JPH0618690A - 核燃料集合体のための低圧力損スペーサ - Google Patents
核燃料集合体のための低圧力損スペーサInfo
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Abstract
ット・被覆間相互作用による脆性破壊を防止するために
被覆管内面に設けたジルコニウムライナにおいて、ジル
コニウムの延性を維持しながら耐食性を持たせる。 【構成】 核燃料棒のための被覆20が外側の細長い被
覆管30とこの管を裏打ちするジルコニウムライナ40
とを有し、ライナの内壁がスズ及び/又はバナジウムの
ジルコニウムベース合金から成る内側拡散部41を有す
る。
Description
用いるためのスペーサ格子に関する。特にこの発明は、
スペーサ格子が所定の位置に核燃料棒を位置決めかつ保
持して燃料集合体内での熱伝達に有利な熱・流体工学的
特性を作り、かつ核燃料装荷を増大しまた燃料分布を最
適化することにより燃料サイクルコストを改善するよう
にした軽水炉用スペーサ格子に関する。
燃料集合体は慣例的に一般に正方形配置で密に間隔を保
った平行なアレーに配置された棒形から成る。通常正方
形の外側チャネルが、燃料集合体を形成するように一般
に正方形配置の燃料棒を囲む。燃料棒の間隔を保つ装置
は通常スペーサ格子の形をとる。スペーサ格子の従来例
はアメリカ合衆国特許第3654077 号明細書に記載されて
いる。
は、燃料集合体の中央領域が減速不足かつ濃縮過大とな
るおそれがあることにある。通常は水である減速材の流
れを増しかつ中性子の減速及び経済を改善するために細
長い中央の水チャネルが設けられ、燃料棒の長さに沿う
がしかし燃料棒から物理的に隔離された減速材/冷却材
の流れのためにこのチャネルは中央に配置された通路を
形成する。中央の水チャネルは、外側チャネル内で中央
にかつ対称的に置かれるか、又は外側チャネル内の中心
軸線から非対称に移されて、任意の断面面積及び/又は
形状を有することができ、かつ集合体の長さを伸ばす中
央チャネルの壁が外側チャネルの壁に平行であるか又は
非平行であるように、中心軸線を囲んで方向づけること
ができる。中央の水チャネルは、燃料集合体の長さに沿
って延びる正方形又は円形の管又はこの種の管のアレー
とすることができる。正方形の中央水チャネルの従来例
はアメリカ合衆国特許第4913876 号明細書に記載されて
いる。冷却材を主として又は完全に液相に保つために、
十分な冷却材が中央のチャネル又は管を通して循環させ
られる。燃料集合体の中央領域において気体の減速材と
比較して液体の存在は、中性子を減速するように一部で
働きそれにより一層多くの核***の可能性を増す水素原
子をより多く供給することにより、集合体の核性能を高
める。従って減速材密度が変化するときに起こる原子炉
反応度の変化である反応度の減速材係数は、集合体の中
央領域において気体減速材と比較して液体を維持するこ
とにより影響を受ける。
のための各燃料集合体は一般に燃料集合体に入る冷却材
をこの特定の燃料集合体に制限する正方形の外側チャネ
ルにより囲まれ、そして冷却材は原子炉炉心の頂部でこ
の集合体から出る。燃料集合体を通過する冷却材は液体
の水と蒸気の混合物から成る。燃料集合体の底入口では
冷却材は飽和温度又はこれにほぼ近い温度を有する液体
の水である。冷却材が集合体を通って上方へ流れると
き、動力が燃料棒により冷却材へ伝達され、蒸気が作ら
れ、冷却材中の蒸気の部分が増す。燃料集合体の頂では
燃料棒により加熱された冷却材が主として蒸気となる。
原子炉炉心の上側領域中で蒸気が大きい体積部分を占め
る結果として、核***性のウラン又はプルトニウムの原
子の数に比べて水素原子の存在が過少のために、炉心の
上側領域が減速不足かつ濃縮過大となる。その結果最適
に満たないウラン利用を招く。中性子効率は炉心の上側
領域中の燃料の量の低減により改善することができる。
このことを遂行できる一つの方法は、一つ以上の燃料棒
の炉心上側部分中へ延びる部分の直径減少によるもので
ある。
料製作中に燃料集合体の頂から燃料棒を装填するように
配慮する。もし従来の設計による燃料集合体を利用する
ならば、かつもし炉心の上側領域で減少された直径を有
する燃料棒を集合体の中へ装填しようとするならば、燃
料棒を底から集合体中へ挿入しなければならない。原子
炉の運転に伴って破損燃料棒を同様に集合体の底から取
り外さなければならない。破損燃料集合体はまず倒立さ
せなければならず、このことは破損していない燃料棒内
への砕けた燃料ペレット破片の移動を引き起こすおそれ
がある。破損していない棒中での砕けた燃料破片のこの
種の移動により、棒は次の燃料被覆破損を被るおそれが
ある。燃料集合体の倒立による正規の方法からの逸脱は
上下のタイプレート及び燃料棒の設計の複雑性を増し、
その後の運転費及び破損燃料棒の取り替えに関連する危
険ばかりでなく燃料集合体の製造費を高める。
は、照射済み燃料集合体の迅速な修理を可能にするよう
