(57)【要約】  この集合体は、縦軸（Ｌ）に沿って延びるとともに、下部（１４）よりも大きな断面積の上部（１６）と下部（１４）の外面上を縦方向に延びる少なくとも１つの燃料棒受け入れ溝（３２）を有する水路（８）と、縦方向に延びるとともに水路（８）の周囲に配置された燃料棒（４、６）と、少なくとも１つの燃料棒（４）を上部（１６）の下の少なくとも１つの溝（３２）内の水路（８）に固定するための固定部材（２４）とを備えた種類のものである。本発明の１つの態様によれば、少なくとも１つの溝（３２）が上部（１６）に沿って延びることにより、固定部材（２４）に受け入れられた燃料棒（４）が燃料集合体の上端側から縦方向に引き抜き又は挿入可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸（Ｌ）に沿って延びるとともに、下部（１４）よりも大きな断面積の上部（１６）と前記下部（１４）の外面上を縦方向に延びる少なくとも１つの燃料棒受け入れ溝（３２）を有する水路（８）と、縦方向に延びるとともに前記水路（８）の周囲に配置された燃料棒（４、６）と、少なくとも１つの燃料棒（４）を前記上部（１６）の下の少なくとも１つの溝（３２）内の前記水路（８）に固定するための固定部材（２４）とを備えた種類の、沸騰水型原子炉のための核燃料集合体であって、
前記少なくとも１つの溝（３２）が前記上部（１６）に沿って延びることにより、固定部材（２４）内に受け入れられた燃料棒（４）が前記燃料集合体の上端側から縦方向に引き抜き又は挿入可能となる、
ことを特徴とする核燃料集合体。
【請求項２】
前記又は各溝（３２）の幅（Ｗ）が、前記下部（１４）及び前記上部（１６）に沿って一定である、
ことを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項３】
前記又は各溝（３２）が、前記上部（１６）の深さ（ｄ）よりも下部（１４）の深さ（Ｄ）の方が大きい、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の核燃料集合体。
【請求項４】
前記又は各溝（３２）が、少なくとも１つの燃料棒（４）を受け入れるようになっている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
【請求項５】
前記又は各溝（３２）が、隣り合う少なくとも２つの燃料棒（４）を受け入れるようになっている、
ことを特徴とする請求項４に記載の核燃料集合体。
【請求項６】
水路（８）が、メインダクト（２６）と、前記水路（８）の全長に沿って前記メインダクト（２６）に流体連通する少なくとも２つの外側ダクト（２８）とを有し、外側ダクトが、前記水路（８）の外面上に設けた少なくとも１つの燃料棒受け入れ溝（３２）を間に定める、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
【請求項７】
各外側ダクト（２８）の断面積が前記水路（８）の長さに沿って一定であり、前記メインダクト（２６）の断面積が前記下部（１４）よりも前記上部（１６）の方が大きい、
ことを特徴とする請求項６に記載の核燃料集合体。
【請求項８】
各外側ダクト（２８）が、前記アレイ内の少なくとも１つの燃料棒に取って代わる、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の核燃料集合体。
【請求項９】
各外側ダクトが、前記アレイ内の１つの燃料棒に取って代わる、
ことを特徴とする請求項８に記載の核燃料集合体。
【請求項１０】
前記メインダクト（２６）が、前記アレイ内の少なくとも１つの燃料棒に取って代わる、
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかの１項に記載の核燃料集合体。
【請求項１１】
前記メインダクトが、前記アレイ内のいくつかの燃料棒からなる正方形ユニットに取って代わる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の核燃料集合体。
