特許 6084208 燃料チャンネルスペーサを含む沸騰水型原子炉用核燃料集合体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6084208

(24)【登録日】2017年2月3日

(45)【発行日】2017年2月22日

(54)【発明の名称】燃料チャンネルスペーサを含む沸騰水型原子炉用核燃料集合体

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/33 20060101AFI20170213BHJP

【ＦＩ】

   G21C3/30 S

【請求項の数】12

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-510820(P2014-510820)

(86)(22)【出願日】2012年5月18日

(65)【公表番号】特表2014-515475(P2014-515475A)

(43)【公表日】2014年6月30日

(86)【国際出願番号】EP2012059248

(87)【国際公開番号】WO2012159984

(87)【国際公開日】20121129

【審査請求日】2015年4月20日

(31)【優先権主張番号】11305622.0

(32)【優先日】2011年5月20日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】509337414

【氏名又は名称】アレバ・エヌペ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ディルク・ブラヴィウス

(72)【発明者】

【氏名】エルハルト・フリードリヒ

(72)【発明者】

【氏名】ベルント・ブロック

(72)【発明者】

【氏名】ヴィクトール・ルーダー

(72)【発明者】

【氏名】コーリー・ロング

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ウォーカー

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４８−０６３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５０３０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２０１８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３１０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０５７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３８０９６１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７８７１４３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ ３／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

沸騰水型原子炉用核燃料集合体（２）であって、ベース（４）、ヘッド（６）、前記ベース（４）と前記ヘッド（６）との間で長手方向に延びる燃料棒（８）の束、燃料棒（８）の前記束を包み込む管状燃料チャンネル（１４）、および前記燃料集合体（２）を隣接する要素から横方向に離間させるための少なくとも１つの燃料チャンネルスペーサ（２２）を含み、前記燃料チャンネルスペーサまたは各燃料チャンネルスペーサ（２２）は、少なくとも１つのプレート（３８）を有する支持部（３４）、および前記プレート（３８）によって支持された板ばね（３６）を含み、前記プレート（３８）は、前記燃料チャンネル（１４）の側壁（２６）に固定され、前記核燃料集合体（２）はさらに、前記プレート（３８）から距離を置いて前記側壁（２６）に固定された止具（３２）であって、前記支持部（３４）から切り離されている止具（３２）を含む、核燃料集合体（２）。

【請求項2】

前記プレートまたは各プレート（３８）は、側壁（２６）に溶接される、請求項１に記載の核燃料集合体。

【請求項3】

前記プレートまたは各プレート（３８）は、前記燃料チャンネル（１４）の側壁（２６）にリベット締めされる、請求項１または２に記載の核燃料集合体。

【請求項4】

前記プレートまたは各プレート（３８）は、側壁（２６）にねじ留めされる、請求項１または２に記載の核燃料集合体。

【請求項5】

前記プレートまたは各プレート（３８）は、単一のプレートリベット（４０）および／またはねじによって前記側壁（２６）に固定される、請求項３または４に記載の核燃料集合体。

【請求項6】

各ばね（３６）は、前記プレート（３８）にスナップ嵌合する、請求項１から５のいずれか一項に記載の核燃料集合体。

【請求項7】

前記ばねは、前記プレート（３８）内に設けられたそれぞれのスロット（４６）内に各々が摺動可能に収容される２つの端部（４４）を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の核燃料集合体。

【請求項8】

前記支持部（３４）は、２つのプレート（３８）を直角に含み、前記支持部（３４）は、２つの側壁（２６）の交点において角部（２８）に嵌合し、各プレート（３８）は、それぞれの側壁（２６）に固定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の核燃料集合体。

【請求項9】

前記２つのプレート（３８）は、一体である、請求項８に記載の核燃料集合体。

【請求項10】

前記スペーサは２つの別個の板ばね（３６）を含み、前記支持部（３４）の各プレート（３８）はそれぞれの板ばね（３６）を支持している、請求項８または９に記載の核燃料集合体。

