(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核燃料集合体であって、
骨組によって保持された燃料棒の束を含み、
前記骨組は、前記束の長さにわたって分配され且つ燃料棒が貫通するセルを構成するスペーサー格子と、前記束の燃料棒のいくつかの代わりに用いられ且つ燃料棒よりも長いガイドチューブと、前記ガイドチューブの一端に固定されたボトムノズルと、前記ガイドチューブの他端に固定され且つ横アダプタープレートを含むトップノズルと、を有し、
前記横アダプタープレートは、前記ガイドチューブを固定するための貫通開口と、水が通過する本貫通開口と、を有し、
前記ガイドチューブを固定するための貫通開口は、前記横アダプタープレートの周囲部分に配置された複数の第１のガイドチューブ貫通開口と、前記横アダプタープレートの中央部分に且つ前記複数の第１のガイドチューブ貫通開口に対して内方に配置された複数の第２のガイドチューブ貫通開口と、を有し、
前記横アダプタープレートの中央部分に配置された前記水貫通開口の各々は、丸みのあるコーナーをもった三角形状を有し、この丸みのあるコーナーをもった三角形状を有する前記水貫通開口の列が、前記複数の第２のガイドチューブ貫通開口の各々を包囲し、前記水開通開口の三角形状は、全て同一であることを特徴とする、核燃料集合体。
【請求項２】
前記横アダプタープレートの周囲部分に配列された前記水貫通開口は、長円形状を有し、且つ２つの異なる長さのものである、請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項３】
前記横アダプタープレートの周囲部分に配列された前記水貫通開口は、正方形の前記トップノズルの横アダプタープレートのコーナーに近接して配列された円形開口を含む、請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項４】
前記ガイドチューブは、前記トップノズルの横アダプタープレートの横断面にわたって分配された、前記ガイドチューブを固定するための前記貫通開口に固定された２４個のガイドチューブからなり、更に、中央貫通開口に固定された１つの中央計装チューブを有し、
前記複数の第１のガイドチューブ貫通開口は、１６個のガイドチューブ貫通開口からなり、
前記複数の第２のガイドチューブ貫通開口は、８個のガイドチューブ貫通開口からなる、請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項５】
前記複数の第２のガイドチューブ貫通開口の各々及び前記中心貫通開口は、規則正しく分配され且つ丸みのあるコーナーを有する８つの前記三角形状をなす水貫通開口によって囲まれる、請求項４に記載の核燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
本発明は、改良された仕方で作られたトップノズルを有する核燃料集合体に関する。
核燃料集合体、特に加圧水型原子炉用燃料集合体は、剛性骨組によって他から規則正しく隔てられ、平行な配列に保持された燃料棒の束を有する。
燃料集合体の骨組は、特に、スペーサー格子からなり、該スペーサー格子は燃料集合体の長さにわたって分配され、束の中の燃料棒を受け入れ且つ保持するためのセルを構成する。
束の内側の燃料棒のいくつかの代わりに用いられるガイドチューブが、格子のセルのいくつかを貫通し、適当と考えるとき、燃料集合体を保持し、その長さにわたって分配する格子に固定される。
ガイドチューブは燃料棒よりも長く、燃料集合体の端で、燃料棒の束の端から突出する。燃料集合体の骨組は、骨組のガイドチューブの突出した端部分に固定されたノズルによって閉じられる。
一般的に正方形横断面をもった直角柱形状を有する燃料集合体が原子炉の炉心の内側の使用位置に置かれる、従って、それらの長手方向軸線は垂直である。
ボトムノズルと称され、燃料集合体が載る、燃料集合体の下部分に位置している燃料集合体の端ノズルは、支持脚及びアダプタープレートを有し、ガイドチューブを固定するための開口及び水を通す開口が、このアダプタープレートを貫通する。
燃料集合体の第２端、即ち上端に位置した燃料集合体のトップノズルは、特に、ガイドチューブを収容してこれを固定するための開口及び水を通す開口によって貫通された横アダプタープレートを有する。
