JP2002533689A - 沸騰水形原子炉用の燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 沸騰水形原子炉用の燃料集合体において、幾本かの燃料棒は短縮されている。十分大きな最大遷移沸騰出力が調整されねばならない。この出力を最適化するために、スペーサ（１１〜１９）は下部においては一定の間隔を有し、上部においては小さな間隔を有している。上部グループＢにおけるスペーサは旋回発生舌片を有し、この舌片は短い燃料棒の上には突出しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、多数の燃料棒を包囲するスリーブとして上下が開いた燃料集合体ボ
ックスを備え、燃料棒が相互におよび燃料集合体ボックスにスペーサを介して支
持されている燃料集合体、特に沸騰水形原子炉用の燃料集合体に関する。

【０００２】 沸騰水形原子炉用の燃料集合体において、いわゆる最大遷移沸騰出力に対して
十分大きな（燃料棒）間隔を有する必要がある。その最大遷移沸騰出力は、燃料
集合体における蒸気形成が冷却材に放出される熱量をまだ減少しない出力である
。最大遷移沸騰出力が超過されると、燃料集合体内に含まれる燃料棒の表面に、
熱伝達抵抗となる蒸気膜あるいはまた蒸気層が形成される。燃料棒で発生された
熱量は一時的にもはや完全に排出されないので、新たな熱平衡が生ずるまで、燃
料棒の温度が上昇する。このために燃料棒が過熱し、従って燃料棒被覆管が熱的
に過負荷にされる。そのような過熱は、燃料棒従って燃料集合体の寿命を縮める
ので、絶対に回避しなければならない。

【０００３】 ヨーロッパ特許第０５１７７５０号明細書によって、水滴と水蒸気とを分離す
ることによって燃料棒の冷却効果を高めることが知られている。その水滴は、ス
ペーサ上縁にある舌片（案内羽根）によって、４本の燃料棒で形成された冷却材
のサブチャネルから燃料棒表面に転向され、水蒸気はそのサブチャネルの中央を
継続して上向きに流れる。

【０００４】 しかしそのような舌片は、正に蒸気領域には（即ち、冷却水の大部分が既に蒸
気として存在する場所、つまり“二相領域”の場所である沸騰水形原子炉用燃料
集合体の上部範囲には）、冷却材流れの水力学安定性を害することなしに配置で
きない。即ちそのスペーサは二相領域における圧力損失を高める。そのような燃
料集合体を通る水流量は、補助的な組込み物によって圧力損失に伴って不利に減
少され、このほかに、蒸発中に生ずる体積増加によって冷却材の排出が妨げられ
る。この不利な作用を減少するか完全に防止しようとするとき、二相領域範囲に
おいて圧力損失が減少されねばならない。そのような圧力損失の減少は、特に、
流れ横断面積の増大によって達成される。その流れ横断面積は、燃料棒・格子に
おける空所位置によって増大される（ヨーロッパ特許第０５１７７２８号明細書
参照）。従来この理由から、部分長の燃料棒が利用され、上述のような舌片の採
用は放棄されていた。これによって生じさせられる燃料集合体の上部範囲におけ
る空所位置は、原子炉停止挙動の向上にも貢献する。

【０００５】 幾本かの燃料棒の短縮によって、燃料集合体の上部範囲における燃料体積も減
少するが、これによって減速材／燃料・比が著しく改善され、長い燃料棒に封入
された燃料が良好に燃焼する。

【０００６】 その場合、長い標準燃料棒で決定される最大遷移沸騰出力が減少することが知
られている。特開平１−１７６９８６号明細書（１９８９年）に、増大した流れ
横断面積およびそれに応じて減少した流れ抵抗が次のような冷却材の速度分布を
生ずることが記載されている。即ち、水膜が燃料棒表面に沿ってゆっくり流れ、
従って速く蒸発し、これによって低い熱出力でも既に沸騰伝達を生ずるような冷
却材の速度分布を生ずることが記載されている。従ってこの特許出願公開明細書
において、部分長の燃料棒の上に位置するスペーサの流れ抵抗を増大することが
、提案されている。これは、スペーサの厚い格子帯板によって達成されるか、あ
るいは短い燃料棒の上に位置する空間に突出する突起（例えば格子帯板の湾曲さ
れた下縁）によって達成される。