に設計された側面挿入形スペーサに関する。側面挿入形
スペーサは破損燃料棒を取り外すために燃料集合体の倒
立を必要としない装置の一例である。しかしながら側面
挿入形スペーサは従来のスペーサ及びタイプレートと共
に用いなければならない。
ストの改善は燃料集合体中の燃料の正味量を増すことに
より達成することができる。燃料棒の直径の増加はこの
種の増加をもたらすが、それは集合体内の冷却材流に対
する抵抗の付随的増加及び圧力損の増加を招く。スペー
サ格子もまた冷却材流に対する抵抗にかなり影響する。
更に燃料集合体の長さに沿って選択された間隔で設けら
れた棒スペーサが数個存在するので、冷却材流に対する
抵抗に及ぼすスペーサ全体の影響は特定の燃料集合体設
計に利用できる核燃料の最大量に変化をもたらす。従っ
てもしスペーサ格子が冷却材流に対する低い抵抗を提供
し、それにより燃料棒直径の増加そして付随的に集合体
内の核燃料の合計量の増加を可能にするならば、それは
従来設計に勝る利点となろう。
かれると、原子炉の運転の一層の改善は燃料集合体内で
安全に作り出すことができる動力量が増加されたときに
達成できる。原子炉の動力レベルは燃料棒の表面で生じ
ている局部熱伝達条件によるばかりでなく集合体を通っ
て流れる冷却材の量によっても制限されるので、スペー
サ格子が冷却材流に対しできるだけ小さい抵抗を提供す
ることが非常に望ましい。もし水の連続的膜が核燃料棒
の表面上で維持されるならば、熱伝達従って動力性能が
高められることがよく知られている。それゆえにもしス
ペーサ格子もまた燃料棒表面上の水膜の維持に役立つか
又は貢献するならば、それは従来の設計に勝る利点であ
る。燃料棒の周りの冷却水の循環に対し配慮し他方では
流れに対し低い抵抗を提供するスペーサ/混合格子の一
例は、アメリカ合衆国特許第4726926 号明細書に記載さ
れている。
側チャネルの内壁及び内側水チャネルの外壁上に存在す
る液体の水を燃料棒の表面へ移動させることもまた望ま
しい。燃料棒の束を覆う本来の位置に外側チャネルを挿
入するために、かなりのすき間がスペーサ格子の外面と
外側チャネルの内面との間に設けられる。このすき間は
外側チャネルの内壁とスペーサ格子の外周との間でかな
りの冷却材流を許す。この種のバイパス流はチャネル壁
から燃料棒表面への液体膜の移動において、スペーサ格
子を通り抜ける流れほどには有効でないので望ましくな
い。バイパス流はスペーサ格子とチャネル壁とのすき間
の制限によるか、又はスペーサ格子とチャネル壁とのす
き間の封止により低減できる。どちらの方法でも外側チ
ャネルの挿入又は取り外し中に格子スペーサが損傷を受
けやすくなる。アメリカ合衆国特許出願第07/747088 号
明細書には、燃料棒を集合体中へ容易に装填できる燃料
棒スペーサ装置が記載されている。周囲のチャネル上に
凝縮した液の燃料棒表面への移動を助長し、他方ではス
ペーサ格子とチャネルとの間の適当なすき間を維持する
ようにした設計案が、アメリカ合衆国特許第4749543 号
明細書に記載されている。しかしながらこの設計案は、
複雑でありバイパス流を許すので液体のすべてがチャネ
ル壁から取り除かれないという制約を欠点として持つ。
それゆえに一層効率的にバイパス流を低減し、外側チャ
ネルの内壁上に存在するすべての液体をほぼ除去して燃
料棒表面へ向かわせることは、従来の装置に勝る利点で
ある。
側チャネルの内壁上に及び中央チャネルの外壁上に凝縮
した液体の水の一部を取り去り又ははぎ取り、若干の凝
縮水を燃料棒表面へ移動させ、それにより燃料棒上の水
膜厚さを増す。スペーサ格子もまた、冷却材流中に存在
する小さい液滴を大きい滴となるように合体し、比較的
多量のこの種の大きい液滴を燃料棒表面に向かわせるの
を助け、更に燃料棒上の水膜厚さを増すために更に貢献
するように働く。従って流れ剥離器として働きかつ液体
の冷却材滴を燃料棒の表面へ移動させるために、補助の
スペーサ格子を集合体の長さに沿って選択された個所に
置くことができると思われる。しかしながら補助のスペ
ーサ格子の利用は圧力損の増加を招く。従って圧力損の
低いスペーサ格子を提供し、炉心の上側領域内での格子
の間の距離を低減し、燃料集合体を横切る圧力損を増す
ことなく燃料棒上の水膜の形成を高めるために、少なく
とも一つの補助的なスペーサ格子を設けることは有利で
あろう。
進歩にもかかわらず、一方では圧力損を低くし局部熱伝
達を改善し最大燃料装荷に配慮し、他方では燃料集合体
の長さに沿って個々の燃料棒の直径の変更に便宜を与え
るようなスペーサ格子が要望される。
水炉のための低圧力損スペーサを提供することである。
条件を改善することにより燃料集合体の動力性能を増大
するために、低圧力損スペーサ格子を用いる方法を提供
することである。
填できる燃料の量を増すことができる低圧力損スペーサ
を提供することである。
へ延びる燃料棒の直径低減に便宜を与えることにより、
炉心の上部領域での中性子減速の向上を可能にする低圧
力損スペーサを提供することである。
