JPS6111699A

JPS6111699A - 原子炉の燃料破損検出装置

Info

Publication number: JPS6111699A
Application number: JP59132048A
Authority: JP
Inventors: 若松　光夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1986-01-20

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】〔発明の技術分野〕“ 本発明は、原子炉内に装荷した燃料棒の破損検出装置に
係り、特に燃料集合体内の核分裂生成物質を含む冷却材
を最適時間サンプリングする装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

周知のように、原子炉圧力容器内には多数の燃料集合体
が装荷されており、核燃料は燃料集合体内に整列して配
置された燃料棒の金属性の被覆管に密封され、核分裂に
よって発生する有害な核分裂生成物質が冷却材中に拡散
しないようになっている。

しかしながら、被覆管の腐食や局部的な応力の発生また
は製造上の不具合等により燃料棒の被覆管が破損した場
合には、核燃料の核分裂によって発生す”る核分裂生成
物質（以下ＦＰといり）は、冷却材中に拡散し冷却材の
みならず原子炉機器やタービン系機器等が、放射能で汚
染される可能性がある。したがって、破損した燃料棒を
有する燃料集合体を検出し、この燃料集合体を新しい燃
料集合体と交換することが必要となる。

通常、燃料集合体を構成する燃料棒の被覆管に破損が発
生しているか否かは、原子炉を通過する冷却材をサンプ
リングして、冷却材の中に含まれるＦＰの濃度を測定し
て検出している。しかしながら、装荷されている多数の
燃料集合体の中から破損している燃料棒を有する燃料集
合体を検出するためには、各燃料集合体について個々に
破損検出を行なわなくてはならない。

一方、原子炉の運転を停止した後でも、燃料集合体から
発生する崩壊熱を除去するために、残留熱除去システム
（二よって冷却材を常に原子炉に供給し、燃料集合体を
冷却しなければならない。これは、崩壊熱の冷却が不十
分であると、崩壊熱により燃料集合体の温度が過度に上
昇し、燃料棒が破損する恐れがあるからである。しかも
、燃料集合体に破損がある場合に不注意な取扱いをする
と、作業者が被爆するのみでなく原子炉内機器の潜像を
招来することがある。このため、原子炉に装荷されてい
る燃料集合体の破損検出は、原子炉内で行なうことが望
ましい。

以下に沸騰水型原子炉における従来の破損燃料検出方法
を、第７図を参照して説明する。

燃料集合体１は、冷却材を満たした原子炉圧力容器内に
装荷されている。この燃料集合体１は、チャンネル２と
複数の燃料棒８から構成されている。上記した冷却材は
、崩壊熱を冷却するために燃料集合体１にも流通するよ
うになっている。

このような構成における燃料集合体の破損検出は、次の
方法で行なわれる。まず、燃料集合体１の上端部に空気
供給管４とサンプリングノズル５ａを設けた蓋体６を同
図に示すように取付ける。ここで、サンプリングノズル
５ａはサンプリング管５に接続している。次に、空気供
給管４を介して蓋体６内に空気を供給し、蓋体６内に空
気室６ａを形成する。この空気室６ａにより、燃料集合
体１内の上部に液面７が形成されるとともに、燃料集合
体１に流入する冷却材の流入が阻止される（以下この状
態をソーキンダという）。この状態を一定時間保持する
と、燃料棒８あ温度が上昇し、この軸方向の温度分布は
第８図に示すようになる。燃料棒８の被覆管：二破損が
発生していると、被損部から冷却材中にＦＰが放出し易
くなる。また、冷却材も加熱されて燃料集合体１内にお
いては、冷却材は自然対流によって循環し、ＦＰは冷却
材に溶は込む。そこで、この冷却材を蓋体６に取付けら
れたサンプリングノズル５ａから原子炉の外部に採取し
、この中の放射能濃度を測定して燃料集合体１に被損が
発生しているか否かを検出する。