【請求項１２】
前記メインダクトが、前記アレイ内の４つの燃料棒からなる正方形ユニットに取って代わる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の核燃料集電体。
【請求項１３】
前記水路（８）が、該水路（８）の周りの４つの燃料棒受け入れ溝（３２）を間に形成する４つの外側ダクト（２８）を有する、
ことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれかの１項に記載の核燃料集合体。
【請求項１４】
前記水路（８）が、前記アレイの燃料棒正方形ユニットの対角線に配置された燃料棒に取って代わる十字形断面を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかの１項に記載の核燃料集合体。
【請求項１５】
前記水路（８）が、前記アレイの１６個の燃料棒正方形ユニットの対角線に配置された燃料棒に取って代わる、
ことを特徴とする請求項１４に記載の核燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦軸に沿って延びるとともに、下部よりも大きな断面積の上部と下部の外面上を縦方向に延びる少なくとも１つの燃料棒受け入れ溝とを有する水路と、縦方向に延びるとともに水路の周囲にアレイの形で配置された燃料棒と、少なくとも１つの燃料棒を上部の下の少なくとも１つの溝内の水路に固定するための固定部材とを備えた種類の、沸騰水型原子炉のための核燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉のための従来の核燃料集合体は、燃料チャネル内に配列された燃料棒の束及びこの燃料棒に取り囲まれた水路を備える。動作中、燃料アセンブリの下端から水路を通じ燃料チャネルを通じて上端まで水が流れる。
【０００３】
水は核反応のための減速材として、及び冷却材として機能する。水は、徐々に加熱されることにより、燃料集合体の上端付近では気液二相（ｖａｐｏｕｒ−ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ）の状態となる。
【０００４】
水路は、燃料集合体の中心領域近くの減速材（水）対燃料比、及び冷却材の量を高めることができる。
【０００５】
減速材（水）対燃料比は、水流内すなわち水路内の蒸気の比率が増大するにつれ、燃料集合体の上端へ向けて減少する傾向にある。前記減速材（水）対燃料比の低下により、上部領域における燃料の燃焼が低効率になる。
【０００６】
より短い長さの燃料棒を提供することにより、燃料集合体の上部領域における核燃料の量を減少させ、前記上部における核燃料の燃焼を改善できるようになる。
【０００７】
上部の断面積の方が大きな水路を提供することにより、上部領域内の水の量を増加させ、水流内の蒸気の増加を補償し、ひいては燃料棒の燃焼を改善できるようになる。
【０００８】
米国特許第５，２０２，０８５号に、水路を燃料棒で取り囲んだ核燃料集合体についての記載がある。水路は、５つの燃料棒セルと同等の領域を占める十字形断面の下部と、９つの燃料棒セルと同等の領域を占める正方形断面の上部とを有する。燃料棒は、上部領域の下の水路に隣接して配置されたより短い燃料棒を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような配列では、これらの燃料棒の１つを交換することを考えると、上部の下に位置するより短い燃料棒を捕えることが困難となる。
【００１０】
本発明の目的は、沸騰水型原子炉のための核燃料集合体に、燃料の燃焼を改善する一方で燃料棒の取り扱いをより便利にする水路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のために、本発明は、上部に沿って少なくとも１つの溝が延びることにより、固定部材に受け入れられる燃料棒が燃料集合体の上端側から縦方向に引き抜き又は挿入可能となるような、上述した種類の水路を提案する。