【０００７】 同じ理由から、米国特許第５２２９０６８号明細書において、上側スペーサを
幅広い帯板で構成するか、スペーサの相互間隔を小さくすることが提案されてい
る。部分長の燃料棒の上における排除体あるいは渦巻き状にねじられた帯板も、
本来の圧力比を再度作り上げるために、流れ抵抗の減少を完全にあるいは部分的
に補償しようとしている。特に、燃料集合体の上部においてスペーサの数を増や
すこと、即ちその相対間隔を連続的にあるいは段階的に減少することが推奨され
ている。大きな流れ抵抗は、高い遷移沸騰出力に対する前提とされている。

【０００８】 しかし大きな流れ抵抗は、十分な冷却にとって必要である水力学挙動をかなり
悪くし、従って、そのような燃料集合体の採用を、たとえ高い遷移沸騰出力が得
られようとも、妨げている。

【０００９】 遷移沸騰出力と流れ抵抗との明白な関係は、他の実験に基づいても存在しない
ように見える。むしろ、良好な減速材／燃料・比のために高い出力を有する長い
標準長燃料棒を、圧力損失の過大な増加を生ずることなしに、効果的に冷却する
処置を講ずる必要がある。これが本発明の課題である。

【００１０】 従って本発明は、沸騰水形原子炉用燃料集合体の短い燃料棒の上に位置する範
囲において、スペーサ帯板の上縁に舌片を配置すること、およびスペーサが燃料
集合体の下部範囲におけると同じ相互間隔で配置されているときに生ずるスペー
サの数に比べて、スペーサの数を増やすこと（即ちスペーサ相互間隔を減少させ
ること）を提案する。その舌片は、長い燃料棒に沿って流れる冷却材流に旋回を
与えるように、その冷却材流の中に斜めに曲げられている。その旋回は液状水を
遠心力に基づいて燃料棒に向けて案内し、蒸気を燃料棒表面から遠ざける。これ
によって、燃料棒表面における水膜は強められるが、湾曲した舌片は、それが短
い燃料棒の上の空間に突出するほどには冷却材流の中に突き出ていない。即ち蒸
気の速やかな排出は実質的に妨げられない。これは請求項１の特徴事項を生ずる
。

【００１１】 上側スペーサおよびその舌片の上述した形成によって、二相領域内におけるス
ペーサの相互間隔は、遷移沸騰出力および圧力損失を同時に最適化することを可
能にするパラメータを生ずる。

【００１２】 即ち本発明に基づいて、スペーサは下部グループＡにおいては相互に垂直方向
に等間隔に配置され、上部グループＢにおいては（少なくとも平均的に）小さな
垂直方向間隔で配置されている。すべての燃料棒の下端は１つのレベルに置かれ
る（全燃料棒は例えば下側がすべてに共通の燃料棒下部支持板上に支持される）
が、燃料棒の一部は短縮され、これらの燃料棒は、好適には上方になお少なくと
も２つのスペーサが位置しているスペーサの上で終えている。せいぜい、短縮さ
れない燃料棒が燃料棒上部支持板に支持される。その場合、最下位スペーサおよ
び最上位スペーサとそれらに隣接するスペーサとの間隔は問題外である。

【００１３】 好適には、上部グループＢにおけるスペーサの相互間隔は下から上向きに小さ
くなっているが、上部グループにおいて、下部グループにおける一定の相互間隔
と異なった２つの相互間隔を存在していると有利である。

【００１４】 つまり燃料棒は冷却材流によって横方向振動を受けるが、この横方向振動は、
燃料棒がスペーサの格子目内に固定されていることによって減衰される。この固
定が一定の相互間隔を有する平面内で行われている場合、それらの平面内で振動
節点付きの顕著な固有振動が生ずる。この固有振動は、スペーサ平面の相互間隔
が異なっているとき、離調され減衰される。