核燃料集合体の性能を改善するために、燃料集合体に含まれる燃料の燃焼比率をできる限り増すこと、及び冷却水の流れが原子炉の炉心の内側で底部から頂部まで通る燃料集合体の水圧運転条件を改善することが望まれる。
特に、燃料集合体の水圧性能を改善するために、冷却水がノズルの横アダプタープレートを通過するとき、最大限の透明度、即ち開口の面積とアダプタープレートの中実部分の面積との比率、を得ようとすることによって、冷却水の水頭損失をできる限り減少させることが望ましい。
水がノズルのアダプタープレートを通る開口の形状及び分配は、ノズルのアダプタープレート上の燃料集合体のガイドチューブ（例えば２４ヶのガイドチューブ）を固定することができるように、且つ燃料集合体の燃料棒の各々がリガメントに面して位置するように開口の分配、即ち開口を定めるリガメントの分配を選ぶことによって、燃料集合体の燃料棒（例えば２６４ヶの燃料棒）の軸線方向の位置を制限できるように定められる。
特に、燃料集合体のトップノズルのアダプタープレートに関しては、水路開口は長円形のものであり、ガイドチューブ用の通路穴の間に介在される。これらの長円形開口は、ガイドチューブ通路の間に介在されるアダプタープレートの部分の寸法に合った長さを有する。
可変寸法の長円形開口のそのようなネットワークは、アダプタープレートの非常に高い透明度、及び冷却水が通過する開口の均一な分配を得ることを不可能にする。
その上、燃料集合体のトップノズルの出口で、冷却水は原子炉の上方内部に入り、その上方内部は、燃料集合体のガイドチューブに係合するようになっている互いに平行な中性子吸収棒のクラスタからなる、原子炉の炉心の反応度を制御する棒を案内するための要素を含む。燃料集合体のトップノズルの出口に形成された冷却水の流れ或いはシートは、それらが前記上方内部のガイドチューブによって分散されるとき、横方向に差し向けられた流れを起こすことがあり、そして制御棒の操作を妨げることがある。特に、燃料集合体のアダプタープレートの長円形開口によって作られた水のシートにより、中性子吸収棒を上方内部の案内要素に押しつけることがある。燃料集合体のトップノズルのアダプタープレートが開口を含み、特に制御棒が原子炉の炉心に落し込まれたとき、燃料集合体のガイドチューブの周りの前記開口の形状及び分配が、燃料集合体の出口での冷却水の流れを制御棒の操作をできるだけ妨げないように差し向けることを可能にしたような、燃料集合体のトップノズルは未だ知られていない。
フランス特許第２，１７１，２７９号に、アダプタープレートが、そのアダプタープレートの表面全体にわたって規則正しいアレイで分配された正方形形状の開口を含む、燃料集合体のボトムノズルが記載されている。アダプタープレートに固定されたガイドチューブの周りで、正方形開口は、ガイドチューブを固定するための円形帯域を形成し且つ丸みのあるコーナーをもった僅かに三角形の形状を有するように面取りされる。フランス特許第２，１７１，２７９号に記載されたトップノズルは破壊流を形成することがある不規則な形状の細長い開口を有するので、ボトムノズルのこの形状は、トップノズルの出口での水の流れに関する課題及び制御棒の操作に関する課題を抑制することを不可能にする。
従って、本発明の目的は、燃料棒の束を含み、前記燃料棒は、束の長さにわたって分配され且つ燃料棒が貫通するセルを構成するスペーサーアダプター、束の燃料棒のいくつかの代わりに用いられ且つ燃料棒よりも長いガイドチューブ、ガイドチューブの一端に固定されたボトムノズル、及びガイドチューブの他端に固定され、且つガイドチューブを固定するための開口及び水が通過する開口によって貫通された横アダプタープレートを含むトップノズルからなる核燃料集合体を提供することにあり、この燃料集合体は、トップノズルのアダプタープレートの透明度を増すことによって、燃料集合体を通過する原子炉冷却水の水頭損失を減少させることができる。
この最後までに、アダプタープレートの中央部分に配列されたトップノズルのアダプタープレートの水路開口は、丸みのあるコーナーをもった三角形状を有し、ガイドチューブを通すための開口の少なくともいくつかの周りに規則正しく分配される。
本発明を明瞭に説明するために、今、本発明による核燃料集合体の説明を限らない例示として与え、且つ従来技術による燃料集合体のトップノズルのアダプタープレートの説明を比較のために与える。
