端は閉じていてその側面には多数の小孔９８が設けられている。筒状部９６は、例えば直径が約１０ｍｍ、高さが例えば約５０ｍｍであり、小孔９８の直径は例えば約１ｍｍである。
【００６４】
この実施の形態では、第２の多孔板２１の流路がほぼ直角に曲げられるので、特に直線状の異物の捕捉性能が改善される。
【００６５】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を図６および図７に基づいて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６５は、第２の実施の形態の異物捕捉装置６２（図３）と類似しているが、上部プレート２４５の中央がくり抜かれて、ポンプ２４などが挿入されている点や中空糸膜フィルタ２２が配置されている点などが異なる。捕捉チャンネルボックス１０１、第１の多孔板１８、第２の多孔板１９、支持棒１１などの構造は第２の実施の形態と共通である。
【００６６】
すなわち、異物捕捉装置６５の上端部には上部プレート２４５が配置され、上部プレート２４５の中央がくり抜かれている。この上部プレート２４５は、例えば、通常の燃料集合体用の上部タイプレートを加工して製造することができる。
【００６７】
捕捉チャンネルボックス１０１内の上部プレート２４５と第２の多孔板１９の間に、捕捉チャンネルボックス１０１の内壁に密接して中空糸膜フィルタ２２が配置されている。中空糸膜フィルタ２２の高さは例えば約４０ｃｍであって、例えば特殊ポリエチレン製で、孔径０．１μｍ以下の多数の穴が外表面から内表面へ貫通した中空糸を数万本束ねて両端を固定したものが一つのモジュールを構成しており、ジルカロイ製四角筒中に収納されている。
【００６８】
中空糸膜フィルタ２２の上端にはホース取り付け部材２２０が配置されている。ホース取り付け部材２２０は、水平板２３と、その上面に取り付けられたホース取り付け用円筒２１４からなる。水平板２３は、捕捉チャンネルボックス１０１内の冷却材の上向きの流れ全体を遮るように、水平方向に延びている。水平板２３の厚さは例えば約３ｍｍであって、支持棒１１が貫通する貫通孔２１０が設けられている。ホース取り付け用円筒２１４は複数の小孔２１２を有し、水平板２３のほぼ中央に取り付けられ、水平板２３の下方から上向きに流れる冷却材をホース２１６に送る役割を持つ。水平板２３およびホース取り付け用円筒２１４は、例えば、直径が約３ｃｍのジルカロイ製である。
【００６９】
ホース取り付け用円筒２１４にはホース２１６が取り付けられ、ホース２１６は、電動ポンプ２４をへて、原子炉の外部に連絡している。電動ポンプ２４は、ホース取り付け用円筒２１４を通り抜けた冷却材を上方へ吸引し、ホース２１６を通して原子炉の外部に導くように構成されている。
【００７０】
図６（ｆ）に示す下部プレート２４６は、従来型８×８燃料に適用しているのと同じ下部タイプレートのネットワーク部の４隅部をくり貫いた形状としている。ただし、必ずしも４隅部をくり貫かなくともよい。
【００７１】
以上説明した異物捕捉装置６５は、原子炉停止時に、炉心の燃料集合体を引き上げた後にその燃料集合体が入っていた位置に挿入される。そして、電動ポンプ２４による吸引力を利用することにより、再循環ポンプを起動・停止させることなしに、捕捉チャンネルボックス１０１内の冷却材を上向きに駆動できる。これにより、再循環ポンプを起動・停止させることなしに、第１の多孔板１８、第２の多孔板１９および中空糸膜フィルタ２２により、異物の捕捉・回収が可能となっている。
【００７２】
以上の説明では、電動ポンプ２４、水平板２３、ホース取り付け用円筒２１４、中空糸膜フィルタ２２などを第２の実施の形態のフィルタ要素と組み合わせた例を示した。ここで、前述の他の実施の形態のフィルタ要素と組み合わせることができることはもちろんである。また、ここに示した電動ポンプ２４などにより強制流動を起こさせることと、中空糸膜フィルタ２２を導入することは、一方だけを任意に採用することも可能である。
【００７３】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態を図８および図９に基づいて説明する。この実施の形態の異物捕捉装置６６は、第５の実施の形態（図６、図７）の変形例であって、ホース取り付け部材２２０のホース取り付け用円筒２１４が水平板２４の中央からずれた位置にあり、ファイバースコープ２７が、異物捕捉装置６６の中央を上下に貫通できるようになっている。
【００７４】
上部プレート３４５は、図８（ｂ）に示すように、例えば従来型８×８燃料に適用している上部タイプレートの４つのコーナ部をくり抜いた形状である。下部プレート３４６は、従来型８×８燃料に適用しているのと同じものでよい。他の形式の上部タイプレートまたは下部タイプレートを用いてもよいことはもちろんである。捕捉チャンネルボックス１０１、第１の多孔板１８、第２の多孔板１９、支持棒１１、ポンプ２４、中空糸膜フィルタ２２などの構造は第５の実施の形態と同様である。
【００７５】
この実施の形態では、上部プレート３４５と下部プレート３４６の間に、案内管３５０が捕捉チャンネルボックス１０１の中央を上下方向に延びるように配置されている。案内管３５０は、例えば燃料集合体に使用される太径のウォータロッドを用い、これの上下端それぞれに、例えば直径約１ｃｍの貫通孔を設けることにより得られる。第１の多孔板１８、第２の多孔板１９および中空糸膜フィルタ２２には、案内管３５０が貫通するための穴が設けられている。
【００７６】
この実施の形態では、プラント停止時に、案内管３５０の上端の開放孔よりファイバースコープ２７を挿入し、案内管３５０の下端の開放孔から外までケーブルを延ばすことにより、燃料支持金具３７（図１２）の底部、さらには、圧力容器底部の異物の有無を確認することが可能となっている。
【００７７】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態を図１０に基づいて説明する。この実施の形態は第５または第６の実施の形態の変形例であって、前述の中空糸膜フィルタ２２（図６、図８）に替わるものとして、図１０に示すような直方体状の金属製フィルタ２８を用いる。フィルタ２８は、全体が中空糸膜フィルタ２２（図６、図８）と同様に捕捉チャンネルボックス１０１の横断面全体を満たすような大きさであって、高さは例えば約４０ｃｍである。フィルタ２８は例えばニッケル・クロム系合金（例えばインコネル）製である。
【００７８】
フィルタ２８の内部構造は、上段部２８ａと下段部２８ｂとに分かれている。下段部２８ａは、個々の流路断面が一辺が例えば約２ｍｍの四角形の密集流路、上段部２８ｂは個々の流路断面が一辺が例えば約１ｍｍの四角形の密集流路を有する。フィルタ２８には、支持棒１１が貫通する貫通孔３５２が設けられ、支持棒１１に固定される。
【００７９】