【００１２】
他の実施形態では、水路が単独で又は技術的に実現可能ないずれかの組み合わせで以下の特徴の１又はそれ以上を含む。
−  前記又は各溝の幅が、下部及び上部に沿って一定である。
−  前記又は各溝が、上部の深さよりも下部の深さの方が大きい。
−  前記又は各溝が、少なくとも１つの燃料棒を受け入れるようになっている。
−  前記又は各溝が、隣り合う少なくとも２つの燃料棒を受け入れるようになっている。
−  水路が、メインダクトと、水路の全長に沿ってメインダクトと流体連通する少なくとも２つの外側ダクトとを有し、外側ダクトが、水路の外面上に設けた少なくとも１つの燃料棒受け入れ溝を間に定める。
−  各外側ダクトの断面積が水路の長さに沿って一定であり、メインダクトの断面積が下部よりも上部の方が大きい。
−  各外側ダクトが、アレイ内の少なくとも１つの燃料棒に取って代わる。
−  各外側ダクトが、アレイ内の１つの燃料棒に取って代わる。
−  メインダクトが、アレイ内の少なくとも１つの燃料棒に取って代わる。
−  メインダクトが、アレイ内のいくつかの燃料棒からなる正方形ユニットに取って代わる。
−  メインダクトが、アレイ内の４つの燃料棒からなる正方形ユニットに取って代わる。
−  水路が、水路を囲む４つの燃料棒受け入れ溝を間に定める４つの外側ダクトを有する。
−  水路が、アレイの燃料棒正方形ユニットの対角線に配置された燃料棒に取って代わる十字形断面を有する。
−  水路が、アレイの１６個の燃料棒正方形ユニットの対角線に配置された燃料棒に取って代わる。
【００１３】
例示のみを目的として提供する以下の説明を添付図面を参照しながら読めば、本発明及びその利点がより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】沸騰水型原子炉のための、水路を備えた核燃料集合体の部分的概略図である。
【図２】図１の燃料集合体のII−IIに沿った断面図である。
【図３】図２の中心域の拡大図である。
【図４】水路の部分的透視図である。
【図５】燃料集合体のメンテナンス作業を示す図１の燃料アセンブリの部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、核燃料集合体２は縦中心軸Ｌに沿って長くなっている。図１では、燃料集合体２の中間部分のみを示している。
【００１６】
使用時には、燃料集合体２は、軸Ｌが実質的に垂直に延びる状態で原子炉の炉心内に配置される。以下、「下部の」及び「上部の」という用語は、原子炉内の燃料集合体２の位置を意味するものである。
【００１７】
燃料集合体２は、燃料チャネル１０内に配列された核燃料棒４、６の束及び水路８を備える。燃料棒４、６、水路８、及び燃料チャネル１０は、軸Ｌと平行に縦方向に長く延びる。
【００１８】
各燃料棒４、６は、積重ねた核燃料ペレットで満たされた管状のクラッディングを含む。
【００１９】
水路８は、燃料棒４、６に取り囲まれる。水路は管状であり、方向Ｌに沿って長びる。水路８は、管状の下部１４と、下部１４よりも断面積が大きな管状の上部１６とを含む。
【００２０】
燃料棒４、６はアレイの形で配列され、水路８はアレイ内の燃料棒の一部に取って代わる。
【００２１】
燃料棒４は、燃料棒６よりも短い。短い燃料棒４は下部１４のみに沿って延び、上部１６に沿っては延びていない。長い燃料棒６は下部１４及び上部１６に沿って、すなわち実質的に水路８の全長に沿って延びる。
【００２２】
燃料集合体２は、水路８の長さに沿って分布する燃料棒支持スペーサ１８を含み、図１には１つのスペーサ１８のみを示している。
【００２３】
スペーサ１８は格子状であり、内部を通して長い燃料棒６を受け入れる複数のセル２０と、水路８及び短い燃料棒４を受け入れる中央通路２２とを含む。
【００２４】
スペーサ１８は水路８に導かれ、その軸方向の動きは溶接されたスペーサストップなどにより制限される。
【００２５】
