JPH1020062A

JPH1020062A - 原子炉用の燃料バンドル

Info

Publication number: JPH1020062A
Application number: JP9078708A
Authority: JP
Inventors: Gary Errol Dix; ガリー・エロール・ディクス; Bruce Matzner; ブルース・メッツナー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-01-23
Also published as: US6765979B1; ES2167679T3; DE69709430T2; EP0800180B1; DE69709430D1; EP0800180A1

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料バンドルの長さに沿った圧損を最小にす
ると共に燃料棒の表面及び隙間に付加的な液体を供給し
て、出力の発生を最適化することのできる原子炉用の燃
料バンドルを提供する。【解決手段】分離装置２０が、部分長棒ＰＬＲの上方
のベント・ボリューム１０内に且つ部分長棒ＰＬＲの上
端の上方にある１つ又はそれ以上のスペーサＳ５、Ｓ６
の上方に設けられている。分離装置２０は好ましくは、
下方に位置している部分長棒ＰＬＲがなければ燃料棒Ｒ
を受け入れているであろう格子開口２２の上方に位置決
めされているスワーラを含んでいる。このようにして、
流れが完全長燃料棒Ｒの表面上に及び隙間内に横方向外
向きに差し向けられ、スペーサを通り越す際の不利な圧
損を最小にすると同時に、出力性能を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的には、核燃料バン
ドル内のベント・ボリュームに用いられる流体分離装置
に関し、更に具体的には、隣り合った周囲の燃料棒の間
の隙間に及びこれらの燃料棒の表面に、ベント・ボリュ
ームを通る通路からの液体を最小圧損で横方向外向きに
流す装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な沸騰水型原子炉は、互いに並置
された関係にある複数の燃料バンドルで構成されている
原子炉を有している。冷却材又は減速材は、燃料バンド
ル内を及び燃料バンドル内の燃料棒の周りを上向きに流
れ、ここで、液体は出力を発生するための蒸気に変化さ
せられる。

【０００３】米国特許第５，１１２，５７０号には、複
数の部分長燃料棒（ＰＬＲ）を有している燃料バンドル
が図示されている。これらの部分長燃料棒は、各々のバ
ンドルの下部タイプレート上に支持されていると共に、
上部タイプレートに向かって上向きに延在している。し
かしながら、これらの燃料棒は、上部タイプレートに到
達せずに、且つ典型的には、燃料バンドルに沿った一対
のスペーサの間で終端している。各々の部分長燃料棒の
上端と上部タイプレートとの間には、燃料バンドルの上
部二相領域にベント・ボリュームが画定されている。こ
のベント・ボリュームは、出力発生運転の際に、燃料バ
ンドルの上部領域における液体蒸気二相混合物から蒸気
を選択的に受け取る。ベント・ボリューム内の増加した
蒸気分率及びバンドルの上部二相領域における圧損の減
少を含め、部分長燃料棒の使用に関連した多くの利点が
ある。これにより、熱水力不安定性及び核不安定性から
増大した安定性が得られる。

【０００４】燃料棒スペーサに関連した機械的ハードウ
ェアによって、燃料バンドルを通流する蒸気及び液体に
有効な流れ面積に局所的な減少が発生することが理解さ
れるであろう。これは、流れが各々のスペーサを通過す
るときに重要な圧損（圧力損失）を発生させる。部分長
燃料棒を用いることにより、これらのスペーサを通過し
て部分長燃料棒の上方へ延在している１つ又はそれ以上
の完全長燃料棒の関連する流れ閉塞効果が実質的に除去
される。即ち、１つ又はそれ以上の部分長燃料棒の上方
の格子位置において燃料棒がないため、スペーサを通る
より大きな流れ区域が、このようなスペーサを通り越す
際の圧損において結果として生ずる減少と共に得られ
る。更に、重要な流れの転換（ダイバージョン）が、部
分長燃料棒の上端の上方の低圧損通路又はベント・ボリ
ューム内で発生する。こうして、増大した蒸気及び液体
は、周囲の流れ通路から、即ち、隣り合った燃料棒の周
りの隙間領域からこれらのベント・ボリュームへ圧送さ
れる。

【０００５】しかしながら、例えば部分長燃料棒の上方
のベント・ボリュームの形成、及びこれから生ずる流れ
の転換は、燃料バンドルにおける限界出力性能をある程
度低下させ得る。付加的な水が、部分長燃料棒の上方の
ベント・ボリューム領域に蓄積され、このため、完全長
燃料棒の残部と熱を発生する接触を成さずにベント・ボ
リュームから分路し得る。分離装置が熱伝達性能を向上
させるために、ベント・ボリュームからの密度の高い液
体又は水を完全長燃料棒の表面に全体的に横方向に、及
び完全長燃料棒の間の隙間領域へ駆動するように利用さ
れてきた。このような分離装置は一般的に、ベント・ボ
リュームに設けられたスワーラの形態を採り得る。これ
らのスワーラは、螺旋形（ヘリカル）の流れパターンを
形成して、ベント・ボリュームの密度の高い液体を遠心
力によって横方向外向きに駆動させる。このような分離
装置は、スペーサの内部に位置決めされていると共に、
スペーサからスペーサの上方若しくは下方に、又はスペ
ーサの両側に延在している。しかしながら、分離装置を
スペーサの内部に位置決めすることにより、装置は、ス
ペーサを通り越す際の圧損を、完全長燃料棒がベント・
ボリューム内のそれらの格子位置を占めていた場合と実
質的に同程度まで増大させる。従って、部分長燃料棒の
使用により、圧損の部分的な又は全体的な回復が達成さ
れるが、燃料バンドルの長さに沿った圧損を減少させる
際に部分長燃料棒を導入する価値は、部分長燃料棒の上
端より上方のスペーサ内に従来の分離装置を用いること
により最小化又は排除されてしまう。

