(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部タイプレート（１４）と、
下部タイプレート（１６）と、
前記上部タイプレート（１４）と前記下部タイプレート（１６）との間に延在する少なくとも１つの全長燃料棒（１８）と、
前記下部タイプレート（１６）から前記上部タイプレート（１４）に向かって延在する少なくとも１つの部分長燃料棒（１９）と、
前記少なくとも１つの部分長燃料棒（１９）に取り付けられる燃料アセンブリ構成要素（４００）と、
を備える核燃料バンドル（１０）であって、
前記燃料アセンブリ構成要素（４００）が、第１の端部および第２の端部を有する円筒形の装置（３５０）を含み、
前記第１の端部が、前記少なくとも１つの部分長燃料棒（１９）に前記円筒形の装置（３５０）を取り付ける取付けアセンブリ（３８０）を有し、
前記円筒形の装置（３５０）が、燃料被覆管の無燃料部分を含む中空管である、
核燃料バンドル（１０）。
【請求項２】
端キャップ、端栓、および前記円筒形の装置（３５０）の前記第２の端部に取り付けられる部分長燃料棒の端栓（３４０）のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の核燃料バンドル（１０）。
【請求項３】
前記燃料アセンブリ構成要素（４００）が加圧される、請求項２に記載の核燃料バンドル（１０）。
【請求項４】
前記燃料アセンブリ構成要素（４００）が、部分長燃料棒（１９）と同じ直径を有する、請求項１から３のいずれかに記載の核燃料バンドル（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示の実施形態は、一般に、原子力プラントの燃料構造体に取付け可能な燃料アセンブリ構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力プラントは、核分裂によって動力を発生するようにその中に配置される核燃料を有する炉心を含む。米国の原子力プラントの共通の設計は、炉心内に配置される燃料アセンブリ、または燃料バンドルとして一緒に結束される複数の燃料棒に核燃料を配置することである。これらの燃料棒は、通常、アセンブリを通してさまざまな軸方向位置においてアセンブリ構成要素に燃料棒を接合するいくつかの要素を含む。
【０００３】
図１に示されるように、ＢＷＲなどの原子炉の従来の燃料バンドル１０は、上部タイプレート１４および下部タイプレート１６を囲む外部チャンネル１２を含むことができる。複数の全長燃料棒１８および／または部分長燃料棒１９は、燃料バンドル１０内でマトリックスに配置され、複数のスペーサ２０を通過することができる。燃料棒１８および燃料棒１９は、一般に、上部タイプレート１４および下部タイプレート１６のところで始まりかつ終了し、部分長棒１９を除いては燃料バンドル１０の全長に連続的に延びており、これらはすべて、全長棒１８から下部の垂直位置のところで終了する。
【０００４】
図２に示されるように、燃料要素２５は、ペレット状に形成され、燃料棒１８および燃料棒１９内に配置することができる。これらの燃料ペレット２５は、燃料棒１８および燃料棒１９の全長を通して核燃料を連続的に供給するように燃料棒内で「積み重ねる」ことができる。燃料ペレット２５を積み重ねることにより、炉心の運転サイクル中に燃料ペレット２５の膨張または他の変形を許容することができる。
【０００５】
従来の常法では、燃料棒全体が、物質性能をモニタするために核燃料棒アセンブリから取り除かれる。例えば、ＢＷＲ内の正常位置にあった燃料棒は、燃料棒アセンブリから取り除かれ、かつ／または回収され、ホットセル検査施設まで移動される。ホットセル検査施設において、燃料棒は、原子炉運転中に得られた腐食および水素含有量のレベルを測定するために酸化物厚さのようなパラメータを測定するように検査される。「シェービング（ｓｈａｖｉｎｇ）」と呼ばれるもう一つの方法が、燃料棒の物質性能をモニタするために提案されている。シェービングでは、燃料棒の外面の一部が「薄く削がれ」、または取り除かれ、次いで、削りくずの水素含有量が測定される。あるいは、スペーサおよび／またはウォータロッド全体を、回収し検査することができる。しかし、物質性能をモニタするこれらの方法のすべては、かなりの労力を必要とし、コストがかかり、取り扱い処理するのに実質上より多くの労力を必要とする廃棄物を作り出す場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，２８０，５０８号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示の実施形態は、燃料アセンブリ構成要素、およびこの燃料アセンブリ構成要素を含む核燃料バンドルを対象とする。燃料アセンブリ構成要素の例示の実施形態は、第１の端部および第２の端部を有する円筒形の装置と、部分長燃料棒に取り付け、これから取り外すように構成される円筒形の装置の第１の端部の取付けアセンブリとを含むことができる。核燃料バンドルの例示の実施形態は、上部タイプレートと、下部タイプレートと、少なくとも１つの全長燃料棒と、少なくとも１つの部分長燃料棒と、燃料アセンブリ構成要素とを含むことができる。
【０００８】
例示の実施形態は、同じ要素が同じ符号で表される添付の図面を詳細に説明することによって一層明らかになるであろう。これらは例示としてのみ与えられ、したがって、本明細書において例示の実施形態を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術の燃料アセンブリの説明図である。
