JP3126451B2 - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
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- JP3126451B2 JP3126451B2 JP03314551A JP31455191A JP3126451B2 JP 3126451 B2 JP3126451 B2 JP 3126451B2 JP 03314551 A JP03314551 A JP 03314551A JP 31455191 A JP31455191 A JP 31455191A JP 3126451 B2 JP3126451 B2 JP 3126451B2
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- Japan
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- fuel
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- fuel rod
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
騰水型原子炉用燃料集合体に関する。
ら上方に向かう冷却材の流れに沿って、冷却材中に蒸気
ボイドが発生する。従って、炉心上部ほどボイド率が高
くなる。このため、炉心上部での圧力損失が大きくなり
易い傾向がある。
がなくなると、運転時からの減速材密度の変化量が非常
に大きくなり、中性子の減速が良くなり制御棒により炉
心を未臨界に保つための余裕(炉停止余裕と呼ばれ
る。)が小さくなる問題があった。
び図12に示す燃料集合体1が従来から知られている。な
お、図11は燃料集合体1の軸方向縦断面図で、図12
(a)は図11のG−G矢視方向を切断した横断面図、図
12(b)はH−H矢視方向の横断面図である。
ルボックス2で覆われて構成されている。すなわち、チ
ャンネルボックス2内には9行9列に所定の長さを有す
る燃料棒3(以下、燃料棒3と記す)が配列されてい
る。燃料棒3の上端及び下端は、上部タイプレート4お
よび下部タイプレート5で支持され、軸方向の複数個所
には燃料棒3の間隔を保持する第1および第2のスペー
サー6a,6bが配置されている。この例では、スペー
サーは第1のスペーサー6aが5個、第2のスペーサー
6bが2個の計7個使用されている。
上記9行9列の燃料棒3のうち7本を取り除いた部分に
は、内部を冷却材が流通するウォーターロッド7が2本
配置されている。また、上記燃料棒3を8本取り除いた
部分には燃料棒3より短く構成され図中ハッチングを施
した部分長燃料棒8が8本配置されている。この部分長
燃料棒8の上端は第1のスペーサー6aから少し上方に
突き出た形で保持されている。部分長燃料棒8の上端よ
り上方に位置する第2のスペーサー6bは、部分長燃料
棒8を保持する必要がないので圧損低減のためスペーサ
ーの格子部材の円筒スリーブ11が削除されている(図12
(a)参照)。
により、燃料集合体の上部の冷却材流路面積を広げて圧
力損失を低減し、かつ同時に燃料集合体の上部に装荷す
る燃料(核***物質:ウラン、プルトニウム等)の量を
減じて炉停止余裕を確保している。
燃料集合体は燃料棒の除熱と言う観点からは以下のよう
な課題をはらんでいる。燃料棒3の除熱は冷却材のサブ
クール状態から飽和温度までの加熱と、飽和水の沸騰に
よって行われている。従って、理想的には冷却材の内、
液相(飽和水)は燃料棒3の表面付近を流れ、気相(蒸
気)は燃料棒3,3間の空間を流れる事が最も除熱効率
が良い事になる。
を見ると、ボイド率が高く除熱上余裕の少ない燃料集合
体の上半部領域では環状流と呼ばれる流動状態となって
いる。この流動状態では図13に示すように燃料棒3,3
間の空間17でボイド率が高くなり、燃料棒3の表面は冷