【０００６】

【発明の開示】本発明によれば、ベント・ボリュームを
有している原子炉用燃料バンドルが提供される。この燃
料バンドルでは、１つ又はそれ以上の分離装置が、スペ
ーサを通り越す際の圧損を実質的に増大させることな
く、完全長燃料棒の表面上に及び完全長燃料棒の隙間へ
液体を横方向に差し向けるように用いられている。スペ
ーサの上方に分離装置を配置すると共に、ベント・ボリ
ュームの格子位置にスペーサを通る開口を残すことによ
り、最小圧損でスペーサを通る流れの最大化が達成され
得ると同時に、付加的な液体を隣り合った完全長燃料棒
の表面上に付着させるように差し向けることが達成され
得る。このように、スペーサの上方における各々の分離
装置の配置は、圧損を実質的に増大させることなく、流
れの転換を最大にする。即ち、隣り合った完全長燃料棒
の表面上に液体を最小の圧損で付着させることによる最
大の利点は、分離装置をスペーサの真上に位置決めする
ことにより達成される。更に、スペーサ及び分離装置を
流線形にすることにより、ベント・ボリュームの長さに
沿った圧損を最小にすることができる。

【０００７】本発明の第１の好ましい形態では、分離装
置が、ベント・ボリューム内のスペーサの頂部に位置決
めされており、スワーラを含んでいてもよい。分離装置
は広い意味において、ベント・ボリューム内を上向きに
流れる液体を、横方向に隣り合った燃料棒の表面上に及
び横方向に隣り合った燃料棒の隙間内に、横方向外向き
に偏向させること又はそらせることのみを必要とするこ
とが理解されよう。その目的のために、タブ、羽根等の
ような流れ方向決め装置を用いてもよい。従って、分離
装置は、スペーサを通る開口（この開口は、燃料棒又は
減速棒を別な方法で支持している格子位置にある。）の
真上に下端を有していてもよく、次の隣り合った上方の
スペーサに向かって短距離又は延長された距離だけ延在
していてもよい。

【０００８】分離装置が好ましいスワーラを含んでいる
場合、各々のスワーラは、横方向に隣り合った燃料棒の
表面上に及び横方向に隣り合った燃料棒の隙間内に、よ
り大量の液体を遠心力によって横方向外向きに差し向け
るために、ベント・ボリューム内に螺旋形の流れ通路を
形成するようにねじれた材料から成っている単一のスト
リップで構成されていてもよい。より複雑な構成では、
それらの軸に沿って接合された２つ又はそれ以上のねじ
れたストリップが設けられている。例えば、２つの平坦
なストリップが対向端で細長い孔をあけられ、それらの
軸に沿って接合され、ストリップがそれらの長さに沿っ
て垂直を維持した状態でねじられて、任意の軸方向位置
で十字形の断面積を確立することができる。これは、フ
ォー（４つの）・ブレード・スワール装置として特徴付
けられ得る。３つのストリップが接合されて、それらの
長さに沿って６０°の角度を維持した状態でねじられれ
ば、シックス（６つの）・ブレード・スワール装置が確
立される。スワーラに対して要求される最小長さは、ブ
レードの数がスワーラ装置に追加されるにつれて減少す
ることが理解されるであろう。しかしながら、摩擦に対
する表面面積はブレードの数と共に増加し、このため、
圧損を最小にする最小長さを有するスワール装置が好ま
しい。従って、ストリップの数及びストリップがねじら
れる角度の関数であって、３６０°全体を覆う投影区域
が得られるものが、有効な分離のための最小長さであ
る。このことは、単一のねじれストリップについては、
１８０°の回転に匹敵する長さを要求する。フォー・ブ
レード・スワール装置のダブル（２つの）・ストリップ
構成に関しては、要求される最小長さは、９０°の回転
に等しく、一方、シックス・ブレード・スワール装置で
は、６０°の回転に匹敵する長さが要求される。一般
に、任意のマルチ・ブレード・スワール装置に要求され
る最小長さは、３６０°をブレードの数で除した角度に
等しいブレードの回転を生ずるものであり、それによ
り、圧損を最小にするスワール装置の長さが与えられ
る。

【０００９】更に、分離装置は、ベント・ボリューム内
に螺旋流（螺旋形の流れ）を起こさせる螺旋キリ（オー
ガ）形状を含んでいてもよい。従って、１つ又はそれ以
上のストリップの材料は、中心シャフトの周りのその縁
に巻き付けられていてもよい。この形式の分離装置は、
１つ又はそれ以上のスペーサを貫通していてもよく、装
置の螺旋流パターン発生部を各々のスペーサの真上に位
置決めするために、螺旋キリの刃はシャフト上の全長に
わたって又はシャフトに沿った間隔を置いた位置に延在
している。分離装置は又、上部タイプレートを介して除
去可能である。

