JP5739432B2 - 固定されていない部分長さの燃料棒を有するｂｗｒ核燃料アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ベースと、ヘッドと、完全長さの燃料棒及び部分長さの燃料棒のバンドルと、を備えた沸騰水型原子炉用核燃料アセンブリに関連しており、前記バンドルは前記ベースと前記ヘッドの間を縦方向に延在しており、少なくとも一つの部分長さの燃料棒は、前記ベース内に提供されるハウジング内に受け入れられる下端を有しており、前記ハウジングは前記下端より大きな閉ざされた底部により区切られている。

前記完全長さの燃料棒（以下の詳細な説明においてＦＬＦＲｓ）は、原子炉の作動の間に、ＦＬＦＲｓが縦方向の膨張を許容する小さな縦方向ギャップを有しながら、前記燃料アセンブリの前記ベースと前記ヘッドとの間に収められている。

一般的に、前記ＦＬＦＲｓの上端は、前記核燃料アセンブリのヘッドに取り付けられている。

前記部分長さの燃料棒（以下の詳細な説明においてＰＬＦＲｓ）は、熱水力安定性及び中性子減速の理由のために沸騰水型原子炉（以下の詳細な説明においてＢＷＲ）で利用されている。

ＰＬＦＲｓは、前記核燃料アセンブリのベースから上方に延在し、及び前記燃料アセンブリのヘッドから所定の距離で停止する。一般的に、前記ＰＬＦＲｓの長さは、ＦＬＦＲｓの長さの２５％から７５％を備えている。

前記燃料棒は、該燃料棒に沿って間隔があいた複数のスペーサグリッドにより縦方向及び横方向に位置され、及び保持されている。これらのスペーサグリッドは、照射の下で前記燃料ロッドの膨張を調整するために、前記スペーサグリッド内で前記燃料棒の局所的な、及び限定された滑り運動を可能にしている。

それにも関わらず、特定の作動条件の下で、前記スペーサグリッドにより前記燃料棒のバンドルに適用される縦方向の保持力は、いくらかの棒の縦方向の広範囲な移動を避けるのに十分でない。

結果として、ＰＬＦＲｓが原子炉の作動の間に離昇し、及び所望しない位置に到達することを避けるために、一般的にＰＬＦＲｓは燃料アセンブリのベースに取り付けられている。

特許文献１は、燃料アセンブリのベース内に提供される貫通孔内で溶接された弾性ブッシングを通して、各々のＰＬＦＲに対してそのような取り付けがなされている燃料アセンブリを開示している。

しかしながら、そのような設計は、核燃料アセンブリのベースに追加部分の溶接を必要とし、及びそれ故製造が複雑で高価となる。

特許文献２は、よりシンプルで安い設備を教示している。クレーム１の序文に対応しているこの設備において、ベースと一体であり、及びハウジングを形成しているクリップを通して、ＰＬＦＲｓの下端は核燃料アセンブリのベースに取り付けられている。しかしながら、そのような設備は、前記クリップに対して適切な耐性を達成するために、特定の機械加工をさらに必要としている。それ故、そのような設備が十分であると同時に、その設計を簡素化し、そのコストを下げることがさらに望まれている。

ＤＥ−２０１ ０５ ９１３ ＵＳ−２００８／１０１５２８

本発明の目的は、それ故、原子炉の作動の間に、ＰＬＦＲｓの離昇の危険を減少させ、及び簡素な設計を有しており、低コストを含んでいる燃料アセンブリを提供することである。

この目的のために、本発明は請求項１に記載の燃料アセンブリに関連している。

特定の実施形態において、前記燃料アセンブリは、従属請求項２から１１の特徴の一つまたはいくつかを備えていてもよい。

本発明及びその利点は、添付の図面の参照とともに、単に例としてのみ与えられた以下の説明を読むことでより理解される。

図１は、本発明によるＢＷＲ核燃料アセンブリの概略透視図である。 図２は、図１の核燃料アセンブリの下部のデブリフィルタと、二つのＰＬＦＲとの接続を図示している概略透視図である。 図３は、図２の部分ＩＩＩの拡大図である。

図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用の核燃料アセンブリ１を示している。この核燃料アセンブリ１は、垂直な縦方向Ｌに沿って延在している。そのような核燃料アセンブリ１は、原子炉の作動の間に冷却材が上方へ流れるところの原子炉の炉心内に配置されることを目的としている。

前記燃料アセンブリ１は、従来的に、
−炉心の下部プレートに置かれることを目的としているベース２と、
−ヘッド３と、
−燃料棒のバンドル４であって、前記ベース２とヘッド３との間を縦方向に延在しているバンドル４と、
−前記バンドル４の内部に配置され、及びベース２をヘッド３に接続させている水チャネル５と、
−縦方向Ｌに沿って間隙があいた複数のスペーサグリッド６であって、前記バンドル４を縦方向及び横方向に維持する複数のスペーサグリッド６と、
−前記バンドル４を囲み、前記ベース２及び前記ヘッド３に固定された燃料チャネル７と、
を備えている。