【００１５】 スペーサの位置は好適には、それぞれ短い燃料棒の上端が実質的にスペーサの
格子目内に直に支持されるように決められている。沸騰水形原子炉用燃料集合体
において、その固有振動は特に液状水しか流れない下部範囲において特に励起さ
れ、そこでの燃料棒と格子との（燃料棒を破損する恐れを伴う）摩擦は、燃料棒
が振動節点の一定間隔で固定されていることによって防止される。振動の減衰は
、流れる水／蒸気混合物が横方向振動をそれほど激しく励起しない場所である燃
料集合体の上部範囲における異なったスペーサ相互間隔によって、有利に行われ
る。

【００１６】 本発明に基づく有利な実施態様において、短い燃料棒だけが燃料棒下部支持板
に固定され、及び／又は、上部グループＢにおけるスペーサの相互間隔が（下部
グループＡにおけるスペーサの相互間隔に対して）３０％〜１０％減少している
。特に、短い燃料棒は、好適には下部グループから上部グループへの移行範囲に
おける幾本かの燃料棒において、スペーサ格子の僅か上で終えている。

【００１７】 本発明の有利な実施態様において、下部グループＡにおけるスペーサ相互の等
間隔は５６８ｍｍあるいは５１２ｍｍであり、上部グループにおけるスペーサ相
互間隔が４００ｍｍから約３５９ｍｍに減少している。３種類あるいは４種類の
長さの燃料棒が設けられる。一般に、下部スペーサグループ並びに上部スペーサ
グループに、それぞれ２つから５つのスペーサが存在する。

【００１８】 本発明の他の実施態様において、スペーサは、互いに直交しかみ合わされほぼ
正方形の格子目を形成する金属帯板から成り、その金属帯板が格子目を貫通する
燃料棒を水平方向に弾力的に固定し、上部グループＢにおいて、金属帯板の交差
個所のそばにおいてその上縁に舌片が配置され、この舌片が、互いに隣接する交
差個所においてスペーサを通って垂直に流れる冷却材流に、この交差個所を中心
として（好適には互いに逆向きの）旋回パルスを与え、金属帯板の各交差個所に
少なくとも２つ（好適には４つ）の舌片が設けられている。

【００１９】 舌片は特に、帯金（スペーサ帯板）の一体成形部分によって形成されている。
本発明に基づく燃料集合体は、スペーサ帯板として中空円筒状ブッシュがその側
壁を互いに結合され、そのブッシュが上端に舌片を有し、この舌片が隣接するブ
ッシュ間を貫流する冷却材に相応の旋回パルスを与えるようにすることによって
も実現できる。

【００２０】 本発明に基づいて形成された燃料集合体は、これが安全を害することなく、比
較的安価に、許容できない核熱水力学負荷あるいは機械的負荷を生ずることなし
に、最大遷移沸騰出力を高めるので、非常に有利である。

【００２１】 通常の沸騰水形原子炉用燃料集合体は、燃料集合体ボックスおよびその中に配
置されたスペーサが横断面正方形をしている。その場合好適には、燃料集合体ボ
ックスの中央部に、（円筒状あるいは特に横断面正方形の）冷却材管が配置され
ている。この冷却材管は、燃料集合体の上部範囲においても液状冷却水（減速材
）を案内し、従ってそこで減速材の密度を高める。その場合燃料棒は、冷却材管
の周りに規則的な正方形パターンで配置され、即ち、スペーサは同じ形状および
大きさを有する格子目を形成し、その中心点はそれぞれ正方形の角点を形成して
いる。

【００２２】 燃料集合体ボックスの横断面を４つの象限に分割する横断面十字形冷却材管を
有しているか、あるいは複数の冷却材管から成る冷却材管装置を有する燃料集合
体が知られている。いずれの場合も、燃料集合体ボックスの中央部に燃料棒は存
在せず、むしろ冷却材管装置がこの中央部にわたって延び、燃料棒はその冷却材
管装置の周りを規則的な正方形パターンで配置されている。

【００２３】 本発明に基づいて、冷却材管装置の中心点は、燃料集合体ボックス横断面の対
角線の方向に、燃料集合体ボックスの中央部に対してずらされる。その代わりに
あるいはそれに加えて、燃料棒束もそのように対角線的にずらされる。

