特許 7535105 核燃料集合体底端部分デブリフィルタおよびこのようなデブリフィルタの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-08-06

(45)【発行日】2024-08-15

(54)【発明の名称】核燃料集合体底端部分デブリフィルタおよびこのようなデブリフィルタの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/30 20060101AFI20240807BHJP

   G21C 3/322 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

G21C3/30 130

G21C3/322

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022520366

(86)(22)【出願日】2020-10-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-15

(86)【国際出願番号】 EP2020077656

(87)【国際公開番号】W WO2021064171

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2023-07-18

(31)【優先権主張番号】19306285.8

(32)【優先日】2019-10-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】593128105

【氏名又は名称】フラマトム

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＭＡＴＯＭＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100080447

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 恵一

(72)【発明者】

【氏名】ブラヴィウス，ディルク

(72)【発明者】

【氏名】ラム，マティアス

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特表平０８－５０３７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４３３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１６６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３３１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１６８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２３５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】Amy B. Hull，Review of Additive Manufacturing for Reactor Materials & Components，Workshop on Vendor Oversight 2018 Conference，米国，United States Nuclear Regulatory Commission，2018年06月13日，https://www.nrc.gov/reactors/new-reactors/how-we-regulate/oversight/quality-assurance/vendor-oversight/past/2018/index.html

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ ３／３０

Ｇ２１Ｃ ３／３２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部ノズル（８）およびこの下部ノズル（８）によって支持されたデブリフィルタ（１８）を含む核燃料集合体底端部分用のデブリフィルタにおいて、入口面（１８Ａ）およびこの入口面（１８Ａ）と反対側の出口面（１８Ｂ）を有するデブリフィルタであって、前記デブリフィルタ（１８）が、前記デブリフィルタ（１８）の前記入口面（１８Ａ）上に突出する複数の濾過構造（５０）を含み、各濾過構造（５０）が、構造軸（Ａ）に沿って離隔された構造基部（５２）および構造頂部（５４）を有し、各々の濾過構造（５０）が、前記構造軸（Ａ）の周りで円周方向に分布したブレード（５６）を含み、各ブレードが、前記構造基部（５２）に連結された一端部と前記構造頂部（５４）に連結された一端部とを有し、各ブレード（５６）が、同じ濾過構造（５０）の各近接ブレード（５６）と共にスロット（５８）を境界画定し、ブレードが、側方で捕捉用体積を境界画定し、デブリフィルタの出口面には、冷却材流体がデブリフィルタから退出できるようにするための出口開口部が具備され、ブレード間で境界画定されたスロットは、冷却材流体が濾過構造の内側に進入できるようにしており、出口面内に設けられた出口開口部は、冷却材流体が濾過構造から、ひいてはデブリフィルタから退出できるようにしている、デブリフィルタ。

【請求項2】

各ブレード（５６）が、同じ濾過構造（５０）の各近接ブレード（５６）と円周方向に重複している、請求項１に記載のデブリフィルタ。

【請求項3】

各濾過構造（５０）の各ブレード（５６）が、前記濾過構造（５０）の前記構造軸（Ａ）の周りで螺旋状に延在している、請求項１または２に記載のデブリフィルタ。

【請求項4】

各濾過構造（５０）が、前記濾過構造（５０）を通って流れる流体に対して、前記構造軸（Ａ）の周りでサイクロン効果または渦を発生させるように構成されている、請求項１から３のいずれか一つに記載のデブリフィルタ。

【請求項5】

前記デブリフィルタ（１８）が、前記入口面（１８Ａ）と前記出口面（１８Ｂ）の間に向かって徐々にまたは段階的に増大する保持能力を有する濾過区分（１８Ｄ）を含む、請求項１から４のいずれか一つに記載のデブリフィルタ。

【請求項6】

前記濾過区分（１８Ｄ）が、前記入口面（１８Ａ）と前記出口面（１８Ｂ）の間で上下に位置設定された複数の重ね合わせた濾過層（４０、４２、４４）を含み、前記濾過層（４０、４２、４４）が、異なる保持能力を有している、請求項５に記載のデブリフィルタ。

【請求項7】

前記入口面（１８Ａ）から前記出口面（１８Ｂ）まで前記濾過層（４０、４２、４４）を考慮した場合に、各々の先行する濾過層（４０、４２）が、次の濾過層（４２、４４）の保持能力よりも厳密に低い保持能力を有している、請求項６に記載のデブリフィルタ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一つに記載のデブリフィルタを含む底端部分を含む核燃料集合体。

