特許 5778883 核燃料バンドル中の上部タイプレート用のデブリシールドおよびデブリをフィルタにかける方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5778883

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】核燃料バンドル中の上部タイプレート用のデブリシールドおよびデブリをフィルタにかける方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/30 20060101AFI20150827BHJP

   G21C 3/33 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   G21C3/30 R

   G21C3/30 J

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2008-210273(P2008-210273)

(22)【出願日】2008年8月19日

(65)【公開番号】特開2009-58505(P2009-58505A)

(43)【公開日】2009年3月19日

【審査請求日】2011年8月17日

(31)【優先権主張番号】11/848,414

(32)【優先日】2007年8月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】301068310

【氏名又は名称】グローバル・ニュークリア・フュエル・アメリカズ・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・エス・デフィリッピス

(72)【発明者】

【氏名】ジェラルド・エイ・ルチアーノ

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・スミス

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ティー・キアナン

(72)【発明者】

【氏名】カールトン・ダブリュー・クラーク

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー・ケイ・ラングストン

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５７８７１４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００１８４２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１１７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８９４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３８６４２１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特許第３７５７２４９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第０３１８２００３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７４８６９４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５１８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６４７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３４７５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８０９１０１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６４６９７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３６１２８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５３３０７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２３０８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１９６９５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−１６６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１７９６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２９６１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−００２９７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ ３／３０

Ｇ２１Ｃ ３／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部タイプレート（１３、１００、１３０、１５０）に装着され、チャンネル（２０）内に収容された燃料棒（１１、１２）とウォータロッド（２３、２３０）のアレイを含む燃料バンドルと、
前記上部タイプレートのフレームのスロット内、かつ前記燃料棒の上方のデブリシールド（１０２、１３６、１５２）と、
を備える原子炉燃料集合体（１０）であって、
前記デブリシールドが、前記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し、
前記デブリシールドが波状の断面形状を有し、前記前記断面形状により前記スロットの上面および下面を付勢して前記デブリシールドを前記スロット内に挟んで固定する、
原子炉燃料集合体（１０）。

【請求項2】

前記デブリシールド（１０２、１３６、１５２）が、前記燃料棒のうちの少なくとも１つのピン用の構造支持体（１０６）である、請求項１に記載の原子炉燃料集合体。

【請求項3】

前記少なくとも部分的に開いた領域が、前記上部タイプレートのフレーム（１０４、１３２、１６０）によって境界付けられる開いた領域であり、
前記フレームが、前記チャンネルに隣接する外周部を有する、
請求項１または２に記載の原子炉燃料集合体。

【請求項4】

前記少なくとも部分的に開いた領域が、１つの開いた領域であり、
前記上部タイプレートの概して方形のフレーム（１０４、１３２、１６０）によって境界付けられる、
請求項１または２に記載の原子炉燃料集合体。

【請求項5】

前記上部タイプレートの前記フレーム（１０４、１３２、１６０）が、前記燃料バンドルのタイロッド（２４）の上端を受容するための少なくとも１つの中空リブ（１３８）を含む、請求項４に記載の原子炉燃料集合体。

【請求項6】

前記部分的に開いた領域が、ピン支持体（１４０、１４１）およびリブ（１４２、１４４）のマトリックスを含み、
前記ピン支持体（１４０、１４１）およびリブ（１４２、１４４）のマトリックスが、前記ピン支持体を互いに対して相互接続および前記ピン支持体を前記上部タイプレートのフレーム（１３２）に対して相互接続し、
前記フレームが、前記少なくとも部分的に開いた領域を境界付ける、
請求項１から５のいずれかに記載の原子炉燃料集合体。

【請求項7】

前記ピン支持体（１４０、１４１）およびリブ（１４２、１４４）のマトリックスが、上部マトリックスおよび下部マトリックスを含み、
前記デブリシールド（１３６）が、前記上部タイプレートの前記上部マトリックスと前記下部マトリックスの間に挟まれて固定される、
請求項６に記載の原子炉燃料集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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タイプレートに関し、具体的には、燃料集合体の上部タイプレート（ＵＴＰ）に解除可能に取り付けられる、または燃料集合体の上部タイプレート（ＵＴＰ）と恒久的に一体化されるデブリシールドに関する。

