(57)【要約】【課題】本発明では、フィルタが捕捉したデブリを容易に炉外へ取り出すことが可能な沸騰水型原子炉及び沸騰水型原子炉の燃料集合体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、前記下部タイプレートが前記下部支持構造に挿入された際に、前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁が、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、前記外管と内管に隙間が設けられ、前記内外管の孔位置をずらして配置することを特徴とする。【効果】本発明によれば、フィルタが捕捉したデブリを容易に炉外へ取り出すことが可能な沸騰水型原子炉及び沸騰水型原子炉の燃料集合体を提供することが可能となる。【選択図】  図６
2011247742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料棒の両端を固定する上部タイプレート及び下部タイプレートを備えた燃料集合体と、
前記下部タイプレートの下端が挿入され、冷却水を前記燃料集合体に供給する下部支持構造を備えた沸騰水型原子炉であって、
前記下部タイプレートが前記下部支持構造に挿入された際に、前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁が、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、
前記外管と内管に隙間が設けられ、前記内外管の孔位置をずらして配置することを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】
複数の燃料棒と、
前記燃料棒の両端を固定する上部タイプレート及び下部タイプレートを備え、
前記下部タイプレートが下部支持構造によって支えられた沸騰水型原子炉の燃料集合体であって、
前記下部タイプレートが前記下部支持構造に挿入された際に、前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁が、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、
前記外管と内管に隙間が設けられ、前記内外管の孔位置をずらして配置することを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料集合体。
【請求項３】
請求項２記載の沸騰水型原子炉の燃料集合体であって、
前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁は、鉛直下方向に伸びた円筒形状であることを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料集合体。
【請求項４】
複数の燃料棒の両端を固定する上部タイプレート及び下部タイプレートを備えた燃料集合体と、
前記下部タイプレートの下端が挿入され、冷却水を入口オリフィスから前記燃料集合体に供給する下部支持構造を備えた沸騰水型原子炉であって、
前記下部タイプレートが前記下部支持構造に挿入された際に、前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁は、
前記入口オリフィス側の前記ノズル部外壁高さが、反対側の前記ノズル部外壁高さよりも短く形成され、
前記反対側のノズル部外壁に、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造を形成すると共に、
前記外管と内管に隙間が設けられ、前記内外管の孔位置をずらして配置することを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項５】
請求項４記載の沸騰水型原子炉であって、
前記ノズル部外壁の先端にデブリ案内カバーを設けることを特徴とする沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉及び沸騰水型原子炉の燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現状の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、燃料棒を下部で支える下部タイプレートの水平板に、小さな縦穴を多数設けたデブリ捕捉フィルタが設置されている。しかし、デブリ捕捉フィルタがデブリを１度捕捉しても、流量の変化、または、流れの有無の変化が繰り返し起きて、最終的に、デブリがデブリ捕捉フィルタを通過し、燃料集合体内に流入する可能性がある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、デブリを燃料集合体内に流入させない方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１は、下部タイプレートがセットされる下部支持構造（燃料支持金具）の流入口に、２枚の目皿板状フィルタを並列に設置する発明を開示する（特許文献１の図１４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、下部支持構造の流入口に目皿板状フィルタを設けているため、燃料集合体の交換時に、目皿板状フィルタが捕捉したデブリを同時に炉外へ取り出すことができなかった。また、目皿板状フィルタが捕捉したデブリを炉外へ取り出す場合、下部支持構造も取り出す必要が生じ、作業が煩雑になるという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、フィルタが捕捉したデブリを容易に炉外へ取り出すことが可能な沸騰水型原子炉及び沸騰水型原子炉の燃料集合体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】