却材の液膜15で覆われている。この液膜15の沸騰により
燃料棒3の除熱が行われている。図中符号16は液膜15か
ら飛散する液滴を示している。
て燃料棒3,3間の上端部付近の冷却材の流動状態を模
式的に示したものである。この図14から明かなように部
分長燃料棒8の上端部では、それまで部分長燃料棒8の
表面を流れてきた液膜15が燃料棒間の空間17へ放出さ
れ、大きな液滴16aとなって周りの燃料棒3の冷却に寄
与していない。したがって、従来の部分長燃料棒8を備
えた燃料集合体は除熱効率が低い課題がある。
たもので、気液二相流による圧損の低減と限界出力の向
上をはかることができ、かつより除熱効率の高い沸騰水
型原子炉用の燃料集合体を提供することにある。
する複数本の燃料棒と、この所定の長さの燃料棒より短
い部分長燃料棒および所定の長さを有するウォーターロ
ッドを複数のスペーサーで間隔をもたせるとともに前記
所定の長さの燃料棒およびウォーターロッドの上端部を
上部タイプレートに保持し、前記所定の長さの燃料棒、
部分長燃料棒およびウォーターロッドの下端部を下部タ
イプレートに保持して燃料束が形成され、この燃料束を
角筒状チャンネルボックスで包囲してなる燃料集合体に
おいて、前記部分長燃料棒の上部にこの部分長燃料棒の
上方に設けられている前記所定の長さの燃料棒およびウ
ォーターロッドの間隔を保持するスペーサーにまで達す
る延長部を設け、この延長部は前記部分長燃料棒の上端
から前記スペーサーまでの間にくびれ部、接続部材およ
び中空管が順次接続されたものからなり、前記中空管は
前記スペーサーに保持され、前記接続部材は前記中空管
内部を冷却材が貫流する形状で、かつ前記くびれ部の区
間に冷却材流擾乱部材を設けてなることを特徴とする。
数本の燃料棒と、この所定の長さの燃料棒よりも短い部
分長燃料棒および所定の長さを有するウォーターロッド
を複数のスペーサーで間隔を持たせるとともに前記所定
の長さの燃料棒およびウォーターロッドの上端部を上部
タイプレートに保持し、前記所定の長さの燃料棒,部分
長燃料棒およびウォーターロッドの下端部を下部タイプ
レートに保持して燃料束が構成され、この燃料束を角筒
状チャンネルボックスで包囲してなる燃料集合体におい
て、前記部分長燃料棒の上端より上方の前記スペーサー
に下方に伸びた先細り状十字形部材を溶接固定して前記
部分長燃料棒の直上に配設し、前記十字形部材の下端に
細長い延伸材を接続し、この延伸材の下端に冷却材流擾
乱部材を設けてなることを特徴とする。請求項3の発明
は、所定の長さを有する複数本の燃料棒と、この所定の
長さの燃料棒よりも短い部分長燃料棒および所定の長さ
を有するウォーターロッドを複数のスペーサーで間隔を
持たせるとともに前記所定の長さの燃料棒およびウォー
ターロッドの上端部を上部タイプレートに保持し、前記
所定の長さの燃料棒,部分長燃料棒およびウォーターロ
ッドの下端部を下部タイプレートに保持して燃料束が構
成され、この燃料束を角筒状チャンネルボックスで包囲
してなる燃料集合体において、前記部分長燃料棒の上部
にこの部分長燃料棒の上方に設けられている前記所定の
長さの燃料棒およびウォーターロッドの間隔を保持する
スペーサーにまで達する延長部を設け、この延長部は前
記部分長燃料棒の上端から前記スペーサーまでの間にく
びれ部、接続部材および中空管が順次接続されたものか
らなり、前記中空管は前記スペーサーに保持され、前記
接続部材は前記中空管内部を冷却材が貫流する形状で、
かつ前記くびれ部の区間に冷却材流擾乱部材を設け、前
記部分長燃料棒の上端より上方の前記スペーサーに下方
に伸びた先細り状十字形部材を溶接固定して前記延長部
上端の直上に配設し、前記十字形部材の下端に細長い延
伸材を接続し、この延伸材の下端に冷却材流擾乱部材を
設けてなることを特徴とする。請求項4の発明は前記冷
却材流擾乱部材が螺旋形または上方に開いたラッパ形で
あることを特徴とする。請求項5の発明は前記冷却材擾