【請求項9】

少なくとも部分的に付加製造によって前記デブリフィルタ（１８）を製造するステップを含む、請求項１から７のいずれか一つに記載のデブリフィルタ（１８）の製造方法。

【請求項10】

前記デブリフィルタ（１８）が、少なくとも部分的に付加製造により下部ノズル（８）上に構築される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記デブリフィルタ（１８）が、前記入口面（１８Ａ）と前記出口面（１８Ｂ）の間に向かって徐々にまたは段階的に増大する保持能力を有する濾過区分（１８Ｄ）を含む、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記濾過区分（１８Ｄ）が、前記入口面（１８Ａ）と前記出口面（１８Ｂ）の間で上下に位置設定された複数の重ね合わせた濾過層（４０、４２、４４）を含み、前記濾過層（４０、４２、４４）が異なる保持能力を有している、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記濾過層（４０、４２、４４）のうちの少なくとも２つが、別個に製造され、共に組立てられて前記デブリフィルタ（１８）が得られる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

少なくとも２つの濾過層（４０、４２、４４）が、付加製造によって単一の材料部片に一体的に作られる、請求項１２または１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子炉内で使用するための核燃料集合体に関し、詳細には、軽水炉内で使用するための核燃料集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

軽水炉用の核燃料集合体は概して、支持構造によって離隔した関係で長手方向および横方向に支持されながら、長手方向軸に沿って延在する燃料棒の束を含む。

【0003】

使用中、複数の核燃料集合体は、原子炉容器内に垂直に位置付けされ並んで配設され、こうして炉心を形成しており、冷却材流体、例えば水が核燃料集合体を通って垂直方向に流される。冷却材流体は、核反応を加減し核燃料集合体の燃料棒から熱を回収する機能を有する。

【0004】

冷却材流体中に存在するデブリは、潜在的に核燃料集合体の燃料棒を損傷する可能性があり、このリスクを妨げるために、核燃料集合体には、例えば欧州特許出願公開第２２０４８１９号明細書および欧州特許出願公開第２１６４０７６号明細書中で開示されているように、冷却材流体流を受け入れるための下部ノズルおよびデブリフィルタを含む底端部分が具備され得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】欧州特許出願公開第２２０４８１９号明細書

【文献】欧州特許出願公開第２１６４０７６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的の１つは、低いまたは適応可能な圧力損失でデブリを効率良く捕捉する核燃料集合体底端部分デブリフィルタにおいて、好ましくは製造が容易であるデブリフィルタを提供できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このため本発明は、下部ノズルおよびこの下部ノズルによって支持されたデブリフィルタを含む核燃料集合体底端部分用のデブリフィルタにおいて、入口面およびこの入口面と反対側の出口面を有するデブリフィルタであって、デブリフィルタの入口面上に突出する複数の濾過構造を含み、各濾過構造が、構造軸に沿って離隔された構造基部および構造頂部を有し、各々の濾過構造が、構造軸の周りで円周方向に分布したブレードを含み、各ブレードが、構造基部に連結された一端部と構造頂部に連結された一端部とを有し、各ブレードが、同じ濾過構造の各近接ブレードと共にスロットを境界画定している、デブリフィルタを提案する。

【0008】

構造軸の周りで円周方向に分布したブレードからなる濾過構造を含むデブリフィルタは、圧力損失を制限しながらデブリを効率良く捕捉するように構成され得る。

【0009】

このような複雑な形状を有するデブリフィルタは、少なくとも部分的に付加製造によって製造され、これによりデブリフィルタはなおも容易に製造可能である。

【0010】

具体的実施形態において、デブリフィルタは、単独でまたは技術的に実現可能な任意の組合せで取上げられる、以下の任意の特徴のうちの単数または複数のものを含む：
－ 各ブレードは、同じ濾過構造の各近接ブレードと円周方向に重複している；
－ 各濾過構造の各ブレードは、前記濾過構造の構造軸（Ａ）の周りで螺旋状に延在している；
－ 各濾過構造は、濾過構造を通って流れる流体に対して、構造軸の周りでサイクロン効果または渦を発生させるように構成されている；
－ デブリフィルタは、入口面と出口面の間に向かって徐々にまたは段階的に増大する保持能力を有する濾過区分を含む；
－ 濾過区分は、入口面と出口面の間で上下に位置設定された複数の重ね合わせた濾過層を含み、濾過層は、異なる保持能力を有している；
－ 入口面から出口面まで濾過層を考慮した場合に、各々の先行する濾過層は、次の濾過層の保持能力よりも厳密に低い保持能力を有している。