本発明は、前記燃料集合体が前記下部支持構造に挿入された際に、前記下部支持構造に覆われる前記下部タイプレートのノズル部外壁が、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、前記外管と内管に隙間が設けられ、前記内外管の孔位置をずらして配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィルタが捕捉したデブリを容易に炉外へ取り出すことが可能な沸騰水型原子炉及び沸騰水型原子炉の燃料集合体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の圧力容器内の概念図である。
【図２】下部支持構造の単体図である。
【図３】比較例における下部支持構造と燃料集合体下部構造の詳細図である。
【図４】比較例におけるデブリ捕捉フィルタの詳細構造図である。
【図５】比較例におけるデブリ捕捉フィルタの圧力損失と流量の関係である。
【図６】デブリ捕捉フィルタの構造図（実施例１）である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図７のＢ部詳細図である。
【図９】図８の内管小孔配列図である。
【図１０】デブリ捕捉フィルタの構造図（実施例２）である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】図１１のＤ部詳細図である。
【図１３】図１２の内管小孔配列図である。
【図１４】デブリ捕捉フィルタの構造図（実施例３）である。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ断面図である。
【図１６】図１５のＦ部詳細図である。
【図１７】図１６の内管小孔配列図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に、燃料集合体内へのデブリ流入を防止し、フレッティングによる燃料棒破損を回避するに好適な燃料集合体に関する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例における沸騰水型原子炉及び燃料集合体を以下に説明する。
【００１３】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の圧力容器内の概念図を図１に、下部支持構造の単体を図２に示す。
【００１４】
ここでは、まず、図１を用いてＢＷＲの圧力容器内の概要を説明する。ＢＷＲの圧力容器１は、その内部にジェットポンプ２を備える。
【００１５】
再循環ポンプ３は、圧力容器１に接続された吸込管４から冷却水７を吸引する。また、再循環ポンプ３は、圧力容器１の壁面とシュラウド壁５で仕切られたダウンカマ６内の冷却水７を、吐出管８からジェットポンプ２のノズル９に供給する。ジェットポンプ２は、ダウンカマ６内の冷却水７を巻き込みながら（流線ａで示す）、ノズル９から冷却水を噴出することで、水量を増加させて下部プレナム１０に冷却水を噴出（流線ｂで示す）する。下部プレナム１０に流入した冷却水は、下部支持構造１１のオリフィス１２から入り、下部タイプレート１３を経由して燃料集合体１４内に流入する。この燃料集合体１４は、スペーサ１５で集合された複数の燃料棒１６が収納されている。この燃料集合体１４内を通過する冷却水は、燃料集合体１４内で受熱して二相流となり上昇する。蒸気は気水分離器（図示せず）、ドライヤー（図示せず）を経由して、外部の蒸気タービン（図示せず）に導かれる。一方、気水分離器で分離された高温水は、ダウンカマ６上部に放出される。
【００１６】
図２に示すように、下部支持構造１１は４体の燃料集合体１４を下側から支える部材である。この下部支持構造１１は、下部タイプレート１３が挿入される挿入口１７が４対設けられ、オリフィス１２もそれぞれの燃料集合体１４に対応して設けられている。
【００１７】
図６は、下部支持構造１１と下部タイプレート１３の詳細図を示す。本実施例では、下部タイプレート１３が下部支持構造１１に挿入された際に、その下部支持構造１１に覆われる下部タイプレート１３のノズル部外壁は円筒形状である。下部支持構造１１に差し込まれる下部タイプレート１３のノズル部は、下部支持構造の内部に長めに差し込まれ、下部支持構造１１の流路内に突き出た状態となる。また、前記ノズル部の下側には挿入案内治具３１が設けられている。そして、円筒形状のノズル部外壁は、外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、外管と内管に隙間が設けられている。また、外管及び内管にはデブリを捕捉する孔が設けられており、内外管の孔位置はずらして配置されている。