図１は、加圧水型原子炉用核燃料集合体の立面図である。
図２は、燃料集合体のトップノズルの軸線方向断面図である。
図３Ａは、従来技術による燃料集合体のトップノズルのアダプタープレートの図２の３−３における平面図である。
図３Ｂは、本発明による燃料集合体のアダプタープレートの、図３Ａと同様の平面図である。
図１は、全体的に参照番号１によって示された加圧水型原子炉の燃料集合体を示す。
燃料集合体は燃料棒２の束を含み、該燃料棒２は、互いに平行な配列をなして置かれ、束の横断面に不規則な空間をもって、束の長さにわたって分配されたスペーサー格子３によって保持される。
スペーサー格子３のセルによって定められた位置のいくつかは、燃料棒２よりも長いガイドチューブ４によって占められる。
ガイドチューブ４の端部分は燃料棒２の束の端から突出する。
燃料集合体のスペーサー格子３はいくつかのタイプのものであり、端格子３ａ及び３ｂは、これらをガイドチューブに固定することができるように作られ、中間格子は冷却材のためのミキシング格子を構成する。
ガイドチューブ４、及びスペーサー格子３，３ａ、３ｂからなる燃料集合体の骨組は、その端部がノズル５，６によって閉じられる。燃料集合体が使用位置にあるとき、燃料集合体の下部分に配列された端ノズル５、即ちボトムノズルは、燃料集合体及び横アダプタープレート５ａを支持するための脚を含む。
トップノズル６はアダプタープレート６ａ及び上ベースを含み、特に、燃料集合体を原子炉の上炉心プレートの下に保持するためのばね７がこの上ベースに固定される。
図２からわかるように、燃料集合体６のトップノズルは、アダプタープレートと称され、開口によって穴あけされた横プレート６ａ、ベース６ｂ、及びアダプタープレート６ａをベース６ｂに接合する囲い６ｃを含む。
アダプタープレート６ａ、囲い６ｃ及びベース６ｂは、正方形ベースをもった角柱形状である燃料集合体の横断面に相当する正方形形状の横断面を有する。
トップノズル６のベース６ｂは，取り扱い手段と一緒に燃料集合体に係合してそれをつかむための開口及び位置決めピンだけでなく、燃料集合体を保持したばねを固定するためのパッドを含む。
図３Ａは、従来技術による燃料集合体のトップノズル６’のアダプタープレート６’ａの平面図を表わす。
囲み６’ｃを固定したアダプター６’ａは、円形開口８’のアレイによって穴あけされ、前記円形開口８’の各々にガイドチューブ４’が固定される。ガイドチューブ４’の端部分はネジ付き挿入体によって固定され且つ係止され、該挿入体は、次いで、開口８’と連通する凹部内でかしめることによってアダプタープレートに対する回転が止められる。
アダプタープレート６’ａは正方形の形状を有し、燃料集合体の２４ヶのガイドチューブを固定するための開口８’は、アダプタープレートの側面と平行ないくつかの列に分配される。その上、計装チューブの端部を収容するための開口が、アダプタープレート６’ａの中央部分に配置される。
燃料集合体を冷却する水が最小限の水頭損失でアダプタープレート６’ａを通過するために、円形形状及び長円形状の水路開口が設けられ、これらの開口は、ガイドチューブ４’を固定するための開口８’間に介在される。
アダプタープレートの側面の１つと平行な方向に整合され、且つ４つの異なる長さを有する長円形水路開口９’を設けることが必要である。長円形水路開口９’の配列及び長さの選択は、アダプタープレート６’ａの透明度、即ち、水路開口９’の全表面積とアダプタープレートの表面積との比率を増すように定められる。
４つの異なる寸法及び複雑な分配を有する開口を含むアダプタープレート６’に穴あけする作業は困難でしかも時間消費する。
その上、ガイドチューブを固定する開口の周りの多くの帯域は穴あけすることができず、又、燃料集合体の燃料棒の各々が１つのリガメントに面するようにアダプタープレートの開口の配列を行うことによって、燃料集合体の燃料棒の軸線方向の配置を制限しなければならないので、アダプタープレートの透明度は依然として比較的低い。加えて、アダプタープレートが十分な機械的強度を有するならば、その厚さをある限界を超えて減少させることができない。
図３Ｂは、本発明による燃料集合体のトップノズル６のアダプタープレート６ａを表わす。
正方形形状を有するアダプタープレート６ａは、ノズルの囲み６ｃに固定される。
