JPS6031097A - 核燃料バンドルに付着した水垢の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、核燃料集合体、特に軽水冷却型原子炉に挿入
される核燃料集合体に付着した水垢を除去する方法に関
するものである。

〔発明の背景〕

原子炉に装荷された核燃料集合体は、長期間使用してい
るとその表面に冷却水中の水垢が付着する。水垢の主成
分は主として酸化鉄（Ｆａｉｌｓ）よシなる各種金属酸
化物の水和物である。水垢が核燃料集合体に付着すると
、燃料棒からの熱除去が阻害され、熱効率が低下するの
みならず、燃料被覆管の腐食特性に悪影響を及はしたシ
、燃料棒表面で放射化された水垢の蓄積によシ放射線量
率の増加を来たす。また、使用済の核燃料を再処理する
場合に水垢が多量に付着していると、再処理プロセスに
悪影響を及ばすという問題も報告されている。

この核燃料集合体に付着した水垢を除去する方法として
提案された方法に、水中で高圧水を噴射する方法、超音
波による方法、化学薬品による方法がおる。しかし、水
中で高圧水を噴射する方法では高圧水の圧力が第１図に
示すごとく水中で減衰する上に、核燃料集合体の内側に
配列された燃料棒は、外側に配列された燃料棒の陰とな
るため、水垢が除去されるのは、主として核燃料集合体
の最外周に配列された燃料棒の外側に面する部分のみで
あジ、核燃料集合体に付着した水垢の一部しか除去され
ないという問題がある。さらに、燃料棒に付着している
水垢の付着形態は第２図に示すごとく、燃料棒表面に近
い部分にスピネル構造をもつ強固に付着した水垢層があ
シ、その上に比較的ゆるく付着した水垢層がある二重構
造となっているので、高圧水の噴射のみでは、強固に付
着した水垢層の除去は困難である。

また超音波による方法では核燃料集合体の一部の水垢し
か除去できず、除去効率が悪い。

さらに、化学薬品による方法は、化学薬品を使用するた
め、核燃料集合体の材料への影響が懸念されるため、継
続して使用する核燃料集合体の水垢を除去する方法とし
ては適していない。使用済の核燃料集合体の水垢を除去
する場合であってもその作業を原子炉建屋内の使用済燃
料プールで実施するには、使用する化学薬品の処理が困
難であるため、不適当である。

〔発明の目的〕

本発明は、核燃料果合体に付着した水垢を効果的に除去
する方法を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕 本発明は水垢の付着した核燃料集合体を水中に設置され
た容器内に密閉し、この容器内の水を排除して燃料棒自
身の崩壊熱で水垢を乾燥させ、続いて高圧水又は氷片を
噴射させて水垢を燃料棒よシ除去することを特徴とする
ものである。

すなわち、本発明は、水で膨潤状態の水垢と、乾燥状態
の水垢との間に体積差があわ、核燃料集合体に付着した
水垢を乾燥された状態にしてから高圧水等で機械的な衝
撃を加えると、水垢は核燃料集合体から剥離する点に着
目してなされたものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例について説明する。

第３図に、核燃料集合体１の基本構造を示す。

この核燃料集合体１は、規則的に配列された複数本の燃
料棒３と、スペーサ４と、燃料棒３をそれぞれ上下端に
おいて支持する上下部タイプレート５．６と、燃料棒３
の周囲を取囲むチャンネルボックス２と、チャンネルボ
ックス２を上部タイグレートに固定するチャンネルファ
スナ７とから構成されている。冷却水は核燃料集合体の
下部から上部に向ってチャンネルボックス２内を流れ、
燃料棒３を冷却する。そして長期間使用していると、燃
料棒３の表面に水垢８が付着する。

第４図は本発明の一実施例を示す。１０は、水中に設置
された容器で、この中に水垢の付着した核燃料バンドル
９が収納、密閉される。なお、核燃料バンドル９は、第
３図に示した核燃料集合体１よりチャンネルボックス２
を取外したものでおシ第４図ではこれを模式的に示して
いる。容器１０の内部には核燃料バンドルを保持するだ
めのアダプタ１１、スタンド１２および高圧水噴射ノズ
ル１３が設けられている。また容器１０には、高圧水供
給系２０と、乾燥気体の給排系３０と水の排出処理系４
０が設けられている。高圧水供給系は高圧水ポンプ２１
を有しておシ、高圧水を弁２２を介して高圧水噴射ノズ
ル１３に供給する。

