固定スペーサプレートを使用する分割燃料棒集合体設計
【課題】スペーサプレートを一定の軸方向位置に機械的に閉じ込める分割燃料棒を使用する燃料棒設計を対象とする。
【解決手段】スペーサプレート１５０は、燃料棒セグメント１１０間の軸方向接続点３００のところに配置することができ、燃料棒セグメント１１０が対合するとき、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、この対併せ部によって機械的に保持することができる。
【解決手段】スペーサプレート１５０は、燃料棒セグメント１１０間の軸方向接続点３００のところに配置することができ、燃料棒セグメント１１０が対合するとき、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、この対併せ部によって機械的に保持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、一般に、原子力発電所で使用される燃料構造体および燃料構造体を使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電所は、核分裂によって発電するために中に燃料が配置される原子炉炉心を含む。米国の原子力発電所での一般的な設計は、原子炉炉心内に配置される燃料アセンブリ、または燃料集合体として互いに束ねられた複数の被覆された燃料棒内に燃料を配置することである。これらの燃料集合体は通常、燃料棒の振動を減衰させ、燃料棒の最小限の離隔距離および相対的な位置決めを確保し、かつその中の集合体およびスペーサを通り軸方向に流れる冷却剤を混合させるための、集合体の全体にわたり軸方向に配置されるいくつかの間隔保持要素を含む。
【０００３】
図１に示すように、ＢＷＲなどの原子炉の従来型の燃料集合体１０は、上側タイプレート１４および下側タイプレート１６を取り囲む外側溝形材１２を含むことができる。複数の全長の燃料棒１８および／または部分長の燃料棒１９が、燃料集合体１０内にマトリックスで配置され、互いに軸方向に間隔のあいた、その所与のマトリックス内に棒１８、１９を維持する（スペーサ格子としても知られている）複数のスペーサ２０を貫通する。
【０００４】
燃料棒１８、１９は一般に、全長燃料棒１８の場合下側タイプレート１６から上側タイプレート１４までである、それらの基部から終端まで連続である。従来型のスペーサ２０は、スペーサ２０を貫通する各棒の外側に当接する、ストップおよび／またはスプリングとして知られている抵抗力のある接触セグメントの使用を介して、燃料棒１８および１９に対して摩擦的に把持する溶接格子である。この方法で、従来型のスペーサ２０を、高速の冷却剤が集合体１０を通り軸方向に流れるとき、抵抗力のある接触点によって燃料集合体内の一定の軸方向位置に静止して保持することができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態は、スペーサプレートを一定の軸方向位置に機械的に閉じ込める、分割燃料棒を使用する燃料棒および集合体の設計を対象とする。例示的な実施形態のスペーサプレートは、燃料棒セグメントの間の対併せ部（ｍａｔｉｎｇ）と呼ばれる軸方向接続点のところに配置することができ、燃料棒セグメントが対合するとき、例示的な実施形態のスペーサプレートは、対併せ部によって機械的に保持することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートは、溶接または移動可能な部品の必要なく、単一の打ち抜き／成型工程で製作することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび分割燃料棒集合体は、スペーサプレートの滑りを減少させ、スペーサプレートの滑りに起因する燃料損傷を減少させ残骸腐食によって引き起こされる燃料障害の可能性を減少させることができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび分割燃料棒集合体は、例示的な実施形態のスペーサプレートを収容する燃料集合体を通り流れる冷却剤の増加する混合を伴う圧力低下の減少をさらにもたらすことができる。
【０００６】
例示的な実施形態の核燃料集合体は、軸方向通路内に複数の軸方向燃料棒セグメントを有する、軸方向の、あるいは長手方向の流れ通路を含むことができる。この燃料棒セグメントは、軸方向に互いに脱着可能に対合させることができ、かつ個々に被覆することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートは、軸方向に直角な横断方向に通路を差し渡すことができ、このスペーサプレートは、燃料棒セグメント間の少なくとも１つの対併せ部によって通路内に堅固に閉じ込められる。
【０００７】
例示的な実施形態は、同様な要素が同様な参照番号によって示され、それらが説明のためのみに与えられ、したがって本明細書での例示的な実施形態を制限するものではない添付の図面を、詳細に説明することによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
例示的な実施形態の詳細な説明のための実施形態が本明細書に開示される。ただし、本明細書で開示される特定の構造的かつ機能的な詳細は、例示的な実施形態を説明する目的のための典型に過ぎない。しかし、この例示的な実施形態は、多くの代替の形態で実施することができ、本明細書に記載される唯一の例示的な実施形態に限定されるとして解釈すべきではない。
【０００９】
様々な要素を説明するために用語、第１の、第２の、等が本明細書で使用される場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を他の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と名づけることができ、かつ同様に、第２の要素は第１の要素と名づけることができる。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連して列挙される品目の任意のかつ全ての組み合わせを含む。
【００１０】
ある要素が別の要素に「接続されて（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結されて（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「対合されて（ｍａｔｅｄ）」、「取り付けられて（ａｔｔａｃｈｅｄ）」あるいは「固定されて（ｆｉｘｅｄ）」いると呼ばれるとき、それは他の要素に直接的に接続されまたは連結されていることができ、あるいは介在する要素が存在することができることは理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接的に接続されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接的に連結されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」いると呼ばれるとき、介在する要素は全く存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の言葉は、同様なやり方で解釈すべきである（例えば、「間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」対「直接的に間に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」対「直接的に隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」等）。
【００１１】
本明細書で使用される術語は、具体的な実施形態を説明する目的のためのみであり、例示的な実施形態を限定するためのものではない。本明細書で使用されるとき、単数形態「１つの（ａ， ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、その言葉が明示的にそうではないと示さない限り複数の形態も同様に含むことを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないこともさらに理解されるであろう。
【００１２】
いくつかの代替の実施では、言及される機能／作用は図に言及される順序から外れて起きる場合があることにも留意すべきである。例えば、連続して示される２つの図は、実際は実質的に同時に実行される場合があり、あるいは含まれる機能性／作用に応じて時には逆の順序で実行される場合がある。
【００１３】
図２は、上端部部片１２０と下端部部片１３０の間の部分長の棒セグメント１０１および全長の棒セグメント１０２の両方として示される、複数の例示的な実施形態の棒セグメントを示す。上端部部片１２０と下端部部片１３０は、例示的な実施形態の燃料集合体１００の下側タイプレート１６および上側タイプレート１４それぞれと対合するためのネジまたは他の対合機構を含むことができる。棒セグメント１０１および１０２は、例示的な実施形態の燃料集合体１００を取り囲む溝形材１２内に配設することができる。
【００１４】