【0011】

本発明は同様に、以上で定義されている通りのデブリフィルタを含む底端部分を含む核燃料集合体にも関する。

【0012】

本発明は同様に、少なくとも部分的に付加製造によってデブリフィルタを製造するステップを含む、以上で定義された通りのデブリフィルタの製造方法にも関する。

【0013】

具体的実施形態において、該製造方法は、単独でまたは技術的に実現可能な任意の組合せで取上げられる、以下の任意の特徴のうちの単数または複数のものを含む：
－ デブリフィルタは、少なくとも部分的に付加製造により下部ノズル（８）上に構築される；
－ デブリフィルタの濾過層のうちの少なくとも２つは、別個に製造され、共に組立てられてデブリフィルタが得られる；
－ デブリフィルタの少なくとも２つの濾過層は、付加製造によって単一の材料部片に一体的に作られる。

【0014】

別の態様によると、本発明は同様に、下部ノズルによって支持されたデブリフィルタが具備された、下部ノズルを含む核燃料集合体の底端部分用のデブリフィルタの製造方法において、デブリフィルタが入口面およびこの入口面と反対側の出口面を有し、少なくとも部分的に付加製造によってデブリフィルタを製造するステップを含む方法に関する。

【0015】

具体的実施形態において、該製造方法は、単独でまたは技術的に実現可能な任意の組合せで取上げられる、以下の任意の特徴のうちの単数または複数のものを含む：
－ デブリフィルタは、少なくとも部分的に、付加製造により下部ノズル上に構築される；
－ デブリフィルタは、入口面から出口面まで徐々にまたは段階的に増大する保持能力を有する少なくとも１つの濾過区分を含む；
－ デブリフィルタは、入口面と出口面の間で上下に位置設定された複数の重ね合わせた濾過層を含み、濾過層は、異なる保持能力を有している；
－ 入口面から出口面まで濾過層を考慮した場合に、各々の先行する濾過層は、次の濾過層の保持能力よりも厳密に低い保持能力を有している；
－ 濾過層のうちの少なくとも２つは、別個に製造され、共に組立てられてデブリフィルタが得られる；
－ 少なくとも２つの濾過層は、付加製造によって単一の材料部片に一体的に作られる；
－ デブリフィルタは、デブリフィルタの入口面上に突出する複数の濾過構造を含み、各濾過構造は、構造軸に沿って離隔された構造基部および構造頂部を有し、各々の濾過構造は、構造軸の周りで円周方向に分布したブレードを含み、各ブレードは構造基部に連結された一端部と構造頂部に連結された一端部とを有し、各ブレードは、同じ濾過構造の各近接ブレードと共にスロットを境界画定している；
－ 各ブレードは、同じ濾過構造の各近接ブレードと円周方向に重複している；
－ 各ブレードは、構造軸の周りで螺旋状に延在している。

【0016】

本発明およびその利点は、単なる一例として提供され、添付図面を参照してなされている以下の説明を読むことで、より良く理解されるものである。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ＢＷＲ核燃料集合体の側面立面図である。

【図2】核燃料集合体の底端部分の断面図である。

【図3】別の実施形態に係る底端部分の断面図である。

【図4】デブリフィルタの部分側面図である。

【図5】図４のＶ－Ｖに沿って切り取った図４のデブリフィルタの濾過構造の断面図である。

【図6】図４のデブリフィルタの部分上面図である。

【図7】デブリフィルタの側面立面図である。

【図8】ＰＷＲ核燃料集合体の側面立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１に例示されている核燃料集合体２は、長手方向軸Ｌに沿った細長いものである。使用中、核燃料集合体は、長手方向軸Ｌが実質的に垂直方向に延在し、核燃料集合体が下部炉心板上に載置されている状態で、原子炉炉心内に位置付けされている。

【0019】

以下では、別段の規定の無い限り、「長手方向」、「横断方向」、「垂直方向」、「水平方向」、「最上部」、「底部」、「上部」および「下部」なる用語は、核燃料集合体２の使用位置を基準にして使用される。

【0020】

核燃料集合体２は、細長くかつ長手方向軸Ｌに沿って互いに平行に延在する燃料棒４の束を含む。

【0021】

各々の燃料棒４は、例えば管状クラッディング内に積重ねられる核燃料ペレットなどの核燃料を収容する管状クラッディング、および管状クラッディングの端部を閉じるエンドキャップを含む。

【0022】

核燃料集合体２は、長手方向および横断方向に燃料棒４を支持する支持構造６を含む。

【0023】

支持構造６は、横断方向に離隔した関係で燃料棒４を維持するように構成されている。燃料棒４は、例えば、仮想の網、好ましくは規則正しい網の結節点において格子状に配設される。燃料棒間の横断方向の離隔距離により、冷却材流体は燃料棒間で主として長手方向に流れることができる。