【００１０】本発明の他の形態では、ストリップのねじ
れ又は巻き付けが典型的には、円形である水平投影区域
を有する形状になることが理解されるであろう。分離装
置がベント・ボリューム内で用いられるときに、１つ又
はそれ以上の燃料バンドル格子位置から１つ又はそれ以
上の燃料棒を除去することにより生ずる燃料バンドルの
正方ピッチは、直線で囲まれた、即ち円形よりも方形を
成した流路面積を形成する。各々のベント・ボリューム
において螺旋流装置を円形の投影区域と共に用いると、
円形断面積をバイパスする（側路する）流れのため、役
に立たないスワール流れパターンが発生される。本発明
によれば、重要な性能の改良が、分離装置の周辺を、結
果として得られる投影区域がベント・ボリュームの形状
と全体的に一致するように成形することにより得られ
る。例えば、分離装置を形成することにより、例えば、
初めに外側の寸法を流路よりも大きくし、次にベント・
ボリュウームの断面積と一致させるようにその外側の寸
法を最終的な形状に一致させてスワーラを形成すること
により、バイパス通路が除去され得る。

【００１１】隣り合った燃料棒の表面に液体が供給され
続けるように、次のスペーサに対して可能な限り遠くに
持続することも又、螺旋流パターンの利点である。この
ことは、スワール装置を次のスペーサに向かって更に延
長させることにより確実になり得る。しかしながら、こ
れには、延長されたスワール装置によって形成される不
利な圧損のため、トレードオフがある。このような不利
な圧損は、一様でないスワーラ装置を用いることにより
緩和され得る。例えば、スワーラ装置の悪影響は、その
ピッチ又は直径を変化させることにより、即ち、その直
径を減少させると共にピッチを垂直上向き方向に増加さ
せることにより、減少させることができる。

【００１２】分離装置は、燃料棒スペーサに永久に取り
付けられ得る。これにより、高い性能及び信頼性が得ら
れる。しかしながら、このような永久的な取り付けは、
下方に位置している部分長燃料棒の容易な取り外しを妨
げる。このため、分離装置は、取り外し可能な装置とし
てスペーサに別個に取り付けられ得るか、又は取り外し
可能な中央シャフト若しくはその他の構造支持体に集団
で取り付けられ得る。この構造支持体は、ねじれたスト
リップ装置の多重ブレード及び螺旋キリ装置を担持し得
る。

【００１３】前に述べたように、螺旋形のスワール流れ
パターンを形成する分離装置は、燃料バンドル格子の１
つ又はそれ以上の部分長燃料棒の上方に配置され得る。
１つよりも多くのこのようなスワール流れ装置が利用さ
れると、スワール装置は、流れの回転と同じ向きの又は
異なる向きの流れの回転をもたらし得る。更に、分離装
置は好ましくは、ベント・ボリューム、例えば１つ又は
それ以上の部分長燃料棒の上方に位置していることによ
り形成されているベント・ボリューム内のすべての燃料
棒スペーサの上方に配置されている。しかしながら、多
くの設計では、局所出力が燃料バンドルの頂部で十分に
減少しているので、分離装置が最も上方の燃料棒スペー
サの上方にある必要はない。

【００１４】本発明による好ましい一実施例では、原子
炉用の燃料バンドルが提供される。この燃料バンドル
は、燃料バンドルに沿って軸方向に隔設された位置に設
けられていると共に、軸方向に整列している開口を有し
ている複数のスペーサと、互いに横方向に隔たって設け
られていると共に、スペーサの選択された開口を通って
延在している複数の細長い燃料棒であって、燃料バンド
ルに沿った１つのスペーサに設けられた少なくとも１つ
の開口には、燃料棒が存在しておらず、その少なくとも
１つの開口は、１つのスペーサの上方にある周囲の燃料
棒と共にベント・ボリュームを画定している、複数の細
長い燃料棒と、ベント・ボリュームに設けられており、
周囲の燃料棒の表面上に及び隙間内に液体を横方向外向
きに流す分離装置とを含んでいる。１つの開口は、燃料
棒を包含しているスペーサの各々の開口を通る流れ面積
よりも大きい流れ面積を有しており、分離装置は、周囲
の燃料棒の表面上に及び隙間内に液体を差し向けながら
１つのスペーサを通り越す際の圧損を最小にするよう
に、ベント・ボリューム内において１つのスペーサの上
方に全体に設けられている。

【００１５】本発明による更に好ましい一実施例では、
原子炉用の燃料バンドルが提供される。この燃料バンド
ルは、互いに横方向に隔たってマトリクスを成して設け
られており、燃料バンドルの下端から上端に向かって当
該棒の周りに液体の流れを可能にしている燃料棒を含ん
でいる複数の棒と、燃料バンドルに沿って互いに隔たっ
て設けられている複数のスペーサであって、各々のスペ
ーサは、燃料棒を受け入れると共に互いに隔たってマト
リクスを成して設けられている燃料棒を保持する開口を
有しており、各々の開口はその開口を通る棒と共に、ス
ペーサを通る流体を流す第１の流れ面積を画定してお
り、少なくとも１つの棒は、周囲の燃料棒の上端より下
方の上端で終端している部分長棒であり、部分長棒の上
方に位置しているベント・ボリュームを周囲の燃料棒に
関して画定しており、少なくとも１つのスペーサは、部
分長棒の上方に設けられており、そのスペーサを貫通し
ている開口であって、ベント・ボリュームを部分的に画
定している開口を有している、複数のスペーサと、部分
長棒の上方のベント・ボリュームにおいて１つのスペー
サより上方に設けられており、周囲の隣り合った燃料棒
の表面上に及び隙間内に液体を横方向外向きに流す分離
装置とを含んでいる。１つのスペーサを貫通する開口
は、１つのスペーサを通り越す際の圧損を最小にするよ
うに、第１の流れ面積よりも大きい流れ面積を有してい
る。