燃料チャネル７の一部だけが図１に示されている。

前記バンドル４は、完全長さの燃料棒９（ＦＬＦＲ）と、図１には示されていない部分長さの燃料棒１１（ＰＬＦＲ）と、備えている。

これらＰＬＦＲｓの二つだけが、図２及び３に部分的に示されている。開示された実施形態において、燃料アセンブリ１は、２０本のＰＬＦＲ１１と、９２本のＦＬＦＲ９と、を備えている。しかしながら、これらの数は実施形態毎に変化してもよい。

各々の前記ＦＬＦＲｓ９及びＰＬＦＲ１１ｓは、核燃料ペレットを含有する被覆材を備えており、上部及び下部プラグにより閉ざされている。下部プラグ１２は、図２及び３で見ることができる。

前記ＦＬＦＲｓ９は、従来の方法、例えば前記ＦＬＦＲｓ９の上部プラグ上に提供されるピンを受け入れるホールを有するグリッドにより、その上端を通して前記ヘッド３に取り付けられている。

前記ＦＬＦＲｓ９は、原子炉の作動の間に、前記ＦＬＦＲｓ９の縦方向の膨張を可能にするための、前記ＦＬＦＲｓ９の下端２３と前記ベース２との間の縦方向ギャップを維持しながら、前記ヘッド３から前記ベース２に至るまで下方に延在している。

前記ＰＬＦＲｓ１１は前記ＦＬＦＲｓ９より短い。それらは前記ベース２から上方に延在し、及び前記ヘッド３から一定の距離で停止している。いくつかの実施形態において、前記燃料アセンブリ１内の前記ＰＬＦＲ１１は異なる長さを有していてもよい。

前記ベース２は、図２及び／または３に示されたデブリフィルタ１３を含んでいる。このデブリフィルタ１３は、例えば、第１の一連の平行な横断バー１５と、第２の一連の平行な横断バー１７と、を有している。前記バー１７は、前記バー１５の上に位置しており、及び例えば前記バー１５に対して垂直に延在している。

前記バー１７は、上方に開口している上部リセスの形態でハウジング２１が提供されている増大部１９を有している。各々のハウジング２１は、それぞれのＰＬＦＲ１１の下端２３を受け入れる。前記ハウジング２１は、一般的に類似の形状を有している。ただ一つのハウジング２１と、それぞれのＰＬＦＲ１１との関連が、図３に関連して以後開示される。

前記ハウジング２１は、実質的に円盤形状を有する閉じた底部２５と、実質的に円形基部の周壁２７とによって区切られている。前記周壁２７は、前記底部２５から上方に延在している。前記底部２５及び前記周壁２７は、前記増大部と一体になっている。別の実施形態において、前記ハウジング２１は、前記デブリフィルタ１３に固定された部分により区切られることができる。

前記底部２５及び前記周壁２７の区切りは、対応するＰＬＦＲ１１の下端２３の区切りより僅かに大きい。前記ＰＬＦＲ１１の下端２３は、前記ハウジング２１内で受け入れられ、及び前記底部２５上で自由な状態になっている。これは、前記ベース２が、前記ＰＬＦＲ１１を前記デブリフィルタ１３に対して上方に動くことから縦方向に固定しないことを意味している。

図３において、右のＰＬＦＲ１１は、描写を容易にするためだけに前記ベース２から離れて示されているが、全てのＰＬＦＲ１１は、それぞれのハウジング２１内に受け入れられた下端２３を有している。

前記デブリフィルタ１３は中心部２９を有しており、前記バー１７のいくつかと接続し、及び例えば、これらのバー１７と一体となっている。貫通孔３１は、前記水チャネル５の下端を受け入れるために前記中心部２９内に提供されている。前記水チャネル５の下端は、前記貫通孔３１内で任意にねじ込みされている。

各々のハウジング２１は、対応するＰＬＦＲの下端２３より大きな閉じた底部２５と、この下端２３を囲む周壁２７により区切られており、前記下端２３は、図３における矢印３３によって示された冷却材の縦方向で上向きの流れから保護されている。

各々の下端２３はこのようにして、冷却材により印加され、及び原子炉の作動の間に引き起こる出力過多による慣性前進力を導く直接の流れ力から保護されている。

それ故、前記スペーサグリッド６により適用された縦方向の保持力は十分に残っており、及び離昇に対してＰＬＦＲを確実に保持するための特定の設備を避けると同時に、ＰＬＦＲ１１の離昇の危険は減少される。