乱部材を擾乱部材の位置より上方に存するスペーサーの
下方約20cm以内に設けることを特徴とする。請求項6
の発明は前記部分長燃料棒の上部にこの部分長燃料棒の
上方に設けられている前記所定の長さの燃料棒およびウ
ォーターロッドの間隔を保持するスペーサーにまで達す
る延長部を設け、この延長部は前記部分長燃料棒の上端
から前記スペーサーまでの間にくびれ部、接続部材およ
び中空管が順次接続されたものからなり、前記中空管は
前記スペーサーに保持され、前記接続部材は前記中空管
内部を冷却材が貫流する形状で、かつ前記くびれ部の区
間に冷却材流擾乱部材を設け、さらに部分長燃料棒の燃
料有効長上端の軸方向位置を前記所定の長さを有する燃
料棒(標準燃料棒)の軸方向濃縮度分布または軸方向可
燃性毒物濃度分布設計における軸方向区切りと合わせる
ことを特徴とする。
燃料棒の上端から液膜が剥がれて燃料棒間の空間に飛散
する液滴を隣接する燃料棒の表面に付着させる事が出
来、隣接燃料棒の液膜を厚くし、燃料集合体の沸騰遷移
発生までの熱的余裕が増大する。また、沸騰遷移の生じ
易いスペーサーの直下近傍にまで部分長燃料棒の液膜を
誘導した後、隣接する燃料棒の表面に効果的に液滴を付
着させる事が出来る。更に、部分長燃料棒の上端が片持
ち梁の状態でスペーサーから上方に長く突出しないの
で、部分長燃料棒上端の水力振動によるフレティング腐
食が防止できる。
1から図4を参照しながら説明する。図1は本発明に係
る燃料集合体21aの軸方向断面図であり、図2(a)は
図1のA−A矢視図、図2(b)はB−B矢視図であ
る。
角筒状チャンネルボックス2で覆われており、このチャ
ンネルボックス2内には9行9列に所定の長さを有する
燃料棒3が配列されている。燃料棒3の上端および下端
は、上部タイプレート4および下部タイプレート5で支
持され、軸方向の複数箇所には燃料棒3の間隔を保持す
る第1および第2のスペーサー6a,6bが配置されて
いる。この例では、スペーサーは第1のスペーサー6a
が6個、第2のスペーサー6bが1個の計7個使用され
ている。
燃料棒3を7本取り除いた部分には、内部を冷却材が流
通するウォーターロッド7が2本配置されている。ま
た、燃料棒3を8本取り除いた部分には燃料棒3より短
く構成され、ハッチングを施した部分長燃料棒23が8本
配置されている。部分長燃料棒23の上端はスペーサー6
aから少し上方に突き出た形で保持されている。
ー・サイドバンド、13はループバネをそれぞれ示してい
る。図3に燃料棒3,3間に介在した本発明で使用する
部分長燃料棒23の上端部と、その作用の概念を詳細に示
す。図3は所定の長さの燃料棒3,3間に部分長燃料棒
23が介在されかつ冷却材の液膜15が付着した状態で示し
ている。
分より上方の部分は特殊な上部端栓形状をしている。す
なわち、上部端栓は緩やかに細くなったくびれ部25が形
成され、このくびれ部25の先端部に第1のスペーサー6
aに保持される被保持端26を連結している。
外径の中空管部材27で形成され、その下部に十字形の接
続部材28が溶接され、接続部材28は前記くびれ部25に溶
接接続している。被保持端26の中空管部材27の長さは部
分長燃料棒23の伸び等による第1のスペーサー6aとの
接触部の移動を考慮した長さになっている。
aの下端から下方に約20cm以内の位置に当たるくびれ部
25に螺旋形の流れ擾乱部材29を設けている。この擾乱部
材29は誘導された液膜15が剥がれ易く、圧損が少なく、
隣接する燃料棒3,3に液滴16を拡散付着させ易い構造
であれば、他の形状でも良い。図4は擾乱部材の変形例
で、上方に開いたラッパ形擾乱部材29aをくびれ部25に
設けた例を示しており、他の部分は図3と同様であるの
で、その説明は省略する。
乱部材29または29aは、部分長燃料棒23の表面を流れて
きた冷却材の液膜15を剥して、その液滴16を周囲の燃料
棒3,3の方向へ飛散させる様に働き、それと同時に部
分長燃料棒23と周囲の燃料棒3,3との間の空間を蒸気