を低減するスペーサ格子を提供することである。
イクルコストの効率を増す低圧力損スペーサを提供する
ことである。
づき、複数の平行な細長い燃料棒から形成された核燃料
集合体の燃料棒を位置決めしかつ保持するための低圧力
損スペーサにおいて、燃料棒が貫通して延びる集合体内
の領域を囲む周縁帯板と、この領域を複数の副領域に分
割するために領域内で延びかつ領域内に配置された複数
の格子部材と、第1の端部帯板及びこの第1の端部帯板
に固定された第1のばね帯板の複数の平行な対から成る
第1のばねフォークと、第2の端部帯板及びこの第2の
端部帯板に固定された第2のばね帯板の複数の平行な対
から成る第2のばねフォークとを備え、周縁帯板が上流
縁及び下流縁を有して上流縁の近くに設けられた複数の
第1の開口及び下流縁の近くに設けられた複数の第2の
開口を形成するのに適し、格子部材が周縁帯板に固定さ
れ、複数の格子部材の各一つが格子上流縁及び格子下流
縁を有し、格子部材が周縁帯板の上流縁の近くに設けら
れた複数の第1の開口及び周縁帯板の下流縁の近くに設
けられた複数の第2の開口を形成するのに適し、第1の
ばね帯板の平行な対の各一つが領域の中へそして周縁帯
板の複数の第1の開口のうちの相応の一つを貫いて延
び、更に格子部材の複数の第1の開口のうちの相応の一
つを貫いて延び、第1の平面上に設けられた第1のフォ
ークが第1のばね帯板の複数の対により決定される第1
の方向へ延び、第2のばね帯板の平行な対の各一つが領
域中へそして周縁帯板の複数の第2の開口のうちの相応
の一つを貫いて延び、更に格子部材の複数の第2の開口
のうちの相応の一つを貫いて延び、第2のフォークが第
1の平面にほぼ平行な第2の平面上に置かれ、第2の平
面が第2のばね帯板の複数の対により決定される第2の
方向へ延び、それにより燃料棒が貫いて延びる燃料棒通
路を形成するように第2のばねフォークが第1のばねフ
ォークに重ねられることを特徴とする核燃料集合体のた
めの低圧力損スペーサにより解決される。
実施例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
集合体は全体を符号10で示され、核燃料ペレットを内
蔵する細長い燃料棒12を有する。燃料棒は下側タイプ
レート14と上側タイプレート16との間に支えられて
いる。燃料棒12は複数の低圧力損スペーサ格子18を
貫通しているが、格子のうちの二つだけがこの要部断面
図に示されているにすぎない。現在の原子炉設計を仮定
すれば9個までの低圧力損スペーサ格子を用いることが
できる。低圧力損スペーサ格子18は燃料集合体10の
全長にわたり棒12の中間の支持を提供して棒の相互間
隔を維持し、他方では棒の横振動を抑制する。中央の方
形のチャネル44は燃料棒12のアレーの中心に存在す
る。外側の方形のチャネル11は燃料棒12及びスペー
サ18を囲む。
見た破断斜視図であり、部分的に除去された外側チャネ
ル11と共に低圧力損スペーサ格子18のうちの一つを
示す。燃料棒12の大部分は図を分かりやすくするため
に図2には示されていないが、集合体10は9×9の燃
料アレーを収容する。この明細書では9×9燃料棒アレ
ーを対象としているが、この種のアレーは説明のために
選ばれたにすぎない。この発明は8×8、10×10及
び11×11を含む別のアレーと共に用いることができ
るが、これらに限定されることはない。
18は四つの壁20a、20b、20c、20dを形成
する周縁帯板20を備える。各壁20a、20b、20
c、20dは前縁又は上流縁21bと後縁又は下流縁2
1aとを有する。集合体を通る冷却材流の方向は図2に
矢印Fで示されている。格子部材22、24は相互に直
角に配置され、周縁帯板20内の領域を9個の分離され
た副領域に分割する。格子部材22、24は周縁帯板2
0に固定されている。格子部材22、24はそれぞれ前
縁又は上流縁(図示されていない)及び後縁又は下流縁
22a、24aを有する。壁20a、20b、20c、
20d及び格子部材22、24の上流縁及び下流縁は共
に、冷却材流に対する抵抗を減らすために凸状の輪郭に
することができる。8個の副領域は燃料棒12を収容
し、中央の副領域はチャネル壁46により形成される中
央の水チャネル44を収容する。大部分の燃料棒は分か
りやすくするために図2には示されていない。正方形の
中央水チャネル44が図2に示されているが、別の形も
知られておりかつ利用できる。中央のチャネル壁46は
燃料集合体10の長さを伸ばし、水が中央の水チャネル
44を通り燃料集合体10の底から頂へ流れることを可
能にする。
d及び格子部材22、24は図4に示す基本的な卵用枠
箱形構造を作る。ジルコニウムの合金であるジルカロイ
は、その低い中性子吸収特性のゆえに卵用枠箱形構造の
ための有利な材料である。ジルカロイの最もよく知られ
た二つの形式はASTM規格B350−91(1991
年)に記載されているジルカロイ2及びジルカロイ4で
ある。それぞれの合金はR60802及びR60804