前記燃料アセンブリ１は、それ故、製造コストが安いシンプルな設計を有している。

前記ハウジング２１内の前記ＰＬＦＲ１１の下端２３の噛み合い（engagement）は、前記デブリフィルタ１３が、前記水チャネル５に関して中心の縦軸Ｌの周りを回ることを防いでいる。それ故、ねじ込み接続は、前に説明したように、追加の回転防止機能を必要とすることなく前記水チャネル５と前記デブリフィルタ１３との間に任意的に提供されることができる。これは、前記燃料アセンブリ１の製造コストをさらに減少することを助ける。

さらに、前記ＰＬＦＲ１１の下端２３は、特定の設計を必要とせず、及びそれらはそれ故、ＦＬＦＲ９の下端２３より下のプラグ１２と類似の形状かまたは全く同じであることができ、それによって、前記燃料アセンブリ１のコストをさらに減少させている。

前記ベース２と前記ＰＬＦＲ１１との間の上述した関係は、デブリフィルタ１３よりもベース２の他の部分を通して実行されうる。

同様に、前記ＰＬＦＲの一部だけ、またはただ一つだけがそのような関係を示してもよい。

開示された実施形態において、前記下端２３は、実質的に円形基部を有しているが、他の形状も予期されることができる。

１ 燃料アセンブリ
２ ベース
３ ヘッド
４ バンドル
５ 水チャネル
９ 完全長さの燃料棒（ＦＬＦＲｓ）
１１ 部分長さの燃料棒（ＰＬＦＲｓ）
１２ 下部プラグ
１３ デブリフィルタ
１７ バー
１９ 増大部
２１ ハウジング
２３ 下端
２５ 底部
２７ 周壁
３１ 貫通孔

Claims (11)

1. 沸騰水型原子炉用の核燃料アセンブリであって、
   ベース（２）と、ヘッド（３）と、完全長さの燃料棒（９）及び部分長さの燃料棒（１１）のバンドル（４）と、を備えており、
   前記バンドル（４）は、前記ベース（２）と前記ヘッド（３）との間を縦方向に延在しており、少なくとも一つの部分長さの燃料棒（１１）は、前記ベース（２）内に提供されたハウジング（２１）内に受け入れられる下端（２３）を有しており、及び前記ハウジングは前記下端（２３）より大きな閉じた底部（２５）により区切られており、
   前記ハウジング（２１）はさらに、前記下端（２３）を取り囲む周壁（２７）により区切られており、及び前記部分長さの燃料棒（１１）は、前記ハウジング（２１）の前記底部（２５）上で自由な状態にあることを特徴とする核燃料アセンブリ。
2. 各々の部分長さの燃料棒（１１）は、前記ベース（２）内に提供されたハウジング（２１）に受け入れられる下端（２３）を有しており、各々のハウジング（２１）は、それぞれの下端（２３）より大きな閉じた底部２５、及びそれぞれの下端（２３）を取り囲んでいる周壁（２７）によって区切られており、各々の部分長さの燃料棒（１１）は、前記それぞれハウジング（２１）の底部（２５）上で自由な状態にあることを特徴とする請求項１に記載の核燃料アセンブリ。
3. 前記ベース（２）は、デブリフィルタ（１３）を含んでおり、前記ハウジング（２１）は前記デブリフィルタ（１３）内に提供されている請求項１または２に記載の核燃料アセンブリ。
4. 前記ハウジング（２１）に対して、前記閉じた底部（２５）及び前記周壁（２７）は、前記デブリフィルタと一体である請求項３に記載の核燃料アセンブリ。
5. 前記ハウジング（２１）は、前記ベース（２）内に形成されたリセスであり、及び上方へ開口している請求項１から４のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
6. 前記ハウジング（２１）に対して、前記閉じた底部（２５）及び前記周壁（２７）は、前記デブリフィルタと一体であり、及び前記デブリフィルタ（１３）は、前記リセスが形成されている複数の横断バー（１７）を有している請求項５に記載の核燃料アセンブリ。
7. 前記完全長さの燃料棒（９）及び前記部分長さの燃料棒（１１）は、類似の形状の下端（２３）を有している請求項１ないし６のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
8. 前記完全長さの燃料棒（９）及び前記部分長さの燃料棒（１１）は同一の下部プラグ（１２）を有している請求項７に記載の核燃料アセンブリ。
9. 前記燃料アセンブリ（１）は、前記ベース（２）にねじ込まれた内部水チャネル（５）を有している請求項１ないし８のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
10. 前記燃料アセンブリ（１）は、前記ベース（２）及び前記ヘッド（３）に固定された燃料チャネル（７）を有している請求項１ないし９のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。
11. 前記燃料アセンブリ（１）は、前記完全長さの燃料棒（９）及び前記部分長さの燃料棒（１１）を維持するスペーサグリッド（６）を有している請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の核燃料アセンブリ。

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