【００１６】本発明の主目的は、燃料バンドルの長さに
沿った圧損を最小にすると共に燃料棒の表面及び隙間に
付加的な液体を供給して、出力の発生を最適化するよう
に、核燃料バンドルの１つ又はそれ以上のベント・ボリ
ューム内の液体と蒸気とを分離する分離装置を提供する
ことにある。

【００１７】

【実施例】図面、具体的には図１を参照すると、核燃料
バンドルが全体的に参照符号Ｂを付して示されており、
核燃料バンドルＢは、上部タイプレートＵＴＰと下部タ
イプレートＬＴＰとを包囲しているチャンネルＣを有し
ている。チャンネルＣには、下部タイプレートＬＴＰ上
に支持されている複数の核燃料棒及び減速材棒Ｒが設け
られており、これらの棒は、上部タイプレートＵＴＰへ
向かって上向きに延在している。複数のスペーサＳが、
燃料バンドルＢの高さにわたって垂直方向に互いに隔た
って設けられていると共に、垂直方向に整列した個別の
開口を格子位置に画定している。これらの格子位置は、
バンドルＢ内の棒Ｒを受け入れると共に棒Ｒを互いに対
する横方向の移動に対して制限するように、上述した開
口の規則正しい配列を成している。一般に、６つ又は７
つのスペーサが設けられており、そのうちの３つのみが
Ｓ４、Ｓ５及びＳ６の位置に示されている。このような
スペーサは、本願と共通の出願人に譲渡された米国特許
第５，２０９，８９９号に開示された形式のものであっ
てもよく、その開示はここに参照されるべきものであ
る。図１の説明から、９×９配列の棒Ｒが図示されてい
るが、例えば８×８配列又は１０×１０配列のような他
の配列が本発明で利用され得ることが理解されるであろ
う。ハンドルＨも又、図示していない核燃料炉心に対し
て燃料バンドルを持ち上げるために図示されている。

【００１８】原子炉、例えばＢＷＲ（沸騰水型原子炉）
の炉心内で燃料バンドルＢを利用する際に、例えば水の
ような冷却材又は減速材が下部タイプレートＬＴＰを通
って入り込み、上向きに且つ棒Ｒの周りを流れる。この
水が上向きに通過する間に、蒸気が発生されて、気体及
び液体の混合物が上部タイプレートＵＴＰを通って上向
きに通過する。蒸気が発生する間に、チャンネルＣは、
冷却材又は減速材の流れを核流量バンドル内に制限する
と共に、その流れを、チャンネルＣの外側を且つ図示し
ていないが同様に設けられている燃料バンドルの間を通
っている炉心バイパス容積から隔離する。

【００１９】当業者には認識されるように、スペーサを
通り越す開口の格子又は配列の各々の格子位置は、完全
長燃料棒Ｒによって占められていない。例えば、１つ若
しくはそれ以上のウォータ・ロッド又は減速材ロッド
は、バンドルＢの中心部を上向きに貫通し、多数の格子
位置を占めていてもよい。更に、１つ又はそれ以上の部
分長燃料棒ＰＬＲが、燃料バンドルＢ内の選択された格
子位置に設けられていてもよい。従って、例えば、各々
の部分長棒は、下部タイプレートＬＴＰから燃料バンド
ル内を上向きに、例えばスペーサＳ４のようなスペーサ
を貫通して延在しており、スペーサＳ４の真上で終端し
ている。部分長棒は典型的には、部分長棒の他の片持ち
梁のように形成された端に対する支持を成すように、ス
ペーサ内で又はスペーサの真上で終端している。

【００２０】例えば図２において最もよくわかるよう
に、例えば９×９配列のある格子位置におけるスペーサ
Ｓ４の上方での部分長棒ＰＬＲの終端により、部分長棒
の上端の上方に、上方に位置しているスペーサの重畳し
た開口を含んでいるベント・ボリューム１０が残されて
いる。部分長棒を採用することにより、部分長棒の上方
の各々の格子位置であって、さもなければ完全長棒によ
って占められていた格子位置における関連する流れ閉塞
効果は除去される。結果として、付加的な流れ面積が、
下方に位置している部分長棒の格子位置において上方に
位置しているスペーサ内の開口を含んでいるベント・ボ
リューム１０内に形成されており、これにより、付加的
な流れ面積及びスペーサを通り越す際の圧損の減少がも
たらされる。しかしながら、この圧損の減少は、周囲の
完全長燃料棒からの流れをそらせてベント・ボリューム
１０に流れ込ませ、限界出力性能における低下を生じさ
せ得る。しかしながら、圧損の減少は非常に有利であ
り、本発明によれば、分離装置は、完全長燃料棒の周囲
の表面に及び隙間領域内に、ベント・ボリューム内の液
体の流れを横方向外向きにそらせるために用いられてい
る。従って、本発明は、スペーサを通過する流れの圧損
を最小にすると同時に、これらのスペーサの真上の位置
における流れの転換を有利に最大にする。結果として、
本発明によれば且つ好ましい一実施例では、分離装置
は、例えば下方に位置しているスペーサにおける格子位
置に部分長棒を据え付けることにより、スペーサの真上
のベント・ボリューム内に、且つ完全長棒によって占め
られていたが、ベント・ボリュームの形成のための格子
位置に有利に配置されている。