【0024】

核燃料集合体２の支持構造６は、下部ノズル８、上部ノズル１０、および燃料棒４に沿って分布した支持グリッド１２を含む。燃料棒４は、スペーサグリッド１２を通過しながら下部ノズル８と上部ノズル１０の間に延在する。スペーサグリッド１２の機能は、燃料棒４を長手方向および横断方向で離隔した関係に維持することである。

【0025】

図１の核燃料集合体２は、沸とう水型原子炉（ＢＷＲ）内で使用するためのものである。

【0026】

アーマチュア６は、格子の燃料棒４を交換することによって燃料棒４の束の内側に組込まれたウォータチャンネル１４（または「ウォータロッド」）、および燃料棒４の束を取り囲む燃料チャンネル１６を含む。

【0027】

ウォータチャンネル１４および燃料チャンネル１６は、下部ノズル８と上部ノズル１０の間に延在して、下部ノズル８および上部ノズル１０に連結されている。スペーサグリッド１２は、ウォータチャンネル１４に沿ってさまざまな位置に分布させられて、ウォータチャンネル１４に取付けられている。

【0028】

使用中、核燃料集合体２は、下部炉心板の上に垂直方向に位置付けされており、下部ノズル８が、矢印Ｆで例示されているように、下部ノズル８を通って燃料棒４の束の中に移行する冷却材流体の流れを受け入れている。

【0029】

核燃料集合体２は、下部ノズル８の内側に位置付けされたデブリフィルタ１８を含む。下部ノズル８およびデブリフィルタ１８は、核燃料集合体２の底端部分２０を共に画定している。

【0030】

デブリフィルタ１８は、下部ノズル８を介して核燃料集合体２内に入る冷却材流体の中に存在するデブリを捕捉するように構成されている。

【0031】

図２に例示されているように、下部ノズル８は、下部タイプレート２２とノズル部分２４を含む。

【0032】

下部タイプレート２２は、とりわけ、ウォータチャンネル１４および燃料チャンネル１６をそれに取付けるように構成されている。ノズル部分２４は、冷却材流体流を収容しそれをウォータチャンネル１４および燃料チャンネル１６へと導くように構成されている。

【0033】

ノズル部分２４は管状で、下部タイプレート２２の周囲から下向きに延在する。ノズル部分２４は、下部入口２６と上部出口２８を含む。

【0034】

下部タイプレート２２は、ノズル部分２４の上部出口２８を横断して延在する。下部タイプレート２２は、グリッドの形状を有する。下部タイプレート２２は、冷却材流体が下部タイプレート２２を通って流れるように、流体流開口部３０を有する。

【0035】

ノズル部分２４は、例えば、下部タイプレート２２から下向きに延在する一定の断面の上部区分３２、および下向きに先細になった円錐形状の下部区分３４を有する。

【0036】

ノズル部分２４は、内部空間３６を画定する。内部空間３６は、ノズル部分２４の下部入口２６と上部出口２８の間で境界画定されている。

【0037】

デブリフィルタ１８は、下部ノズル８の内側、より具体的にはここではノズル部分２４の内側でかつ下部タイプレート２２の下方に収納される。デブリフィルタ１８は、使用中の冷却材流体流を考慮した場合、下部タイプレート２２の上流側に位置設定される。デブリフィルタ１８は、下部タイプレート２２の下側と接触していてよい。代替的には、デブリフィルタ１８と下部タイプレートの下側との間にわずかな間隙を設けることができる。

【0038】

デブリフィルタ１８は好ましくは、少なくとも部分的に付加製造によって製造される。

【0039】

付加製造とは、すでに製造された部分に材料を付加することによって、デブリフィルタ１８または少なくともデブリフィルタ１８の一部分を漸進的に製造する製造方法を意味する。

【0040】

付加製造とは、詳細には、連続して製造層を漸進的に付加することによって、デブリフィルタの少なくとも一部分を漸進的に製造することを意味する。

【0041】

デブリフィルタ１８は、例えば、以下の付加製造方法、すなわち粉末床付加製造、詳細には溶融、焼結または接着接合、堆積付加製造、詳細には粉末堆積付加製造またはワイヤ堆積付加製造、材料噴射付加製造および結合剤噴射付加製造のうちの１つまたはそれらの組合せを使用することによって、少なくとも部分的に付加製造により製造される。

【0042】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、部分的にのみ付加製造によって製造される。

【0043】

一実施例では、デブリフィルタ１８の第１の部分が製造され、デブリフィルタ１８の第２の部分が付加製造により第１の部分上に構築される。

【0044】

第１の部分は好ましくは、付加製造方法ではない製造方法を用いて製造される。第１の部分は、例えば鍛造金属板の従来のフライス加工または鋳造によって製造される。

【0045】

別の実施例では、デブリフィルタ１８の第１の部分および第２の部分が別個に製造され、第１の部分および第２の部分の各々が、付加製造によってそれぞれに製造され、第１の部分および第２の部分はその後共に組立てられて、デブリフィルタ１８が得られる。