ガイドチューブ４の端部分を固定するための２４ヶの開口８は、従来技術による燃料集合体のガイドチューブ４’を固定するための２４ヶの開口８’の配列と同様の配列を有する。
冷却水がアダプタープレート６ａを通過する開口９は可変形状を有する。
アダプタープレート６ａの中央部分では、水路開口９ａはすべてまったく同じであり、丸みのあるコーナーをもった三角形状を有する。丸みのあるコーナーをもった三角形開口９ａは、燃料集合体の８つのガイドチューブ４及び中心計装チューブを固定するための開口８の周りに規則正しく分配される。
アダプタープレート６ａの中央部分のガイドチューブ４を固定するための開口の８つの位置、及び燃料集合体の計装チューブの中心位置は、丸みのあるコーナーをもった三角形開口９ａの完全な列によって囲まれている。
アダプタープレート６ａの外側に向かって配置された燃料集合体のガイドチューブ４を固定するための１６ヶのその他の開口８は、丸みのあるコーナーをもった三角形開口９ａによって部分的にのみ囲まれている。
ベルト６ｃが固定されている４つの外縁に沿ったアダプタープレート６ａの周囲部分は、２つの異なる長さを有する長円形開口９ｂ及び９ｃによって貫通される。
アダプタープレート６ａの穴あけは、アダプタープレートのコーナーの各々で水路開口を構成する円形開口９ｄ及び９ｅによって完了する。
アダプタープレートの中央部分に配置された丸みのあるコーナーをもった大多数の三角形開口、及び補足的な長円形開口９ｂ、９ｃ，円形開口９ｄ、９ｅの形態でアダプタープレート６ａを穴あけすることは、長円形水路開口だけを含む従来技術によるプレートの透明度に比較して実質的に改良された程度の、冷却水に対するアダプタープレートの透明度を得ることができるようにした。
アダプタープレートは、アダプタープレートを通過するときの冷却材の水頭損失を減少させることと、十分な機械的強度であるアダプタープレートを得ることとの最も良い可能な妥協を得るように穴あけされる。
特に、アダプタープレートの開口のアレイは、正方形形状であるプレートの対角線に関してまったく対称であり、その結果、均一な応力分配が得られる。
かくして、満足できる機械的強度を保持しながら、プレートの透明度、即ち水路の全面積を増し、プレートの厚さを減少させることができる。
かくして、水頭損失を削減するように、アダプタープレートの水路の全表面積を５％増やし、アダプタープレートの厚さを減少させることができた。
水路開口のより良い配置及びより高度な適用形状、及びアダプタープレートの厚さの減少により、冷却水が通過するとき、アダプタープレートが冷却水に与える水圧抵抗を７％減少させた。
図２及び３Ｂからわかるように、キャビティー或いはシンク１０が、中央計装チューブ及びこのチューブを囲む開口９ａによって占められたアダプタープレートの帯域全体にわたってアダプタープレートの中央に設けられる。このように、燃料集合体に挿入された燃料棒クラスタを収容しながらノズルの高さを僅かに減少させることができる。
従って、本発明による燃料集合体は、従来技術による燃料集合体よりも良い水圧性能を呈し、その寿命中、より良い燃焼比率を得ることができる。
本発明は、説明した実施形態に限られない。
かくして、説明した形状及び分配以外の形状及び分配を有する燃料集合体のトップノズルのアダプタープレートの周囲部分の開口を想定しても良い。
丸みのあるコーナーをもった三角形開口の大きさは、最大の透明度を確保するために、ガイドチューブを固定する開口の周りに配置されたアダプタープレートの部分の寸法により最適化される。
説明し且つ示した実施形態では、アダプタープレートの中央部分に配置されたガイドチューブを固定するための開口の各々は、丸みのあるコーナーをもった三角形の８つの水路開口によって囲まれる。もちろん、三角形開口の異なる数及び分配を想定することができる。
その上、トップノズルのアダプタープレートの新規な穴あけによって要求される利点を、アダプタープレートの厚さの減少及びノズルの新規な寸法決めによって得られたその他の利点と結合することができる。
本発明は、水路開口によって穴あけされたアダプタープレートを含むトップノズルによって閉じられた骨組を含む任意の核燃料集合体に適用される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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