【００２１】従って、図２を参照すると、図示された特
定の形態において、スワーラを含んでいる分離装置２０
が示されている。分離装置の目的は、スペーサを通り越
す際の圧損を最小にしたまま、完全長燃料棒の表面に及
び隙間内に流れを横方向外向きに偏向させる又はそらせ
ることにある。このため、分離装置２０は、スペーサ内
の開口２２の真上に設けられており、開口２２は、さも
なければ完全長棒によって占められていたが、部分長棒
の据え付けのためのものである。更に、分離装置２０
は、分離装置の軸方向長さが長くなれば、その装置を通
り越す際の圧損が大きくなるということが認められるの
で、流れ転換効果を達成するためのみに、ベント・ボリ
ューム１０内を軸方向に十分に延在している。従って、
分離装置２０は好ましくは、非常に短い軸方向長さを有
している。スペーサの真上にスワーラを配置することは
好ましい。これは、スペーサの流れ転換に起因するより
高い流体速度が、分離効率を向上させると共に、スワー
ラによって生じさせられる螺旋形の流れパターンが、よ
り短い軸方向長さの分離装置を使用することを可能にす
るスワーラから下流への実質的な距離の間に持続するか
らである。図示のように、分離装置２０は、各々の格子
位置において、例えば部分長棒の上方のベント・ボリュ
ーム１０のようなベント・ボリュームの一部を形成して
いる上方に位置した各々のスペーサに対して繰り返し設
けられていてもよい。

【００２２】図３では、スワーラ２０ａが、いくつかの
密集した部分長棒の上方のベント・ボリュームを占めて
いる。このスワーラは、次の隣り合ったスペーサに向か
って延在している。これは、実質的な遠心力で螺旋形流
れパターンを上方に位置している次のスペーサに対して
可能な限り遠くに持続するように、有利に設けられてお
り、こうして、スワーラは、横方向に隣り合った燃料棒
の表面に液体を積極的に供給し続ける。次のスペーサに
向かった分離装置のこの延在が、液体及び気体の分離を
有利に増大させる一方で、圧損も増加させる。しかしな
がら、圧損を増加させる効果は、後述する図９に示す直
径が一定でないスワーラのような一様でない分離装置を
採用することにより緩和され得る。

【００２３】図４を参照すると、互い違いの分離装置
が、垂直方向シャフト２４に装着された螺旋キリ（オー
ガ）を含んでいてもよい。螺旋キリの螺旋刃（ヘリカル
・ブレード）２６は本質的に、シャフト２４の周りの縁
に巻き付けられており、螺旋刃２６の縁は、シャフト２
４に固定されている。多数の階段（フライト）が、中央
シャフト２４の周りの縁上に使用されていてもよい。螺
旋キリ・シャフトの上部タイプレート及びスペーサの開
口を貫通した延在は、冷却材又は減速材がスペーサの開
口内を流れるときの圧損を増大させる一方で、螺旋キリ
が上部タイプレートを介して燃料バンドルから取り外さ
れ得るという同時に得られる利点と共に、その圧損を最
小にするように、螺旋キリ・シャフトの断面寸法は最小
にされ得る。更に、螺旋キリの刃は、シャフト２４の全
長にわたって延在していてもよいが、このように延在し
ていないことが好ましい。螺旋キリの刃セグメントは、
ベント・ボリューム１０内のスペーサの真上に配置され
るように位置決めされたシャフト上に設けられていても
よい。螺旋キリの刃セグメントは又、図２に示すような
スペーサの上方に延在している距離スワーラ２０と同様
に、スペーサの上方に短い距離だけ軸方向に延在してい
てもよい。

【００２４】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）では、スワーラ２
０を含んでいる分離装置の好ましい一形態が示されてい
る。スワーラの最も単純な形態では、有効な分離のため
の最小の軸方向長さは、３６０°全体を覆う水平方向の
投影区域が得られるものであることが理解されるであろ
う。その結果として、スワーラ２０は、螺旋形の羽根を
形成するように、その対向端の間で１８０゜ねじれた材
料から成っている単一のストリップ２７を含んでいても
よく、従って、ベント・ボリューム内に螺旋形流れパタ
ーンを形成する。図５（Ｃ）では、スワーラの周辺が、
円形の投影平面図を画定しており、従って、スワーラに
よって占められているベント・ボリュームの大部分の面
積は、螺旋形流れパターンにさらされている。

【００２５】分離装置のより複雑な構成、例えば、より
複雑なスワーラを形成するための２つ又はそれ以上のね
じれたストリップが設けられていてもよい。このため、
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）において、２つのストリップの
材料２９及び３１には、それらの対向端に細長い孔があ
けられており、２つのストリップはそれらの軸に沿って
さし挿まれている（インタリーブされている）。ストリ
ップ２９及び３１は、それらの軸に沿って垂直に維持さ
れ、９０゜ねじられて、有効な分離を行うのに必要な完
全に３６０゜の水平な投影区域を完成させる。