乾燥気体の給排系は、ガス貯Ｒタンク３１と、ガス貯蔵
タンク３１または容器１０からの気体が弁３２を介して
導かれ乾燥冷却する乾燥冷却器３３と、ガス流入用ポン
プ３４と、弁３９と容器１０のガス流入口３５およびガ
ス流出口３６付近に設けられている熱電対３７．３８と
を有している。

水の排出処理系４０は、容器１０の排水口４４から弁４
５を介して水を排出する排水ポンプ４６と、排出された
水のろ過器４７と処理水タンク４８とを有している。

次に、この装置を用いて水垢を除去する方法について説
明する。

（１）長期間使用し水垢の付着した核燃料集合体１から
チャンネルボックス２を取外した核燃料バンドル９を、
水中に設置した容器１０内に収納し、密閉する。

（２）次に、乾燥気体給排系の弁３２，３９を介して、
空気、ヘリウム又はアルゴン等の気体を容器１０に供給
しながら、弁４５を開いて、容器１０内の水を排水ポン
プ４６を用いて排水口４４から排除する。排除された水
はろ過器４７を経て処理水タンク４８に入る。

（３）水の排除された容器、１！　０１内の気体を、ガ
ス流入用ポンプ３４によシ、気体乾燥冷却器３３を通し
て循環させ、核燃料バンドル９を冷却・乾燥する。この
冷却・乾燥は、気体流入口３５と気体流出口３６の付近
に設けられている熱電対３７．３８によって気体の温度
を測定することによシ制御できる。

核分裂生成物の崩壊による核燃料バンドルの崩壊熱は、
原子炉停止後の時間経過と共に減少する。例えば原子炉
を停止して１週間後の場合、発熱量は約１０　Ｋｃａｔ
／ｓｅａであるので、容器１０として、直径３０ｃｒｒ
１．高さ５００ｃｒｒ１の円筒型の容器を用い、乾燥冷
却気体として約１０Ｃの乾燥空気を用い、約４気圧でガ
ス流入口３５から流量約０．４ｍｓ／ｓｅｏで流入させ
た場合、燃料棒３の表面温度は約４０〜５０Ｃに保持す
ることが可能であシ、核燃料バンドルの過熱を防止する
ことができる。

容器１０内では燃料棒３の表面温度が高いため、燃料棒
３に付着した水垢の水分が蒸発する。

水分を含んで湿った気体は、容器１０の気体流出口３６
から弁３２を介して気体乾燥冷却器３３に送られ、乾燥
冷却気体に再生されて、容器１０に再循環される。水垢
の主成分は酸化鉄（Ｆｅａｒｓ）の水和物であシ、水分
が除去されると水垢の体積が減少する。この体積減少に
よる水垢の収縮は約４０〜７０％におよび、水垢の燃料
棒表面への付着状態が変化して、水垢が剥離しやすい状
態になる。

燃料棒表面からの水分の蒸発は、燃料棒３の表面温度を
、乾燥気体給排系の気体の流量、温度を変えることによ
）制御できる。例えば、容器１０内の水を排除した直後
に、核燃料バンドル表面の水垢に含まれる水の量は約３
胸であるが、乾燥冷却気体として約１０ｃの乾燥空気を
用いて、流量を約ｏ、４ｍｓ、／ｓｅｏとした場合、約
３分で乾燥する。

（４）　このようにして、核燃料バンドル９を十分乾燥
した後、高圧水供給系２ｏを作動させ、高圧水噴射ノズ
ル１３よシ高王水を燃料棒３の表面に噴射して軽い機械
的衝撃を与えると、水垢が燃料棒３の表面から剥離する
。この場合、空中での高圧水の噴射であるため、第１図
で説明したように、水中の場合と異なって高圧水の圧力
の減衰という問題はなく、核燃料バンドル９の燃料棒３
の配列の間隙を通して高圧水の噴射が燃料バンドル９の
内部まで届くので、燃料バンドル９の全体の水垢を効率
よく除去することができる。水中に移行した水垢は排水
口４４を通シ排出され、ろ過器４７に捕集される。