このような燃料集合体１の破損検出方法には、次のよう
な欠点がある。即ち、検出作業は、原子炉内の放射能濃
度が低下するまで着手できないことや水張り遮へい作業
をするために運転停止後５〜７日経過してからでないと
着手できないこと等のため（二、崩壊熱量は小さくＦＰ
の放出量も極めて小さい。しかも、ＦＰは、燃料集合体
ｌ内を冷冷材の自然対流によって拡散する。したかつ【
、サンプリングを行なっている燃料集合体１の下部にＦ
Ｐが放出された場合、このＦＰが放出され冷却材が、サ
ンプリングノズル５星が位置する燃料集合体１の上部ま
で到達するまでに長時間を要する。また、ＦＰが破損部
近傍に停滞してサンプリングされない場合もあり、検出
精度が低下する。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した事情：二鑑みてなされたもので、検
出精度が高くかつ作業時間も短縮した原子炉の燃料破損
検出装置を提供することを目的とするっ〔発明の概要〕本発明は、原子炉に装荷した燃料集合体の上端に取付け
る蓋体接続される空気供給装置と、蓋体に接続され冷却
材を吸引し温度により燃料集合体の残留冷却材を選択す
る装置を設けたサンプリング装置と、燃料集合体の下部
に冷却材を供給する装置とから成り、残留冷却材を選択
する装置を、常時は一方の流出口を連通し所定温度にな
ったとき他方の連通口から残留冷却材を連通するように
弁体な移動させる作動体を設けた三方弁とすることによ
り、ＦＰが倉入した残留冷却材を確実にサンプリングし
て検出精度を向上するとともに、作業時間の短縮を図か
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の原子炉の燃料破損検出装置の一実施例を
図面を参照して説明する。まず、装置の構成を説明する
。第１図において、原子炉圧力容器８の炉心部９には燃
料集合体が装荷されているが、この燃料集合体の上端部
に取付ける蓋体６に設けたサンプリングノズル６ａと接
続されるサンプリング管５に、サンプリングノズル）　
１０を接続する。このサンプリングユニット１０は、サ
ンプリング管５に接続された冷却材を吸引するポンプ１
１、このポンプ１１に接続され温度により切換動作をす
る三方切換弁１２、この三方切換弁１２の一方の流出口
にサンプリング管１３を介して批続されるサンプリング
ボトル１４から構成されている。しかして、三方切換弁
稔は、第２図に示すようにサンプリング管５が接続され
る流入口１５ａ、流出口１５ｂ　、　１５ｃを有する弁
箱゛１５、この弁箱１５の内部に設けられた支持部１５
ｄに案内されて移動自在とした弁体１６、この弁体１６
と支持部１５ｄに両端をそれぞれ連結され、約５０　ｔ
ｌｌ’で伸び約３０　ｃ　＊復帰するような形状記憶合
金からコイル状に成形した作動体１７．弁箱１６の外側
に手動操作をする場合に弁箱１６を加熱するヒータ１８
から構成されている。なお、流出口１５ｂの内側には弁
座１９ａ、流出口１５ｃの内側には弁座１９ｂがそれぞ
れ設けられ、弁体１６の移動により接触して冷却材の流
出を阻止するようになっている。

また、流出口１５ｂには原子炉圧力容器８の上部に接続
されるドレン管１９が接続されている。また、蓋体６に
設けられた空気供給管４には、空気供給ユニット２０が
接続されている。この空気供給ユニツ）２０は、空゛気
供給管４に弁２１を介して接続された送風機２２．空気
供給管４に接続した蓋体６の内部の空気を外部へ放出す
る弁％から構成されている。

上記した三方切換弁１２は、形状記憶合金を用いたもの
であるが、この形状記憶合金の代りにバイメタルを用い
てもよい。即ち、三方切換弁２５は、第８図に示すよう
に弁箱２６の内部に約５ＱＤになったとき動作するバイ
メタル２７を設け、このバイメタル２７で弁体％を移動
させ、同図（ｂ）に示すようにサンプリングボトル１４
側の流出口２５ｂを開くように構成する。また、約５０
１ｒより低い温度になると、バイメタル２７が復帰して
同図（ａ）に示すようにドレン管１９側を開く。なお、
第１図中符号２９はプレナムを示す。

次に、破損検出方法について説明する。原子炉の運転を
停止した後、第１図に示すように原子炉圧力容器８の上
部の図示しない上蓋を取外し、図示しない燃料プールか
ら冷却材を充満する。同時に残留熱除去装置２４によっ
て冷却材を循環させ、炉心部９の崩壊熱を除去する。こ
れにより、冷却材は約３０ｒになる。