に混じって流れている液滴16をも、周囲の燃料棒3,3
の方向へ偏向させ付着させる。
26がスペーサーによって保持されているので、軸方向に
離散的に配置されたスペーサー間のどの様な位置に流れ
擾乱部材29または29aを設けても、流れの擾乱による流
体振動によるスペーサーと部分長燃料棒23との間のフレ
ティング腐食を防止出来る。
れ部25、中空円筒部材27および十字形の接続部材28から
構成される被保持端26の形状により気液二相流は被保持
端26の内外を流れる事が出来るので、圧損低減の目的を
大きく損なう事なく、流れ擾乱構造を実現している。
ーの直下近傍で発生し易いので、本発明によれば流れ擾
乱部材をスペーサー直下近傍に設け易く、水力振動によ
るフレティングが防止できる。
る配置は、燃料集合体のなかで沸騰遷移が生じ易い位
置、または生じ易い燃料棒位置の隣接位置にしているの
で、燃料集合体の限界出力(沸騰遷移が発生しない最大
熱出力)の向上に大きく寄与する。同時に、燃料集合体
上部の圧力損失低減および燃料装荷量の低減・減速材量
の増加による炉停止余裕の改善の当初目的にも効果があ
る。
サー位置に拘束されて、部分長燃料棒の燃料有効長上端
が決まっていたが、本実施例によればくびれ部25の長
さ、位置を調整する事により、容易に他の標準燃料棒の
軸方向の濃縮度、可燃性毒物濃度の分布設計における軸
方向区切りと燃料有効長上端を合わせる事が出来る。そ
の結果、燃料集合体の水平断面の濃縮度分布、可燃性毒
物分布の異なる軸方向組み合わせを、従来設計より1種
類減じて、設計の合理化に役立たせることができる。
に係る燃料集合体の第2の実施例を説明する。この第2
の実施例は部分長燃料棒8が配設されている従来の燃料
集合体において、部分長燃料棒の上方位置のスペーサー
格子部から下方に延びた部材に擾乱部材を下方に突出し
て設けた例である。なお、各図とも図1から図3に示し
た部分と同一部分には同一符号を付して重複する部分の
説明は省略する。
スペーサー6cに示すように、部分長燃料棒8の位置の
格子部に図7で示す十字形の部材32を隣接する円筒スリ
ーブ11に溶接固定し、前記十字形部材32の下方に、円柱
状または円筒状の延伸材33を接続し、この延伸材33の先
端に突出した螺旋形の流れ擾乱部材34を設けている。こ
の流れ擾乱部材34は第3のスペーサー6cの下端から20
cm以内とする。
る部分長燃料棒23の上端の被保持端26の中空管部材27お
よびスペーサー格子部材(フェルールスペーサーの円筒
スリーブ11)がない分、流路断面積が増加して圧損が少
ない利点がある。この第2の実施例では部分長燃料棒8
の表面液膜15は上端で剥がれて燃料棒3の間の空間17に
蒸気流に混じって上方に流れるが、沸騰遷移の生じ易い
第3のスペーサー6cの下端近傍で、流れ擾乱部材34に
よって隣接燃料棒3の表面に液滴16が偏向、付着する。
3のスペーサー6cとが接続部材31によって溶接固定の
一体構造である。従って、片持ち梁の構造であるが流体
振動による問題は生じない。つまり、十字形接続部材が
十分な剛性を与えている。
例として上方に開いた傘型流れ擾乱部材34aを設けた例
を示している。
3の実施例を説明する。この第3の実施例は第1の実施
例と第2の実施例の組み合わせである。即ち、部分長燃
料棒としては前記部分長燃料棒23を使用し、スペーサー
としては、標準燃料棒の有効部の上方に位置するスペー
サーとして図6(a)の第3のスペーサー6cを使用
し、これ以外のスペーサーとして図2(b)の第1のス
ペーサー6aを使用したものである。その他の部分は前
記第1および第2の実施例と同様なので、重複する部分
の説明は省略する。
の様な部分長燃料棒の上端構造、または図6(a)の様
な第3のスペーサー6cを使用する事により、燃料棒保
持機能のスペーサーとは別に流路抵抗が小さく、限界出
力の向上のための流れ擾乱部材を設ける手段に比べて、
より簡単な構造で限界出力の向上が図ることができる。