燃料集合体２は、短い燃料棒４を受け入れるための固定部材２４を含む。固定部材２４は、水路８の下部１４に沿って固定されて、水路８に隣接する短い燃料棒４を固定する。
【００２６】
図２に示すように、各長い燃料棒６はそれぞれのセル２０を通って延び、スペーサ１８により横方向に支持されて、長い燃料棒６間の横方向の隙間が保持される。
【００２７】
この目的のために、各セル２０は突出部を有し、これらはセル２０の外側壁から突出して、セル２０を通じて挿入された長い燃料棒６の外面に接する。
【００２８】
代表的な実施形態では、セル２０が１０×１０の格子の形で配置され、通路２２がネットワークの中心において１６個のセルからなる正方形ユニットに取って代わるようにスペーサ１８が配列される。
【００２９】
図３に示すように、水路８の下部１４と上部１６とは同じ形の断面を有するが、後述するように上部１６の断面積は下部１４のものよりも大きい。
【００３０】
水路８は十字形断面を有するとともにアレイ内の８つの燃料棒に取って代わり、十字形の枝部はアレイ内１６個の燃料棒からなる正方形ユニットの２つの対角線に対応する。
【００３１】
水路８は、メインダクト２６と、水路８の全長に沿って延びる横方向開口部３０を通じてメインダクト２６と流体連通する４つの外側ダクト２８とを有する。
【００３２】
メインダクト２６は実質的に正方形の断面を有するとともにアレイ内の４つの燃料棒からなる正方形ユニットに取って代わり、各外側ダクト２８はアレイ内の１つの燃料棒に取って代わる。
【００３３】
各外側ダクト２８はメインダクト２６の４つの角の１つに配置され、メインダクト２６の対角線に位置合わせされる。
【００３４】
水路８は、水路８の外面３４上に設けられた、水路８の縦軸の周りに分布する４つの溝３２を有する。各溝３２は、隣り合う２つの短い燃料棒４を受け入れるようになっている。
【００３５】
各溝３２は、２つの外側ダクト２８間に定められる。各溝３２は、底壁３６及び２つの外側壁３８により定められるＵ字形の断面を有する。
【００３６】
底壁３６は、外面的には溝３２を定め、内面的にはメインダクト２６を定める。各外側壁３８は外面的には溝３２を定め、内面的には外側ダクト２８を定める。従って、メインダクト２６は溝３２の底壁３６により定められる。
【００３７】
水路８の壁は、水路８の長さに沿って一定の厚みを有する。水路８の変化する断面積は、水路８の壁の変形によって得られる。
【００３８】
上部１６においてより大きな断面積を得ることを考えると、メインダクト２６は、下部１４の断面積よりも上部１６の断面積の方が大きい。
【００３９】
この目的のために、メインダクト２６は下部１４と上部１６との間の接合部に不一致部分４０を有し、ここでは底壁３６が水路８の縦軸に対して傾斜して下部１４から上部１６へ向けて拡がる。
【００４０】
各外側ダクト２８は、水路８の長さに沿って一定の断面積を有する。
【００４１】
各溝３２は、水路８の長さに沿って（すなわち下部１４及び上部１６に沿って）一定の幅Ｗと、上部１６に沿った深さｄよりも大きな下部１４に沿った深さＤとを有する。
【００４２】
水路８は、押出し成形などによって得ることができる。
【００４３】
各固定部材２４は、内部に短い燃料棒４を受け入れるようになっている管状スリーブ４２と、スリーブ４２を通過する短い燃料棒４の外面に接触するようにされた内向きに突出する突起部４４とを含む。
【００４４】
各固定部材２４は、溝３２の１つにおいて下部１４上に、すなわち溝３２の底壁３６の外面上に固定される。
【００４５】
短い燃料棒４を受け入れるために、下部１４に沿っていくつかの固定部材２４が縦向きに分布し位置合わせされる。
【００４６】
図３に示すように、固定部材２４は対の形で配列され、短い燃料棒４を受け入れるために、各対の固定部材が同じ溝３２内に隣り合って配置される。各対の固定部材２４は分離している。代替例では、２つの隣接する固定部材２４が互いに接続されて２×１の固定装置を形成する。
【００４７】
上部１６における溝３２の深さ及び固定部材２４は、各短い燃料棒４の外面が、溝３２の底壁３６及び外側壁３８に径方向に干渉しないようになっている。