【００２４】 これによって、減速材と燃料との比、燃焼率および出力における不均質性が補
償される。この不均質性は、燃料集合体が一般に炉心内に、燃料集合体の１つの
角に測定プローブ付きの計量管が隣接し、反対側の角に横断面十字形制御棒が隣
接するように配置されていることによって生ずる。隣接する燃料集合体ボックス
の外側面間に生じ制御棒および計量管を収容する隙間も、しばしば異なった幅を
有している。即ち、燃料集合体はしばしば、対角線によって２つの半部に分けら
れ、その一方の半部に、他方の半部の燃料棒よりも著しく沸騰遷移し易い燃料棒
を有している。従って、冷却材の一部が補助的にこの一方の半部に導かれること
によって、この一方の半部が強く冷却されると有利である。

【００２５】 上述のずれた配置によって、かかる不均質性を部分的に補償し、および（特に
短い燃料棒の長さおよび分布が相応して選定されている場合）十分な冷却および
良好なボイド係数も生ずるような、燃料集合体における相応の偏心が生ずる。

【００２６】 以下において図を参照して本発明の幾つかの実施例を詳細に説明する。なお、
各図において同一部分には同一符号が付されている。

【００２７】 図１における燃料集合体は多数の燃料棒４〜６を有している。これらの燃料棒
４〜６は運転状態において、燃料棒下部支持板１と燃料棒上部支持板３との間を
垂直に延びている。燃料棒上下支持板３、１はそれぞれ冷却材通路（図示せず）
を備えている。燃料棒４〜６は互いに平行に配置され、スペーサ１１〜１８内に
固定されている。標準長の燃料棒は燃料棒下部支持板１上に緩みなしに、あるい
はほんの僅かに緩く立っているが、部分長の燃料棒はその下端が燃料棒下部支持
板１に固く固定されている。上下が開いた燃料集合体ボックス２（図１および図
３にのみ部分的に図示）が燃料棒４〜６の束を包囲し、燃料棒下部支持板１を通
って流入する液状冷却材に対する密閉チャネルを形成している。冷却材（特に水
）はその燃料集合体ボックス２を通る途中に燃料棒４〜６によって加熱され、蒸
発し始めるので、燃料集合体の上部範囲において、液状冷却材と蒸気状冷却材と
の混合物が燃料棒の熱出力を吸収する。

【００２８】 この液体と蒸気とから成る混合物は純粋な液体よりも大きな体積を有する。そ
れにもかかわらず、小さな質量流量時における望ましくない高い流速を防止する
ために、幾本かの燃料棒を短くして、燃料集合体ボックス２の上部範囲における
チャネル内のり断面積を、その下部範囲におけるより大きくすることが知られて
いる。

【００２９】 スペーサ１１〜１８は設計上において下部グループＡ（１２〜１５）と上部グ
ループＢ（１５〜１８）とに分けられ、下部グループＡにおけるスペーサ１２〜
１５のスペーサ相互の間隔は同じ大きさをしている。２種類の燃料棒長（完全長
と唯一の部分長）で十分足りるが、２種類の部分長が存在すると有利である（価
値がある）。それに応じて、上部グループＢにおけるスペーサ１５〜１８のスペ
ーサ相互の間隔は、下部グループＡにおけるよりも小さくされ、特にこれは、下
部グループＡにおけるスペーサ相互の間隔が大きくなればなるほど小さくされる
。最大遷移沸騰出力の最適化にとって必要な値に精確に合わせるために、燃料棒
５、６は異なった大きさで短縮され、一方はスペーサ１４の上で終え、他方は下
部グループＡと上部グループＢとの境界を表すスペーサ１５の直ぐ上で終えてい
る。

【００３０】 これによって、最大遷移沸騰出力に対して（燃料棒）配置間隔は増大されて、
本発明に基づく（燃料棒）配置によって設計上、補助的な最適パラメータが作ら
れる。

【００３１】 図２には、同様に設計上においてグループＡとグループＢとに分けられている
８個のスペーサ１１〜１８を備えた燃料集合体が示されている。分かり易くする
ために、ここでは燃料集合体ボックス２は示されていない。図１における配置と
異なる設計状態に対処するために、ここでは、燃料棒５、６より幾分短くされた
燃料棒７も設けられている。