【0002】

核燃料集合体では、液体冷却材／減速材は、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。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心は、垂直な並列関係で配列される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、バンドル中の上記棒を支持する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上部タイプレートを、およびバンドルの底部に下部タイプレートを含む。

【0003】

デブリは、従来の上部タイプレートを通って落ち、燃料バンドル内に詰まる可能性があり、そこでデブリは、ＢＷＲ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、燃料棒に潜在的に損傷を与えるものであり、典型的には当業界において「漏洩」として知られているものをもたらす。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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の中に入る前に冷却材自体および冷却材流路の中のデブリ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。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下し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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上部タイプレートの中に装着されると共に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。

【0006】

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、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燃料バンドルと、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であり得るまたは恒久的な一体構造として取付けできる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。

【0007】

上部タイプレートの中に装着されると共に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、上部タイプレート内および燃料棒の上方に装着される、取外し可能なユニットであり得るまたは恒久的な一体構造として取付けできるデブリシールドとを備えるものであり、デブリシールドが、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。

【0008】

上部タイプレートの下方に装着されると共に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方法が開発されており、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、およびデブリシールドを用いて燃料集合体の中に落ちるデブリを捕捉するまたは逸らすステップとを含む。

【0009】

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、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。

【発明を実施するための最良の形態】

【0010】

異物が燃料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、捕らえ、または取り除く。微小異物が燃料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、実質的に低減される。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の中に恒久的に一体化した構造であってよい。デブリが燃料バンドルの中に落ちることを防ぐことにより、燃料棒破損の危険および炉心からの早過ぎる排出を低減することで燃料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。

【0011】

図１は、概して、方形の断面を有する垂直柱のように成形される従来の燃料集合体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される多数の燃料集合体を含む。典型的には、この集合体は、たとえば、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、燃料棒の長さに沿った位置で配置される上部タイプレート１３、下部タイプレート１４および１つまたは複数のスペーサ１５によって支持される。典型的には、１つまたは複数のウォータロッド２３、２３０は、燃料棒のアレイの中央を通って延在し、端栓１９によって上部タイプレートに取り付けられる。燃料バンドルは、燃料棒１１、１２、ウォータロッド２３、２３０、タイプレート１３、１４、タイロッド２４、スペーサ１５、フィンガスプリング１８およびチャンネル２０を備える。

【0012】

燃料棒膨張スプリング１６は、全長燃料棒１１およびタイロッド２４の上部端栓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は、タイロッド２４のねじ付き端部に固着する。上記棒は、上部タイプレートを通って延在し、各棒の反対端は、燃料集合体１０の下部タイプレート１４に固着される。下部タイプレート１４は、燃料バンドル１０のための中空のハウジングを設けるチャンネル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。

【0013】

典型的には、チャンネル２０は、細長い中空管であり、断面が方形であり、および燃料集合体１０中の燃料棒を包む長さを有するものである。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は、チャンネルを燃料バンドル１０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は、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。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、燃料集合体１０を炉心２１から引き上げ、および燃料集合体１０を炉心２１の中に降ろすために、またはさもなければこの集合体を炉心から移動させるために使用できる。

【0014】

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、冷却材の流れが炉心を通って上向きに流れるのを止めるとき、および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燃料バンドル１０の頂部に入る可能性がある。燃料バンドルの頂部の中に落ちるデブリは、タイプレート、スペーサブラケット、上記棒と上記棒の間、またはチャンネルの壁と棒の間で詰まる可能性がある。燃料バンドル中の隙間は、バンドル中のデブリをトラップし得る。デブリは、従来の上部タイプレート１３（図１）を通って落ち、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ＢＷＲ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。

【0015】

図２および図３は、上部タイプレート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り得る内部デブリシールド１０２を有する上部タイプレート集合体１００（図２）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。円筒形ピン支持体１０６のアレイは、デブリシールドによって与えられ、デブリシールド内で設けられる。これらのピン支持体１０６は、たとえば、ねじ付きタイロッド２４および燃料棒の膨張スプリング１６ならびに場合によってはウォータロッド２３、２３０のバンドルに対する構造的な支持を与える。デブリシールドによって与えられるバンドルに対する構造的な支持により、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。