図３に示すように、軸方向に隣接する棒セグメントは、直接的にまたはアダプタサブアセンブリを介して互いに相互接続、または対合させることができ、直接接続は、接続点、または対併せ部３００の点線円内に全体的に示されている。例示的な実施形態の棒セグメントは、例えば、タング／レセプタ（ｔａｎｇ／ｒｅｃｅｐｔｏｒ）、ネジ／ネジ穴、内部マジックテープ（登録商標）（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｏｏｋ ａｎｄ ｌｏｏｐ）等を含む、様々な対合手段によって対合させることができる。例示的な実施形態の棒セグメント１１０は、棒アセンブリ１００の軸方向全長を形成できるように、（図２の）上側部片１２０と下端部部片１３０の間でかつ互いに対して取り付けることができる。
【００１５】
図４に示すように、例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａ、例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ｂ、および上端部部片１２０および下端部部片１３０の各１つは、棒アセンブリ１００の軸方向長さに沿った接続点３００のところで直接的に、またはアダプタサブアセンブリによって接続することができる。例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａおよび１１０Ｂは、製造工程を容易にするために固定長セグメントであることができる。
【００１６】
例示的な実施形態の棒セグメントは、耐食性があり他の原子炉構成部品と相性のよい材料から構築することができる。例えば、ジルコニウム合金を例示的な実施形態の棒セグメントを製造するのに使用することができる。例示的な実施形態の燃料棒セグメントが上記で説明されてきたが、「棒セグメント」または「燃料棒セグメント」に対するどのような参照も上記の説明を思い起こさせ、一方では単独で使用される「燃料棒」または「棒」は背景の項で説明された連続した棒を指すことは理解されるであろう。
【００１７】
図３および４は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体１００を形成できるように、複数の例示的な実施形態のスペーサプレート１５０と組み合わされた複数の対合された例示的な実施形態の棒セグメントを示す。例示的なスペーサプレート１５０は、例示的な実施形態の集合体１００の軸に沿って、対併せ部または接続点３００と位置合わせされる。例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例えば、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０の連結リング１５５を貫通する燃料セグメント１１０の相補的な端部１１１によって、対併せ部３００によって機械的に固定することができる。すなわち、燃料セグメント１１０の対応する端部が対併せ部３００のところで互いに連結されるところでは、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、燃料セグメント１１０の対併せ部によって閉じ込めることができる。以下で論じかつ図示される別の例示的な実施形態は、どのようにそのような閉じ込めを達成することができるかのいくつかの異なる方法を示す。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、摩擦または溶接なしで、例示的な実施形態の燃料集合体内の軸方向位置で機械的に固定することができる。
【００１８】
図５、５Ａおよび５Ｂは、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を例示的な実施形態の燃料セグメントの対併せ部３００に閉じ込める２つの異なる方法を示す。図５に示すように、対併せ部３００のところの例示的な実施形態の燃料棒セグメント１１０Ｂおよび１１０Ａは、対合することができる相補的な端部１１１Ａ／１１１Ｂおよび１１２Ａ／１１２Ｂをとることができる。この１１１Ａオス対合要素は、機械加工された領域１１６を含むことができ、一方１１１Ｂオス対合要素は、実質的にショルダ１４７までのネジ１４８を有することができる。
【００１９】
５Ａに示すように、対合要素１１１Ａおよび１１２Ａは、タング／レセプタ型式の対併せ部を介して連結することができる。１１１Ａおよび１１２Ａ形式の対合要素によって完全に対合されるとき、セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に接続凹部１１５を形成することができる。同様に、対合要素１１１Ｂおよび１１２Ｂは、ネジ穴／ネジ形式の対併せ部を介して連結することができる。図５Ａに示すように要素１１１Ｂおよび１１２Ｂが完全に対合されるとき、ショルダ１４７およびネジ１４８の一部分は暴露することができる。
【００２０】
図５Ｂは、どのように様々な例示的な実施形態のスペーサ１５０を例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に閉じ込めることができるかを示す。図５Ｂに示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例示的なセグメント１１０Ａと１１０Ｂの対合要素１１１Ａと１１２Ａの周りでかつ／またはそれらを介して、接続凹部１１６内に嵌合させることができる。対合要素１１１Ａが貫通することができる例示的な実施形態のスペーサプレート１５０内の環状孔の内径１５２および外径１５１は、どのように例示的な実施形態のスペーサプレート１５０が対合する例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に機械的に閉じ込められ得るかを示すために、図５Ｂに影で示されている。同様に、対合要素１１１Ｂと１１２Ｂは、オス対合要素１１１Ｂ上にねじ込むように内径１５２上にネジ切り部を含むことができる、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０と一緒にかつそれを通りねじ込むことができる。この方法で、対合要素１１１Ａと１１２Ａまたは１１１Ｂと１１２Ｂが互いに連結されるとき、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、摩擦的な接触力のみではない通常の接触力によって、例示的な実施形態の燃料セグメント１１０Ａまたは１１０Ｂのいずれかが軸方向に上下に移動することを防止することができる。同様に、例示的な実施形態のスペーサプレートは、対合要素１１１Ａ／１１１Ｂの周りに嵌合させることによって軸方向に直角な横断方向で固定することができる。（図３に示すように）いくつかの例示的な実施形態の燃料セグメント１１０が例示的な実施形態の燃料集合体１００を形成するように使用される場合は、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０が対併せ部３００の軸周りを回転することをさらに防止し、したがって、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０をそれらを収容する例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体に対して並進的にかつ角度的に静止して保持することができる。
【００２１】
図５、５Ａおよび５Ｂに示す例示的な実施形態はタング／レセプタおよびネジ穴／ネジ間の対併せ部によって形成される凹部領域内に閉じ込められたスペーサプレートを示すけれども、例示的な実施形態のスペーサプレートは２つの軸方向に隣接する棒セグメントの間の接続点のところで任意の数の他の手段によって保持することができる。例えば、例示的な実施形態のスペーサプレートは、接続点のところで対合要素を貫通しまたは対合要素と相互接続することができ、あるいは２つの軸方向に隣接する燃料棒セグメントの対併せ部によって別の方法で機械的にクランプする、留める等することができる。
【００２２】
例示的な実施形態の棒セグメント１１０およびスペーサプレート１５０から形成される棒セグメントアセンブリ１００が図２〜５Ｂに示されており、図２〜５Ｂに示す棒アセンブリ１００、棒セグメント１１０、および／またはスペーサプレート１５０のうちの１つまたは複数は、例示的な実施形態の燃料集合体内に挿入できることが分かる。例えば、棒アセンブリ１００および／またはスペーサプレート１５０は、図１の燃料集合体１０内の燃料棒１８および１９とスペーサプレート２０のうちの１つまたは複数に置き換えることができる。
【００２３】
例示的な実施形態の燃料集合体が溶接または摩擦なしで特定の軸方向位置に固定される例示的な実施形態のスペーサプレートを含むので、例示的な実施形態の燃料集合体は、連続する棒の半径方向外側にのみ取り付けられるスペーサプレートを使用する従来型の燃料集合体と比較して、損傷を受け難くすることができ、かつ核分裂生成物の逃げに対する可能性を減少させることができる。例えば従来型のスペーサプレートは、それらが従来型棒と接触する摩擦的な方法に起因して、それらが接触する従来型連続燃料棒に沿って滑り、燃料棒上で磨耗し、または燃料棒の腐食を高める可能性がある。しかしながら、例示的な実施形態のスペーサプレートおよび集合体は、２つの燃料棒セグメント間にスペーサプレートを機械的に固定し、滑りおよび磨耗を防止し、および／または対合要素の剛体のかつ／または非燃料的性質に起因して、核分裂生成物が逃げる可能性のない燃料棒に沿った対合位置に腐食を移動させることによってこれらの問題点を防止しまたは軽減させる。