【0046】

以上の実施例において、第１の部分は例えば金属製である。第２の部分は、例えば金属製である。第１の部分の金属と第２の部分の金属は、同じ金属または異なる金属である。

【0047】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、全体が付加製造によって製造される。したがって、デブリフィルタは、付加製造によって得られる単一の材料部片に一体的に作られる。

【0048】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、下部ノズル８とは別個に製造され、その後下部ノズル８に組立てられる。

【0049】

例えば、底端部分２０を製造する方法には、ノズル部分２４、下部タイプレート２２およびデブリフィルタ１８を別個に製造するステップと、その後それらを組立てるステップが含まれる。

【0050】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、付加製造により下部ノズル８上に構築される。

【0051】

製造方法には、例えば、下部タイプレート２２を製造するステップ、その後付加製造により下部タイプレート２２上にデブリフィルタ１８を構築するステップ、そして次に下部タイプレート２２にノズル部分２４を組立てるステップが含まれる。

【0052】

代替的には、製造方法には、例えばノズル部分２４を製造するステップ、その後付加製造によりノズル部分上にデブリフィルタ１８を構築するステップ、そして次に下部タイプレート２２をノズル部分２４に組立てるステップが含まれる。

【0053】

図２に例示されているように、一実施形態において、デブリフィルタ１８は、長手方向軸Ｌに沿ってノズル部分２４の内部空間３６の広がりＥの大部分にわたり、長手方向軸Ｌに沿って延在する。

【0054】

少なくとも部分的に付加製造によりデブリフィルタ１８を製造することにより、デブリフィルタ１８を通って流れる冷却材流体の圧力損失を制限しながら、濾過効率を改善するための厚いデブリフィルタ１８を提供することが可能になる。

【0055】

ノズル部分２４は、ここでは上部区分３２と下向きに先細になった下部区分３４を含む。

【0056】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、ノズル部分２４の上部区分３２内で、少なくともノズル部分２４の下部区分３４まで下へ、延在している。

【0057】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、ノズル部分２４の上部区分３２内そして下部区分３４の少なくとも一部分の中に延在する。

【0058】

図２に例示されている具体的実施形態において、デブリフィルタ１８は、ノズル部分２４の下部入口２６と上部出口２８の間の下部ノズル８の内部空間３６を完全に占有している。

【0059】

デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａ、および入口面１８Ａと反対側の出口面１８Ｂを含む。使用中、冷却材流体は、入口面１８Ａを介してデブリフィルタ１８内に進入し、出口面１８Ｂを介してデブリフィルタから退出する。入口面１８Ａは、ノズル部分２４の下部入口２６に近接しており、出口面１８Ｂは下部タイプレート２２に面している。

【0060】

デブリフィルタ１８は、多孔質であるかまたは透かし加工を有し、冷却材流体内に含まれるデブリを保持する一方で、冷却材流体がデブリフィルタを通過できるようにする。デブリフィルタ１８は、冷却材流体が入口面１８Ａから出口面１８Ｂまでデブリフィルタ１８を通って流れることができるようにするための流れ開口部を含む。流れ開口部の寸法よりも大きい寸法を有するデブリが、デブリフィルタ１８によって保持されることになる。

【0061】

デブリフィルタ１８は、デブリフィルタ１８が保持できる最小デブリのサイズに対応する保持能力を有する。保持能力が高くなればなるほど、デブリフィルタ１８によって保持される最小デブリのサイズは小さくなる。

【0062】

デブリフィルタ１８は、流れ開口部の寸法よりも大きい寸法を有するデブリを保持することになる。流れ開口部の寸法が小さくなればなるほど、デブリフィルタ１８の保持能力は高くなる。

【0063】

一実施形態において、デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで変動する保持能力、より具体的には、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで漸増する能力を有する。

【0064】

デブリフィルタ１８の厚みを通って保持能力を漸増させることを考慮して、デブリフィルタ１８は、例えば、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａから出口面１８Ｂまでデブリフィルタ１８を通って漸減する寸法を有する流れ開口部を有する。

【0065】

保持能力の漸増に伴って、最大のデブリは、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａに近接して保持され、最小のデブリ１８は、デブリフィルタ１８内に進入するもののデブリフィルタ１８の出口面に近接して保持される。