【0016】

デブリシールド１０２は、上部タイプレートのフレーム１０４によって囲まれる領域を満たす。デブリシールドは、フレーム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、燃料集合体１０を通る流体の流れからデブリをフィルタにかける。デブリシールドを通る冷却材の流れは、デブリシールド１０２の両端間で実質的に圧力損失がないことが好ましい。

【0017】

デブリシールド１０２を通る流路１０８は、好ましくは燃料集合体１０の垂直軸に対して鈍角である１つまたは複数の軸を有する。一例としては、デブリシールド１０２を通る通路は、シールドの上半分で第１の方向に傾斜し、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、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中の通路１０８が傾斜していることにより、シールドを見通すことは不可能である。視界は、デブリシールド中の鈍角の通路１０８が上部タイプレート集合体１００を通る上から下への視線の視界（ａ ｔｏｐ−ｄｏｗｎ ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ ｖｉｅｗ）を妨げるために遮られる。

【0018】

図２および図３に示される例では、シールド１０２は、燃料バンドル１０に対して概して垂直である、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（ａｎｇｌｅｄ ｍｅｔａｌ ｓｔｒｉｐｓ）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の内面に当接する周縁１１０を有する概して多孔性の平板である。

【0019】

デブリシールド１０２は、原子炉炉心２１の運転中に燃料集合体１０の中に留まってよい。好ましくは、デブリシールド１０２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する。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、デブリの通過を阻止する。デブリシールドは、冷却材などの流体の通過を可能にし、微粒子の通過を阻止するフィルタとして働く。好ましくは、デブリシールドは、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。

【0020】

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を通路に入れさせない。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、デブリシールドの通路に入ることができ、より小さいデブリの小片が、上部タイプレート集合体１００の下方におよび燃料集合体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で詰まり得る。フレームは、多孔性であってよく、たとえば、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３１を有してよい。フレーム中の穴により上部タイプレート１００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１０２による任意の流量制限を補償またはオフセットする。支持フレーム１０４に取り付けられる基準点１１７は、上部タイプレートと共にチャンネルを中心に位置決めし、および製造中は上部タイプレート１００を燃料棒に対して一致させるために使用される。

【0021】

図４および図５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１３６を受容するための水平スロット１３４を備える水平フレーム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４では、シールドは、フレームから部分的に取り除かれている。運転中は、シールド１３６は、図５中に示されるようにスロット１３４の中に完全に挿入され、フレーム１３２によって囲まれる。

【0022】

上部タイプレート集合体１３０は、フレームに取り付けられ、または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。フレーム１３２は、棒端部カップリング（ｒｏｄ ｅｎｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇｓ）、たとえば、タイロッドのねじ付きピンを受容し、燃料棒の膨張スプリングに対してバッキングを与えるための中空リブ１３８を有する方形の外側支持壁構造を含んでよい。フレームは、多孔性であってよく、たとえば、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１３１を有してよい。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。支持フレーム１３２に取り付けられる基準点１１７は、上部タイプレートと共にチャンネルを中心に位置決めし、および製造中は上部タイプレート１３０を燃料棒に対して一致させるために使用される。

【0023】

図６は、水平スロット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、燃料バンドル１０の垂直軸に対して傾斜する（１４３）シールドの中の穴をもたらす波状の断面形状を有してよい。穴の中の傾斜１４３は、デブリを阻止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に固着するのを助けもする。

【0024】

図７は、上部タイプレート集合体１３０の上面図である。ピン支持体１４１および相互接続リブ１４２のマトリックス１４０が、図７中に明確に示されている。マトリックス１４０は、デブリシールド１３６を受容するスロット１３４の上面および下面を形成する上部マトリックス１５６および下部マトリックス１５８を含んでよい。ピン支持体１４１の金属マトリックス１４０は、フレームに装着され、フレームの内側の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の鋳金の放電加工（ＥＤＭ）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）によってフレームおよび互いに取付けできる。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されてよい。ピン支持体１４１のマトリックス１４０は、棒端部カップリング、たとえば、タイロッドのねじ付きピンおよび燃料棒の膨張スプリングおよびウォータロッドの上部端栓を受容するための円筒形支持体１４１を含む。円筒形支持体は、相互接続リブ１４２およびフレーム接続リブ１４４によって相互接続される。マトリックス１４０は、特にコーナーの近くおよび把手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。