の組成を有する。
ークを備え、ばねフォークのうちの二つは下側ばねフォ
ーク36であり、他の二つは上側ばねフォーク34であ
る。各ばねフォークは図3に示すように、端部支持材3
9に取り付けられた三つの異なる長さの6対のばね帯板
から形成されている。
a、20c及び格子部材24の上部に設けられた開口4
0を貫いてスペーサの卵用枠箱形構造中へ延びる。側壁
20aの開口40を貫いて延びるばね帯板対38aを備
える上側ばねフォーク34の一部が図2に示されてい
る。ばね帯板対38aは更に格子部材24の開口40を
貫き隣接する副領域中へ延びる。ばね帯板38aの長さ
はこれらの帯板が隣接する副領域へ入るがこれを完全に
は貫かないような長さである。上側ばねフォーク34の
ばね帯板38bは側壁20aの開口40を貫き中央の副
領域中へ延びる。分かりやすくするために図2には示さ
れていないが、上側フォーク34のばね帯板38cは同
様に側壁20aの開口40を貫き、壁20a、20bに
より部分的に形成された隅の副領域へ入りかつこれを貫
き、更に格子部材24の開口40を貫き次の隣接する副
領域中へ延びる。
くするために図2には示されていない)は同様に周縁帯
板壁20cの開口40を貫いて卵用枠箱形構造中へ延び
る。両方の上側ばねフォーク34が図4に示されてい
る。複数対のばね帯板38a、38b、38cは側壁2
0cに隣接する副領域中へ延びる。更に図4に示すよう
に、二つの上側ばねフォーク34はこれらのばね帯板対
が延びるのと同じ平面上で燃料集合体中に設けられてい
る。
フォークの下方に置かれた下側ばねフォーク36が設け
られている。下側ばねフォーク36の複数対のばね帯板
38a、38b、38cは、周縁壁20b及び案内部材
22の下側又は上流側の部分に設けられた開口42を貫
いて延びる(図2及び図5参照)。側壁20a、20c
及び格子部材24中の開口40は側壁20b、20d及
び格子部材22中の開口42より高い軸線方向位置に置
かれている。分かりやすくするために図2には示されて
いないが、第2の下側ばねフォーク36が側壁20dの
開口を貫きかつ格子部材22の開口42を貫き卵用枠箱
形構造中へ延びる(図5参照)。両方の上側ばねフォー
ク34及び両方の下側ばねフォーク36の各ばね帯板対
が燃料集合体中へ延びる。
ォークにより占められた平面に平行な平面上に置かれて
いる。図2、図4及び図5に示すように、下側ばねフォ
ークのばね帯板は上側ばねフォークのばね帯板の方向に
対し直角な方向へ延びる。
26及び周縁帯板20の交差及び重畳は、燃料棒12が
通って延びる燃料棒通路55を形成する(図6参照)。
72本の通路55が図2に示された9×9燃料集合体の
ために画成されている。完全に装填された燃料集合体で
は一つの燃料棒が各通路55を占めるが、図6では説明
のために八つの副領域のそれぞれから一つの燃料棒が取
り除かれている。
8は燃料棒12に逆らって働くばね部材41を有する。
図3はばねフォークの平面図であり各ばね帯板のばね部
材41の位置を示す。各上側ばねフォーク34及び下側
ばねフォーク36のうちの少なくとも一つのばね部材4
1は、相互に垂直な少なくとも二つの異なる方向へ反作
用負荷を供給し、横振動に対して通路55内の燃料棒1
2を拘束する(図6参照)。各燃料棒12は単にばね部
材41によるか、又は周縁帯板20及び格子部材22、
24に形成されたくぼみ43a、43bと共にばね部材
41により、四つの方向へ通路55中で拘束されている
(図2及び図6参照)。くぼみ43bは周縁帯板20及
び格子部材22、24の下流縁又は後縁の近くに置か
れ、他方ではくぼみ43aは周縁帯板20及び格子部材
22、24の上流縁又は前縁の近くに置かれている。く
ぼみ対はくぼみ43a及びくぼみ43bにより形成され
ている。各くぼみ対は燃料集合体の同じ半径方向位置に
置かれている。くぼみ43a、43bは「貫流形」、す
なわち圧力損の低減のために頂及び底で開放されている
のが有利である。
2は、(a)二つのばね部材41及び二つのくぼみ対、
又は(b)三つのばね部材及び一つのくぼみ対、又は
(c)四つのばね部材の協働作用により通路55内に拘
束されている。この発明では正方形の9×9燃料集合体
が図示されているが、正方形又は方形のアレー以外の燃
料配置を選択できること、また各燃料棒を通路55内に
拘束するばね部材及びくぼみの数が変化することは当業
者にとって明らかである。
クの1対のばね帯板38aを示す。ばね帯板対38b、
38cは分かりやすくするために図7ないし図10から
省略されているが、これらが一層短くかつ少ないばね部
材41を有することを除けばばね帯板対38aと同じ構
造を有する。
向へ交互に並ぶ湾曲部58から形成されたばね部材41
を有する。ばね部材41及び湾曲部58は3側面の溝又
は流路を形成するために垂直に延びる。一たび燃料棒を
装填されると、湾曲部58が燃料棒上に拘束力を加え
る。
ふさがれていない流れ空間を形成する逆向きの湾曲部を
備え交互に隣接し対を成す湾曲部58の間で点溶接60