【００２６】図７（Ａ）〜図７（Ｆ）では、シート材料
から成る３つのストリップ３３、３５及び３７には、図
示するようなそれらの隣り合った端に細長い孔があけら
れており、３つのストリップはそれらの軸に沿って接合
されて、６０゜離れたストリップを初めに形成する。こ
れらのストリップを６０゜回転させる又はねじることに
より、完全に３６０゜の投影区域が、図７（Ｆ）に示す
ように形成される。３つのストリップの場合、各々のス
トリップにおいて細長い孔があけられていない材料の長
さは、そのストリップの高さの３分の１である。細長い
孔があけられていない材料は、連結したアセンブリを可
能にするために、３つのストリップのうちの頂部、中間
部及び底部にある。同様の設計技術は、ストリップの数
を増加させるときに用いられている。

【００２７】スワール装置の有効性を向上させるため
に、全体的に直線で囲まれた配列を成す燃料棒におい
て、ベント・ボリューム１０は全体的に直線で囲まれた
形状、即ち、正方形又は矩形を有していることが認めら
れるであろう。スワーラ、例えば図２のスワーラの典型
的な円形の投影平面区域に関連して、正方形のベント・
ボリューム区域のコーナとスワーラの円形投影平面区域
との間の領域が、流れバイパス領域を構成している。こ
うして、ベント・ボリューム内の上向きの流れは、スワ
ーラをバイパスする。流れがバイパスせずに又は最小の
流れがバイパスするのみで、より有効なスワール流れパ
ターンを形成するために、分離装置の周辺は、隣り合っ
た燃料棒によって画定されているベント・ボリュームの
周辺と全体的に一致するように成形され得る。従って、
全体的に直線で囲まれたベント・ボリュームは、分離装
置によって平面区域内で実質的に覆われ得る。これを達
成するために、図８（Ａ）に示すように、例えば図７
（Ａ）〜図７（Ｆ）に示す形式のスワーラであって、ベ
ント・ボリュームの区域の最も長い対角線に一致した直
径を有しているスワーラが形成される。スワーラを形成
しているストリップの円形エッジ（縁）４１は、全体的
に直線で囲まれた投影平面図を有している線形スワーラ
を形成するために取り除くことができる。従って、分離
装置の周辺は、結果として得られる平面内の投影区域が
ベント・ボリュームの流れ通路とぴったりと一致するよ
うに成形されており、これにより、分離装置のエッジの
周りのバイパス流れは、実質的に除去される。隣り合っ
た燃料棒の円形の断面積によって、ベント・ボリューム
のエッジが非線形形状を有することが認められるであろ
う。スワーラの最大有効性のために、スワーラの投影区
域は、図８（Ｂ）に示すように、それら（ベント・ボリ
ュームのエッジ）の形状にぴったり合わせることができ
る。従って、分離装置のエッジは、参照番号４９で示す
ように平面図において、丸みが付けられ得る。

【００２８】図９には、分離装置が、例えばスワーラ５
０の形態で示されており、このスワーラは、スワーラが
装着されているスペーサの上方に実質的な距離だけ延在
している。軸方向に延在したスワール装置によって生じ
る不利な圧損は、非一様な分離装置を用いることにより
改善され得る。従って、この形態では、スワーラ５０
は、スペーサの上方の距離と共に、水平方向の距離、即
ち直径を減少させることができ、又は螺旋ピッチを変化
させることができる。具体的には、図９に示すスワーラ
は、スワーラが装着されているスペーサからの距離が増
加すると共に累進的に減少する直径を有している。スペ
ーサの上方の距離の増加と共に横方向の大きさを減少さ
せる階段状の進行は、同様にして成され得る。

【００２９】分離装置は高い性能及び信頼性のために、
好ましくはスペーサに直接装着されていることが、上述
したことから理解されるであろう。しかしながら、この
ことは、下方に位置している部分長棒の容易な取り外し
を妨げる。従って、代替として、分離装置は、スペーサ
に取り外し自在に取り付けられていてもよいし、又は取
り外し可能な中心シャフト若しくは他の構造支持体に集
団で取り付けられていてもよい。構造支持体は、例えば
その支持体に沿って軸方向に隔たった位置にあるスワー
ラの形態を成す分離装置を有していてもよく、これらの
スワーラは、燃料バンドル内に挿入されたときに、各々
のスペーサの上面の真上の位置でスペーサと整列してい
る。更なる代替として、１つよりも多い装置が利用され
た場合には、異なる流れパターンが得られる。例えば、
スワーラは、流れを共通の方向又は反対の方向に回転さ
せるように配置されていてもい。代替的には、反対方向
の流れの様々なパターンが形成され得る。又、一般的な
意味において、本発明による分離装置の必要な特性は、
装置が横方向又は水平方向の成分を流れに付与するとい
う要求である。従って、螺旋パターン及び結果として生
ずる螺旋流れパターンを形成するようにねじられている
１つ又はそれ以上の羽根で形成されたスワーラ及び螺旋
キリに加えて、分離装置は、例えば本願と共通の出願人
に譲渡された米国特許第５，４１６，８１２号に記載さ
れ図示されている外側に向かって開いた円錐形又は外側
に向かって偏向したタブような横方向外向きに張り出し
たエッジ（縁）を有している個別の羽根を含んでいても
よい。本特許は、ここに参照されるべきものである。