【0025】

図８は、デブリシールド板１３６の上面図である。タイロッド２４および燃料棒１１、１２のねじ付き端部２８用の開口１３５は、上部タイプレートの上部マトリックスおよび下部マトリックス１４０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。上部の稜線および下部の溝１３３は、タイロッド２４、燃料棒１１、１２、ウォータロッド２３、２３０および各種の上部端栓のねじ付き端部２８を受容するためのデブリシールド中の開口１３５を含む。これらの開口１３５は、上部端栓によって満たされることになり、この上部端栓により通常ならば開口を通って流れ得るデブリを阻止する。この稜線および溝１３３は、デブリの小片を通過させる傾向にあり得る垂直に配向した穴を避けるように冷却材が流れる穴を欠いてよく、デブリの小片は、稜線および溝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。

【0026】

図９は、上部タイプレート１５０の上部平坦部分１５６と下部平坦部分１５８の間のスロット１５４の中で滑動する取外し可能なデブリシールド１５２を有する上部タイプレート１５０の第３の実施形態を示しており、取外し可能なデブリシールド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９において、デブリシールドは、上部タイプレートのスロット１５４から取り外されているものとして示される。図１０は、上部タイプレート１５０内に完全に挿入され、上部タイプレート１５０内で固着されたデブリシールド１５２を示す。図１１は、上部タイプレートの空洞１５４の中に完全に挿入されたデブリフィルタ１５２の側面図である。図１２および図１３は、上部タイプレート１５０の上面図および底面図をそれぞれ示す。

【0027】

上部タイプレート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。フレームは、多孔性であってよく、たとえば、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１３１を有してよい。フレーム中の穴により上部タイプレート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。支持フレーム１６０に取り付けられる基準点１１７は、上部タイプレートと共にチャンネルを中心に位置決めし、および製造中は上部タイプレート１５０を燃料棒に対して一致させるために使用される。フレーム１６０は、持ち上げ用把手２２およびチャンネルポスト２５を支持もする。フレーム１６０は、上部タイプレート１５０の耐力構造であり、デブリシールド１５２、チャンネル２０、タイロッド２４および燃料集合体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、上部部分１５６および下部部分１５８ならびにフレーム１６０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、燃料棒を受容するための開口１６１（図１２および図１３）を含み、たとえば、開口１６１は、上部タイプレート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。

【0028】

デブリシールド１５２は、概して平坦であってよく、およびフレーム１６０の内壁に当接する縁部１６２（図９）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面１６４および下面１６６とを有してよい。デブリシールド１５２の厚さが理由で、デブリシールドを上部タイプレートの空洞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。

【0029】

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フィルタリング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。

【0030】

デブリシールド１５２の流路１５９中の屈曲および湾曲（図１１）は、各層の中の通路が一列に成されないような、たと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、燃料集合体１０の軸に対してたとえば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、積層されたデブリシールド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、隣接する層の通路に対してオフセットされてよく、層と層の間の間隙により、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。

【0031】

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の通過を可能にし、および微粒子の通過を阻止する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し、デブリ物質の小片の通過を阻止すべきである。

【0032】

図２〜図１３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。図２および図３に示されるデブリシールド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、燃料バンドルのタイロッド、燃料棒および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のために、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。図４〜図８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るデブリシールド１３６を示す。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。示される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。図９〜図１２は、層および通路を有する積層板であるデブリシールド１５２を示しており、層および通路は、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。図９〜図１２に示すように、デブリシールド１５２は、非耐力性であり、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、耐力性であり、図２および図３に示されるように上部タイプレートのフレームの中に嵌合されてよい。

【0033】

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（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ａｒｅａ）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。燃料集合体１０の頂部の他の形状、構成および配置を有するデブリシールドは、上部タイプレートを通り過ぎて落下するデブリに起因す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ために、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の通過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い。

【0034】

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、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、たとえば、１つまたは複数の以下の方法、すなわち、（ｉ）タイロッドのねじ付き上部端栓、（ｉｉ）ウォータロッド２３、２３０、（ｉｉｉ）バンドル集合体内の全長燃料棒１１、および（ｉｖ）デブリシールド用に上部タイプレート中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たれることができる。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、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、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。

【0035】

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、燃料集合体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に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じて流すステップと、デブリシールドを用いて燃料集合体に落ちるデブリを捕捉するまたは逸らすステップ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、捕らえおよび／または取り除く。

