JPH05150067A

JPH05150067A - 最適化された炉心設計のための部分長燃料棒の配置

Info

Publication number: JPH05150067A
Application number: JP4123050A
Authority: JP
Inventors: Bruce Matzner; ブルース・マツズナー; Jr Richard A Wolters; リチヤード・アーサー・ウオルタース，ジユニア; Anthony Paul Reese; アンソニー・ポール・リーゼ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-06-18
Also published as: EP0514215A1; EP0514215B1; DE69208142D1; ES2083682T3

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】優れた燃料／減速材比を生み出す部分長燃料棒
を含み、改善された安定性を有し、かつ平坦な出力分布
を達成するための最適装荷を可能にするような優れた低
温反応度停止余裕を示し得る燃料バンドルを提供する。【構成】燃料バンドルは下部タイプレート、上部タイプ
レート、両タイプレート間に支持された複数の全長燃料
棒Ｒ、および両タイプレート間にわたって存在するチャ
ネル２０と、上部二相領域内における燃料／減速材比を
向上させるための水管２５′を含み、少なくとも一部の
部分長燃料棒３０′を水管２５′に隣接して配置する。
部分長燃料棒は上部タイプレートよりも下方に上端を有
し、燃料バンドルの上部に水管に隣接して蒸気排出用の
空間を形成させて、より高い反応度を有する燃料バンド
ルの中心部で低温反応度の低下を達成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は沸騰水型原子炉用の燃料バンドル
に関するものである。更に詳しく言えば本発明は、マト
リクス状を成して配列された１群の燃料棒を含むと共
に、かかる燃料棒の少なくとも１本がいわゆる部分長燃
料棒であるような燃料バンドルに関する。かかる部分長
燃料棒は下部タイプレートの位置から上方に伸び、そし
て上部タイプレートの下方に存在する燃料バンドルの二
相領域内に上端を有している。本発明における改良は、
かかる部分長燃料棒を好ましくは大形の水管に隣接して
配置することにより、第１の燃料サイクルまたは１回目
の「燃焼」後において高温−低温間の反応度幅の劇的な
向上を示す燃料バンドルを得ることから成っている。本
発明の燃料バンドルにおいてはまた、それの二相領域内
における圧力降下の低減も達成される。

【０００２】

【発明の背景】「二相圧力降下を低減させるためのＢＷ
Ｒ用燃料集合体」と称するディックス(Dix) 等の米国特
許出願第０７／１７６９７５号の明細書中には、部分長
燃料棒の概念が開示されている。この概念の十分な理解
が得られるようにするため、先ず最初に通常の燃料棒を
含む通常の燃料バンドルの構造が説明され、次いで上記
特許の発明対象である部分長燃料棒が要約して説明され
る。

【０００３】通常の沸騰水型原子炉用燃料バンドルは、
マトリクス状を成して配列された１群の直立した密封燃
料棒の下端を支持するための下部タイプレートと、同じ
１群の直立した密封燃料棒の上端を保持するための上部
タイプレートとを含んでいる。下部タイプレートは燃料
棒の回りに液体減速材（水）を流入させるために役立
ち、また上部タイプレートは燃料バンドルの上端から液
体減速材（水）および発生した気体減速材（蒸気）を流
出させるために役立つ。更にまた、上部タイプレートお
よび下部タイプレートを包囲するようにチャネルが配置
されていて、それにより上部タイプレートと下部タイプ
レートとの間においては１群の直立した燃料棒の回りに
減速材の流路が形成される。このようにして、上部タイ
プレートと下部タイプレートとの間における流体の流れ
が閉込められると共に、チャネルの外側に隣接したいわ
ゆる炉心バイパス区域内に存在する周囲の液体減速材か
ら隔離される。

【０００４】沸騰水型原子炉の炉心内における燃料バン
ドルの動作時には、燃料バンドルは動的に見て２つの動
作領域を有するものと考えることができる。それらの領
域とは、液体減速材（水）を含む下部単相領域、および
液体減速材（水）と次第に増加する量の気体減速材（蒸
気）との混合物を含む上部二相領域である。沸騰水型原
子炉においては、減速材は２つの目的のために役立つ。
第一に、減速材は反応によって生じた速い中性子を減速
し、それによって反応を持続させるために必要な遅い中
性子または熱中性子を生み出す。