【0066】

このような構成の１つの利点は、より低い保持能力および／またはより大きい寸法の流れ開口部を伴うデブリフィルタの層または部分に、より高い保持能力および／またはより小さい寸法の流れ開口部を伴うデブリフィルタの層または部分に比べて、機械的により高い強度を持たせることができる、ということにある。より高い保持能力を伴う層には、流れ開口部の数を最大にし、デブリフィルタ１８を通した圧力損失を制限するためにより低い保持能力を伴う層の壁よりも薄い壁を具備することができる。

【0067】

デブリフィルタ１８の付加製造は、デブリフィルタ１８の保持能力を容易に調整すること、および特に、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで変動する保持能力、詳細には入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで徐々にまたは段階的に増大する保持能力を伴うデブリフィルタ１８を、製造コストの制限および圧力損失の制限をしながら提供すること、を可能にする。

【0068】

デブリフィルタ１８の保持能力は、例えば、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで徐々にまたは段階的に増大する。例えば、デブリフィルタ１８は、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで徐々にまたは段階的に変動する寸法を有する流れ開口部を有する。

【0069】

図２に例示されている実施例において、デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで段階的に増大する保持能力を有する。例えば、デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで段階的に変動する寸法を有する流れ開口部を有する。

【0070】

デブリフィルタ１８は、例えば入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで複数の濾過層４０、４２、４４を有し、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまでの濾過層を考慮した場合、各々の後続層は先行層に比べより高い保持能力を有している。

【0071】

各々の濾過層４０、４２、４４は、例えば、この濾過層４０、４２、４４の厚みを通して一定の保持能力を有する。

【0072】

入口面１８Ａから出口面１８Ｂまでの濾過層を考慮した場合に、各々の後続する濾過層は例えば、先行する濾過層のものに比べてより小さい寸法の流れ開口部を有する。

【0073】

こうして、デブリフィルタ１８は少なくとも、より低い保持能力を有する入口面１８Ａに近接する入口濾過層４０と、デブリフィルタ１８の出口面１８Ｂに近接する出口濾過層４４とを有する。入口濾過層４０は、例えば、出口濾過層４４の流れ開口部よりも大きい寸法の流れ開口部を有する。

【0074】

一実施形態において、デブリフィルタは、正確に２つの濾過層、すなわち入口濾過層４０と出口濾過層４４を有する。

【0075】

別の実施形態において、デブリフィルタ１８は、入口濾過層４０と出口濾過層４４の間に置かれた少なくとも１つの中間濾過層４２を有する。

【0076】

図２に示されている実施例において、デブリフィルタ１８は、正確に１つの中間濾過層４２を有する。変形形態において、デブリフィルタ１８は、３つ以上の中間濾過層と４つ以上の濾過層を有する。

【0077】

製造方法の一実施形態において、異なる保持能力を伴うデブリフィルタ１８の濾過層４０、４２、４４は、付加製造によって１つの材料部片に一体的に製造される。この場合、デブリフィルタ１８は、付加製造によって１つの材料部片に一体的に製造される。

【0078】

別の実施形態において、少なくとも２つの濾過層４０、４２、４４は、別個に製造され、その後少なくとも２つの濾過層４０、４２、４４は共に組立てられて、デブリフィルタ１８が得られる。組立ては、例えば、溶接、ボンディング、ネジ留め、リベット留めなどで行なわれる。

【0079】

図３に示されているように、一実施形態において、デブリフィルタ１８は、徐々に増大する保持能力を有する。

【0080】

徐々に増大する保持能力を伴うデブリフィルタ１８は、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまでの保持能力の勾配を示す。デブリフィルタ１８の流れ開口部は、例えば、入口面１８Ａから出口面１８Ｂまで減少する寸法の勾配を示す。

【0081】

付加製造によるデブリフィルタ１８の製造は、デブリフィルタを通した圧力損失を制限させる一方で、濾過を改善し得る複雑な３次元形状をデブリフィルタ１８に付与することを可能にする。

【0082】

図４～６は、付加製造により得ることのできる複雑な３次元形状を伴うデブリフィルタ１８の一実施例を示している。

【0083】

図４～６に示されているように、デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａおよび出口面１８Ｂを有する。

【0084】

デブリフィルタ１８にはその入口面１８Ａ上に、複数の突出する濾過構造５０が具備されている。各濾過構造５０は、冷却材流体が、デブリを捕捉しながら濾過構造５０を通って流動できるようにするために構成されている。

【0085】

各々の濾過構造５０は、中空である。各濾過構造５０は、構造軸Ａに沿って離隔された構造基部５２と構造頂部５４、および、間に画定用スロット５８を伴い構造軸Ａの周りで円周方向に分布した複数のブレード５６を有する。各ブレード５６は、構造基部５２に連結された一端部と、構造頂部５４に連結された一端部を有する。各ブレード５６は、２つの近接するブレード５６の各々とそれぞれのスロット５８を画定しながら、２つの近接するブレード５６間で円周方向に位置設定される。