【００２４】
図６は、図２〜５Ｂに対して上記で論じた例示的な実施形態の燃料集合体に使用することができる例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を示す。図６に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレートは、内径１５１および外径１５２、流れ孔１５８、および厚さ１５９を伴ういくつかの連結リング１５５を有する実質的に平らなプレートであることができる。この連結リング１５５は、例示的な実施形態の燃料棒の対合要素が連結リング１５５を貫通し対併せされ、それによってこの対併せ部のところで連結リング１５５を固定できるような形状にすることができる。例えば、この連結リングは、それを貫通する例示的な実施形態の燃料セグメントの対合要素の外径に実質的に等しい内径１５１を伴う環状であることができる。
【００２５】
いくつかの間隔保持セグメント１５６が、隣接する連結リング１５５を連結しかつ堅固に保持することができ、例示的な実施形態のスペーサプレートに取り付けられる燃料棒セグメントの堅固な間隔保持と振動軽減を与えることができる。この連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６は、単一の平面を占有し９０度間隔で間隔のあけられた連結リング１５５を有して、図５に格子のような配列で示されている。４つの間隔保持セグメント１５６が、他の連結リング１５５と接続するように９０度毎に各内部連結リング１５５の外径１５２から横断方向に延びることができる。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、実質的に正方形の形状と各側面に等しい数の連結リング１５５を有することができる。スペーサプレート１５０は、棒セグメント１１０ａおよび１１０ｂ内で横方向に機械的強度を与えるが、スペーサプレート１５０の材料および関連する機械的強度および弾力性に基づく、棒セグメント１１０ａと１１０ｂとの間の差のある伸びのわずかな差に対して調整するように柔軟であるような、厚さ１５９を有することができる。
【００２６】
図６の例示的な実施形態は実質的に正方形であるけれども、連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６の任意の所望の配置が、様々な燃料集合体形状および棒位置に対応するために可能である。例えば、連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６の６角形または円形の格子は、それらの形状を有する例示的な実施形態の燃料集合体に対応することができる。同様に、間隔保持セグメント１５６の任意の数が、様々な規則正しいまたは不規則な位置で各連結リング１５５を堅固に保持することができる。連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６は、棒セグメント形状および例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通り流れる冷却剤の所望の流れ特性に応じて、異なる形状を有することができる。
【００２７】
図６に示す例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体の中央により大きな水ロッドまたは通路を収容する隙間１５７を含むことができるが、この隙間１５７は集合体設計に応じて必ずしも存在しない。さらに、この隙間１５７は、他の、中央位置でない位置に配置することができ、他の、非正方形の形状を有することができる。
【００２８】
図５Ｂおよび６に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０の環状連結リングの外径１５２は、その特定の連結リングのところで対合する燃料棒セグメント１１０の外径と実質的に等しくすることができる。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０および燃料棒セグメント１１０は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体を収容する作動している原子炉炉心内で燃料棒セグメントに沿って軸方向に流れる冷却剤に対して連続的な軸方向外形を与えることができる。例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体のこの連続的な外形は、燃料棒から横断方向に延びる従来型のスペーサプレートに対してよく起きる残骸捕捉を減少させることができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび集合体による捕捉される残骸の減少は、捕捉された残骸は従来型の燃料棒の腐食に寄与する可能性があるので、腐食および核分裂生成物の解放のリスクをさらに減少させることができる。
【００２９】
図６に示すように、複数の流れ孔１５８を連結リング１５５と間隔保持セグメント１５６の接点によって形成することができる。冷却剤は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体を収容する作動している原子炉炉心内で流れ孔１５８を通り流れることができる。連結リング１５５の外径１５２を、連結リング１５５に隣接する例示的な実施形態の燃料棒セグメントに実質的に等しくすることができるので、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通り流れる冷却剤の圧力低下は、従来型の集合体を貫通する流れ通路のより大きな部分を占有する従来型のスペーサプレートと比較して減少させることができる。すなわち、間隔保持セグメント１５６のサイズの減少が、より小さな流れ面積を有する従来型のスペーサプレートと比較して例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通る圧力低下をさらに減少させることができるように、間隔保持セグメント１５６のみが流れ孔１５８を通り流れる冷却剤の圧力低下に実質的に寄与することができる。例示的な実施形態の集合体およびスペーサプレートを通るより低い圧力低下に伴って、冷却剤を移動させ炉心を通らせるのに必要なポンプ輸送エネルギー（または、ポンプ輸送ヘッド）を減少させることができる。自然循環プラントの例では、これは結果としてより高い炉心流れ、改善される核効率、および／または熱制限の改善になる。
【００３０】
図７は、図６に示す例示的な実施形態と同様ないくつかの要素を有する、別の例示的な実施形態のスペーサプレート１７０を示し、その冗長な説明は省略される。例示的な実施形態のスペーサプレート１７０は、異なる例示的な実施形態の燃料集合体水ロッド設計に対応するために、どのように隙間１５７を代わりの形状にすることができるかを示す。さらに図７は、例示的な実施形態の棒セグメント間の接続点でスペーサを固定する代替の方法を受け入れるために、どのように内径１５２がネジを含むことができるかを詳細Ａ内に示す。
【００３１】
図８に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を含む例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体の流れ通路内に延びるいくつかの混合タブ１６１も含むことができる。混合タブ１６１は、連結リング１５５から例示的な実施形態の集合体の軸方向に対し直角な横断方向に、流れ孔１５８内に延びることができる。混合タブ１６１はさらに、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を通る冷却剤の流れの方向に曲げることができる。１つまたは複数の混合タブが各連結リング１５５から延びることができる。
【００３２】
この混合タブ１６１は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を通り流れる冷却剤内に、渦および流れ捩れなどの乱れまたは代替の流れパターンを誘起することができる。この混合タブは、より良好な冷却剤混合したがって例示的な実施形態の棒セグメントから冷却剤への熱伝達をもたらすことができる。さらに、この混合タブ１６１は、特定の流れ通路を通る所望の流れおよび混合パターンを達成させるためにサイズおよび形態を変更することができる。例えば、より大きな混合タブ１６１は、対応する流れ孔１５８を通る流量を減少させる場合があり、一方曲がっていないまたは険しい縁部を有する混合タブ１６１は、冷却剤流れ内により多くの乱れおよび圧力低下を誘起する場合がある。
【００３３】