により結合されている。湾曲部58により形成されたふ
さがれていない流れ空間62は六角形であり、冷却材は
低圧力損スペーサ18を貫いて妨げられずに流れること
ができる。点溶接されていない対を成す湾曲部58は、
ばね帯板38aの形状及び弾力のためにばね帯板38a
の後縁で間隙64を形成するように位置決めされてい
る。ばね部材41の前縁を除いて各ばね帯板38aの前
縁又は上流縁68は隣接する縁70を形成する(図10
参照)。有利な実施例では前縁又は底縁68の隣接する
縁が一体に溶接されている。ばねフォークのための有利
な材料はインコネル、すなわち高い強度を有し照射中に
少ないばね弛緩を示すニッケル合金である。冷却材流に
対する抵抗を最小にしかつ中性子吸収材料の質量及び体
積を低減するために、帯板材料は比較的薄くすなわち8
ないし12ミル厚とするのが有利である。
ない)状態では、湾曲部58は列に沿って一直線上にあ
るのではなく、むしろばね帯板38aにより供給される
総合的なばね力により変位しかつ傾けられている。燃料
棒12が通路55内に置かれるとき、湾曲部58は燃料
棒12上に拘束力を加え、間隙64は図8に示すように
閉じる。
は、冷却材流に対する抵抗を最小にし圧力損を低減する
ために凸状に輪郭を付けることができる。隣接する縁7
0は更に圧力損を低減するために凸状に輪郭を付けるこ
とができる。中性子吸収材料の体積を低減するために窓
72をばね帯板38a中に形成することができる。
材39へ取り付けられている。端部支持材39は垂直に
延び、有利な実施例では封止面82を提供するように成
形されている。端部支持材39の高さはばね帯板対38
aの高さを越えて延び、かつバイパス流を無くせないに
しても減らすために、外側チャネル11の内壁に対し封
止面82を当接状態に保つためにばね弾性を提供する。
各低圧力損スペーサ18のために、上側ばねフォーク3
4及び下側ばねフォーク36が相互に僅かに異なる高さ
に置かれている。スペーサ18の周縁壁20a、20
b、20c、20dと外側チャネル11の内壁との間を
通常は通るバイパス流が低減される。
バイパス流を許すことが望ましいかもしれない。燃料集
合体の隅の燃料棒は、燃料集合体の隅領域を通る冷却材
流速が通常低いので普通は冷却不足である。このような
低い流速を補償するために、隅の燃料棒の濃縮度はこれ
らの棒の過熱を防止するために通常低減されている。も
しバイパス流が隅の燃料棒に対し選択的に供給されるな
らば、この種の棒に対する線出力密度の正味の増加をも
たらすこの種の棒の濃縮度はさほど低減する必要はな
い。燃料集合体の全幅を伸ばさない封止面を備えるばね
フォークを利用することにより、隅の燃料棒に対する選
択的に制限したバイパス流及び集合体の隅の副領域中の
最適な流れを得ることができる。この種の最適な流れは
集合体内の他の燃料棒ばかりでなく隅の燃料棒からの動
力発生を最大にする。
造を提供する周縁壁20a、20b、20c、20d及
び格子部材22、24よりずっと強い材料から作られる
のが有利である。ばねフォーク34、36と卵用枠箱形
構造との間で可能な相対運動が制限されているので、チ
ャネル11の取り付け又は取り外しによる低圧力損スペ
ーサ18の損傷の可能性が減る。チャネル11の取り付
け又は取り外しによるスペーサの損傷の可能性は更に、
ばねフォークを卵用枠箱形構造の材料より強くかつ照射
により脆化することが少なくかつ弾性の一層高い材料か
ら作ることにより低減される。外側チャネルの取り付け
又は取り外しによるスペーサの損傷の可能性は、ばねフ
ォークと燃料棒との間ばかりでなく封止装置と外側チャ
ネルとの間の相対運動が許されるのでなお一層低減され
る。
いて減速の増加ばかりでなくウラン利用の改善を達成で
きる一つの方法は、原子炉炉心の上半部において燃料棒
の直径を減少することである。もし一つ以上の燃料棒が
原子炉の運転中に破損するならば、原子炉からの燃料集
合体全体の出費のかかる時期尚早の取り外しを避けるた
めに、この種の破損棒を交換することがしばしば望まし
い。原子炉からの取り外しの後に、燃料集合体の修理は
燃料集合体の上側タイプレートの取り外し、破損燃料棒
の上方への引き抜き、破損燃料棒の交換及びタイプレー
トの復旧を含む。上端部に減少した直径を有する燃料棒
を収容するスペーサ格子設計を利用する燃料集合体は、
破損燃料棒を交換する従来の方法を用いて修理すること
はできない。なぜならば燃料棒の直径の大きい下側部分
を上側スペーサ格子を通って取り外すことができないか
らである。この種の可変直径を有する燃料棒を利用する
燃料集合体の修理方法は、燃料集合体の倒立及び上側タ
イプレートの代わりに下側タイプレートの取り外しを含
む。燃料集合体の倒立は困難であり費用がかかり、かつ
核燃料集合体の設計変更及びこれに伴う運転上の危険を
招くおそれがある。
サの別の要素に溶接されてもいないしまたボルト止めさ
れてもおらず容易に取り外すことができる。唯一及び/
又は多重の直径を有する燃料棒は共に、まずばねフォー