【請求項11】

二つの止具を含み、各止具は、前記スペーサが嵌合されている２つの前記側壁のそれぞれ一方に固定されており、前記スペーサ（２２）から距離を置いてある、請求項８から１０のいずれか一項に記載の核燃料集合体。

【請求項12】

前記支持部（３４）は、前記燃料チャンネル（１４）の上端部よりも前で途切れている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の核燃料集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベース、ヘッド、ベースとヘッドとの間で長手方向に延びる燃料棒の束、燃料棒の束を包み込む管状燃料チャンネル、および燃料集合体を隣接する要素から横方向に離間させるための少なくとも１つの燃料チャンネルスペーサを含む、沸騰水型原子炉用核燃料集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子炉（以下の説明ではＢＷＲ）では、燃料集合体が、燃料集合体の２ｘ２配置で並べて配置される。燃料集合体の上端部は、原子炉上部炉心支持格子のセルに収容される。核燃料集合体間に十字形の制御棒を挿入することを可能にするための燃料集合体間のスペース、およびセル壁との間のスペースを有する燃料集合体が配置される。燃料集合体間のこれらのスペースを制御することは、通常運転の際の核反応にとって、また核反応を減速させるための制御棒の挿入を確実に可能にするために重要である。

【0003】

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用核燃料集合体は、格子内に配置された長手方向に延びる燃料棒の束、束内の一部の燃料棒に取って代わる少なくとも１つの管状ウォータチャンネルすなわちウォータロッド、燃料棒の束を包み込む管状燃料チャンネル、ならびに燃料集合体の長手方向端部のベースおよびヘッドを含む。

【0004】

米国特許第４８５１１８７号は、燃料チャンネルの角部上に嵌合するように適合する支持部および支持部に沿って延びる２つのばねを含む燃料チャンネル締結具を含む核燃料集合体を開示する。支持部は、燃料チャンネルを上部タイプレートに接続するための長手方向に延びるボルトによって核燃料集合体の上部タイプレートにねじ留めされる。各ばねは、横方向のねじによって支持部にねじ留めされた上端部、および支持部のスロット内で摺動可能な下端部を有する。燃料チャンネル締結具は、燃料チャンネルを上部タイプレートに締結する機能と、燃料チャンネルを隣接する核燃料集合体から離間させる機能とを兼ね備える。

【0005】

幾何学的に制御され大きい力に耐えなければならない、そのような燃料チャンネル締結具は、高コストで入手される。さらに、上部タイプレートに接続されたハンドルを使用して核燃料集合体を取り扱う間に燃料チャンネル締結具が曲がる危険性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第４８５１１８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明の目的は、低コストで容易にかつ確実にスペースを確保することができる沸騰水型原子炉用核燃料集合体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的を達成するために、本発明は、ベース、ヘッド、前記ベースと前記ヘッドとの間で長手方向に延びる燃料棒の束、燃料棒の前記束を包み込む管状燃料チャンネル、および前記燃料集合体を隣接する要素から横方向に離間させるための少なくとも１つの燃料チャンネルスペーサを含む、沸騰水型原子炉用核燃料集合体を提案するが、前記燃料チャンネルスペーサまたは各燃料チャンネルスペーサは、少なくとも１つのプレートを有する支持部、および前記対応するプレートによって支持された少なくとも１つの対応する板ばねを含み、前記プレートまたは各プレートは、前記燃料チャンネルの対応する側壁に固定される。

【0009】

特定の実施形態によると、核燃料集合体は、以下の特徴の１つまたはいくつかを含み得る。
− 前記プレートまたは各プレートは、側壁に溶接される。
− 前記プレートまたは各プレートは、前記燃料チャンネルの側壁にリベット締めされる。
− 前記プレートまたは各プレートは、側壁にねじ留めされる。
− 前記プレートまたは各プレートは、単一のプレートリベット（ｐｌａｔｅ−ｒｉｖｅｔ）および／またはねじによって前記側壁に固定される。
− 各ばねは、前記プレートにスナップ嵌合される。
− 前記ばねは、前記プレート内に設けられたそれぞれのスロット内に各々が摺動可能に収容される２つの端部を有する。
− 前記支持部は、２つのプレートを直角に含み、前記支持部は、２つの側壁の交点において角部に嵌合し、各プレートは、それぞれの側壁に固定される。
− 前記２つのプレートは、一体である。
− 前記支持部は、前記燃料チャンネルの上端部よりも前で途切れている。