【００３２】 図３および図４にはそれぞれ、本発明に基づいて形成された燃料集合体の異な
った実施例が示されている。これらの両実施例において、それぞれ９個のスペー
サ１１〜１９が設けられ、図３においては図１と同様に３種類の燃料棒長が用い
られ、図４においては図２と同様に４種類の燃料棒長が用いられている。

【００３３】 図１〜図４にはそれぞれ、例えば９列〜１１列の燃料棒列の１列だけが示され
ている。そのすべての燃料棒列は異なった長さの燃料棒が様々に装備される。

【００３４】 上述のすべての処置は、一緒にあるいはそれら自体で、広い範囲にわたる最大
遷移沸騰出力の最適化を可能にする。

【００３５】 図１〜図４における配置は、これらが燃料集合体の上部範囲において液相と蒸
気相とを分離するための絶対的な処置を可能にするので、特に有利である。この
ために、図５および図６に示されているスペーサ１１〜１９における装置が使わ
れる。

【００３６】 図５には、互いに直交し相互にかみ合わされた金属帯板２０から成るスペーサ
１１〜１９の一部が拡大平面図で示されている。金属帯板２０は燃料棒４〜７を
収容するためのほぼ正方形の格子目を形成している。燃料棒４〜７はその格子目
内に突起２１およびばね２２によって固く固定されている。金属帯板２０の交差
点のそばにそれぞれ、横に曲げられた上向き舌片２３が設けられている。これら
の同じ交差点２５のそばに配置された舌片２３はそれぞれ、燃料棒４〜７に対し
て平行にスペーサ１１〜１９を通って流れる冷却材の部分流２６が旋回パルスＤ
を受け取るように、この部分流２６に同じように作用する。これによってひき起
こされた旋回運動は部分流２６に遠心加速度を発生する。この遠心加速度は冷却
材の液相を燃料棒４〜７に向けて投げつけ、燃料棒４〜７の冷却を強める。

【００３７】 原理的には図６におけるスペーサも同じように作用する。このスペーサにおい
て、燃料棒４〜７を収容するために設けられた格子目は中空円筒状ブッシュ２４
によって形成されている。このブッシュ２４も同様に舌片２３を有し、そのそば
を流れる冷却材の部分流２６に旋回パルスＤを与える。

【００３８】 図示した舌片は、上部グループＢにおける最上位スペーサの下側の幾つかの（
好適には全部の）スペーサに設けられ、グループＡには存在しないか、そこでは
非常に小さくされる。これによって、燃料集合体の下部においては上部に比べて
圧力降下を小さくする必要がないので、水力学安定性が高められる。また、上部
における圧力損失を小さくするために、１つあるいは複数のスペーサ（例えば図
１〜図４における位置１７）において、ばねや突起などの燃料棒用保持要素を省
くこともできる。

【００３９】 図５および図６には、すべてそれぞれ燃料棒で貫通されているスペーサの格子
目の範囲が示されている（水管で占められた位置は除かれている）。しかし部分
長の燃料棒の上側に、燃料棒が通っていない格子目が生じている。その場合、（
とにかく）もし舌片が図示した部分長の燃料棒の直線状延長部に位置する平面範
囲に突出していないならば、即ち部分長の燃料棒の上に生じないならば、舌片の
形成は有利に変更されない。もっともそのような格子目には、ばねや突起などの
燃料棒用支持体は存在しない。

【００４０】 沸騰水形原子炉用の燃料集合体において、燃料集合体の蒸気／液体領域におい
ても燃料集合体の中心に十分液状の減速材（冷却水）が存在することを保証する
ために、少なくとも１つの冷却材管を配置すると有利である。標準燃料棒長の２
分の１から３分の２の長さに短縮された燃料棒も全く同様に作用する。従来、燃
料棒が燃料集合体の横断面にわたって分配されている規則的なパターンにおいて
、冷却材管装置あるいは部分長燃料棒に隣接するすべての位置は、完全長の燃料
棒で占められねばならない、という前提から出発していた。この規則に応じて、
図７および図８において部分長の燃料棒ＰＬが配置されている。しかし、冷却材
管装置に直接隣接する少なくとも複数の燃料棒が、図７および図８における燃料
棒ＰＬ′で示されているように、短縮された燃料棒で占められていると有利であ
る。