【００３０】現時点で最も実用的で好適な実施例である
と考えられる事項と関連させて本発明を記載してきた
が、本発明は、ここに開示した実施例に限定されるもの
ではなく、逆に、特許請求の範囲の要旨に包含される種
々の改変及び均等構成を網羅しているものと理解された
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された核燃料バンドルの破
断斜視図であって、部分的に破断して断面にて示す図で
ある。

【図２】完全長燃料棒及び部分長燃料棒をいくつかのス
ペーサ上の分離装置と共に示す拡大破断立面図である。

【図３】図２と同様の図であって、本発明による他の分
離装置を示す図である。

【図４】図２と同様の図であって、本発明による更に他
の分離装置を示す図である。

【図５】図５（Ａ）は平坦なシートの材料を示す図であ
り、図５（Ｂ）は本発明による分離装置を形成するため
に図５（Ａ）に示す材料をねじった状態を示す図であ
り、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）に示す分離装置の平面図で
ある。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はそれぞれ、全体的
に十字形のスワーラを形成するための２つのシートの側
立面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）及び図６（Ｂ）
に示す２つのシートが互いに連結された状態を示す図で
あり、図６（Ｄ）は図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す２
つのシートがねじられた状態を示す図であり、図６
（Ｅ）は図６（Ｄ）のスワーラの頂部から見た平面図で
ある。

【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は平坦なシート材料の
立面図であり、図７（Ｄ）は図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に
示すシート材料を互いに組み立てた状態を示す図であ
り、図７（Ｅ）は図７（Ｄ）に示すシート材料の状態か
らマルチ・ベーン・スワーラを形成した状態を示す図で
あり、図７（Ｆ）は図７（Ｅ）のスワーラの平面図であ
る。

【図８】図８（Ａ）は図７（Ｆ）に示すスワーラの平面
図であって、このスワーラをベント・ボリュームの全体
的に直線で囲まれた形状と一致させるために円形エッジ
を横方向に切り取った正方形と共に示す図であり、図８
（Ｂ）はベント・ボリュームの形状と更に厳密に一致す
るように切り取られたエッジを有しているスワーラを示
す図である。