【0010】

本発明およびその利点は、以下の図面を参照して、単に例として与えられる以下の説明を読むと、より十分に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明による沸騰水型原子炉用核燃料集合体を示す概略側面図である。

【図2】スペーサおよび止具を示す、図１の核燃料集合体の概略上面図である。

【図3】スペーサおよび止具を示す、図１の燃料集合体の上端部の側面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶに沿った、スペーサの断面図である。

【図5】図３のＶ−Ｖに沿った、スペーサおよび止具の断面図である。

【図6】本発明の変形形態を示す、図３と同様の図である。

【図7】本発明の変形形態を示す、図３と同様の図である。

【図8】本発明の変形形態を示す、図３と同様の図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用核燃料集合体２を示す。この燃料集合体２は、長手方向Ｌに沿って延びる。

【0013】

そのような燃料集合体は、運転中に冷却材が上方に流れる、原子炉の炉心内で長手方向Ｌが垂直に向いた状態で配置されることが意図されている。以下で、「下部」および「上部」という用語は、原子炉における燃料集合体２の位置を意味する。

【0014】

燃料集合体２は、
− ベース４、
− ヘッド６、
− ベース４とヘッド６との間で長手方向に延びる核燃料棒８の束、
− 束内の少なくとも１つの燃料棒に取って代わり、ベース４をヘッド６に接続する管状ウォータチャンネル１０、
− 長手方向Ｌに沿って離間し、燃料棒８を長手方向および横方向で維持する複数のスペーサグリッド１２、および
− 燃料棒８の束を包み込み、ベース４およびヘッド６に嵌合する管状燃料チャンネル１４
を含む。

【0015】

燃料チャンネル１４の一部のみを図１に示す。

【0016】

各燃料棒８は、積層した核燃料ペレットで満たされその端部において端栓で閉鎖された管状の被覆を含む。燃料棒８の束は、全長型燃料棒および部分長型燃料棒を含む。部分長型燃料棒は、全長型燃料棒よりも短い。

【0017】

ヘッド６は、上部タイプレート１６と、燃料集合体２を取り扱うために上部タイプレート１６に堅固に接続されたハンドル１８とを含む。上部タイプレート１６は、長手方向Ｌに延びるボルト２０によって燃料チャンネル１４に接続される。ボルト２０は、図１に一点鎖線で概略的に示されている。

【0018】

図２に示すように、燃料集合体２は、燃料チャンネル１４を隣接する要素、すなわち核燃料集合体２および／または一点鎖線で示した原子炉上部炉心支持格子の壁２４から横方向に離間させるために燃料チャンネル１４の上端部に配置された燃料チャンネルスペーサ２２を含む。

【0019】

燃料チャンネル１４は、方形の断面を有し、角部２８で交差する４つの側壁２６を含む。燃料チャンネル１４は、上端部に設けられた三角形の補強角ブラケット（ａｎｇｌｅ ｂｒａｃｋｅｔ）３０を含むが、各角ブラケット３０は、２つの隣接する側壁２６間に横方向に延びる。

【0020】

ハンドル１８は、２つの角部２８間に対角線上に延びており、ボルト２０は、前記２つの角部２８に設けられた角ブラケット３０を通して長手方向Ｌに延びる。

【0021】

燃料集合体２は、他の対角線両端の２つの角部２８の一方に嵌合する１つのスペーサ２２を含む。あるいは、燃料集合体２は、各々が他の対角線両端の２つの角部２８の一方に嵌合する２つのスペーサ２２を含み得る。必要に応じて、燃料集合体２は、各角部２８に１つのスペーサ２２を含み得る。