【0036】

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。

【0037】

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。流路は、デブリシールドの流動抵抗を低減するために比較的幅広いが傾斜されてよい。デブリシールド中の通路を傾斜させることにより、デブリをフィルタにかけるためのシールドの性能を強化する。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る傾向になる。デブリシールド中の鈍角の通路が、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に、デブリシールドを通じての視界は遮られる。

【0038】

デブリシールド１０２、１３６および１５２は、冷却材などの流体の通過を可能にし、微粒子の通過を阻止する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。好ましくは、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を通路に入れさせない。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、たとえば、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。フレームの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。

【0039】

デブリシールド１３６は、燃料バンドルの垂直軸に対して傾斜するシールドの中の穴をもたらす波状の断面形状を有してよい。穴の中の傾斜は、デブリを阻止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、冷却材、特に非常用冷却材が燃料バンドル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で並んで多孔性を有する。

【0040】

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、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フィルタリング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。

【0041】

本発明を最も実用的な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。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】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、従来の燃料集合体の側面を部分的に開いた図である。

【図2】デブリが燃料集合体の中に落ちるのを防ぐための、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の実施形態を示す側面図である。

【図4】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5】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。

【図6】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7】デブリシールドなしの、上部タイプレートの第２の実施形態の上面図である。

【図8】上部タイプレートの第２の実施形態のデブリシールドの上面図である。

【図9】上部タイプレートから離れたシールドが示されている、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、プレートの中へのシールドの挿入方向を示す。

【図10】上部タイプレートの空洞の中に適切に整合され、着座しているシールドが示される、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11】上部タイプレートの第３の実施形態を示す側面図であり、デブリシールドは、この上部タイプレートの中に完全に着座し、上部タイプレートに取り付けられている。

【図12】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ことを助ける燃料棒の上部端栓の挿入に対して完全に着座し適切に整合され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13】燃料棒の上部端栓を上部タイプレート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。

【符号の説明】

【0043】

１０ 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 燃料棒膨張スプリング
１７ 六角ナット
１８ フィンガスプリング
１９ 端栓
２０ チャンネル
２１ 炉心
２２ 上部タイプレートの把手
２３、２３０ ウォータロッド
２４ ねじ付きタイロッド
２５ 上部タイプレート上のチャンネルポスト
２６ ねじ付きチャンネルポスト
２７ ねじ付きタイロッドの上部端栓用の開口
２８ ねじ付き端部
３１ 小さい垂直な穴
１００ 上部タイプレート集合体
１０２ デブリシールド（カートリッジタイプ）
１０４ 上部タイプレート中の水平支持フレーム
１０６ デブリシールド中の円筒形ピン支持体
１０８ デブリシールド中の流路
１１０ デブリシールドの周縁
１１２ 山形模様
１１４ デブリシールドの上面
１１６ デブリシールドの山形模様の中のコーナー
１１７ 上部タイプレート（ＵＴＰ）上の基準点
１３０ 上部タイプレート集合体
１３１ 水平支持フレームの中の穴（流路）
１３２ 水平フレーム、支持フレーム
１３３ デブリシールドの中に形成される稜線および溝
１３４ デブリシールドを挿入させるための上部タイプレートのフレーム枠中のスロット
１３５ デブリシールド中の開口
１３６ デブリシールド（フィルタスクリーンタイプ）
１３７ デブリシールドの稜線および溝の斜面
１３８ フレーム中の中空リブ
１３９ 上部端栓用の上部タイプレートのマトリックス中の開口
１４０ ピン支持体用のマトリックス
１４１ ピン支持体
１４２、１４４ マトリックス１４０用の接続リブ
１４３ 斜面１３７上の傾斜した穴
１４５ マトリックス１４０の固体金属の補強材
１５０ 第３の実施形態の上部タイプレート
１５２ デブリシールド
１５４ デブリシールド用のスロット
１５６ 上部平坦部分
１５８ 下部平坦部分
１５９ デブリシールド中の流路
１６０ 上部タイプレート用のフレーム
１６１ 開口
１６２ デブリシールドの縁部
１６４ デブリシールドの上面
１６６ デブリシールドの下面
１６８ デブリシールドの層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】