このフィルタ２８を収容する異物捕捉装置を炉心内に配置し、炉心内に冷却材を上向きに流す。これにより、下部タイプレート異物フィルタ部を通り抜け、さらに、通常の燃料集合体上部から外に出た微細な金属製異物、あるいは、ソフトクラッドのような酸化物質（例えば、Ｆｅ２Ｏ３）についても、それらを含む冷却材が異物捕捉装置を通過する際に捕捉される。その結果、炉水は浄化される。
【００８０】
このフィルタ２８は上記第１〜第６のいずれの実施の形態の異物捕捉装置内にも設置することが可能である。特に、このフィルタ２８をインコネル製などの金属製とすることにより、原子炉の出力運転中にも、炉心内にこの異物捕捉装置を入れておくことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る異物捕捉装置の第１の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視平断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視平断面図、（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視平断面図。
【図２】図１の異物捕捉装置の支持棒と上部プレートおよび下部プレートの関係を示す図であって、（ａ）は支持棒およびその上端部付近の展開立面図、（ｂ）は上部プレートの平面図、（ｃ）は下部プレートの平面図。
【図３】本発明に係る異物捕捉装置の第２の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視立断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視平断面図、（ｅ）は（ａ）および（ｄ）のＥ−Ｅ線矢視立断面図。
【図４】本発明に係る異物捕捉装置の第３の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視立断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視平断面図。
【図５】本発明に係る異物捕捉装置の第４の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視立断面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視拡大平断面図、（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視平断面図。
【図６】本発明に係る異物捕捉装置の第５の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視平断面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視立断面図、（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視平断面図、（ｆ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視平断面図。
【図７】図６のホース取り付け部材を示す図であって、（ａ）は立面面、（ｂ）は平面図。
【図８】本発明に係る異物捕捉装置の第６の実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視平断面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視立断面図、（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視平断面図、（ｆ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視平断面図。
【図９】図８のホース取り付け部材を示す図であって、（ａ）は立面面、（ｂ）は平面図。
【図１０】本発明に係る異物捕捉装置の第７の実施の形態における金属製密集フィルタを示す図であって、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の上半部の平断面図、（ｃ）は（ａ）の下半部の平断面図。
【図１１】従来の沸騰水型原子炉の炉心の水平断面図。
【図１２】従来の沸騰水型原子炉の炉心付近の模式的立断面図。
【図１３】従来の沸騰水型原子炉の９×９配列燃料集合体の例を示す図であって、（ａ）は全体立断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視平断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視平断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視平断面図。
【図１４】従来の沸騰水型原子炉の９×９配列燃料集合体で下部タイプレートにフィルタを備えたものの例を示す図であって、（ａ）は下部部分立断面、（ｂ）は（ａ）のフィルタ部の平面図。
【符号の説明】
【００８２】
１…チャンネルボックス、３…炉心、４…冷却材、１１…支持棒、１３…被覆管上部端栓、１４…被覆管下部端栓、１６…第１の多孔板、１７…第２の多孔板、１８…第１の多孔板、１９…第２の多孔板、２０…第２の多孔板、２１…第２の多孔板、２２…中空糸膜フィルタ、２３…水平板、２４…電動ポンプ、２５…スプリング、２６…ナット、２７…ファイバースコープ、２８…金属製密集流路フィルタ、３２…制御棒、３３…ＬＰＲＭ、３４…炉心支持板、３５…上部格子板、３６…シュラウド、３７…燃料支持金具、４２…燃料棒、４３…ウォータロッド、４４…燃料スペーサ、４５…上部タイプレート、４５ａ…取っ手、４６…下部タイプレート、４６ａ…下部タイプレートリークホール、４６ｂ…孔、４６ｄ…下部タイプレート異物フィルタ、６１…異物捕捉装置、６２…異物捕捉装置、６３…異物捕捉装置、６４…異物捕捉装置、６５…異物捕捉装置、６６…異物捕捉装置、７０…ネジ溝、７２…ネジ穴、７４…ネジ溝、７６…貫通孔、８０…第１の貫通孔、８２…第２の貫通孔、８６…第１の貫通孔、８８…第２の貫通孔、９０…スリット、９２…水平板、９４…貫通孔、９８…小孔、１４５…上部プレート、１４５ａ…取っ手、１４６…下部プレート、２１０…貫通孔、２１２…小孔、２１４…ホース取り付け用円筒、２１６…ホース、２２０…ホース取り付け部材、２４５…上部プレート、２４６…下部プレート、３４５…上部プレート、３４６…下部プレート、３５０…案内管。
【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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【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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