【図２】積み重ねられた燃料ペレットを有する、従来技術の燃料棒の説明図である。
【図３】例示の実施形態の燃料アセンブリ構成要素の説明図である。
【図４】図３の燃料アセンブリ構成要素を含む、例示の実施形態の燃料バンドルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次いで、さまざまな例示の実施形態が、いくつかの例示の実施形態を示している添付の図面を参照してより完全に説明されるであろう。図面では、層および部位の厚さは、わかりやすくするために誇張されることがある。
【００１１】
詳細な例示の実施形態が本明細書において開示されている。しかし、本明細書において開示された特定の構造詳細および機能詳細は、例示の実施形態を説明する目的のための単なる代表例に過ぎない。しかし、本発明は、多くの別形態で具体化することができ、本明細書において記述された例示の実施形態のみに限定されると受け取られるべきでない。
【００１２】
したがって、例示の実施形態は、さまざまな改変および代替形態が可能であるが、それの実施形態は、図面において例示として示され、本明細書において詳細に説明されるであろう。しかし、例示の実施形態を開示された特定の形態に限定する意図は全くなく、それどころか逆に、例示の実施形態は、本発明の範囲に属するすべての改変、均等物、および代替案に適用されるべきであることを理解されたい。同じ番号は、図の説明を通して同じ要素を指している。
【００１３】
用語の第１の、第２の、等は、本明細書においてさまざまな要素を説明するために使用することができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、別の要素から１つの要素を識別するために使用されるに過ぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と称することもでき、同様に、第２の要素を第１の要素と称することもできる。本明細書において使用されるように、用語「および／または」は、関連する列挙されたことのうちの１つまたは複数の任意およびすべての組み合わせを含むものである。
【００１４】
ある要素が、もう一つの要素に「連結され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」る、または「結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」ると呼ばれる場合、これは他の要素に直接連結され、または結合されることができ、あるいは、介在要素が存在するかもしれないということが理解されよう。対照的に、ある要素がもう一つの要素に「直接連結され（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」る、または「直接結合され（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」ると呼ばれる場合は、いかなる介在要素も存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語は、同様に解釈されるべきである（例えば、「の間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「の間に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接した（ａｄｊａｃｅｎｔ）」と「直接隣接した（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」等である）。
【００１５】
本明細書において使用される用語法は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、例示の実施形態を限定することが意図されるものではない。本明細書において使用されるように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、その内容が明らかに別様に示していない限り、さらに複数形も含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書において使用される場合、述べられた形状構成、完全体、ステップ、運転、要素、および／または構成要素の存在を明確に述べるものであるが、１つまたは複数の他の形状構成、完全体、ステップ、運転、要素、構成要素、および／またはそれのグループの存在、あるいは付加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００１６】
用語の第１の、第２の、第３の、等は、さまざまな要素、構成要素、部位、層および／または部分を説明するために本明細書において使用することができるが、これらの要素、構成要素、部位、層、および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、１つの要素、構成要素、部位、層、または部分をもう一つの部位、層、または部分から識別するために使用されるに過ぎない。したがって、下記で議論される第１の要素、構成要素、部位、層、または部分は、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、部位、層、または部分と称することもできる。
【００１７】