クを取り外す必要なしにばねフォーク34、36の弾性
のゆえに燃料集合体の頂部から取り外すことができる。
もし原子炉の運転の結果として一つ以上の燃料棒が燃料
集合体からの取り外しを妨げる物理的変化又は変形を受
けるならば、この発明により従来の修理方法を燃料棒の
直径を低減した又は低減していない燃料集合体に対して
実施できる。この発明によれば図2に示すように、破損
燃料棒12を拘束するばねフォーク34、36が卵用枠
箱形構造から取り外される。この種の破損燃料棒のため
のばねフォークの取り外しにより、燃料集合体又はスペ
ーサ格子の損傷なしに破損燃料棒を上向きに引き抜くこ
とができる。燃料棒の交換後にばねフォーク34、35
が卵用枠箱形構造中へ再び挿入される。
方法により中央の水チャネルに固定される。有利な実施
例では保持帯板86は、スペーサ格子18の所望の軸線
方向位置のすぐ下及び上の位置で、点溶接88により中
央の水チャネル壁46に固定される。四つの保持帯板8
6(二つが図2に示されている)がスペーサ格子18の
すぐ上方に置かれ、そして冷却材流中へ延びて中央の水
チャネル壁46上に凝縮する液体を燃料棒12の方へ向
かわせるという補助的な役目を果たす流れ案内耳90を
有する。液体は棒の上の水膜として集まり、それにより
局部的な熱伝達を改善することができる。保持帯板はス
ペーサ格子18の軸線方向位置のすぐ下にも同様に設け
られて固定される。
する。低圧力損スペーサは一層大きい燃料棒直径の利用
を可能にし燃料サイクルコストを改善する。燃料集合体
の減速の増加は炉心の上部領域における燃料棒の直径の
減少により達成され、このことは等価燃料重量kg当た
り約20ドルだけ燃料サイクルコストを改善する。従来
の燃料棒又は燃料集合体の上側領域に直径の減少した燃
料棒を含む集合体中の燃料棒の交換が、スペーサ又は別
の燃料棒に損傷を与えることなく達成される。燃料集合
体の動力性能は、凝縮する液体の水の外側チャネル及び
中央チャネルから燃料棒表面への移動を改善することに
より増加される。減少した圧力損のゆえに少なくとも一
つの余分なスペーサを燃料集合体内に設けることがで
き、このスペーサは炉心の上側領域のスペーサ格子間の
スパンを減少し、その結果冷却材への熱伝達をなお一層
改善する。
施例を示すが、この発明の真の趣旨及び範囲から逸脱す
ることなく種々の変更及び修正を行うことができること
は当業者にとって明らかである。
典型的な沸騰水型原子炉用燃料集合体の長手方向要部断
面図である。
を斜め上から見た破断斜視図である。
する一つのばねフォークの平面図である。
合体の切断線IV−IVによる断面図である。
合体の切断線 V−V による断面図である。
料集合体の水平断面図である。
の斜め上から見た部分斜視図である。
め上から見た部分斜視図である。
め上から見た部分斜視図である。
分斜視図である。
Claims (48)
- 【請求項1】 複数の平行な細長い燃料棒から形成され
た核燃料集合体の燃料棒を位置決めしかつ保持するため
の低圧力損スペーサにおいて、燃料棒が貫通して延びる
集合体内の領域を囲む周縁帯板と、この領域を複数の副
領域に分割するために領域内で延びかつ領域内に配置さ
れた複数の格子部材と、第1の端部帯板及びこの第1の
端部帯板に固定された第1のばね帯板の複数の平行な対
から成る第1のばねフォークと、第2の端部帯板及びこ
の第2の端部帯板に固定された第2のばね帯板の複数の
平行な対から成る第2のばねフォークとを備え、周縁帯
板が上流縁及び下流縁を有して上流縁の近くに設けられ
た複数の第1の開口及び下流縁の近くに設けられた複数
の第2の開口を形成し、格子部材が周縁帯板に固定さ
れ、複数の格子部材の各一つが格子上流縁及び格子下流
縁を有し、格子部材が周縁帯板の上流縁の近くに設けら
れた複数の第1の開口及び周縁帯板の下流縁の近くに設
けられた複数の第2の開口を形成し、第1のばね帯板の
平行な対の各一つが領域の中へそして周縁帯板の複数の
第1の開口のうちの相応の一つを貫いて延び、更に格子
部材の複数の第1の開口のうちの相応の一つを貫いて延
び、第1の平面上に設けられた第1のフォークが第1の
ばね帯板の複数の対により決定される第1の方向へ延
び、第2のばね帯板の平行な対の各一つが領域中へそし
て周縁帯板の複数の第2の開口のうちの相応の一つを貫
いて延び、更に格子部材の複数の第2の開口のうちの相
応の一つを貫いて延び、第2のフォークが第1の平面に
ほぼ平行な第2の平面上に置かれ、第2の平面が第2の
ばね帯板の複数の対により決定される第2の方向へ延
び、それにより燃料棒が貫いて延びる燃料棒通路を形成
するように第2のばねフォークが第1のばねフォークに
重ねられることを特徴とする核燃料集合体のための低圧
力損スペーサ。 - 【請求項2】 第1の帯板の平行な対が燃料棒通路内の
燃料棒に逆らって働く第1のばね部材を備えることを特
徴とする請求項1記載のスペーサ。 - 【請求項3】 第2のばね帯板の平行な対が燃料棒通路