【0086】

各ブレード５６は、自由である２つの側方縁部を有する。各ブレード５６は、それぞれ構造基部５２および構造頂部５４に連結されたその２つの端部の間でブリッジのように延在する。

【0087】

各濾過構造５０は、構造基部５２から構造頂部５４まで先細になっている全体的形状を有する。構造軸Ａに対して横断方向に取った、各濾過構造５０の横断方向寸法は、構造基部５２から構造頂部５４まで構造軸Ａに沿って漸減する。各濾過構造５０は例えば、全体的にオジーブ形状を有する。

【0088】

複数の濾過構造５０の構造軸Ａは、好ましくは平行である。各濾過構造５０の構造軸Ａは、好ましくは、デブリフィルタ１８の出口面１８Ｂに対して実質的に直交している。各濾過構造５０の構造軸Ａは好ましくは、デブリフィルタ１８が上に組付けられた時点で、核燃料集合体２の長手方向軸に対して平行である。

【0089】

濾過構造５０の構造基部５２は、共に連結されている。構造基部５２は、デブリフィルタ１８の出口面１８Ｂを画定するデブリフィルタ１８の出口部分６０を共に画定している。

【0090】

濾過構造５０は、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａに対して３次元形状を付与する。デブリフィルタ１８の出口面１８Ａは、例えば実質的に平担である。デブリフィルタの出口面１８Ａには、冷却材流体がデブリフィルタ１８から退出できるようにするための出口開口部６２が具備されている。

【0091】

各々の濾過構造５０は、構造基部５２および構造頂部５４により構造軸Ａに沿って境界画定されかつブレード５６によって側方で境界画定されている捕捉用体積を、境界画定している。

【0092】

ブレード５６間で境界画定されたスロット５８は、冷却材流体が濾過構造５０の内側に進入できるようにしており、出口面１８Ｂ内に設けられた出口開口部６２は、冷却材流体が濾過構造５０から、ひいてはデブリフィルタ１８から退出できるようにしている。

【0093】

デブリフィルタ１８の出口面１８Ｂは、例えば、異なる横断方向に延在する複数の細長い出口開口部６２を提示している。有利には、図５に示されているように、各々の濾過構造５０のブレード５６は、近接するブレード５６間に円周方向の重複部分を伴って、構造軸Ａの周りに分布させられている。

【0094】

各ブレード５６は、図５上で矢印Ｖによって例示されているように、構造軸Ａとの関係において半径方向である方向で見た場合に、各々の近接するブレード５６と重複している。換言すると、スロット５８は、構造軸Ａとの関係において半径方向である方向で見た場合に、見通せるものではない。

【0095】

好ましくは、各々の濾過構造５０は、濾過構造５０を通って流れる冷却材流に対して、濾過構造５０の構造軸Ａの周りでサイクロン効果または渦を発生させるように構成される。

【0096】

このような濾過構造５０は、フレッティングメカニズムのため核燃料集合体２にとって非常に危険である小さなワイヤの形状のデブリを捕捉するのに、特に効率的である。サイクロン効果のため、このようなデブリは、濾過構造５０内に押圧され、こうして濾過構造５０から退出しないよう防止される可能性が高い。

【0097】

１つの例示的実施形態において、各濾過構造５０のブレード５６は、冷却材流に対して、濾過構造５０の構造軸Ａの周りでサイクロン効果または渦を発生させながら、循環効果を生成するように構成されている。

【0098】

図４を見れば分かるように、有利には、各々の濾過構造５０のブレード５６は、構造軸Ａの周りで螺旋状に延在している。これにより、デブリフィルタ１８の入口面に達した時点での長手方向に方向づけされた細長いデブリの捕捉が改善される。

【0099】

螺旋構造は、サイクロンのように作用し、デブリを濾過構造５０内へと外向きに投出する。

【0100】

さらに、このようなデブリ構造５０は、デブリフィルタ１８の下流側の冷却材流に対して横断方向速度を付与しながら冷却材流を偏向させる傾向を有する。こうして、冷却材流体と核燃料棒４の間の熱交換を促進することができる。

【0101】

デブリフィルタ１８は、圧力損失を制限しながらデブリを濾過するのに非常に効率が良い。デブリフィルタは、複雑な形状を有するが、付加製造によって容易に製造可能である。

【0102】

少なくとも濾過構造５０は、付加製造によって製造される。一実施形態において、デブリフィルタ全体は、付加製造によって製造される。別の実施形態では、プレート形状の部分６０が提供され、その後、濾過構造５０の残りの部分が、付加製造によりプレート形状の部分５０の上に構築される。