【図９】図２と同様の図であって、本発明による分離装
置の更に他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１０ベント・ボリューム２０分離装置（スワーラ）２０ａ、５０スワーラ２２開口２４シャフト２６螺旋刃２９、３１、３３、３５、３７ストリップ４１エッジＢ核燃料バンドルＣチャンネルＨハンドルＬＴＰ下部タイプレートＰＬＲ部分長燃料棒Ｒ燃料棒Ｓ、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６スペーサＵＴＰ上部タイプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブルース・メッツナーアメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン・ノゼ、クレストモント・ドライブ、 1920番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉用の燃料バンドルであって、前記燃料バンドルに沿って軸方向に隔たった位置に設け
られていると共に、軸方向に整列した開口を有している
複数のスペーサと、互いに横方向に隔たって設けられていると共に、前記ス
ペーサの選択された開口を通って延在している複数の細
長い燃料棒であって、前記燃料バンドルに沿った１つの
スペーサに設けられた少なくとも１つの開口には、燃料
棒が存在しておらず、該少なくとも１つの開口は、前記
１つのスペーサの上方にある周囲の燃料棒と共にベント
・ボリュームを画定している、複数の細長い燃料棒と、該ベント・ボリュームに設けられており、前記周囲の燃
料棒の表面上に及び隙間内に液体を横方向外向きに流す
分離装置とを備えており、前記１つの開口は、燃料棒を包含している前記スペーサ
の各々の開口を通る流れ面積よりも大きい流れ面積を有
しており、前記分離装置は、前記周囲の燃料棒の表面上
に及び隙間内に液体を差し向けながら前記１つのスペー
サを通り越す際の圧損を最小にするように、前記ベント
・ボリューム内において前記１つのスペーサの上方に全
体に設けられている原子炉用の燃料バンドル。
【請求項２】前記１つのスペーサを通る開口は、前記
１つのスペーサを通る前記開口の全高さにわたる横方向
区域を有しており、該横方向区域は、前記ベント・ボリ
ュームの横方向区域に実質的に対応している請求項１に
記載の燃料バンドル。
【請求項３】前記分離装置は、前記燃料バンドル内に
おいて前記１つのスペーサの上面よりも低くない高さの
所に位置決めされた下端を有している請求項１に記載の
燃料バンドル。
【請求項４】前記分離装置は、前記燃料バンドル内に
おいて前記１つのスペーサの真上の高さの所に位置決め
された下端を有している請求項１に記載の燃料バンド
ル。
【請求項５】前記分離装置は、螺旋流れパターンを形
成するスワーラを含んでいる請求項１に記載の燃料バン
ドル。
【請求項６】前記スワーラは、共通中心軸の周りにね
じられていると共に該軸に沿って接合されている少なく
とも２つのストリップを含んでいる請求項５に記載の燃
料バンドル。
【請求項７】前記分離装置は、中心シャフトを有して
いる螺旋キリと、前記シャフトの周りに設けられた少な
くとも１つの階段と、前記シャフトに固定された前記階
段のエッジとを含んでいる請求項１に記載の燃料バンド
ル。
【請求項８】前記ベント・ボリュームは、全体的に直
線で囲まれた水平方向断面積を有しており、前記分離装
置は、前記ベント・ボリュームの断面積に全体的に一致
した水平方向投影面積を有している少なくとも１つのね
じられた羽根を含んでいるスワーラを含んでおり、それ
により、前記ベント・ボリュームを通って前記スワーラ
をバイパスする流れを実質的に最小にしている請求項１
に記載の燃料バンドル。
【請求項９】前記分離装置は、前記１つのスペーサに
取り付けられている請求項１に記載の燃料バンドル。
【請求項１０】前記分離装置は、前記燃料バンドルか
ら取り外し可能な支持構造体に取り付けられている請求
項１に記載の燃料バンドル。
【請求項１１】前記分離装置は、前記１つのスペーサ
の上方に垂直に延在していると共に、異なる大きさの流
れを該装置に沿った異なる高さの所に横方向外向きに供
給するように構成されている請求項１に記載の燃料バン
ドル。
【請求項１２】原子炉用の燃料バンドルであって、互いに横方向に隔たってマトリクスを成して設けられて
おり、前記燃料バンドルの下端から上端に向かって当該
棒の周りに液体の流れを可能にしている燃料棒を含んで
いる複数の棒と、前記燃料バンドルに沿って互いに隔たって設けられてい
る複数のスペーサであって、該スペーサの各々は、前記
燃料棒を受け入れると共に互いに隔たってマトリクスを
成して設けられた前記燃料棒を保持する開口を有してお
り、該開口の各々は該開口を通る棒と共に、前記スペー
サを通る流体を流す第１の流れ面積を画定している、複
数のスペーサとを備えており、少なくとも１つの前記棒は、周囲の燃料棒の上端より下
方の上端で終端している部分長棒であり、該部分長棒の
上方に位置しているベント・ボリュームを前記周囲の燃
料棒に関して画定しており、少なくとも１つの前記スペーサは、前記部分長棒の上方
に設けられており、該スペーサを貫通している開口であ
って、前記ベント・ボリュームを部分的に画定している
開口を有しており、分離装置が、周囲の隣り合った燃料棒の表面上に及び隙
間内に液体を横方向外向きに流すために、前記部分長棒
の上方の前記ベント・ボリュームにおいて前記１つのス
ペーサより上方に設けられており、前記１つのスペーサ
を貫通する前記開口は、該１つのスペーサを通り越す際
の圧損を最小にするように、前記第１の流れ面積よりも
大きい流れ面積を有している原子炉用の燃料バンドル。
【請求項１３】前記１つのスペーサを通る開口は、前
記１つのスペーサを通る前記開口の全高さにわたる横方
向区域を有しており、該横方向区域は、前記部分長棒の
上方の前記ベント・ボリュームの横方向区域に実質的に
対応している請求項１２に記載の燃料バンドル。
【請求項１４】前記分離装置は、前記燃料バンドル内
において前記１つのスペーサの上面よりも低くない高さ
の所に位置決めされた下端を有している請求項１２に記
載の燃料バンドル。
【請求項１５】前記分離装置は、前記燃料バンドル内
において前記１つのスペーサの真上の高さの所に位置決
めされた下端を有している請求項１２に記載の燃料バン
ドル。
【請求項１６】前記分離装置は、螺旋流れパターンを
形成するスワーラを含んでいる請求項１２に記載の燃料
バンドル。
【請求項１７】前記スワーラは、共通中心軸の周りに
ねじられていると共に該軸に沿って接合されている少な
くとも２つのストリップを含んでいる請求項１６に記載
の燃料バンドル。
【請求項１８】前記分離装置は、中心シャフトを有し
ている螺旋キリと、前記シャフトの周りに設けられた少
なくとも１つの階段と、前記シャフトに固定された前記
階段のエッジとを含んでいる請求項１２に記載の燃料バ
ンドル。
【請求項１９】前記ベント・ボリュームは、全体的に
直線で囲まれた水平方向断面積を有しており、前記分離
装置は、前記ベント・ボリュームの断面積に全体的に一
致した水平方向投影面積を有している少なくとも１つの
ねじられた羽根を含んでいるスワーラを含んでおり、そ
れにより、前記ベント・ボリュームを通って前記スワー
ラをバイパスする流れを実質的に最小にしている請求項
１２に記載の燃料バンドル。
【請求項２０】前記分離装置は、前記１つのスペーサ
に取り付けられている請求項１２に記載の燃料バンド
ル。
【請求項２１】前記分離装置は、前記燃料バンドルか
ら取り外し可能な支持構造体に取り付けられている請求
項１２に記載の燃料バンドル。
【請求項２２】前記分離装置は、前記１つのスペーサ
の上方に垂直に延在していると共に、異なる大きさの流
れを該装置に沿った異なる高さの所に横方向外向きに供
給するように構成されている請求項１２に記載の燃料バ
ンドル。
【請求項２３】前記部分長棒の周りの複数のスペーサ
を含んでおり、前記部分長棒の上方の該スペーサの各々
は、該スペーサを貫通している開口であって、前記ベン
ト・ボリュームを部分的に画定している開口を有してお
り、分離装置が、前記部分長棒の上方にある各々の前記
スペーサの上方で前記ベント開口内に設けられており、
前記部分長棒の上方の前記スペーサを貫通している前記
開口は、前記スペーサを通り越す際の圧損を最小にする
ように、前記第１の流れ面積よりも大きい流れ面積を有
している請求項１２に記載の燃料バンドル。