【００１８】
図７に、図６のデブリ捕捉フィルタ２３の水平断面（Ａ−Ａ断面）を示す。デブリ捕捉フィルタ２３は二重壁構造であり、スリット溝２４が設けられた外管２５と多数の小孔２６が設けられた内管２７で構成されている。図８は図７のＢ部詳細図を、図９には内管２７に設けた小孔２６の配列を示す。デブリ捕捉フィルタ２３の肉厚Ｌ０は、従来の下部タイプレートノズル部と同等か若干厚めとなる。二重壁構造の隙間Ｌ１は、１〜２mmと狭い隙間であり、ワイヤーブラシ片などのデブリ２０が通り抜けできない寸法とする。また、燃料集合体を下部支持構造１１に設置する際、下部支持構造１１は、デブリ捕捉フィルタ２３が設けられているノズルの付け根部分であるテーパ部２８により燃料集合体の荷重を受けもっている。そのため、下部タイプレート１３が下部支持構造１１に挿入された際に、その下部支持構造１１に覆われる下部タイプレート１３のノズル部外壁は、さほど大きな強度が必要なく、デブリ捕捉フィルタ２３として使用しても支障はない。
【００１９】
次に、冷却水の流れに乗って、オリフィス１２から流入するデブリ２０の動きを説明する。
【００２０】
オリフィス１２から流入する冷却水（図６の流線Ｙ）は、下部支持構造１１の内部に流入した直後、流れが直角に曲げられて上昇し、下部タイプレート内に流入する。流れが直角に曲げられることで、比重の重いデブリ２０は、遠心力の作用（矢印２９）で下部支持構造１１の内壁際まで移動し、上昇する。この現象は実験により確認した。デブリ２０は上昇し、デブリ捕捉フィルタ２３の外管２５と下部支持構造１１の隙間３０に至る。そして、デブリ２０は、デブリ捕捉フィルタ２３を通過する流れ（流線Ｘ）に乗り、スリット溝２４，小孔２６に入り込み捕捉される。一度捕捉されたデブリ２０は、スリット溝２４，小孔２６のエッジで押さえられており、下方へ落下しない。また、二重壁構造の隙間Ｌ１の下端は袋状になっており、デブリはこの隙間Ｌ１からも落下しない。このように、下部タイプレートが下部支持構造に挿入された際に、下部支持構造に覆われる下部タイプレートのノズル部外壁が、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造であると共に、外管と内管に隙間が設けられ、内外管の孔位置をずらして配置することで、デブリは、デブリ捕捉フィルタを通過する冷却水の流力により二重壁に挟まれる。そのため、デブリが再度流れに乗り、燃料集合体内に流入することを予防できる。また、燃料集合体への流れが停止しても、捕捉されたデブリは流力により二重壁に挟まれ続ける。更に、二重壁の隙間下端は閉じられているため、デブリが落下することもない。従って、燃料交換時にデブリを炉外へ容易に取り出すことができる。また、燃料棒１６で発生するフレッティングによる破損リスクを回避できる。
【００２１】
このデブリ捕捉フィルタは下部タイプレートのノズルと兼用するため、厚肉で強固な構造であり、破損することはない。
【００２２】
次に、下部タイプレート１３のうち、燃料棒１６の燃料部下部端栓１８が差し込まれた上部平面に、デブリ捕捉フィルタ１９を設けた場合の比較例を示す。
【００２３】
図３は、下部支持構造１１と燃料集合体１４の下部構造の詳細を示している。デブリ２０は、オリフィス１２から流入する流体により運ばれ、下部タイプレート１３に設けたデブリ捕捉フィルタ１９により捕捉される。比較例のデブリ捕捉フィルタ１９は、図４に示すように、燃料棒端栓が差し込まれる穴２１の周辺に小孔２２を開けた構造である。
【００２４】
比較例のデブリ捕捉フィルタ１９の場合、デブリが１度捕捉されても、流量、または、流れの有無が繰り返し変化することで、デブリがデブリ捕捉フィルタ１９を通過し、燃料集合体内に流入する恐れがあった。これに対し、本実施例のデブリ捕捉フィルタ２３は、二重壁構造を有するため、デブリを捕捉し、デブリが燃料集合体の内部に流入することを防ぐことができる。
【００２５】
また、比較例のデブリ捕捉フィルタ１９は、燃料棒端栓が差し込まれる穴２１を除いた上部平面全体に設けられており、冷却水の主流路を塞ぐ形になる。そのため、デブリ捕捉フィルタ１９における圧力損失が図５に示すように大きくなる。定格流量時、デブリ捕捉フィルタ１９の有無で、数ｋＰａの違いがある。一方、本実施例のデブリ捕捉フィルタ２３は、下部タイプレートのノズル部外壁のみに設けられている。このデブリ捕捉フィルタは、主流路上ではなく、下部タイプレートのノズル部外壁に設けているため、圧力損失を増加させることもない。したがって、炉心流量に影響を及ぼさず、原子炉の性能維持に貢献できる。
【００２６】
更に、下部支持構造１１に覆われる下部タイプレート１３のノズル部外壁は、鉛直下方向に伸びた円筒形状である。下部支持構造１１に流入するデブリは金属であり、水に比較して比重が約８倍と大きい。そのため、冷却水が入口オリフィス１２から入り、すぐに直角に曲げられることで遠心力が生じる。そして、デブリは下部支持流路の外側に運ばれ壁面側を上昇し、ノズル外側と下部支持構造の内壁面との隙間に運ばれ、ノズル部の外周に設けたデブリ捕捉フィルタを通り、ノズル内に流入しようとする。従って、冷却水の遠心力を利用してデブリを容易に捕捉できる。