特に前記流れ擾乱用スペーサーを追加すると、その部材
による中性子吸収が増加し、中性子経済的に本発明は不
利になる。
配置され、そのうち7本の燃料棒3を取り除いた部分に
太径のウォーターロッド7が中央に2本配置され、部分
長燃料棒23が8本配置された原子炉燃料集合体を参照し
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。また、部分長燃料棒23を有するいかなる構造の燃料
集合体に対しても適用でき、スペーサーの個数も7個の
例で説明したが、他の組み合わせでもよい。
的とする燃料集合体上部での2相流圧損の低減と炉停止
余裕の改善を行いながら、更に部分長燃料棒上方の空間
の利用による限界出力の向上への寄与を簡単な構造で、
水力振動によるフレティング腐食を生じる事なく実現で
きる。また、限界出力向上用のスペーサーの追加よりも
中性子経済上有利に実現出来る。
縦断面図。
て示す横断面図、(b)は図1におけるB−B矢視方向
を切断して示す横断面図。
棒との関係を作用とともに拡大して示す立面図。
長さの燃料棒との関係を作用とともに拡大して示す立面
図。
縦断面図。
て示す横断面図、(b)は図5におけるD−D矢視方向
を切断して示す横断面図。
着した流れ擾乱部材と所定の長さの燃料棒との関係を作
用とともに拡大して示す立面図。
燃料棒と、所定の長さの燃料棒との関係を作用とともに
拡大して示す立面図。
縦断面図。
して示す横断面図、(b)は図9におけるF−F矢視方
向を切断して示す横断面図。
して示す縦断面図、(b)は図11におけるH−H矢視方
向を切断して示す縦断面図。
態を示す模式図。
料棒の上端付近の流動状態を示す模式図。
クス、3…燃料棒、4…上部タイプレート、5…下部タ
イプレート、6a…第1のスペーサー、6b…第2のス
ペーサー、6c…第3のスペーサー、7…ウォーターロ
ッド、8…部分長燃料棒、11…円筒スリーブ、12…スペ
ーサー・サイドバンド、13…ループバネ、15…液膜、16
…液滴、17…燃料棒間空間、21a…燃料集合体、21b…
燃料集合体、21c…燃料集合体、23…部分長燃料棒、25
…くびれ部、26…被保持端、27…中空管部材、28…接続
部材、29…流れ擾乱部材、29a…流れ擾乱部材、31…接
続部材、32…十字形部材、33…延伸材、34…流れ擾乱部
材、34a…流れ擾乱部材。
Claims (6)
- 【請求項1】 所定の長さを有する複数本の燃料棒と、
この所定の長さの燃料棒より短い部分長燃料棒および所
定の長さを有するウォーターロッドを複数のスペーサー
で間隔をもたせるとともに前記所定の長さの燃料棒およ
びウォーターロッドの上端部を上部タイプレートに保持
し、前記所定の長さの燃料棒、部分長燃料棒およびウォ
ーターロッドの下端部を下部タイプレートに保持して燃
料束が形成され、この燃料束を角筒状チャンネルボック
スで包囲してなる燃料集合体において、前記部分長燃料
棒の上部にこの部分長燃料棒の上方に設けられている前
記所定の長さの燃料棒およびウォーターロッドの間隔を
保持するスペーサーにまで達する延長部を設け、この延
長部は前記部分長燃料棒の上端から前記スペーサーまで
の間にくびれ部、接続部材および中空管が順次接続され
たものからなり、前記中空管は前記スペーサーに保持さ
れ、前記接続部材は前記中空管内部を冷却材が貫流する
形状で、かつ前記くびれ部の区間に冷却材流擾乱部材を
設けてなることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項2】 所定の長さを有する複数本の燃料棒と、
この所定の長さの燃料棒よりも短い部分長燃料棒および
所定の長さを有するウォーターロッドを複数のスペーサ
ーで間隔を持たせるとともに前記所定の長さの燃料棒お
よびウォーターロッドの上端部を上部タイプレートに保
持し、前記所定の長さの燃料棒,部分長燃料棒およびウ
ォーターロッドの下端部を下部タイプレートに保持して