【0103】

図７に示されている１つの例示的実施形態において、デブリフィルタ１８は、図４および５に関連して説明した通り、デブリフィルタ１８の入口面１８Ａ上で濾過構造５０を組合わせることができ、保持能力は、濾過構造５０とデブリフィルタ１８の出口面１８Ｂとの間で徐々にまたは段階的に増大している。

【0104】

このようなデブリフィルタ１８は、例えば、入口面１８Ａから突出する濾過構造５０により画定された濾過入口区分１８Ｃ、および濾過構造５０と出口面との間に延在する濾過出口区分１８Ｄを含み、出口面１８Ｂに向かって徐々にまたは段階的に増大する保持能力を示す。

【0105】

出口区分１８Ｄは、例えば濾過構造５０の入口区分１８Ｃと出口面１８Ｂの間に位置設定された単数または複数の濾過層を含み、これらが、例えば徐々に増大する保持能力の１つの濾過層、または漸進的に増大する保持能力の複数の重ね合わせた濾過層を画定し、出口区分１８Ｄまで段階的に増大する保持能力を付与している。

【0106】

さらに、デブリフィルタは、濾過構造５０とは異なる、上流側または下流側に位置設定された別の濾過区分と結び付けられた徐々にまたは段階的に増大する保持能力を示す濾過区分を有することができる。概して、デブリフィルタ１８は、入口面１８Ａの側から出口面１８Ｂの側まで徐々にまたは段階的に増大する保持能力を示す濾過区分を少なくとも含むことができる。

【0107】

本発明は、以上で説明し例示した実施例に限定されない。他の実施例も、企図することができる。

【0108】

特定のデブリ設計（増大する保持能力および／または、ブレードおよび／またはサイクロン効果を伴う濾過構造）を伴う、以上で説明し例示したデブリフィルタ１８は、付加製造が関与しない他の従来の製造方法を用いて製造することができる。その上、本発明は、ＢＷＲ核燃料集合体に限定されない。より一般的には、これは、軽水炉（ＬＷＲ）核燃料集合体に適用可能である。詳細には、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）核燃料集合体に適用可能である。

【0109】

図１のものと同一のまたは類似の要素に対する参照番号が同じである図７は、ＰＷＲ核燃料集合体を例示している。

【0110】

核燃料集合体は、長手方向軸Ｌに沿って延在する燃料棒４の束および燃料棒４を維持するアーマチュア６を含む。

【0111】

アーマチュア６は、長手方向軸Ｌに沿って離隔された下部ノズル８と上部ノズル１０、下部ノズル８および上部ノズル１０に連結されたガイド管６３、およびガイド管６３に取付けられた状態でガイド管６３に沿って分布させられたスペーサグリッド１２を含む。

【0112】

下部ノズル８には、デブリフィルタ１８が具備されている。下部ノズル８は、エッグクレートプレート６４およびエッグクレートプレート６４のコーナから下向きに延在する脚部６６を有する。使用中、核燃料集合体２は、脚部６６を介して下部炉心板上に載置される。

【0113】

デブリフィルタ１８は、エッグクレートプレート６４の下方で下部ノズル８に取付けられる。デブリフィルタ１８はこうして、エッグクレートプレート６４の上流側に位置設定される。デブリフィルタ１８は、脚部６６の間に位置設定される。

【0114】

デブリフィルタ１８は、ＢＷＲ核燃料集合体に関連して説明された実施例の通りであり得る。

【0115】

以上で説明した、少なくとも部分的に付加製造によってデブリフィルタ１８を製造する方法、および例示的実施形態および変形形態（下部ノズル上への付加製造、付加製造によって得られ組立てられるか、または付加製造によって一体的に形成される層など）は、デブリフィルタの形状とは無関係に有利である。

【0116】

したがって、概して、本発明は、下部ノズルによって支持されたデブリフィルタが具備された下部ノズルを含む核燃料集合体の底端部分のためのデブリフィルタを製造する方法において、デブリフィルタが入口面および入口面とは反対側の出口面を有しており、少なくとも部分的に付加製造によってデブリフィルタを製造するステップを含む方法にも関する。

【符号の説明】

【0117】

２ 核燃料集合体
４ 燃料棒
８ 下部ノズル
１８ デブリフィルタ
１８Ａ 入口面
１８Ｂ 出口面
４０、４２、４４ 濾過層
５０ 濾過構造
５２ 構造基部
５４ 構造頂部
５６ ブレード
５８ スロット
Ａ 構造軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】