【実施例２】
【００２７】
図１０は、実施例２における下部支持構造１１と燃料集合体１４の下部構造の詳細を示している。以下、本実施例と実施例１との相違点について説明する。本実施例では、下部タイプレート１３のノズル部を形成する円筒の高さが、図１０の向かって右側（入口オリフィス１２側）に対して左側（入口オリフィス１２の反対側）を高くしている点が相違する。そして、左側半分のノズル部に、実施例１と同様のデブリ捕捉フィルタ２３を設置する。
【００２８】
図１１には、図１０のＣ−Ｃ断面におけるデブリ捕捉フィルタ２３の水平断面を示す。実施例１と同様に、デブリ捕捉フィルタ２３は、二重壁構造でスリット溝２４が設けてある外管２５と多数の小孔２６がある内管２７で構成されている。図１２には図１１のＤ部詳細図を、図１３には内管２７に設けた小孔２６の配列を示す。
【００２９】
本実施例では、ノズル入口を傾斜させ、先端部５０を鋭角にしている。この先端部５０は、図６の挿入案内治具３１の役割を果たす。そのため、挿入案内治具３１は不要にできる。
【００３０】
このように、下部タイプレートが下部支持構造に挿入された際に、下部支持構造に覆われる下部タイプレートのノズル部外壁は、入口オリフィス側のノズル部外壁高さが、反対側のノズル部外壁高さよりも短く形成され、反対側のノズル部外壁に、孔を有する外管及び内管を備えた二重壁構造を形成すると共に、外管と内管に隙間が設けられ、内外管の孔位置をずらして配置する。本実施例では、実施例１に比べて、デブリ捕捉フィルタ２３の長さが長くなるため、デブリがノズル先端を乗り越えてノズル内に流入してしまうことを防ぐことができる。また、ノズル入口流路が傾斜するため、流路面積も増加する。そのため、圧力損失も低減可能である。
【実施例３】
【００３１】
図１４は、実施例３における下部支持構造１１と燃料集合体１４の下部構造の詳細を示している。以下、本実施例と実施例２との相違点について説明する。本実施例では、ノズル部先端にデブリ案内カバー３２を設けた点が相違する。
【００３２】
図１５には、図１４のＥ−Ｅ断面におけるデブリ捕捉フィルタ２３の水平断面を示す。デブリ捕捉フィルタ２３は二重壁構造であり、スリット溝２４が設けてある外管２５と多数の小孔２６がある内管２７で構成されている。図１６には図１５のＦ部詳細図を、図１７には内管２７に設けた小孔２６の配列を示す。
【００３３】
本実施例では、ノズル先端にデブリ案内カバー３２を設けることで、流線Ｙに乗りノズル内に流入する軽いデブリ２０を、デブリ捕捉フィルタ２３の外管２５と下部支持流路の隙間３０に案内し、デブリ捕捉フィルタ２３により捕捉できる。
【００３４】
この構造は、軽いデブリ２０もデブリ捕捉フィルタ２３で捕捉するため、前記実施例１，２よりデブリ捕捉性能は高い。
【００３５】
そして、デブリ案内カバー３２を傾斜させ、先端部５０を鋭角にしている。この先端部は、図６の挿入案内治具３１の役割を果たす。そのため、挿入案内治具３１は不要にできる。
【００３６】
なお、本実施例においてもノズル入口流路が傾斜するため、流路面積は増加する。そのため、圧力損失も低減可能である。
【００３７】
以上、ここには、３つの実施例を示したが、いずれの実施例も下部タイプレートノズル部にデブリ捕捉フィルタ２３を設けるもので、捕捉したデブリは、燃料交換時に、炉外に搬出し、取り除くことができるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧力容器
２  ジェットポンプ
３  再循環ポンプ
４  吸込管
５  シュラウド壁
６  ダウンカマ
７  冷却水
８  吐出管
９  ジェットポンプノズル
１０  下部プレナム
１１  下部支持構造
１２  オリフィス
１３  下部タイプレート
１４  燃料集合体
１５  スペーサ
１６  燃料棒
１７  挿入口
１８  燃料部下部端栓
１９，２３  デブリ捕捉フィルタ
２０  デブリ
２１  穴
２２，２６  小孔
２４  スリット溝
２５  外管
２７  内管
２８  テーパ部
３１  挿入案内治具
３２  デブリ案内カバー
【図１】
2011247742.tif 000003
【図２】
2011247742.tif 000004
【図３】
2011247742.tif 000005
【図４】
2011247742.tif 000006
【図５】
2011247742.tif 000007
【図６】
2011247742.tif 000008
【図７】
2011247742.tif 000009
【図８】
2011247742.tif 000010
【図９】
2011247742.tif 000011
【図１０】
2011247742.tif 000012
【図１１】
2011247742.tif 000013
【図１２】
2011247742.tif 000014
【図１３】
2011247742.tif 000015
【図１４】
2011247742.tif 000016
【図１５】
2011247742.tif 000017
【図１６】
2011247742.tif 000018
【図１７】
2011247742.tif 000019