例示的な実施形態のスペーサプレート１６０は、周囲連結リング１５５から延びる１つまたは複数のスプリングタブ１５４をさらに含むことができる。スプリングタブ１５４は、隣接するスペーサプレート１６０間の所望の間隔を位置決めし、かつ／または維持することができ、それによってスペーサプレート１６０を収容する例示的な実施形態の燃料集合体間の同様な位置決めおよび／または間隔を維持することができる。スプリングタブ１５４は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０と全体的に連続であることができる。別法として、スプリングタブ１５４は、溶接、半田付け、リベット等を含む任意の適切な手段によってスペーサプレート１６０に連結することができる。スプリングタブ１５４は、このスプリングタブ１５４が軸方向で上向きまたは下向きにも延びることができるように、ある角度で連結リング１５５から延びることができる。スプリングタブ１５４は、動作サイクルの全体を通して集合体形状の変化に対応するようにある程度の弾力性で隣接する燃料集合体の間の堅固な間隔保持を可能にする、以下で論じるスペーサプレート１６０のものと同様な材料から作ることができる。この方法で、スプリングタブ１５４は、集合体内の実際の燃料棒に触れるかつ／または腐食させることなしに、炉心内でいくつかの軸方向スペーサプレート位置のところで隣接する燃料集合体を堅固に位置合わせすることができる。
【００３４】
例示的な実施形態のスペーサプレートは、例示的な実施形態の燃料セグメントおよび集合体を適切に間隔をあけさせかつ維持し、隣接する棒間の軸方向の異なる伸びのわずかな差を可能にするのに必要な柔軟性をもたらすことができるように、作動する原子炉炉心内の状態と相性のよい、かつ最小限の剛性を維持するいくつかの異なる種類の材料から製作することができる。例えば、従来型の原子炉炉心環境で使用されるジルコニウムを含有する知られた耐食性合金を例示的な実施形態のスペーサプレートを製作するために使用することができる。別法として、原子炉炉心の状態と相性のよい耐食性ステンレス鋼または他の材料を使用することができる。
【００３５】
例示的な実施形態のスペーサプレートは、多数の部品の組み立てまたは溶接を必要とせず、したがって内部的に連続であることができるので、それらは適切な材料シートからの単一の打ち抜きで製作することができる。この簡単な製作工程が、製作コストを減少させ、作動している炉心内にかつ内側に挿入する前の例示的な実施形態のスペーサプレートおよび燃料集合体の検査を容易にすることができる。
【００３６】
上記で述べたように例示的な実施形態が説明されたが、例示的な実施形態は日常的な実験およびさらなる発明的な活動なしで変更できることを当業者は理解するであろう。変形形態はこの例示的な実施形態の趣旨および範囲から逸脱したものと見なされるべきではなく、当業者に対し明らかであろうような全てのそのような改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】アセンブリに摩擦的に固定されるスペーサプレートを有する従来技術の燃料アセンブリの図である。
【図２】例示的実施形態のスペーサプレートを含む例示的な実施形態の分割燃料棒アセンブリの図である。
【図３】部分的に組み立てられた例示的実施形態の分割燃料棒アセンブリの詳細図である。
【図４】例示的実施形態のスペーサプレートを有する、例示的実施形態の分割燃料棒セグメントの図である。
【図５】例示的実施形態のスペーサプレートなしで対合する前を示す、例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図５Ａ】例示的実施形態のスペーサプレートなしで対併せされた後を示す、図５の例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図５Ｂ】間に接続された例示的実施形態のスペーサプレートと対併せされた後を示す、図５の例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図６】例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【図７】別の例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【図８】別の例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ ＢＷＲ核燃料集合体アセンブリ／例示的な実施形態の燃料集合体
１２ 外側通路
１４ 上側タイプレート
１６ 下側タイプレート
２０ スペーサ／スペーサ格子プレート
２２ タブなしの水ロッド
２４ タブなしの水ロッド
１００ 燃料棒アセンブリの全、軸方向長さ／棒セグメントアセンブリ（５Ｘ）
１０１ 部分的な燃料棒アセンブリの軸方向長さ
部分長の分割された燃料棒１０１
１１０ 燃料棒セグメント
１１０ａ 例示的な実施形態の燃料セグメント
１１０ｂ 例示的な実施形態の燃料セグメント
１１１ 対合要素／相補的端部
１１１ａ 対合要素／相補的端部
１１２ 対合要素／相補的端部
１１４ａ アダプタアセンブリ３０２のサブアダプタ（オス）
１１４ｂ アダプタアセンブリ３０２のサブアダプタ（メス）
１１５ オスサブアダプタ１１４ａ上の機械加工された凹部領域
１１６ 機械加工された緩衝域／オス端部プラグ
１４６ 例示的な実施形態のスペーサ１７０のみの、ネジ切りされた孔
１４７ オスサブアダプタ１１４ａ上のショルダ
１４８ オスサブアダプタ１１４ａ上の接続ネジ
１５０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
１５１ 連結リング１５５の外径
１５２ 連結リング１５５の内径
１５５ 材料１５６の接合部／ストリップにより相互接続される、連結リング１５５
１５６ 連結部によって相互接続される、連結リング１５５
１５７ スペーサ格子プレート内の水ロッド領域の隙間／開口部
１５８ 冷却剤流れ特性
１５９ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０の厚さ
１６０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
１６１ 混合タブ
１７０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
３００ 対併せ部／接続点
３０２ アダプタサブアセンブリ
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、一般に、原子力発電所で使用される燃料構造体および燃料構造体を使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電所は、核分裂によって発電するために中に燃料が配置される原子炉炉心を含む。米国の原子力発電所での一般的な設計は、原子炉炉心内に配置される燃料アセンブリ、または燃料集合体として互いに束ねられた複数の被覆された燃料棒内に燃料を配置することである。これらの燃料集合体は通常、燃料棒の振動を減衰させ、燃料棒の最小限の離隔距離および相対的な位置決めを確保し、かつその中の集合体およびスペーサを通り軸方向に流れる冷却剤を混合させるための、集合体の全体にわたり軸方向に配置されるいくつかの間隔保持要素を含む。
【０００３】
図１に示すように、ＢＷＲなどの原子炉の従来型の燃料集合体１０は、上側タイプレート１４および下側タイプレート１６を取り囲む外側溝形材１２を含むことができる。複数の全長の燃料棒１８および／または部分長の燃料棒１９が、燃料集合体１０内にマトリックスで配置され、互いに軸方向に間隔のあいた、その所与のマトリックス内に棒１８、１９を維持する（スペーサ格子としても知られている）複数のスペーサ２０を貫通する。
【０００４】
燃料棒１８、１９は一般に、全長燃料棒１８の場合下側タイプレート１６から上側タイプレート１４までである、それらの基部から終端まで連続である。従来型のスペーサ２０は、スペーサ２０を貫通する各棒の外側に当接する、ストップおよび／またはスプリングとして知られている抵抗力のある接触セグメントの使用を介して、燃料棒１８および１９に対して摩擦的に把持する溶接格子である。この方法で、従来型のスペーサ２０を、高速の冷却剤が集合体１０を通り軸方向に流れるとき、抵抗力のある接触点によって燃料集合体内の一定の軸方向位置に静止して保持することができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態は、スペーサプレートを一定の軸方向位置に機械的に閉じ込める、分割燃料棒を使用する燃料棒および集合体の設計を対象とする。例示的な実施形態のスペーサプレートは、燃料棒セグメントの間の対併せ部（ｍａｔｉｎｇ）と呼ばれる軸方向接続点のところに配置することができ、燃料棒セグメントが対合するとき、例示的な実施形態のスペーサプレートは、対併せ部によって機械的に保持することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートは、溶接または移動可能な部品の必要なく、単一の打ち抜き／成型工程で製作することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび分割燃料棒集合体は、スペーサプレートの滑りを減少させ、スペーサプレートの滑りに起因する燃料損傷を減少させ残骸腐食によって引き起こされる燃料障害の可能性を減少させることができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび分割燃料棒集合体は、例示的な実施形態のスペーサプレートを収容する燃料集合体を通り流れる冷却剤の増加する混合を伴う圧力低下の減少をさらにもたらすことができる。
【０００６】