内の燃料棒に逆らって働く第2のばね部材を備えること
を特徴とする請求項2記載のスペーサ。 - 【請求項4】 周縁帯板が第1の周縁くぼみ及び第2の
周縁くぼみから成る複数の周縁帯板くぼみ対を有し、第
1の周縁くぼみが周縁帯板の上流縁の近くに置かれ、第
2の周縁くぼみが周縁帯板の下流縁の近くに置かれるこ
とを特徴とする請求項3記載のスペーサ。 - 【請求項5】 格子部材が第1の格子くぼみ及び第2の
格子くぼみから成る複数の格子部材くぼみ対を有し、第
1の格子くぼみが格子部材の上流縁の近くに置かれ、第
2の格子くぼみが格子部材の下流縁の近くに置かれるこ
とを特徴とする請求項4記載のスペーサ。 - 【請求項6】 第1の周縁くぼみ、第2の周縁くぼみ、
第1の格子くぼみ及び第2の格子くぼみのうちの少なく
とも一つが、冷却材の通過のための孔を形成するのに適
していることを特徴とする請求項5記載のスペーサ。 - 【請求項7】 二つの第1のばねフォークを有すること
を特徴とする請求項6記載のスペーサ。 - 【請求項8】 二つの第2のばねフォークを有すること
を特徴とする請求項6記載のスペーサ。 - 【請求項9】 二つの第1のばねフォーク及び二つの第
2のばねフォークを有することを特徴とする請求項6記
載のスペーサ。 - 【請求項10】 各第1のばねフォークが6対のばね帯
板を有することを特徴とする請求項9記載のスペーサ。 - 【請求項11】 各第2のばねフォークが6対のばね帯
板を有することを特徴とする請求項10記載のスペー
サ。 - 【請求項12】 各対のばね帯板が直角に端部帯板に取
り付けられていることを特徴とする請求項11記載のス
ペーサ。 - 【請求項13】 第1のばね部材及び第2のばね部材の
うちの少なくとも一つが、隣接する方向及び離れて向か
い合う方向へ交互に並び冷却材の流れを妨げないために
六角形流路を形成して延びる湾曲部を有することを特徴
とする請求項12記載のスペーサ。 - 【請求項14】 第1のばね帯板の平行な対の各一つ及
び第2のばね帯板の平行な対の各一つが、交互に並び隣
接する湾曲部で一体に固定されていることを特徴とする
請求項13記載のスペーサ。 - 【請求項15】 ばね帯板がばね弾性のある材料から作
られていることを特徴とする請求項14記載のスペー
サ。 - 【請求項16】 ばね帯板が切り抜き部を有することを
特徴とする請求項15記載のスペーサ。 - 【請求項17】 第1のばねフォークの第1の端部帯板
は、燃料棒が貫いて延びる領域の外側から領域内へ冷却
材を向かわせる封止装置を備えることを特徴とする請求
項16記載のスペーサ。 - 【請求項18】 第2のばねフォークの第2の端部帯板
は、燃料棒が貫いて延びる領域の外側から領域内へ冷却
材を向かわせる封止装置を備えることを特徴とする請求
項17記載のスペーサ。 - 【請求項19】 封止装置が成形封止面を有するのに適
した第1の端部帯板であることを特徴とする請求項18
記載のスペーサ。 - 【請求項20】 封止装置が成形封止面を有するのに適
した第2の端部帯板を備えることを特徴とする請求項1
9記載のスペーサ。 - 【請求項21】 周縁帯板がジルカロイから作られてい
ることを特徴とする請求項20記載のスペーサ。 - 【請求項22】 格子部材がジルカロイから作られてい
ることを特徴とする請求項21記載のスペーサ。 - 【請求項23】 ばねフォークがインコネルから作られ
ていることを特徴とする請求項22記載のスペーサ。 - 【請求項24】 集合体の底の近くに置かれた下側タイ
プレートと集合体の頂の近くに置かれた上側タイプレー
トとの間に支えられた複数の細長い燃料棒と、集合体の
底から集合体の頂の方へ燃料棒の周囲で冷却材/減速材
を導くために複数の燃料棒を囲む外側チャネルと、集合
体の底から集合体の頂へ内側チャネルを通って冷却材/
減速材を導くための少なくとも一つの壁を有する内側チ
ャネルと、燃料棒を位置決めし保持するための少なくと
も一つの低圧力損スペーサとを有する沸騰水型原子炉用
核燃料集合体において、スペーサは、燃料棒が貫通して
延びる集合体内の領域を囲む周縁帯板と、この領域を複
数の副領域に分割するために領域内で延びかつ領域内に
配置された複数の格子部材と、第1の端部帯板及びこの
第1の端部帯板に固定された第1のばね帯板の複数の平
行な対から成る第1のばねフォークと、第2の端部帯板
及びこの第2の端部帯板に固定された第2のばね帯板の
複数の平行な対から成る第2のばねフォークとを備え、
周縁帯板が上流縁及び下流縁を有して上流縁の近くに設
けられた複数の第1の開口及び下流縁の近くに設けられ
た複数の第2の開口を形成し、格子部材が周縁帯板に固
定され、複数の格子部材の各一つが格子上流縁及び格子
下流縁を有し、格子部材が周縁帯板の上流縁の近くに設
けられた複数の第1の開口及び周縁帯板の下流縁の近く
に設けられた複数の第2の開口を形成し、第1のばね帯
板の平行な対の各一つが領域の中へそして周縁帯板の複
数の第1の開口のうちの相応の一つを貫いて延び、更に