【０００５】第二に、燃料バンドルを通って減速材が上
方に移動するのに伴い、減速材である水中における飽和
蒸気の分率が次第に増加する。かかる飽和蒸気が燃料バ
ンドルから放出された後、それを蒸気タービンのごとき
機関に通すことによってエネルギーが抽出されるのであ
る。以上、沸騰水型原子炉用燃料バンドルの通常の構造
および動作について説明したので、次に部分長燃料棒の
概念を説明することにする。

【０００６】上記のごときディックス等の米国特許出願
明細書中には、いわゆる部分長燃料棒が開示されてい
る。要約すれば、「燃料棒中には下部タイプレートから
上部タイプレートに向かって伸びる複数の部分長燃料棒
が含まれていて、かかる部分長燃料棒は上部タイプレー
トに到達する前に燃料バンドルの二相領域内で終わって
いる」ことから成る発明が記載されている。この発明
は、「少なくとも２本の部分長燃料棒が互いに離隔して
配置されていることにより、部分長燃料棒の上端から始
まって上部タイプレートの位置にまで伸びる互いに離隔
した蒸気排出孔が燃料バンドル内の少なくとも２つの位
置に形成される」ことを特徴とするものである。すなわ
ち、「互いに離隔した蒸気排出孔の各々には全長燃料棒
が隣接している」のである。（カギカッコ内の文章は上
記特許の請求項１から引用したものである。）上記のごとき発明の有用性については、次のような記載
が見られる。すなわち、かかる燃料バンドルの上部二相
領域内においては燃料／減速材比の向上が得られる。ま
た、一層重要な点として、かかる燃料バンドルの上部二
相領域内においては圧力降下の低減も得られる。これ
は、熱的−水力学的不安定性および核的−熱的−水力学
的不安定性に対する燃料バンドルおよび（燃料バンドル
を含む）炉心の安定性を高めるために役立つ。更にま
た、特に低温運転状態において燃料／減速材比の向上が
得られることも述べられている。

【０００７】ディックス等の発明に従って燃料バンドル
内に部分長燃料棒を配置する際には、燃料棒の「熱的限
界」を考察することが必要である。簡単に述べれば、沸
騰水型原子炉用の燃料バンドル内に含まれる個々の燃料
棒は、冷却材の流れが該燃料棒から抽出し得る量以上の
熱を発生することはできない。燃料バンドルの一部に大
きな空所が存在する場合、かかる大きな空所の外側の区
域においては熱的限界が悪影響を受ける可能性のあるこ
とが判明している。

【０００８】このような現象は、かかる大きな空所を通
って蒸気が流出する際に冷却材を同伴することに関係す
るものと考えられている。詳しく述べれば、燃料バンド
ルの一部分を通って相対的に多量の冷却材が流出する場
合、燃料バンドルの別の部分における冷却材の流量は減
少する。冷却材の流量が減少すると、冷却材が燃料棒か
ら熱を除去する能力は低下する。その結果、燃料バンド
ルのかかる部分における出力はそれに要求される熱的限
界を越えることになる。このような議論が一般論である
ことは当業者にとって自明であろう。かかる熱的限界を
一層厳密に理解しかつ解析するためには、「熱的限
界」、「最高線出力密度」および「臨界出力」の概念を
用いて議論する必要がある。

【０００９】ディックス等の米国特許出願明細書中に
は、部分長燃料棒を配置するための好適な位置が記載さ
れている。詳しく述べれば、部分長燃料棒はチャネルか
ら内方に数えて２番目の列中に配置すべきことが記載さ
れている。その理由は、かかる位置に存在する全長燃料
棒が臨界出力の制限を受け易いことが知られていたこと
にある。それ故、相対的に熱的性能の劣る燃料棒を取除
いて部分長燃料棒と交換することが望ましいものとして
記載されている。