例示的な実施形態の核燃料集合体は、軸方向通路内に複数の軸方向燃料棒セグメントを有する、軸方向の、あるいは長手方向の流れ通路を含むことができる。この燃料棒セグメントは、軸方向に互いに脱着可能に対合させることができ、かつ個々に被覆することができる。例示的な実施形態のスペーサプレートは、軸方向に直角な横断方向に通路を差し渡すことができ、このスペーサプレートは、燃料棒セグメント間の少なくとも１つの対併せ部によって通路内に堅固に閉じ込められる。
【０００７】
例示的な実施形態は、同様な要素が同様な参照番号によって示され、それらが説明のためのみに与えられ、したがって本明細書での例示的な実施形態を制限するものではない添付の図面を、詳細に説明することによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
例示的な実施形態の詳細な説明のための実施形態が本明細書に開示される。ただし、本明細書で開示される特定の構造的かつ機能的な詳細は、例示的な実施形態を説明する目的のための典型に過ぎない。しかし、この例示的な実施形態は、多くの代替の形態で実施することができ、本明細書に記載される唯一の例示的な実施形態に限定されるとして解釈すべきではない。
【０００９】
様々な要素を説明するために用語、第１の、第２の、等が本明細書で使用される場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を他の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と名づけることができ、かつ同様に、第２の要素は第１の要素と名づけることができる。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連して列挙される品目の任意のかつ全ての組み合わせを含む。
【００１０】
ある要素が別の要素に「接続されて（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結されて（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「対合されて（ｍａｔｅｄ）」、「取り付けられて（ａｔｔａｃｈｅｄ）」あるいは「固定されて（ｆｉｘｅｄ）」いると呼ばれるとき、それは他の要素に直接的に接続されまたは連結されていることができ、あるいは介在する要素が存在することができることは理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接的に接続されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接的に連結されて（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」いると呼ばれるとき、介在する要素は全く存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の言葉は、同様なやり方で解釈すべきである（例えば、「間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」対「直接的に間に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」対「直接的に隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」等）。
【００１１】
本明細書で使用される術語は、具体的な実施形態を説明する目的のためのみであり、例示的な実施形態を限定するためのものではない。本明細書で使用されるとき、単数形態「１つの（ａ， ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、その言葉が明示的にそうではないと示さない限り複数の形態も同様に含むことを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないこともさらに理解されるであろう。
【００１２】
いくつかの代替の実施では、言及される機能／作用は図に言及される順序から外れて起きる場合があることにも留意すべきである。例えば、連続して示される２つの図は、実際は実質的に同時に実行される場合があり、あるいは含まれる機能性／作用に応じて時には逆の順序で実行される場合がある。
【００１３】
図２は、上端部部片１２０と下端部部片１３０の間の部分長の棒セグメント１０１および全長の棒セグメント１０２の両方として示される、複数の例示的な実施形態の棒セグメントを示す。上端部部片１２０と下端部部片１３０は、例示的な実施形態の燃料集合体１００の下側タイプレート１６および上側タイプレート１４それぞれと対合するためのネジまたは他の対合機構を含むことができる。棒セグメント１０１および１０２は、例示的な実施形態の燃料集合体１００を取り囲む溝形材１２内に配設することができる。
【００１４】
図３に示すように、軸方向に隣接する棒セグメントは、直接的にまたはアダプタサブアセンブリを介して互いに相互接続、または対合させることができ、直接接続は、接続点、または対併せ部３００の点線円内に全体的に示されている。例示的な実施形態の棒セグメントは、例えば、タング／レセプタ（ｔａｎｇ／ｒｅｃｅｐｔｏｒ）、ネジ／ネジ穴、内部マジックテープ（登録商標）（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｏｏｋ ａｎｄ ｌｏｏｐ）等を含む、様々な対合手段によって対合させることができる。例示的な実施形態の棒セグメント１１０は、棒アセンブリ１００の軸方向全長を形成できるように、（図２の）上側部片１２０と下端部部片１３０の間でかつ互いに対して取り付けることができる。
【００１５】
図４に示すように、例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａ、例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ｂ、および上端部部片１２０および下端部部片１３０の各１つは、棒アセンブリ１００の軸方向長さに沿った接続点３００のところで直接的に、またはアダプタサブアセンブリによって接続することができる。例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａおよび１１０Ｂは、製造工程を容易にするために固定長セグメントであることができる。
【００１６】
例示的な実施形態の棒セグメントは、耐食性があり他の原子炉構成部品と相性のよい材料から構築することができる。例えば、ジルコニウム合金を例示的な実施形態の棒セグメントを製造するのに使用することができる。例示的な実施形態の燃料棒セグメントが上記で説明されてきたが、「棒セグメント」または「燃料棒セグメント」に対するどのような参照も上記の説明を思い起こさせ、一方では単独で使用される「燃料棒」または「棒」は背景の項で説明された連続した棒を指すことは理解されるであろう。
【００１７】
図３および４は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体１００を形成できるように、複数の例示的な実施形態のスペーサプレート１５０と組み合わされた複数の対合された例示的な実施形態の棒セグメントを示す。例示的なスペーサプレート１５０は、例示的な実施形態の集合体１００の軸に沿って、対併せ部または接続点３００と位置合わせされる。例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例えば、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０の連結リング１５５を貫通する燃料セグメント１１０の相補的な端部１１１によって、対併せ部３００によって機械的に固定することができる。すなわち、燃料セグメント１１０の対応する端部が対併せ部３００のところで互いに連結されるところでは、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、燃料セグメント１１０の対併せ部によって閉じ込めることができる。以下で論じかつ図示される別の例示的な実施形態は、どのようにそのような閉じ込めを達成することができるかのいくつかの異なる方法を示す。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、摩擦または溶接なしで、例示的な実施形態の燃料集合体内の軸方向位置で機械的に固定することができる。
【００１８】
図５、５Ａおよび５Ｂは、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を例示的な実施形態の燃料セグメントの対併せ部３００に閉じ込める２つの異なる方法を示す。図５に示すように、対併せ部３００のところの例示的な実施形態の燃料棒セグメント１１０Ｂおよび１１０Ａは、対合することができる相補的な端部１１１Ａ／１１１Ｂおよび１１２Ａ／１１２Ｂをとることができる。この１１１Ａオス対合要素は、機械加工された領域１１６を含むことができ、一方１１１Ｂオス対合要素は、実質的にショルダ１４７までのネジ１４８を有することができる。
【００１９】