【0022】

燃料集合体２は、側壁２６に固定された止具３２をさらに含む。燃料集合体２は、スペーサ２２によって占有されていない角部２８に隣接した各側壁２６上に１つの止具３２を含む。

【0023】

スペーサ２２は、図３〜図５を参照して、より詳細に説明する。

【0024】

スペーサ２２は、支持部３４および２つの別個の板ばね３６を含む。

【0025】

支持部３４は、角部要素（ｃｏｒｎｅｒ ｐｉｅｃｅ）の形状を有し、支持部３４にＶ字形断面を与える２つのプレート３８を直角に含む。

【0026】

図３に示すように、各プレート３８は、上方は燃料チャンネル１４の上端部３９の高さよりも下またはその高さで途切れている。プレート３８は、上端部３９から上方には突き出していない。

【0027】

図５に示すように、各プレート３８は、側壁２６の外面上に配置され、リベット締めによって側壁２６に固定される。各プレート３８は、プレート３８および長手方向Ｌに垂直な固定方向Ｆにプレート３８および対応する側壁２６内の固定用穴４２、４３を通って延びる、１つの単一のプレートリベット４０によってリベット締めされる。あるいは、各プレート３８は、たとえば２つのプレートリベット４０などの、２つ以上のプレートリベット４０によって固定されてもよい。

【0028】

支持部３４は、単一の要素であり、２つのプレート３８が、まとめて一体に作成される。支持部３４は、一片の金属から作成されるのが好ましい。

【0029】

各ばね３６は、長手方向に延びており、それぞれのプレート３８に沿って延びる。各ばね３６は、対応するプレート３８によって個別に支持される。

【0030】

図４に示すように、各ばね３６は、プレート３８内に形成されたスロット４６にスナップ嵌合する２つの端部４４、およびプレート３８から膨らんだ中間部４８を有する。各端部４４は、対応するスロット４６内で長手方向に摺動可能である。

【0031】

各プレート３８は、その外面上に長手方向に延びる溝５０を含む。各スロット４６は、プレート３８の厚さ内で長手方向に溝５０を延ばす。各スロット４６は、ブラインドになっている。

【0032】

ばね３６およびスロット４６は、中間部４８をプレート３８の方に付勢させることによってばね３６を弾性変形させるように構成され、それによって、端部４４は、スロット４６内で互いに離れるように摺動する。

【0033】

図２に示すように、燃料集合体２は、スペーサ２２に嵌合する角部２８の境界を定める側壁２６に固定された２つの止具３２を含む。各止具３２は、スペーサ２２から距離を置いて側壁２６に固定される。

【0034】

図３および図５に示すように、各止具３２は、止具３２および側壁２６を通って延びる単一の止具リベット５２によって対応する側壁２６にリベット締めされる。あるいは、各止具３２は、たとえば２つの止具リベット５２などの、２つ以上の止具リベット５２によってリベット締めされる。

【0035】

各止具３２は、剛性が高く、側壁２６に面する壁との最小限のスペースを確保し、したがって、同じ側壁２６上に設けられたばね３６の過大応力を防止する。

【0036】

支持部３４のプレート３８は、支持部３４が角ブラケット３０に固定されることなく、燃料チャンネル１４の側壁２６のみに固定される。支持部３４は、燃料チャンネル１４を上部タイプレート１６に固定するのとは別に燃料チャンネル１４に固定される。したがって、燃料チャンネル１４が、燃料集合体２の取扱いによって曲げられ、損傷を受け、および／または変位するのを防ぐ。支持部３４は、低コストで容易に製造され得る。

【0037】

支持部３４は、燃料チャンネル１４の角部２８に嵌合し、２つの垂直方向の一方に各々延びる２つのプレートリベット４０によって堅固に固定される。これは、信頼性が高い固定を確実にする。角部要素として形成された支持部３４は、対応する角部２８において燃料チャンネル１４をさらに補強する。