【００４８】
動作時には、水路８を通じて、及び燃料棒４、６の間の燃料チャネル１０も通じて水が流れる。
【００４９】
水は核反応のための減速材として機能し、燃料４、６に含まれる燃料ペレットにより放射された中性子を減速させる。水は冷却材としても機能し、燃料棒４、６との間で熱を交換する。
【００５０】
燃料棒４、６に取り囲まれた水路８は、燃料集合体２の中心領域において減速材（水）対燃料比、及び冷却材の量を高めることを可能にする。
【００５１】
水流は、燃料集合体２の下端から上端へ向けて加熱される。上端では、水流は気液二相の状態にあり、蒸気の量は下端から上端へ向けて増加する。
【００５２】
蒸発した水は、減速材としての効率が液体水よりも悪く、燃料燃焼の効率はとりわけ減速材対燃料比に依存する。
【００５３】
短い燃料棒４は、燃料集合体２の上部領域において核燃料の量を減少させる。水路８のより大きな断面の上部１６は、燃料集合体の上部領域においてより多くの水を提供する。
【００５４】
この結果、蒸発した水の量が増えることによる減速材対燃料比の低下を補償することが可能となる。
【００５５】
図５に示すように、メンテナンス作業などの点では、水路８を取り外さずに短い棒４を引き抜くために、各短い燃料棒４を燃料集合体２の上端から掴み、上部１６に沿って溝３２を通じて上方向にスライドさせることができる。同じようにして、短い燃料棒４を対応する固定部材２４に挿入することができる。
【００５６】
これは、下部１４内に設けられた溝３２が、縦方向に引き抜くとき又は挿入するときに短い燃料棒４が壁３６、３８と、特に底壁３６と干渉しないようにされた深さを有する上部１６に沿って延びるという事実によるものである。
【００５７】
このようにして、メンテナンス作業をより簡単に行うことができる。すなわち、損傷した短い燃料棒４を、水路８を引き抜かずに交換することが可能である。
【００５８】
水路８に隣接する燃料棒４のための固定部材２４により、正方形断面の通路２２を提供することが可能となるので、溝３２があるにもかかわらずスペーサ１８の形状を単純化することができる。スペーサ１８は、下部１４及び上部１６に沿って同じものであることができる。
【００５９】
水路８の十字形断面は、燃料集合体２の横断面において水を良好に分布させる。メインダクト２６は８つの燃料棒４に隣接する。各外側ダクト２８は、７つの燃料棒４、６に隣接する。
【００６０】
この分布が単一の水路で得られる。従って、燃料集合体２を経済的に製造することができる。
【００６１】
水路８は、押出し成形などによって得ることができる。
【００６２】
図示の実施形態では、水路の縦軸が燃料集合体の縦中心軸に一致する。代替例では、水路の縦軸が燃料集合体２の縦中心軸に対してずれている。
【００６３】
代替の実施形態では、燃料棒４、６が、（８×８、９×９…〜１１×１１又はそれ以上などの）異なる数のセルを有する正方形アレイの形で配列され、アレイが（六角形などの）異なる外形を有し、水路が異なる形を有するとともにアレイ内の異なる数の燃料棒に取って代わり、及び／又は水路の通路が異なる形を有するとともにアレイ内の異なる数の燃料棒に取って代わる。
【符号の説明】
【００６４】
４  核燃料棒
８  水路
１４  下部
１６  上部
２４  固定部材
２６  メインダクト
２８  外側ダクト
３０  開口部
３２  溝
３４  外面
３６  底壁
３８  外側壁
４０  不一致部分
４２  スリーブ
４４  突起部
Ｄ  下部１４に沿った深さ
ｄ  上部１６に沿った深さ
【図１】
2011516834.tif 000003
【図２】
2011516834.tif 000004
【図３】
2011516834.tif 000005
【図４】
2011516834.tif 000006
【図５】
2011516834.tif 000007
【国際調査報告】
2011516834.tif 000008
2011516834.tif 000009
2011516834.tif 000010