５Ａに示すように、対合要素１１１Ａおよび１１２Ａは、タング／レセプタ型式の対併せ部を介して連結することができる。１１１Ａおよび１１２Ａ形式の対合要素によって完全に対合されるとき、セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に接続凹部１１５を形成することができる。同様に、対合要素１１１Ｂおよび１１２Ｂは、ネジ穴／ネジ形式の対併せ部を介して連結することができる。図５Ａに示すように要素１１１Ｂおよび１１２Ｂが完全に対合されるとき、ショルダ１４７およびネジ１４８の一部分は暴露することができる。
【００２０】
図５Ｂは、どのように様々な例示的な実施形態のスペーサ１５０を例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に閉じ込めることができるかを示す。図５Ｂに示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例示的なセグメント１１０Ａと１１０Ｂの対合要素１１１Ａと１１２Ａの周りでかつ／またはそれらを介して、接続凹部１１６内に嵌合させることができる。対合要素１１１Ａが貫通することができる例示的な実施形態のスペーサプレート１５０内の環状孔の内径１５２および外径１５１は、どのように例示的な実施形態のスペーサプレート１５０が対合する例示的な実施形態の棒セグメント１１０Ａと１１０Ｂの間に機械的に閉じ込められ得るかを示すために、図５Ｂに影で示されている。同様に、対合要素１１１Ｂと１１２Ｂは、オス対合要素１１１Ｂ上にねじ込むように内径１５２上にネジ切り部を含むことができる、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０と一緒にかつそれを通りねじ込むことができる。この方法で、対合要素１１１Ａと１１２Ａまたは１１１Ｂと１１２Ｂが互いに連結されるとき、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、摩擦的な接触力のみではない通常の接触力によって、例示的な実施形態の燃料セグメント１１０Ａまたは１１０Ｂのいずれかが軸方向に上下に移動することを防止することができる。同様に、例示的な実施形態のスペーサプレートは、対合要素１１１Ａ／１１１Ｂの周りに嵌合させることによって軸方向に直角な横断方向で固定することができる。（図３に示すように）いくつかの例示的な実施形態の燃料セグメント１１０が例示的な実施形態の燃料集合体１００を形成するように使用される場合は、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０が対併せ部３００の軸周りを回転することをさらに防止し、したがって、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０をそれらを収容する例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体に対して並進的にかつ角度的に静止して保持することができる。
【００２１】
図５、５Ａおよび５Ｂに示す例示的な実施形態はタング／レセプタおよびネジ穴／ネジ間の対併せ部によって形成される凹部領域内に閉じ込められたスペーサプレートを示すけれども、例示的な実施形態のスペーサプレートは２つの軸方向に隣接する棒セグメントの間の接続点のところで任意の数の他の手段によって保持することができる。例えば、例示的な実施形態のスペーサプレートは、接続点のところで対合要素を貫通しまたは対合要素と相互接続することができ、あるいは２つの軸方向に隣接する燃料棒セグメントの対併せ部によって別の方法で機械的にクランプする、留める等することができる。
【００２２】
例示的な実施形態の棒セグメント１１０およびスペーサプレート１５０から形成される棒セグメントアセンブリ１００が図２〜５Ｂに示されており、図２〜５Ｂに示す棒アセンブリ１００、棒セグメント１１０、および／またはスペーサプレート１５０のうちの１つまたは複数は、例示的な実施形態の燃料集合体内に挿入できることが分かる。例えば、棒アセンブリ１００および／またはスペーサプレート１５０は、図１の燃料集合体１０内の燃料棒１８および１９とスペーサプレート２０のうちの１つまたは複数に置き換えることができる。
【００２３】
例示的な実施形態の燃料集合体が溶接または摩擦なしで特定の軸方向位置に固定される例示的な実施形態のスペーサプレートを含むので、例示的な実施形態の燃料集合体は、連続する棒の半径方向外側にのみ取り付けられるスペーサプレートを使用する従来型の燃料集合体と比較して、損傷を受け難くすることができ、かつ核分裂生成物の逃げに対する可能性を減少させることができる。例えば従来型のスペーサプレートは、それらが従来型棒と接触する摩擦的な方法に起因して、それらが接触する従来型連続燃料棒に沿って滑り、燃料棒上で磨耗し、または燃料棒の腐食を高める可能性がある。しかしながら、例示的な実施形態のスペーサプレートおよび集合体は、２つの燃料棒セグメント間にスペーサプレートを機械的に固定し、滑りおよび磨耗を防止し、および／または対合要素の剛体のかつ／または非燃料的性質に起因して、核分裂生成物が逃げる可能性のない燃料棒に沿った対合位置に腐食を移動させることによってこれらの問題点を防止しまたは軽減させる。
【００２４】
図６は、図２〜５Ｂに対して上記で論じた例示的な実施形態の燃料集合体に使用することができる例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を示す。図６に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレートは、内径１５１および外径１５２、流れ孔１５８、および厚さ１５９を伴ういくつかの連結リング１５５を有する実質的に平らなプレートであることができる。この連結リング１５５は、例示的な実施形態の燃料棒の対合要素が連結リング１５５を貫通し対併せされ、それによってこの対併せ部のところで連結リング１５５を固定できるような形状にすることができる。例えば、この連結リングは、それを貫通する例示的な実施形態の燃料セグメントの対合要素の外径に実質的に等しい内径１５１を伴う環状であることができる。
【００２５】
いくつかの間隔保持セグメント１５６が、隣接する連結リング１５５を連結しかつ堅固に保持することができ、例示的な実施形態のスペーサプレートに取り付けられる燃料棒セグメントの堅固な間隔保持と振動軽減を与えることができる。この連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６は、単一の平面を占有し９０度間隔で間隔のあけられた連結リング１５５を有して、図５に格子のような配列で示されている。４つの間隔保持セグメント１５６が、他の連結リング１５５と接続するように９０度毎に各内部連結リング１５５の外径１５２から横断方向に延びることができる。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、実質的に正方形の形状と各側面に等しい数の連結リング１５５を有することができる。スペーサプレート１５０は、棒セグメント１１０ａおよび１１０ｂ内で横方向に機械的強度を与えるが、スペーサプレート１５０の材料および関連する機械的強度および弾力性に基づく、棒セグメント１１０ａと１１０ｂとの間の差のある伸びのわずかな差に対して調整するように柔軟であるような、厚さ１５９を有することができる。
【００２６】
図６の例示的な実施形態は実質的に正方形であるけれども、連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６の任意の所望の配置が、様々な燃料集合体形状および棒位置に対応するために可能である。例えば、連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６の６角形または円形の格子は、それらの形状を有する例示的な実施形態の燃料集合体に対応することができる。同様に、間隔保持セグメント１５６の任意の数が、様々な規則正しいまたは不規則な位置で各連結リング１５５を堅固に保持することができる。連結リング１５５および間隔保持セグメント１５６は、棒セグメント形状および例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通り流れる冷却剤の所望の流れ特性に応じて、異なる形状を有することができる。
【００２７】
図６に示す例示的な実施形態のスペーサプレート１５０は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体の中央により大きな水ロッドまたは通路を収容する隙間１５７を含むことができるが、この隙間１５７は集合体設計に応じて必ずしも存在しない。さらに、この隙間１５７は、他の、中央位置でない位置に配置することができ、他の、非正方形の形状を有することができる。
【００２８】
