(57)【要約】【課題】圧力損失を最小限に抑えて、かつ、冷却材中に混入している線状・帯状の異物の通過を阻止することができる燃料支持金具を提供する。【解決手段】複数本の燃料棒５１と、これらの燃料棒５１の上下端を支持する上部タイプレート５３および下部タイプレート５２を備えた原子炉用の燃料集合体５０を支持する燃料支持金具６０であって、この燃料支持金具６０は冷却材中に含まれる固体異物４を燃料集合体５０の入口側で捕捉するフィルタ２０ａを備え、このフィルタ２０ａに形成された複数の貫通孔３は、入口から出口を直線で見通せない曲がり部を有し、さらにこれらの複数の貫通孔３を流路開口面において千鳥格子状に配列する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉用の燃料集合体を支持して、この燃料集合体に冷却材を導入する燃料支持金具であって、冷却材中に含まれる異物を燃料集合体よりも上流側で捕捉するフィルタを備え、このフィルタは開口面が長円形の複数の流路を千鳥格子状に配列して形成し、この流路は入口から出口を直線で見通せない程度の少なくとも一つの曲がり部を有し、また乱れた流れを整流できるように精度良く均一に加工した流路としたことを特徴とする燃料支持金具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽水型原子炉用燃料集合体に冷却材を導入する燃料支持金具に関し、特に、冷却材中に含まれる固体の異物の通過を阻止または抑制するフィルタを有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流体中の異物の通過を防止する異物捕捉用のフィルタとして、金網や多孔板などが用いられている。線状あるいは帯状の異物は、流体中は流れ方向に対して平行に流れている可能性があり、線径の小さい線状異物の通過を防止するために、線径よりも小さい孔を有する金網や多孔板を用いている。
【０００３】
例えば、軽水炉型原子炉に用いられる燃料集合体は、線状あるいは帯状の異物の通過を防止する異物フィルタとして複数枚の多孔板を用いているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２８４０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来の異物フィルタにおいては、異物の通過を金網や多孔板によって阻止するためには、孔を小さくせざるをえず、圧力損失が大きくなり、通過する流体の流量が少なくなり、必要な流量を確保することが困難になる可能性もあった。
【０００５】
ところで、流量の調整が重要となる部品、例えば軽水炉型原子炉に用いられる燃料集合体や燃料支持金具などは、計画通りの流量を得ることが重要であり、必要最小限の圧力損失に抑える必要があるため、多孔板の孔径をあまり小さくすることができず、その結果、必ずしも線状あるいは帯状の異物の通過を阻止できるとは限らなかった。また、従来の異物フィルタは、金網あるいは多孔板を数枚重ねて機能を満足するものが多く、これらは金網あるいは多孔板の組立精度が悪いと機能を著しく低下する可能性があった。
【０００６】
このような課題に対して、燃料集合体の下部タイプレートに曲がり流路を有するフィルタ状のものを配置する提案もなされている。
しかし、これらはいずれも、下部タイプレートに細工をするものであって、また、構造が複雑である。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、簡単な構造で、圧力損失を最小限に抑えて、かつ、冷却材中に混入している線状あるいは帯状の異物の通過を阻止あるいは抑制することができる燃料支持金具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、原子炉用の燃料集合体を支持して、この燃料集合体に冷却材を導入する燃料支持金具であって、冷却材中に含まれる異物を燃料集合体よりも上流側で捕捉するフィルタを備え、このフィルタは開口面が長円形の複数の流路を千鳥格子状に配列して形成し、この流路は入口から出口を直線で見通せない程度の少なくとも一つの曲がり部を有し、また乱れた流れを整流できるように精度良く均一に加工した流路としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に対応する発明によれば、冷却材中に含まれる固体異物、特に線状・帯状の異物が燃料集合体内または燃料棒周辺に流入するのを阻止または抑制することができる。  
フィルタを精度良く均一に流路を加工したので、フィルタに流入する冷却材を効果的に整流することができる。  
また、フィルタを開口面が長円形の複数の流路を千鳥格子状に配列して形成したので、フィルタの強度を保ちながら流路面積を大きく取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。これらの図で、共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は適宜省略する。
【００１１】
図２は、本発明に係る燃料集合体付近の一実施の形態を示す。ここに示すのは、沸騰水型原子炉用の燃料集合体に本発明を適用した例である。燃料集合体５０は、格子状に配列された複数本の燃料棒５１と、１本または複数本のウォータロッド５５を有する。これらの燃料棒５１およびウォータロッド５５の下端部は下部タイプレート５２に固定され、上端部は上部タイプレート５３に固定されている。
【００１２】
下部タイプレート５２と上部タイプレート５３の間には複数個（図では３個が示されている。）の燃料スペーサ５４があって、これらによって、燃料棒５１とウォータロッド５５の相互の間隔が保たれるようになっている。燃料集合体５０の側面部は、上下端が開放した正方形断面のチャンネルボックス５６で覆われている。
【００１３】
下部タイプレート５２の下端部には、冷却材の燃料集合体５０への入口である入口ノズル５７を有する。また、入口ノズル５７部には挿入ガイド５８があり、挿入ガイド５８でガイドされて、燃料集合体５０は、燃料支持金具６０（図１参照）の上の開口８２の上に載置されるようになっている。この燃料支持金具６０は、原子炉圧力容器（図示せず）内の、制御棒案内管７０の上端部で、炉心支持板８０の開口に途中まで挿入されて保持されるようになっている。
【００１４】