【００４１】 冷却材管装置として、図７には２本の横断面Ｄ形管３０、３１が示され、図８
には横断面正方形の唯一の冷却材管３２が示されている。これらのいずれの場合
も、冷却材管装置は複数の燃料棒位置を占め、燃料集合体の中央部に燃料棒は存
在しない。

【００４２】 原子炉炉心において、燃料集合体ボックス３３の１つ角は、横断面十字形の制
御棒３４に対するガイドとして使われ、この角に対角線上に対向位置する角は、
測定プローブ用の計量管３５に隣接している。相互に隣接する燃料集合体ボック
スの外側面間の隙間内にこのように測定プローブおよび制御棒を配置することは
、この水封入隙間の比較的大きな幅を可能にし、制御棒を案内する隙間は、しば
しば他の隙間より幅広くされる。このために、吸収材と減速材と燃料との分布が
不均一となり、従って、中性子束並びに出力および燃料棒の燃焼度が不均質とな
る。十分な間隔を有する燃料棒による遷移沸騰出力の良好な利用を達成するため
に、即ち不可避の不均質性に冷却を合わせるために、冷却材管装置が同心的では
なく、制御棒から対角線上の反対側の角の方向に遠くずらされていると有利であ
る。これは、冷却材管装置がそれに応じて燃料棒パターンにおいて偏心して置か
れることによって達成される。

【００４３】 図７および図８には、スペーサの外側帯板に設けられたスペーサ要素３８、３
９を介して燃料集合体ボックス３３の内側面から所定の間隔を隔てて保持されて
いる完全長の数本の燃料棒３６およびスペーサの帯板が示されている。図７およ
び図８には、冷却材管装置の周りに配置された燃料棒のパターン全体が既に有利
に燃料集合体ボックス内に同じ偏心配置で保持されていることが示されている。
それに応じてスペーサ要素３８は、スペーサの外側帯板と燃料集合体ボックス内
側面との間に、スペーサ要素３９よりも幅広い隙間を与える。

【００４４】 更に図８には、短い燃料棒も燃料集合体横断面にわたって同じように偏心して
分配されていることが示されている。即ち、第１対角線ＤＧは、冷却材管装置お
よび燃料棒のパターン全体が燃料集合体ボックスの中心に対してずらされている
方向を示している。第１対角線ＤＧを中心に対称に配置され計量管３５に隣接し
ているボックス横断面の対角線半部に（即ち第２対角線ＤＧ′によって画成され
、冷却材管の少なくとも大部分を含んでいる対角線半部に）、第１対角線ＤＧを
中心に対称に配置され制御棒３４に隣接している他方の対角線半部におけるより
短い燃料棒ＰＬ、ＰＬ′が存在している。更に図８には、対角線ＤＧ′によって
画成された対角線半部において、有利に冷却水管装置３２の壁が、隣接する燃料
棒に、他方の対角線半部における燃料棒よりも接近して隣接していることが示さ
れている。

【００４５】 これらの図においてＰＬは燃料棒ＰＬ′より短くない燃料棒である。すなわち
、燃料棒ＰＬ′は最短長の燃料棒である。図８において、冷却材管装置３２に直
に隣接する複数の燃料棒が有利にこの最短長に短縮され、燃料集合体ボックス横
断面の計量管３５に隣接する相応の対角線半部に、少なくとも多数の最短長の燃
料棒が存在している。

【００４６】 冷却材管装置、燃料棒および特に部分長の燃料棒のこの配置規則は、有利に沸
騰水形原子炉用の燃料集合体に利用でき、そのスペーサは軸線方向に相互に一定
間隔で配置される。しかし特に有利な設計は、スペーサが下部範囲では一定の間
隔を有し、上部範囲では下部範囲における一定間隔より小さな平均間隔を有して
いるときに生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づいて形成された燃料集合体の概略側面図。