しかして、燃料集合体の上端部に蓋体６を取付けた後、
第７図に示すように燃料集合体１をソーキングし、燃料
集合体１内の温度がソーキング前の約３０　ｔｌ’から
約５０　Ｃに上昇した後にソーキングを解除する。この
解除により、燃料集合体１内の冷却材は、残留熱除去装
置冴によって第４図に示す温度境界層３０を形成した状
態でピストン状に上昇する。そこで、サンプリングノズ
ル５ａから燃料集合体１内の冷却材を、この上昇速度と
略同じ速度でポンプ１１により吸引するっこの場合、第
８図に示す温度分布が上下に温度境界層を形成した状態
で、サンプリングノズル６ｍから吸引されることになる
。この温度境界層が保たれた状態で冷却材が吸引される
と、上記した三方切換弁１２内の温度Ｔは、第５図に示
すように変化する。即ち、最初は約３０Ｃの低温冷却材
が通過するので、第５図に示すように作動体１７は弁体
１６を同図に実線で示す位置に保持させ、ドレン側を開
にしサンプリング開始前からサンプリング管５内に存在
していた冷却材（または逆洗に使用した３０Ｃ以下の純
水）をドレン管１９に流出させる。次に、ソーキング時
燃料集合体１内に存在し加熱させた冷却材がサンプリン
グ管５から流入すると、温度が熱３０ｔ？から約５０Ｃ
に上昇するので、作動体１７が動作して弁体１６を同図
に一点鎖線で示す位置に移動させ、ドレン側を閉にしサ
ンプリングボトル１４側を開とし、サンプリング管１３
を介して冷却材をサンプリングボトル１４：二貯溜する
。このサンプリングボトル１４にソーキング中燃料集合
体１内に存在していた冷却材が貯溜し終ると、この後吸
引される冷却材の温度が約３０ｔＺ’に再び低下するの
で、作動体１７は復帰して弁体１６を再び同図に実線で
示す位置に保持させ、吸引した冷却材をドレン管１９（
二流出させる。

なお、第６図は、サンブラングボトル１４側から見た三
方切換弁１２の動作を示す。即ち、最初は閉で約５０Ｃ
の冷却材が流入すると開となり、冷却材の温度が低下す
ると再び閉となる。

以上のような方法により、ソーキング中に燃料集合体・
ｌ内に存在するＦ’Ｐを含有する冷却材のみを確実にサ
ンプリングして、ＦＰ濃度の高い冷却材をサンプリング
ボトル１４に採取できるので、燃料集合体１の破損を高
精度で検出することができる。また、従来の方法−では
検出が困難でめった燃料集合体１の下部に発生した破損
も確実に検出できる。さらに、サンプリング作業を自動
化することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成されているから、検出精度
が高く、・また、サンプリングを自動化して炉内シツピ
ング時間を短縮し、経済的な作業ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子炉の燃料破損検出装置の一実施例
の構成を示す構成図、第２図は本発明の原子炉の燃料破
損検出装置の残留冷却材を選択する三方切換弁の構成を
示す断面図、第８図は第２図と異なる三方切替弁の構成
を示す断面図、第４図は本発明に関連する燃料集合体の
残留冷却材の流通を示す説明図、第５図は第２図および
第８図に示す三方切替弁の温度に対する動作を示す線図
、第６図は第２図および第８図に示す三方切替弁のサン
プリングボトル側から見た動作を示す線図、１ｓ７図は
原子炉の燃料集合体の燃料破損検出時における冷却材の
循環番停止している状態を示す説明図、第８図は第７図
に示す状態における燃料集合体の温度分布を示す説明図
である。１・・・燃料集合体　　　６・・・蓋体８・・・原子炉
圧力各器　１ｏ・・・サンプリングユニット１２．２５
・・・三方切換弁　１７・・・作動体１９・・・ドレン
管　　　　２ｏ・・・空気供給ユニット２７・・・バイ
メタル（８７８８）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃　（はが
１名）第　　１　　図第　　２　　図第　　３　　図第　　４　　図第　　７　　図第　　８　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原子炉に装荷した燃料集合体の上端に取付ける蓋
体に接続される空気供給装置と、前記蓋体に接続され冷
却材を吸引し温度により前記燃料集合体の残留冷却材を
選択する装置を設けたサンプリング装置と、前記燃料集
合体の下部に前記冷却材を供給する装置とから成り、残
留冷却材を選択する装置を、常時は一方の流出口を連通
し所定の温度になつたとき他方の流通口から前記残留冷
却材を連通するように弁体を移動させる作動体を設けた
三方切替弁としたことを特徴とする原子炉の燃料破損検
出装置。
（２）作動体を、所定の温度で動作し、この温度より低
下したとき復帰する形状記憶合金で形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉の燃料破損検
出装置。
（３）作動体を、所定の温度で動作し、この温度より低
下したとき復帰するバイメタルで形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の原子炉の燃料破損検出
装置。