燃料支持金具６０への冷却材の入口である冷却材流入孔６１は横向きになっていて、入口オリフィス６２が取り付けられている。この実施の形態ではさらに、下部タイプレート５２内に水平方向に横断的にフィルタ２０が配置されている。フィルタ２０の構造については後述する。
【００１５】
この実施の形態で、原子炉の運転時には、冷却材が入口オリフィス６２から水平向きに燃料支持金具６０内に流入し、流れの方向を上方に転じ、入口ノズル５７から下部タイプレート５２に入る。そしてフィルタ２０を上向きに通り抜けるときに、冷却材中の異物が捕捉され、異物を取り除かれた冷却材だけが、チャンネルボックス５６内の燃料棒５１周辺を流れることになる。
【００１６】
次に、本発明の他の実施の形態として、本発明を燃料入口構造に適用した場合について、図１を参照して説明する。燃料支持金具６０は、図２に示したように、炉心支持板８０の上に置かれ、一つの燃料支持金具６０の上に４体の燃料集合体５０を支持し、また燃料集合体５０への冷却材を通すように、４個の開口８２が設けられている。それぞれの開口８２に向かう燃料支持金具６０の入口部分には、冷却材導入孔６１が設けられている。各冷却材導入孔６１は直立の円形である。
【００１７】
この実施の形態では、冷却材導入孔６１にフィルタ２０ａが配置されている。フィルタ２０ａの構造については後述する。また、燃料支持金具６０の中央には、１本の十字形断面の制御棒（図示せず）が鉛直方向に通る制御棒挿入孔６４が設けられている。
【００１８】
この実施の形態によれば、冷却材は、燃料支持金具６０の冷却材導入孔６１のフィルタ２０ａをほぼ水平方向に通過して燃料支持金具６０の中に流入する。このときに、冷却材中に異物があれば、フィルタ２０ａによって捕捉され、異物が燃料支持金具６０内に流入するのを阻止または抑制することができる。燃料支持金具６０内の冷却材は上方へ向かい、冷却材入口開口５９（図２）から燃料集合体に導入される。
【００１９】
この実施の形態では、フィルタ２０ａの設計によってその圧力損失を任意に設定することができる。そのため、従来は冷却材流入孔６１に設けられていた炉心入口オリフィス６２（図２）を省略した設計とすることもできる。
【００２０】
次に、前述のフィルタ２０、２０ａの詳細構造について説明する。フィルタ２０とフィルタ２０ａの構造は共通するので、以下の説明ではフィルタ２０とする。
【００２１】
フィルタ２０は、図３に示す「く」字形の流路３を多数平行に並べた構造になっている。流れ方向から見た流路３の形状は、例えば、図４（ａ）に示すような長方形、または、図４（ｂ）に示すような円形である。
【００２２】
長さＬ（例えば、Ｌを約１０ｍｍと想定する）の線状異物４が流れに垂直な向きでこのフィルタで捕捉される条件は、図４（ａ）に示すような長方形の孔の場合には、孔の横の長さをＡ、縦の長さをＢとすると、Ｌ＞√（Ａ２＋Ｂ２）である。また、図４（ｂ）に示すような円形の孔の場合には、孔の直径をＤとすると、Ｌ＞Ｄである。
【００２３】
また、長さをＬの線状異物４が流れに平行になった場合にこのフィルタで捕捉される条件は、図３からわかるように、Ｌ＞（Ｂ／ｓｉｎＣ）×２である。ただし、流路の曲がり角が入口側と出口側で対称に角度Ｃずつになっているとする。
【００２４】
このような流路の形状・寸法とすることにより、通常の多孔板のフィルタに比べて、比較的大きな流路面積で、したがって比較的小さな圧力損失で、特に線状・帯状異物を確実に捕捉することができる。
【００２５】
次に、フィルタ２０（２０ａ）の全体構造の一実施の形態を図５に示す。この実施の形態では、図５（ａ）に示すように、流路開口面（横断面）が長円形の流路２２が、千鳥格子状に配列されている。また、各流路２２は、図５（ｂ）に示すように「く」字形状の孔であって、互いに平行になっている。
【００２６】
このような流路２２は、例えば、機械加工、精密鋳造、レーザ加工、電子ビーム加工などにより製造することができる。このような方法で精度良く均一に流路２２を加工することにより、乱れた流れを整流することができる。また、流路開口面の形状、流路の角度、流路孔の個数や配列などを変更することにより、圧力損失を調整することができ、それによって、通過する流体の流量を調整することができる。
【００２７】
以上説明した実施の形態ではいずれも、貫通孔が「く」字形流路、すなわち入口部と出口部が直線形であって、その間に一つの曲がり部をなす流路形状とした。しかし、貫通孔の入口から出口を直線で見通せない流路形状であればよく、例えば、曲り部が複数ある形状や、直線部がなくて全体が曲がっている流路形状も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る燃料支持金具の一実施の形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視立断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視部分立面図。
【図２】本発明に係る燃料支持金具付近の一実施の形態の立断面図。
【図３】図１または図２に示すフィルタの一実施の形態の流路に沿う要部拡大断面図。
【図４】図３のIV−IV線矢視図であって、（ａ）は長方形流路の場合、（ｂ）は円形流路の場合。
【図５】図１または図２に示すフィルタの一実施の形態を示す図であって、（ａ）は流路方向から見た全体外形図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図であって流路に沿う断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…長方形孔、２…丸孔、３…「く」字形流路、４…線状異物、２０…フィルタ、２０ａ…フィルタ、２１…長方形孔、２２…「く」字形流路、３０…フィルタ、５０…燃料集合体、５１…燃料棒、５２…下部タイプレート、５３…上部タイプレート、５４…燃料スペーサ、５５…ウォータロッド、５６…チャンネルボックス、５７…入口ノズル、５８…挿入ガイド、５９…冷却材入口開口、６０…燃料支持金具、６１…冷却材流入口、６２…炉心入口オリフィス、６４…制御棒挿入孔、７０…制御棒案内管、８０…炉心支持板、８２…開口。
【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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