空間的な関連用語、例えば、「の真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「の上に（ａｂｏｖｅ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」等は、１つの要素、あるいは、ある形状構成と図に示されるようなもう一つの要素または形状構成との間の関係を説明する記述を容易にするために本明細書において使用することができる。空間的な関連用語は、図に示される方向づけに加えて、使用時または運転時に装置の異なる方向づけを包含するように意図されることが理解されよう。例えば、図の装置の向きを変えると、他の要素または形状構成の「より下に」または「真下に」として説明される要素は、今度は、他の要素または形状構成「の上に」方向づけられることになる。したがって、例えば、用語「より下に」は、の上に、ならびに、より下に、という方向づけを両方とも包含することができる。装置は、他の状態に方向づけられる（９０°回転され、あるいは、他の方向づけにおいて眺められ、または参照される）ことができ、本明細書において用いられる空間的な関係記述子は、それに応じて解釈すべきである。
【００１８】
例示の実施形態は、理想化された実施形態（および中間構造体）の概略図である断面図を参照して本明細書において説明される。したがって、例えば、製作技術および／または製作公差の結果として説明図の形状からの変化を予想することができる。したがって、例示の実施形態は、本明細書において示された部位の特定の形状に限定されると受け取られるべきではないが、例えば、製作の結果として生じる形状のずれを含むことができる。例えば、長方形として示される注入部位は、注入部位から非注入部位までの急な変化ではなく、その縁部において丸みのある、または湾曲された（例えば、インプラント濃度からの）形状構成および／または勾配を有することができる。同様に、注入によって形成される埋め込み部位は、この埋め込み部位とそれを通して注入が生じ得る表面との間の部位においていくらかの注入に帰着する場合がある。したがって、図で示される部位は、本来概略的なものであり、それらの形状は、装置の部位の実際の形状を必ずしも示しておらず、その範囲を限定するものではない。
【００１９】
また、いくつかの他の実施では、注目される機能／作用が、図において注目される順序から外れて生じる場合がある。例えば、引き続き示される２つの図が、実際に、実質上同時に実行されることがあり、または、包含される機能性／作用に依存して、時には逆の順番で実行されることがある。
【００２０】
別様に規定されない限り、本明細書において用いられるすべての用語（技術用語および科学用語を含めて）は、例示の実施形態が属する当業者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。用語、例えば、共通に使用される辞書で規定される用語は、関連性のある技術の文脈においてそれらの意味と矛盾しない意味を有するものと解釈すべきであり、本明細書において明白にそのように規定されない限り、理想化され、または過度に改まった意味に解釈されないことになる。
【００２１】
例示の実施形態をより具体的に説明するために、さまざまな態様が、添付の図面を参照して詳細に説明される。しかし、例示の実施形態は、説明される例示の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
次いで、例示の実施形態は、その中に本発明の例示の実施形態が示される添付の図面を参照してより完全に説明される。しかし、例示の実施形態は、多くの異なる形態で具体化できるものであり、本明細書において記述された実施形態に限定されると受け取られるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的で完全なものであり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えることになるように提供される。図面において、構成要素のサイズは、説明の便宜上、誇張されることがある。
【００２３】
図３は、燃料アセンブリ構成要素４００、およびこの燃料アセンブリ構成要素４００が取り付く部分長燃料棒１９の例示の実施形態を示す。燃料アセンブリ構成要素４００は、円筒形の装置３５０、および取付けアセンブリ３８０を含む。取付けアセンブリ３８０は、例えば部分長燃料棒１９に燃料アセンブリ構成要素４００を取り付ける。
【００２４】
円筒形の装置３５０は、いくつかの設計のいずれかを有することができる。例えば、円筒形の装置３５０は、一般に、２つの端部を有する中空管であり、例えば、燃料棒管、燃料棒被覆の無燃料部分、等であることができる。あるいは、この装置は、中実棒および／またはバー、等であってもよい。取付けアセンブリ３８０は、いくつかの方法のいずれかで、部分長燃料棒１９、および／または任意の同様に構成される装置、例えばダミーロッド、無燃料部分長燃料棒、ダミー管、等に燃料アセンブリ構成要素４００を取り付ける。例えば、図３に示されるように、取付けアセンブリ３８０は、窪みを有するバヨネット式雌型端栓３６０を含み、この窪みの中に部分長燃料棒のバヨネット式雄型端栓３７５が挿入され、回転させてロックする。図３では、取付けアセンブリ３８０はまた、係止アセンブリ３３０も含むことができる。図示のように、係止アセンブリ３３０は、係止ばね３１０、および係止ばね窪み３２０を含み、これは、上記端栓３７５が挿入され、バヨネット式雌型端栓３６０において回転されると、部分長燃料棒のバヨネット式雄型端栓３７５をロックする。あるいは、例えば、部分長燃料棒１９は、ねじ装置（図示せず）を含む端キャップを含んでもよく、このねじ装置は、取付けアセンブリ３８０のねじ山（図示せず）を含む窪みの中に螺装することができる。または、例えば、燃料アセンブリ構成要素４００は、他の錠鍵機構を介して部分長燃料棒１９の端部に取り付けてもよい。これらの取付けアセンブリのいずれかでは、燃料アセンブリ構成要素４００は、所望の場合には、例えば運転中の物質性能の評価のために部分長燃料棒１９に容易に取り付けられ、かつ部分長燃料棒１９から取り外される。取付けアセンブリは、装置が燃料アセンブリの運転中に不用意に取り外されるようになることを防止する。使用することができ、限定することを意図しない取付けアセンブリについてのほんの少数の例がある。