【図２】 本発明に基づく燃料集合体の異なった実施例の概略側面図。

【図３】 本発明に基づく燃料集合体の更に異なった実施例の概略側面図。

【図４】 本発明に基づく燃料集合体の異なった実施例の概略側面図。

【図５】 燃料棒を収容する横断面正方形の格子目を有するスペーサの部分平面図。

【図６】 燃料棒を収容する横断面円形の格子目を有するスペーサの部分平面図。

【図７】 冷却材管装置が偏心して配置された燃料集合体の横断面図。

【図８】 冷却材管装置が偏心して配置された燃料集合体の異なった実施例の横断面図。

【符号の説明】

１ 燃料棒下部支持板 ２ 燃料集合体ボックス ４〜７ 燃料棒 １１〜１９ スペーサ ２０ スペーサ帯板 ２３ 舌片 ２４ ブッシュ ２５ スペーサ帯板交差個所 ３０〜３２ 冷却材管 ３３ 燃料集合体ボックス ３５〜３７ 冷却材管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リッペルト、ハンス‐ヨアヒム ドイツ連邦共和国 デー‐91315 ヘヒシ ュタット／アイシュ アム ガルゲンベル ク 17 (72)発明者 ユーベルハック、ヴァルター ドイツ連邦共和国 デー‐91058 エルラ ンゲン フラウンホーファーシュトラーセ ６