この実施例の水垢の除去方法は、比較的簡単な装置で、
核燃料バンドルに付着した水垢を効果的に除去すること
が可能であシ、化学薬品を用いないので、原子炉建屋内
の使用済燃料プールで、再処理プラントに送られる前の
使用済燃料の水垢を除去するのに特に好適である。

なお、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の応用・
変形が可能である。

まず、上記実施例では、原子炉を停止して１週間後の原
子炉定期検査時に、次サイクルも継続して使用する核燃
料バンドルの水垢を除去する場合を想定して、容器１０
内の水を排除した際に、核（９） 燃料バンドルが過熱することを防止するため、乾燥冷却
供給系３０を設けた。しかしながら、使用済燃料は、再
処理プラントに搬出される前に、半年〜１年間冷却され
るので、そのような冷却された燃料の場合は、容器１０
内の水を排除しても核燃料バンドルが過熱する恐れはな
く、水中の容器１０を介した自然冷却によって燃料棒３
の表面温度は約１５０Ｃ程度におさまる。そして、水垢
よシ蒸発した水分は、容器１０の壁で凝縮して容器１０
の底にたまシ、水垢は乾燥する。この状態で、高圧水噴
射ノズル１３より高圧水を燃料棒３の表面に噴射して機
械的衝撃を与えると、燃料棒３の表面よシ水垢が剥離す
る。したがってこの応用例では、第４図の乾燥気体給排
系３０は不要である。

本応用例を第５図に示す。

次に水垢を乾燥させ剥離しやすい状態にしたあと、機械
的衝撃を与える手段として、上記実施例では、高圧水噴
射を用いた。この場合、剥離した水垢を使用した水と共
にろ過器４７を通して処理するのに好都合である。しか
し機械的衝撃を与え（１０） る手段は高圧水噴射には限らない。固体、例えば小さな
氷の粒を噴射してもよい。本応用例を第６図に示す。第
６図で氷粒噴射系５０は、製氷機５１、ニアコンプレッ
サ５３、混合機５２、氷粒噴射ノズル５５よシ構成され
ている。製氷機５１で作られた氷粒は、混合機５２で気
体に混入され、氷粒噴射ノズル５５よシ噴射される。噴
射された氷粒は融解して水となるので、水排出処理系４
０によシ処理される。また、氷粒噴射以外の方法も考え
られる。要は、水垢を乾燥させ剥離しやすくした上で、
軽い衝撃を与えて水垢を剥離させ、これを処理する手段
を講じればよい。気体を高速で流すことでもこの目的を
果せる。この場合は、剥離した水垢の粉末を、気体フィ
ルターによシ回収する必要がある。なお、この場合は必
ずしもチャンネルボックス２を取外さなくても、チャン
ネルボックス２の中に高速の気体を流せば、乾燥した水
垢は、燃料棒３の表面より粉末状となって剥離する。

【図面の簡単な説明】

（１１） 第１図は、水ジエツト軸上の流圧と距離の関係を示す説
明図、第２図は燃料棒表面への水垢の付着形態を示す説
明図、第３図は核燃料集合体の部分断面図、第４図は、
本発明の核燃料集合体に付着した水垢の除去方法の一実
施例を実施する装置の系統図、第５図は、同じく他の実
施例を実施する装置の系統図、第６図は、同じく他の応
用例を実施する装置の系統図である。 １・・・核燃料集合体、２・・・チャンネルボックス、
３・・・燃料棒、９・・・核燃料バンドル、１０・・・
答器、１３・・・高圧水噴射ノズル、２０・・・高圧水
供給系、２１・・・高圧水ポンプ、３０・・・乾燥冷却
気体給排系、３３・・・気体乾燥冷却器、３７．３８・
・・熱電対、４０・・・水排出処理系、４７・・・ろ過
器。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１２） ＄　１　図 ｒ＼ ノス′ルカリ／ｌ距１ｋＬ（帆ン 第２目 奉　３　閃 特開昭ＧＯ−３１０９７（５）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、水垢の付着した核燃料バンドルを水中に設置された
   容器内に密閉し、該容器内の水を排除して水垢を乾燥さ
   せ、しかる後に機械的衝撃を与えて水垢を燃料棒から剥
   離させることを特徴とする核燃料バンドルに付着した水
   垢の除去方法。