【００１０】

【問題点の記述】従来の燃料バンドルにおいては、燃料
バンドルの炉内寿命期間中にそれの反応度を最適化する
必要のあることが判明した。この問題を理解するために
は、炉心内における燃料バンドルの典型的な寿命サイク
ルを知る必要がある。燃料バンドルの炉内寿命期間の経
過に際しては、燃料バンドルは様々な反応度を示すと共
に様々な炉心内位置を占める。通例、原子炉の燃料交換
は当業界において「休止期間」として知られる非運転期
間中において行われる。かかる休止期間の中間には約１
２〜１８ヵ月にわたる運転期間が存在する。換言すれ
ば、原子炉は約１２〜１８ヵ月の期間にわたって連続的
に運転されるのである。かかる運転期間の後、原子炉は
運転が停止され、開放され、そして燃料バンドルの一部
（通例は1/3 〜1/5 ）が交換される。燃料バンドルの炉
内寿命期間は、それの使用期間中に含まれるサイクル数
によって表わされるのが通例である。なお、各々のサイ
クルの開始および終了は休止期間によって規定されるこ
とになる。

【００１１】通例、燃料バンドルは３〜５サイクルの期
間にわたって原子炉内に滞留する。第１のサイクル（時
には１回目の「燃焼」と呼ばれることもある）に際して
は、燃料バンドルの高温反応度および低温反応度は十分
に低い。この場合、燃料バンドルは円筒形の炉心の中心
部に分散して配置されるのが通例である。第２のサイク
ル中、とりわけ第２のサイクルの開始時においては、燃
料バンドルはそれらの炉内寿命期間中で最も高い反応度
を示す。多くの場合、かかる燃料バンドルはいわゆる
「火の輪」区域内に配置される。このような「火の輪」
区域は円筒形の炉心の周辺に存在するが、炉心の外周か
ら少なくとも１列分だけ内側に位置するのが通例であ
る。このような炉心装荷方式の目的は、炉心の横断面内
における出力分布を一様にすることにある。上記のごと
き「火の輪」区域が存在しないと、原子炉は炉心の中心
部において最大の出力を有し、そして炉心の外側に向か
って出力の低下を示すことになる。この場合には、炉心
の横断面内において好ましい「平坦な」出力分布を得る
ことができない。

【００１２】残念ながら、第２のサイクル中の燃料バン
ドルは高い低温反応度を有する。このような高い低温反
応度が存在するのは、原子炉が休止期間の間において低
温運転状態にある場合、すなわち原子炉が蒸気発生のた
めの高温運転状態に向かっている場合である。簡単に述
べれば、原子炉が低温運転状態にある場合にそれの運転
を停止することが必要となるならば、燃料バンドルの反
応度は十分な安全余裕をもって運転の停止を行うことが
できるようなものでなければならない。

【００１３】従来、十分な低温反応度停止余裕を得るた
めには燃料棒にガドリニウムを添加することが必要とさ
れてきた。ガドリニウムは、燃料バンドルの低温反応度
を低下させて所要の低温反応度停止余裕を生み出すこと
のできる可燃性の中性子吸収材である。可燃性の中性子
吸収材であるガドリニウムを燃料バンドル内の燃料棒に
添加することは、第１のサイクル（または１回目の「燃
焼」）の開始時における反応度を制御して所要の低温反
応度停止余裕を生み出すという望ましい効果を有してい
る。ガドリニウムは可燃性の中性子吸収材であって、そ
れの主たる中性子吸収特性は第１のサイクル（または１
回目の「燃焼」）に際して発揮される。第１のサイクル
中において反応度を低下させることにより、炉心の総合
反応度（特に低温反応度）が低下する。しかしながら、
このような機能のためにガドリニウムを使用した場合に
は、燃料バンドルの寿命期間の全サイクル中において中
性子吸収がもたらす不利益を甘受しなければならない。
燃料バンドルの寿命期間の開始時、すなわち燃料バンド
ルが１回目の「燃焼」のために初めて原子炉内にされた
場合、ガドリニウムは中性子を吸収するが、かかる吸収
はそれ以外の時点においては必要でない。また、３回目
およびそれ以降の「燃焼」に際しては、１回目の「燃
焼」時における中性子吸収の結果として大部分のガドリ
ニウムが既に消費されている。しかしながら、少量のガ
ドリニウムはなおも残留するのであって、かかる残留ガ
ドリニウムには不利益が伴う。すなわち、かかる残留ガ
ドリニウムは（もはや不要であるにもかかわらず）燃料
バンドルの残りの寿命期間を通じて中性子を吸収し続け
るのである。