【0038】

リベット締めによって支持部３４を固定することにより、溶接の点では燃料チャンネル１４の金属と相性が良くない金属で支持部３４を設けるのが可能になる。したがって、支持部３４に使用される金属は、燃料チャンネル１４の金属よりも低コストの金属であり得る。燃料チャンネル１４は、通常、ジルコニウム合金から作成されるが、支持部３４の金属は、たとえばステンレス鋼であり得る。

【0039】

リベット締めにより、支持部３４を簡単かつ経済的に固定することが可能になる。リベット締めは、燃料チャンネル１４の側壁２６内のリベット締めの穴４３を提供することのみを必要とする。

【0040】

代替的な実施形態では、支持部３４は、各プレート３８および対応する側壁２６を通って前記プレート３８および長手方向Ｌに対して横方向に延びる少なくとも１つのねじによって側壁２６にねじ留めされてもよい。同様に、各止具３２は、止具３２および対応する側壁２６内のねじ貫通穴によって側壁２６にねじ留めされてもよい。

【0041】

図６の実施形態は、プレート３８を側壁２６に固定するための手段だけが図２〜図５の実施形態と異なる。より具体的には、各プレート３８は、燃料チャンネル１４の側壁２６に溶接される。

【0042】

各プレート３８は、プレート３８の縁部５４に沿って側壁２６に溶接される。図示した実施形態では、溶接接合部５６は、前記縁部に沿って部分的に延びる各溶接縁部５４に沿って部分的に延びる。溶接接合部５６は、連続している。あるいは、溶接接合部５６は、不連続であってもよい。

【0043】

図示するように、止具３２も、止具３２の縁部に沿って部分的に延びる溶接接合部５６によって側壁２６に溶接される。

【0044】

溶接によって支持部３４に固定することは、信頼性が高く経済的であり、支持部３４による燃料チャンネル１４の効率的な補強を確実にする。この場合、支持部３４は、溶接の点で燃料チャンネル１４の金属と相性が良い金属から形成される。燃料チャンネル１４は、通常、ジルコニウム合金から作成されており、支持部３４は、たとえばジルコニウム合金またはチタン合金である。

【0045】

図７の実施形態は、止具３２が支持部３４内に形成され、プレート３８と一体で作成されている点で図２〜図６の実施形態と異なる。支持部３４は、各々がプレート３８から延びる２つのアーム６０を含み、各止具３２は、アーム６０の自由端に形成される。１つのアーム６０だけが図７に示されている。

【0046】

支持部３４と一体の止具３２により、１回の操作でスペーサ２２を固定することが可能になる。スペーサ２２は、燃料チャンネル１４をさらに補強する。支持部３４の固定は、図７に示すようにリベット締めすることによって、または、先に説明したようにねじ留めもしくは溶接することによって行われる。

【0047】

図８の実施形態は、角部２８に嵌合する角部要素の形状を有するスペーサが、側壁２６の交点において角部２８に隣接するそれぞれの側壁２６の１つに各々が固定された２つの分離した別個の平面スペーサ２２に取り換えられる点で図２〜図７の実施形態と異なる。

【0048】

各スペーサ２２は、単一のプレート３８から形成された支持部３４、およびプレート３８内に形成されたスロット４６にスナップ嵌合する端部４４を有するばね３６を含む。図８の各燃料スペーサ２２は、図２〜図５の燃料チャンネルスペーサ２２の半分に相当する。

【0049】

各スペーサ２２の支持部３４は、上述のように、リベット締め、ねじ留め、および／または溶接することによって対応する側壁２６に固定される。

【0050】

スペーサ２２とは別個の止具３２が、各側壁２６上に設けられる。あるいは、各止具３２は、プレート３８と一体で作成され、前記図８の点線で示したように、プレート３８から延びるアーム６０の端部に形成される。

【符号の説明】

【0051】

２ 核燃料集合体
４ ベース
６ ヘッド
８ 燃料棒
１４ 燃料チャンネル
２２ 燃料チャンネルスペーサ
２６ 側壁
２８ 角部
３４ 支持部
３６ 板ばね
３８ プレート
４０ プレートリベット
４４ 板ばねの端部
４６ スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】