図５Ｂおよび６に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０の環状連結リングの外径１５２は、その特定の連結リングのところで対合する燃料棒セグメント１１０の外径と実質的に等しくすることができる。この方法で、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０および燃料棒セグメント１１０は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体を収容する作動している原子炉炉心内で燃料棒セグメントに沿って軸方向に流れる冷却剤に対して連続的な軸方向外形を与えることができる。例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体のこの連続的な外形は、燃料棒から横断方向に延びる従来型のスペーサプレートに対してよく起きる残骸捕捉を減少させることができる。例示的な実施形態のスペーサプレートおよび集合体による捕捉される残骸の減少は、捕捉された残骸は従来型の燃料棒の腐食に寄与する可能性があるので、腐食および核分裂生成物の解放のリスクをさらに減少させることができる。
【００２９】
図６に示すように、複数の流れ孔１５８を連結リング１５５と間隔保持セグメント１５６の接点によって形成することができる。冷却剤は、例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体を収容する作動している原子炉炉心内で流れ孔１５８を通り流れることができる。連結リング１５５の外径１５２を、連結リング１５５に隣接する例示的な実施形態の燃料棒セグメントに実質的に等しくすることができるので、例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通り流れる冷却剤の圧力低下は、従来型の集合体を貫通する流れ通路のより大きな部分を占有する従来型のスペーサプレートと比較して減少させることができる。すなわち、間隔保持セグメント１５６のサイズの減少が、より小さな流れ面積を有する従来型のスペーサプレートと比較して例示的な実施形態のスペーサプレート１５０を通る圧力低下をさらに減少させることができるように、間隔保持セグメント１５６のみが流れ孔１５８を通り流れる冷却剤の圧力低下に実質的に寄与することができる。例示的な実施形態の集合体およびスペーサプレートを通るより低い圧力低下に伴って、冷却剤を移動させ炉心を通らせるのに必要なポンプ輸送エネルギー（または、ポンプ輸送ヘッド）を減少させることができる。自然循環プラントの例では、これは結果としてより高い炉心流れ、改善される核効率、および／または熱制限の改善になる。
【００３０】
図７は、図６に示す例示的な実施形態と同様ないくつかの要素を有する、別の例示的な実施形態のスペーサプレート１７０を示し、その冗長な説明は省略される。例示的な実施形態のスペーサプレート１７０は、異なる例示的な実施形態の燃料集合体水ロッド設計に対応するために、どのように隙間１５７を代わりの形状にすることができるかを示す。さらに図７は、例示的な実施形態の棒セグメント間の接続点でスペーサを固定する代替の方法を受け入れるために、どのように内径１５２がネジを含むことができるかを詳細Ａ内に示す。
【００３１】
図８に示すように、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を含む例示的な実施形態の燃料棒セグメント集合体の流れ通路内に延びるいくつかの混合タブ１６１も含むことができる。混合タブ１６１は、連結リング１５５から例示的な実施形態の集合体の軸方向に対し直角な横断方向に、流れ孔１５８内に延びることができる。混合タブ１６１はさらに、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を通る冷却剤の流れの方向に曲げることができる。１つまたは複数の混合タブが各連結リング１５５から延びることができる。
【００３２】
この混合タブ１６１は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０を通り流れる冷却剤内に、渦および流れ捩れなどの乱れまたは代替の流れパターンを誘起することができる。この混合タブは、より良好な冷却剤混合したがって例示的な実施形態の棒セグメントから冷却剤への熱伝達をもたらすことができる。さらに、この混合タブ１６１は、特定の流れ通路を通る所望の流れおよび混合パターンを達成させるためにサイズおよび形態を変更することができる。例えば、より大きな混合タブ１６１は、対応する流れ孔１５８を通る流量を減少させる場合があり、一方曲がっていないまたは険しい縁部を有する混合タブ１６１は、冷却剤流れ内により多くの乱れおよび圧力低下を誘起する場合がある。
【００３３】
例示的な実施形態のスペーサプレート１６０は、周囲連結リング１５５から延びる１つまたは複数のスプリングタブ１５４をさらに含むことができる。スプリングタブ１５４は、隣接するスペーサプレート１６０間の所望の間隔を位置決めし、かつ／または維持することができ、それによってスペーサプレート１６０を収容する例示的な実施形態の燃料集合体間の同様な位置決めおよび／または間隔を維持することができる。スプリングタブ１５４は、例示的な実施形態のスペーサプレート１６０と全体的に連続であることができる。別法として、スプリングタブ１５４は、溶接、半田付け、リベット等を含む任意の適切な手段によってスペーサプレート１６０に連結することができる。スプリングタブ１５４は、このスプリングタブ１５４が軸方向で上向きまたは下向きにも延びることができるように、ある角度で連結リング１５５から延びることができる。スプリングタブ１５４は、動作サイクルの全体を通して集合体形状の変化に対応するようにある程度の弾力性で隣接する燃料集合体の間の堅固な間隔保持を可能にする、以下で論じるスペーサプレート１６０のものと同様な材料から作ることができる。この方法で、スプリングタブ１５４は、集合体内の実際の燃料棒に触れるかつ／または腐食させることなしに、炉心内でいくつかの軸方向スペーサプレート位置のところで隣接する燃料集合体を堅固に位置合わせすることができる。
【００３４】
例示的な実施形態のスペーサプレートは、例示的な実施形態の燃料セグメントおよび集合体を適切に間隔をあけさせかつ維持し、隣接する棒間の軸方向の異なる伸びのわずかな差を可能にするのに必要な柔軟性をもたらすことができるように、作動する原子炉炉心内の状態と相性のよい、かつ最小限の剛性を維持するいくつかの異なる種類の材料から製作することができる。例えば、従来型の原子炉炉心環境で使用されるジルコニウムを含有する知られた耐食性合金を例示的な実施形態のスペーサプレートを製作するために使用することができる。別法として、原子炉炉心の状態と相性のよい耐食性ステンレス鋼または他の材料を使用することができる。
【００３５】
例示的な実施形態のスペーサプレートは、多数の部品の組み立てまたは溶接を必要とせず、したがって内部的に連続であることができるので、それらは適切な材料シートからの単一の打ち抜きで製作することができる。この簡単な製作工程が、製作コストを減少させ、作動している炉心内にかつ内側に挿入する前の例示的な実施形態のスペーサプレートおよび燃料集合体の検査を容易にすることができる。
【００３６】
上記で述べたように例示的な実施形態が説明されたが、例示的な実施形態は日常的な実験およびさらなる発明的な活動なしで変更できることを当業者は理解するであろう。変形形態はこの例示的な実施形態の趣旨および範囲から逸脱したものと見なされるべきではなく、当業者に対し明らかであろうような全てのそのような改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】アセンブリに摩擦的に固定されるスペーサプレートを有する従来技術の燃料アセンブリの図である。
【図２】例示的実施形態のスペーサプレートを含む例示的な実施形態の分割燃料棒アセンブリの図である。
【図３】部分的に組み立てられた例示的実施形態の分割燃料棒アセンブリの詳細図である。
【図４】例示的実施形態のスペーサプレートを有する、例示的実施形態の分割燃料棒セグメントの図である。
【図５】例示的実施形態のスペーサプレートなしで対合する前を示す、例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図５Ａ】例示的実施形態のスペーサプレートなしで対併せされた後を示す、図５の例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図５Ｂ】間に接続された例示的実施形態のスペーサプレートと対併せされた後を示す、図５の例示的実施形態の燃料棒セグメントの詳細図である。
【図６】例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【図７】別の例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【図８】別の例示的実施形態のスペーサプレートの図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ ＢＷＲ核燃料集合体アセンブリ／例示的な実施形態の燃料集合体
１２ 外側通路
１４ 上側タイプレート
１６ 下側タイプレート
２０ スペーサ／スペーサ格子プレート
２２ タブなしの水ロッド
２４ タブなしの水ロッド
１００ 燃料棒アセンブリの全、軸方向長さ／棒セグメントアセンブリ（５Ｘ）
１０１ 部分的な燃料棒アセンブリの軸方向長さ
部分長の分割された燃料棒１０１
１１０ 燃料棒セグメント
１１０ａ 例示的な実施形態の燃料セグメント
１１０ｂ 例示的な実施形態の燃料セグメント
１１１ 対合要素／相補的端部
１１１ａ 対合要素／相補的端部
１１２ 対合要素／相補的端部