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の燃料棒（４〜７）を包囲するスリーブとして上下が開
   いた燃料集合体ボックス（２）を備え、 ａ）燃料棒が相互におよび燃料集合体ボックス（２）にスペーサ（１１〜１９
   ）を介して支持され、燃料棒の下端が実質的に燃料棒下部支持板の高さに置かれ
   、 ｂ）スペーサ（１１〜１９）が下部グループＡ（１２〜１５）においては相互
   に垂直方向に等間隔に配置され、上部グループＢ（１５〜１８）においては少な
   くともそれと異なった垂直方向間隔で配置され、上部グループＢにおけるスペー
   サ（１５〜１８）の平均相互間隔が下部グループＡにおけるより小さく、 ｃ）幾本かの燃料棒が他の燃料棒より短くされ、上下両グループにおける最上
   位スペーサの下側で終えている 燃料集合体、特に沸騰水形原子炉用の燃料集合体において、 上部グループＢの少なくとも複数のスペーサがその上縁に、冷却材流に旋回を
   与えるために、燃料棒間を上向きに流れる冷却材流の中に斜めに曲げられている
   舌片を有し、短い燃料棒の上に位置する空間に舌片が突出していないことを特徴
   とする特に沸騰水形原子炉用の燃料集合体。
2. 【請求項２】 上部グループＢにおけるスペーサの相互間隔が下から上に向
   かって小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
3. 【請求項３】 最下位スペーサ（１１）および最上位スペーサ（１８、１９
   ）とそれらに隣接するスペーサとの間隔は、問題外であることを特徴とする請求
   項１又は２記載の燃料集合体。
4. 【請求項４】 最短燃料棒が、下部グループから上部グループへの移行範囲
   においてスペーサの上側で終えていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに
   記載の燃料集合体。
5. 【請求項５】 短い燃料棒（５〜７）だけが燃料棒下部支持板（１）に固定
   されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の燃料集合体。
6. 【請求項６】 上部グループＢにおけるスペーサ（１５〜１８）の相互間隔
   が、下部グループＡにおけるスペーサ（１２〜１５）の相互間隔の３０％〜１０
   ％減少していることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の燃料集合体。
7. 【請求項７】 下部グループＡにおけるスペーサ（１２〜１５）相互の等間
   隔が５００〜５２０ｍｍ、好適にはほぼ５１２ｍｍであり、上部グループＢにお
   けるスペーサ相互間隔が３５０〜４１０ｍｍ、好適には約４００ｍｍから約３５
   ９ｍｍに減少しているか、あるいは下部グループにおけるスペーサ相互の等間隔
   が５２０〜５８０ｍｍ、好適には約５６８ｍｍであり、上部グループにおけるス
   ペーサ相互間隔が５００〜３９０ｍｍの値好適には約４００ｍｍから、４５０〜
   ３２０ｍｍの値好適には約３５９ｍｍに減少していることを特徴とする請求項１
   乃至６の１つに記載の燃料集合体。
8. 【請求項８】 少なくとも３種類の長さの燃料棒（４〜６）が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の燃料集合体。
9. 【請求項９】 少なくとも下部グループＡのすべてのスペーサ（１１〜１９
   ）が、互いに直交しかみ合わされほぼ正方形の格子目を形成する金属帯板（２０
   ）から成り、その金属帯板（２０）が、格子目を貫通する燃料棒（４〜７）を水
   平方向に弾力的に固定することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の燃料
   集合体。
10. 【請求項１０】 最短燃料棒の上側に配置されたスペーサが、互いに直交し
    かみ合わされほぼ正方形の格子目を形成する金属帯板（２０）から成り、その金
    属帯板（２０）が格子目を貫通する燃料棒（４〜７）を水平方向に弾力的に固定
    し、金属帯板（２０）の交差個所のそばにおいてその上縁に舌片（２３）が配置
    されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の燃料集合体。
11. 【請求項１１】 互いに隣接する交差個所（２５）のそばにおける舌片が、
    冷却材流にそれぞれ逆向きの旋回（Ｄ）を与えることを特徴とする請求項１０記
    載の燃料集合体。
12. 【請求項１２】 金属帯板（２０）の各交差個所（２５）に、４つの舌片（
    ２３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の燃料
    集合体。
13. 【請求項１３】 スペーサ（１１〜１９）が、その側壁で互いに結合された
    中空円筒状ブッシュ（２４）から成り、上部グループＢにおけるスペーサだけに
    おけるブッシュ（２４）が上端に舌片（２３）を有していることを特徴とする請
    求項１乃至８の１つに記載の燃料集合体。
14. 【請求項１４】 燃料集合体ボックス（３３）およびスペーサ（３７）が横
    断面正方形をし、燃料集合体ボックスの中央部に配置された少なくとも１つの冷
    却材管（３０、３１、３２）を備えた冷却材管装置の周りに、燃料棒（３６）が
    規則的な正方形パターンで配置されていることを特徴とする請求項１乃至１３の
    １つに記載の燃料集合体。
15. 【請求項１５】 少なくとも１つの冷却材管（３０、３１、３２）を備えた
    冷却材管装置の中心線が、燃料集合体ボックス横断面の第１対角線（ＤＧ）の方
    向に燃料集合体ボックス（３３）の中心線に対してずらされていることを特徴と
    する請求項１４記載の燃料集合体。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの冷却材管（３０、３１、３２）を備えた
    冷却材管装置の中心線が、第１対角線（ＤＧ）と直交する第２対角線の片側に位
    置し、この側において規則的な正方形パターンの縁に配置された燃料棒が、燃料
    集合体ボックスの壁から、第２対角線の反対側におけるよりも小さな間隔を有し
    ていることを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体。
17. 【請求項１７】 規則的な正方形パターンが、燃料集合体ボックス横断面の
    第１対角線（ＤＧ）の方向に燃料集合体ボックスの中心線に対して、規則的な正
    方形パターンの縁に配置された燃料棒がそれぞれ第１対角線（ＤＧ）の一端にお
    いて燃料集合体ボックス（３３）の壁から、第１対角線（ＤＧ）の反対端におけ
    るよりも大きな間隔を有するように、ずらされていることを特徴とする請求項１
    ４記載の燃料集合体。
18. 【請求項１８】 第１対角線（ＤＧ）に対して対称に配置された燃料集合体
    ボックス横断面半部の一方において、燃料集合体ボックス横断面の他方の半部よ
    りも多くの短い燃料棒が存在し、少なくとも１つの冷却材管を備えた冷却材管装
    置の中心線が、第１対角線（ＤＧ）と直交する第２対角線の片側に位置し、この
    側に、より多くの短い燃料棒が存在していることを特徴とする請求項１５又は１
    ６記載の燃料集合体。
19. 【請求項１９】 複数の短い燃料棒（ＰＬ、ＰＬ′）が、少なくとも１つの
    冷却材管を備えた冷却材管装置の直ぐそばで、第１対角線（ＤＧ）に対して対称
    に配置された燃料集合体ボックス横断面半部に配置されていることを特徴とする
    請求項１４乃至１８の１つに記載の燃料集合体。
20. 【請求項２０】 最短燃料棒（ＰＬ′）の少なくとも一部が、少なくとも１
    つの冷却材管を備えた冷却材管装置の直ぐ近くに隣接していることを特徴とする
    請求項１５記載の燃料集合体。