【００２５】
他の例示の実施形態では、燃料アセンブリ構成要素は、円筒形の装置３５０の端部、例えばスラグ、端キャップ、端栓、部分長燃料棒の端栓、等３４０に「キャップを付ける（ｃａｐ）」装置を含むことができ、これは、取付けアセンブリ３８０から円筒形の装置３５０の他の端部に取り付けられる。キャップ３５０は、燃料アセンブリ構成要素の除去装置（図示せず）が評価のために部分長燃料棒１９から燃料アセンブリ構成要素４００を容易に取り除くことができるように構成することができる。キャップ３５０はまた、例えば、円筒形の装置３５０の端部において気密封止を形成することもできる。キャップ３５０が気密封止を形成するように使用される場合、次には、燃料アセンブリ構成要素を加圧することができ、かつ燃料アセンブリ構成要素４００を、付加情報、例えば正常位置での運転中に形成する水素化物の方向づけを評価するために使用することができる。
【００２６】
燃料アセンブリ構成要素４００は、それが使用されている原子炉の設計パラメータにより決定される長さおよび幅を有することができる。燃料棒１８は１６５インチ（４．１９１ｍ）であるので、燃料アセンブリ構成要素４００は、この燃料アセンブリ構成要素４００を取り付けている部分長燃料棒１９の長さに従ってサイズが変化できる。例えば、燃料アセンブリ構成要素は、短い長さ、例えば２インチ（５．０８ｃｍ）から６インチ（１５．２４ｃｍ）またはより長い、例えば２４インチ（６０．９６ｃｍ）までであってもよい。加えて、燃料アセンブリ構成要素４００の幅は、使用される取付けアセンブリ３８０のタイプに従って変化することができ、例えば、燃料アセンブリ構成要素４００の直径は、部分長燃料棒１９と同じであってもよい。
【００２７】
燃料アセンブリ構成要素４００は、いくつかの目的のために、例えば、運転中の物質の挙動をモニタし、核燃料物質を試験し、燃料棒被覆の物質を試験し、燃料アセンブリ物質についての中性子効果を確かめる、などのために使用することができる。
【００２８】
図４に示されるように、例示の実施形態の燃料アセンブリ構成要素４００は、燃料バンドル１０において従来の核燃料棒１９（図１および図２）に取り付けることができる。
【００２９】
例示の実施形態の燃料アセンブリ構成要素４００を有する部分長燃料棒１９を備える燃料バンドルを含む原子炉は、定格出力運転で運転することができ、それによって、例示の実施形態の燃料アセンブリ構成要素４００は、運転中の原子炉に存在する中性子束によって照射される。いったん照射されると、燃料アセンブリ構成要素４００は、例えば原子炉運転停止中に、部分長燃料棒１９から燃料アセンブリ構成要素４００を取り外すことによって原子炉から取り除くことができる。次いで、取り除かれた燃料アセンブリ構成要素４００は、上で議論したようにさまざまな運転中のパラメータについて評価することができる。すなわち、実質的により大きな燃料棒、ウォータロッド等を取り除く代わりに、燃料アセンブリ４００は、試験を行うためにより一層容易に取り除かれ、使用することができる。燃料アセンブリ構成要素４００は、所望の物質情報、および部分長燃料棒１９の長さに応じて燃料バンドル内の任意の位置において部分長燃料棒１９に取り付けることができる。例えば、燃料アセンブリ構成要素４００は、図４に示されるように燃料バンドル１０の中間に、または燃料バンドル１０の端部（図示せず）に配置することができる。
【００３０】
例示の実施形態の燃料アセンブリ構成要素は、例示の実施形態においてＢＷＲ型燃料棒および燃料バンドルの中に挿入することができるが、他のタイプの燃料プラントおよび発電プラントが例示の実施形態の保持装置と共に使用できることが理解される。例えば、ＰＷＲ、ＣＡＮＤＵ、ＲＢＭＫ、ＥＳＢＷＲ等のタイプの原子炉は、その中に照射ターゲットを照射するために、例示の実施形態の保持装置を収容することができる燃料棒を含むことができる。
【００３１】
例示の実施形態はこのように説明され、例示の実施形態は、ルーチン実験を通して、および更なる発明作業なしで変化できることが当業者には理解されよう。例えば、他の燃料タイプ、形状、および形状構成が、例示の実施形態の燃料バンドルおよびタイプレート取付けと共に使用することができる。変形は、例示の実施形態の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者に明白であるはずのこの種の改変のすべてが以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１０  燃料バンドル
１４  上部タイプレート
１６  下部タイプレート
１８  全長燃料棒
１９  部分長燃料棒
２０  スペーサ
２５  燃料要素／燃料ペレット
３１０  係止ばね
３２０  係止ばね窪み
３３０  係止アセンブリ
３４０  部分長燃料棒の端栓
３５０  円筒形の装置
３６０  燃料棒バヨネット式雌型端栓
３７５  バヨネット係止フィーチャ付きの部分長燃料棒端栓
３８０  取付けアセンブリ
４００  燃料アセンブリ構成要素
【図１】
0005675054.tif 000002
【図２】
0005675054.tif 000003
【図３】
0005675054.tif 000004
【図４】
0005675054.tif 000005