１１４ａ アダプタアセンブリ３０２のサブアダプタ（オス）
１１４ｂ アダプタアセンブリ３０２のサブアダプタ（メス）
１１５ オスサブアダプタ１１４ａ上の機械加工された凹部領域
１１６ 機械加工された緩衝域／オス端部プラグ
１４６ 例示的な実施形態のスペーサ１７０のみの、ネジ切りされた孔
１４７ オスサブアダプタ１１４ａ上のショルダ
１４８ オスサブアダプタ１１４ａ上の接続ネジ
１５０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
１５１ 連結リング１５５の外径
１５２ 連結リング１５５の内径
１５５ 材料１５６の接合部／ストリップにより相互接続される、連結リング１５５
１５６ 連結部によって相互接続される、連結リング１５５
１５７ スペーサ格子プレート内の水ロッド領域の隙間／開口部
１５８ 冷却剤流れ特性
１５９ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０の厚さ
１６０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
１６１ 混合タブ
１７０ 例示的な実施形態のスペーサ１５０、１６０および１７０
３００ 対併せ部／接続点
３０２ アダプタサブアセンブリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝形材（１２）内に軸方向に配設される複数の燃料棒（１１０）であって、少なくとも１つの燃料棒（１１０）が前記軸方向に互いに脱着可能に対併せされかつ個々に被覆される複数の燃料棒セグメント（１１０）から形成される燃料棒（１１０）と、
前記燃料棒セグメント（１１０）の間の少なくとも１つの対併せ部（３００）によって前記溝形材内に堅固に閉じ込められた、前記軸方向に対し直角な横断方向に前記溝形材（１２）を差し渡す少なくとも１つのスペーサプレート（１５０）とを備える、核燃料集合体（１０）。
【請求項２】
前記スペーサプレート（１５０）が連続であり、溶接されておらず、かつ穿孔されていることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項３】
前記スペーサプレート（１５０）が、作動する原子炉炉心環境内でその物理的特性を実質的に維持するように設計される材料から作製されることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項４】
前記スペーサプレート（１５０）が、ジルコニウムを含む合金から作製されることを特徴とする請求項３記載の集合体。
【請求項５】
前記スペーサプレート（１５０）が、複数の間隔保持セグメント（１５６）によって相互接続される複数の連結リング（１５５）を含むことを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項６】
前記連結リング（１５５）の各々が、前記スペーサプレート（１５０）を対併せされた第１と第２の燃料棒セグメント（１１０）の間に閉じ込めることができるように、接続部材を第１の燃料棒セグメント（１１０）から前記連結リング（１５５）を貫通し第２の燃料棒セグメント（１１０）の収容部材内に入れることができる、内径（１５２）と厚さ（１５９）を有し、
前記連結リング（１５５）の各々が、前記第１および第２の燃料棒セグメント（１１０）のうちの少なくとも１つの直径と実質的に等しい外径（１５１）を有し、
かつ隣接する連結リング間の前記間隔保持セグメント（１５６）の各々が、前記リングを堅固な間隔で間隔をあけるように構成される長さを有し、前記間隔保持セグメント（１５６）が前記隣接する連結リングと連続であることを特徴とする請求項５記載の集合体。
【請求項７】
前記スペーサプレート（１５０）が前記連結リング（１５５）のうちの１つに接続される少なくとも１つの混合タブ（１６１）を含み、前記混合タブ（１６１）が前記スペーサプレート（１５０）を通り流れる冷却剤を混合するように構成されることを特徴とする請求項６記載の集合体。
【請求項８】
前記連結リング（１５５）および間隔保持セグメント（１５６）が、前記集合体内の少なくとも１つの隙間（１５７）を画成することを特徴とする請求項６記載の集合体。
【請求項９】
前記スペーサプレート（１５０）が、前記スペーサプレート（１５０）の周囲から延びる少なくとも１つのスプリングタブ（１５４）を含み、前記少なくとも１つのスプリングタブ（１５４）が前記燃料集合体（１０）の相対的な横断方向位置を維持するように構成されることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項１０】
間隔保持セグメント（１５６）によって接続される複数の連結リング（１５５）を有するプレート（１５０）を備え、前記プレートが平面であり溶接されておらず、前記連結リング（１５５）が、燃料棒セグメント（１１０）からの接続部材が前記連結リング（１５５）を貫通できる内径（１５２）を有する、核燃料集合体用のスペーサプレート（１５０）。
【請求項１】
溝形材（１２）内に軸方向に配設される複数の燃料棒（１１０）であって、少なくとも１つの燃料棒（１１０）が前記軸方向に互いに脱着可能に対併せされかつ個々に被覆される複数の燃料棒セグメント（１１０）から形成される燃料棒（１１０）と、
前記燃料棒セグメント（１１０）の間の少なくとも１つの対併せ部（３００）によって前記溝形材内に堅固に閉じ込められた、前記軸方向に対し直角な横断方向に前記溝形材（１２）を差し渡す少なくとも１つのスペーサプレート（１５０）とを備える、核燃料集合体（１０）。
【請求項２】
前記スペーサプレート（１５０）が連続であり、溶接されておらず、かつ穿孔されていることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項３】
前記スペーサプレート（１５０）が、作動する原子炉炉心環境内でその物理的特性を実質的に維持するように設計される材料から作製されることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項４】
前記スペーサプレート（１５０）が、ジルコニウムを含む合金から作製されることを特徴とする請求項３記載の集合体。
【請求項５】
前記スペーサプレート（１５０）が、複数の間隔保持セグメント（１５６）によって相互接続される複数の連結リング（１５５）を含むことを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項６】
前記連結リング（１５５）の各々が、前記スペーサプレート（１５０）を対併せされた第１と第２の燃料棒セグメント（１１０）の間に閉じ込めることができるように、接続部材を第１の燃料棒セグメント（１１０）から前記連結リング（１５５）を貫通し第２の燃料棒セグメント（１１０）の収容部材内に入れることができる、内径（１５２）と厚さ（１５９）を有し、
前記連結リング（１５５）の各々が、前記第１および第２の燃料棒セグメント（１１０）のうちの少なくとも１つの直径と実質的に等しい外径（１５１）を有し、
かつ隣接する連結リング間の前記間隔保持セグメント（１５６）の各々が、前記リングを堅固な間隔で間隔をあけるように構成される長さを有し、前記間隔保持セグメント（１５６）が前記隣接する連結リングと連続であることを特徴とする請求項５記載の集合体。
【請求項７】
前記スペーサプレート（１５０）が前記連結リング（１５５）のうちの１つに接続される少なくとも１つの混合タブ（１６１）を含み、前記混合タブ（１６１）が前記スペーサプレート（１５０）を通り流れる冷却剤を混合するように構成されることを特徴とする請求項６記載の集合体。
【請求項８】
前記連結リング（１５５）および間隔保持セグメント（１５６）が、前記集合体内の少なくとも１つの隙間（１５７）を画成することを特徴とする請求項６記載の集合体。
【請求項９】
前記スペーサプレート（１５０）が、前記スペーサプレート（１５０）の周囲から延びる少なくとも１つのスプリングタブ（１５４）を含み、前記少なくとも１つのスプリングタブ（１５４）が前記燃料集合体（１０）の相対的な横断方向位置を維持するように構成されることを特徴とする請求項１記載の集合体。
【請求項１０】
間隔保持セグメント（１５６）によって接続される複数の連結リング（１５５）を有するプレート（１５０）を備え、前記プレートが平面であり溶接されておらず、前記連結リング（１５５）が、燃料棒セグメント（１１０）からの接続部材が前記連結リング（１５５）を貫通できる内径（１５２）を有する、核燃料集合体用のスペーサプレート（１５０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１３３８５６（Ｐ２００９−１３３８５６Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５０９４（Ｐ２００８−２９５０９４）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナージー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナージー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
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