格子部材の複数の第1の開口のうちの相応の一つを貫い
て延び、第1の平面上に設けられた第1のフォークが第
1のばね帯板の複数の対により決定される第1の方向へ
延び、第2のばね帯板の平行な対の各一つが領域中へそ
して周縁帯板の複数の第2の開口のうちの相応の一つを
貫いて延びるとともに格子部材の複数の第2の開口のう
ちの相応の一つを貫いて延び、第2のフォークが第1の
平面にほぼ平行な第2の平面上に置かれ、第2の平面が
第2のばね帯板の複数の対により決定される第2の方向
へ延び、それにより燃料棒が貫いて延びる燃料棒通路を
形成するように第2のばねフォークが第1のばねフォー
クに重ねられることを特徴とする沸騰水型原子炉用核燃
料集合体。 - 【請求項25】 第1のばね帯板の平行な対が燃料棒通
路内の燃料棒に逆らって働く第1のばね部材を備えるこ
とを特徴とする請求項24記載の燃料集合体。 - 【請求項26】 第2のばね帯板の平行な対が燃料棒通
路内の燃料棒に逆らって働く第2のばね部材を備えるこ
とを特徴とする請求項25記載の燃料集合体。 - 【請求項27】 周縁帯板が第1の周縁くぼみ及び第2
の周縁くぼみから成る複数の周縁帯板くぼみ対を有し、
第1の周縁くぼみが周縁帯板の上流縁の近くに設けら
れ、第2の周縁くぼみが周縁帯板の下流縁の近くに設け
られることを特徴とする請求項26記載の燃料集合体。 - 【請求項28】 格子部材が第1の格子くぼみ及び第2
の格子くぼみから成る複数の格子部材くぼみ対を有し、
第1の格子くぼみが格子部材の上流縁の近くに設けら
れ、第2の格子くぼみが格子部材の下流縁の近くに設け
られることを特徴とする請求項27記載の燃料集合体。 - 【請求項29】 第1の周縁くぼみ、第2の周縁くぼ
み、第1の格子くぼみ及び第2の格子くぼみのうちの少
なくとも一つが、冷却材の通過のための孔を形成してい
ることを特徴とする請求項28記載の燃料集合体。 - 【請求項30】 二つの第1のばねフォークを有するこ
とを特徴とする請求項29記載の燃料集合体。 - 【請求項31】 二つの第2のばねフォークを有するこ
とを特徴とする請求項29記載の燃料集合体。 - 【請求項32】 二つの第1のばねフォーク及び二つの
第2のばねフォークを有することを特徴とする請求項2
9記載の燃料集合体。 - 【請求項33】 各第1のばねフォークが6対のばね帯
板を有することを特徴とする請求項32載の燃料集合
体。 - 【請求項34】 各第2のばねフォークが6対のばね帯
板を有することを特徴とする請求項33記載の燃料集合
体。 - 【請求項35】 各対のばね帯板が直角に端部帯板に取
り付けられていることを特徴とする請求項34記載の燃
料集合体。 - 【請求項36】 第1のばね部材及び第2のばね部材の
うちの少なくとも一つが、隣接する方向及び離れて向か
い合う方向へ交互に並び冷却材の流れを妨げないために
六角形流路を形成して延びる湾曲部を有することを特徴
とする請求項35記載の燃料集合体。 - 【請求項37】 第1のばね帯板の平行な対の各一つと
第2のばね帯板の平行な対の各一つとが、交互に並び隣
接する湾曲部で一体に固定されていることを特徴とする
請求項36記載の燃料集合体。 - 【請求項38】 ばね帯板がばね弾性のある材料から作
られていることを特徴とする請求項37記載のスペー
サ。 - 【請求項39】 ばね帯板が切り抜き部を有することを
特徴とする請求項38記載のスペーサ。 - 【請求項40】 第1のばねフォークの第1の端部帯板
が、外側チャネルと周縁帯板との間に存在する流れ空間
を封止する第1の封止装置を備えることを特徴とする請
求項39記載の燃料集合体。 - 【請求項41】 第2のばねフォークの第2の端部帯板
が、外側チャネルと周縁帯板との間に存在する流れ空間
を封止する第2の封止装置を備えることを特徴とする請
求項40記載の燃料集合体。 - 【請求項42】 第1の封止装置が第1の端部帯板から
形成された成形面であることを特徴とする請求項41記
載の燃料集合体。 - 【請求項43】 第2の封止装置が第2の端部帯板から
形成された成形面であることを特徴とする請求項42記
載の燃料集合体。 - 【請求項44】 周縁帯板がジルカロイから作られてい
ることを特徴とする請求項43記載のスペーサ。 - 【請求項45】 格子部材がジルカロイから作られてい
ることを特徴とする請求項44記載の燃料集合体。 - 【請求項46】 ばねフォークがインコネルから作られ
ていることを特徴とする請求項45記載の燃料集合体。 - 【請求項47】 内側チャネルに少なくとも一つの低圧
力損スペーサを固定するための保持帯板装置を備えるこ
とを特徴とする請求項46記載の燃料集合体。 - 【請求項48】 保持帯板装置が、内側チャネル壁上に
凝縮する液体を燃料棒の方へ向かわせるために、領域内
に延びる内側チャネル壁用流れ案内耳装置を備えること
を特徴とする請求項47記載の燃料集合体。
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