燃料束が構成され、この燃料束を角筒状チャンネルボッ
クスで包囲してなる燃料集合体において、前記部分長燃
料棒の上端より上方の前記スペーサーに下方に伸びた先
細り状十字形部材を溶接固定して前記部分長燃料棒の直
上に配設し、前記十字形部材の下端に細長い延伸材を接
続し、この延伸材の下端に冷却材流擾乱部材を設けてな
ることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項3】 所定の長さを有する複数本の燃料棒と、
この所定の長さの燃料棒よりも短い部分長燃料棒および
所定の長さを有するウォーターロッドを複数のスペーサ
ーで間隔を持たせるとともに前記所定の長さの燃料棒お
よびウォーターロッドの上端部を上部タイプレートに保
持し、前記所定の長さの燃料棒,部分長燃料棒およびウ
ォーターロッドの下端部を下部タイプレートに保持して
燃料束が構成され、この燃料束を角筒状チャンネルボッ
クスで包囲してなる燃料集合体において、前記部分長燃
料棒の上部にこの部分長燃料棒の上方に設けられている
前記所定の長さの燃料棒およびウォーターロッドの間隔
を保持するスペーサーにまで達する延長部を設け、この
延長部は前記部分長燃料棒の上端から前記スペーサーま
での間にくびれ部、接続部材および中空管が順次接続さ
れたものからなり、前記中空管は前記スペーサーに保持
され、前記接続部材は前記中空管内部を冷却材が貫流す
る形状で、かつ前記くびれ部の区間に冷却材流擾乱部材
を設け、前記部分長燃料棒の上端より上方の前記スペー
サーに下方に伸びた先細り状十字形部材を溶接固定して
前記延長部上端の直上に配設し、前記十字形部材の下端
に細長い延伸材を接続し、この延伸材の下端に冷却材流
擾乱部材を設けてなることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項4】 前記冷却材流擾乱部材が螺旋形または上
方に開いたラッパ形であることを特徴とする請求項1な
いし3記載の燃料集合体。 - 【請求項5】 前記冷却材擾乱部材を擾乱部材の位置よ
り上方に存するスペーサーの下方約20cm以内に設ける
ことを特徴とする請求項1ないし3記載の燃料集合体。 - 【請求項6】 前記部分長燃料棒の上部にこの部分長燃
料棒の上方に設けられている前記所定の長さの燃料棒お
よびウォーターロッドの間隔を保持するスペーサーにま
で達する延長部を設け、この延長部は前記部分長燃料棒
の上端から前記スペーサーまでの間にくびれ部、接続部
材および中空管が順次接続されたものからなり、前記中
空管は前記スペーサーに保持され、前記接続部材は前記
中空管内部を冷却材が貫流する形状で、かつ前記くびれ
部の区間に冷却材流擾乱部材を設け、さらに部分長燃料
棒の燃料有効長上端の軸方向位置を前記所定の長さを有
する燃料棒(標準燃料棒)の軸方向濃縮度分布または軸
方向可燃性毒物濃度分布設計における軸方向区切りと合
わせることを特徴とする請求項1または3記載の燃料集
合体。
Priority Applications (1)
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JP03314551A JP3126451B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03314551A JP3126451B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 燃料集合体 |
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JP03314551A Expired - Lifetime JP3126451B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 燃料集合体 |
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