【００１４】第２のサイクルの終了後には、燃料バンド
ルは中期の反応度を示すようになる。かかる燃料バンド
ルは、炉心内における出力分布を調整するために使用さ
れる制御棒に隣接した特定の制御セル位置に配置するこ
とができる。このようにして燃料バンドルが使用される
期間は第３および第４のサイクルである。最後に、炉内
寿命期間の終了後に燃料バンドルを取出すのに先立ち、
かかる燃料バンドルは炉心の周辺にブランケットとして
使用されることが多い。このような燃料バンドルは炉心
の外部に中性子が漏れ出るのを防止し、それによって炉
心の残りの部分における出力分布を実質的に一様に保つ
ために役立つ。

【００１５】以上、典型的な燃料バンドルの寿命サイク
ルについて説明したので、第２のサイクル（または２回
目の「燃焼」）の開始時における低温反応度停止余裕が
最大となるような燃料バンドルが要望されていることが
理解されよう。更にまた、２回目の「燃焼」の開始時に
おける燃料バンドルの低温反応度が制限因子であること
を考えれば、高温反応度に対する低温反応度の変化幅
（いわゆる高温−低温間の反応度幅）を向上させること
がきわめて望ましいこともわかる。

【００１６】

【発明の概要】水管に隣接して配置された部分長燃料棒
を含むことによって第２のサイクルの開始時に高温−低
温間の反応度幅の向上を示すような燃料バンドルが開示
される。かかる燃料バンドルは、下部タイプレート、上
部タイプレート、および両タイプレート間に支持された
複数の全長燃料棒を含んでいる。これらの下部タイプレ
ート、上部タイプレート、および両タイプレート間に支
持された複数の全長燃料棒がチャネルによって包囲され
ている結果、下部タイプレートを通して流入する液体減
速材および上部タイプレートを通して流出する液体減速
材と気体減速材との混合物は燃料バンドルの内部に閉込
められる。かかる燃料バンドル内はまた、あらゆる運転
状態において燃料バンドルの上部二相領域に液体減速材
を供給するための水管をも含んでいる。本発明に従え
ば、全長燃料棒のマトリクス中に含まれる部分長燃料棒
の少なくとも一部が水管に隣接して配置されるのであっ
て、かかる配置パターンの代表例が後記に示されてい
る。一部の配置パターンにおいては、上方に流れる気体
減速材が実質的に量の液体減速材を同伴することによっ
て燃料バンドルの臨界出力性能が悪化するのを回避する
ため、燃料バンドルの中心部に大きな空間が形成されな
いようにして部分長燃料棒が配置される。しかるに、別
の配置パターンにおいては、水管の回りに部分長燃料棒
を集中させることによって燃料バンドルの中心部に大き
な空間が形成される。この場合には、一定数の部分長燃
料棒に対して最も好ましい高温−低温間の反応度幅を有
する燃料バンドルが得られる。それ故、かかる燃料バン
ドルは大きい低温反応度停止余裕を要求する炉心内の位
置に移動させるために使用することができる。なお、こ
のような低温反応度停止余裕は、３〜５サイクルの寿命
期間を有する燃料バンドルの第１のサイクルの終了後に
おいて要求されるのが通例である。

【００１７】

【発明の目的、特徴および利点】本発明の目的は、優れ
た燃料／減速材比を生み出すという部分長燃料棒の利点
を含み、改善された安定性を有し、かつ平坦な出力分布
を達成するための最適装荷を可能にするような優れた低
温反応度停止余裕を示し得るような燃料バンドルを提供
することにある。

【００１８】上記のごとき燃料バンドルがもたらす利点
は、反応度を制御するためのガドリニウムの使用量を低
減させ得ることにある。その結果、ガドリニウムを使用
した場合に生じる反応度の損失は最小限に抑えられるの
である。本発明のその他の目的、特徴および利点は、添
付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことに
よって自ずから明らかとなろう。

【００１９】

【好適な実施の態様の説明】先ず図１を見ると、ドーム
Ｄを取外した状態の原子炉容器Ｖが示されている。気水
分離器および蒸気乾燥器（図示せず）は取外され、そし
て燃料交換用ブリッジＢが原子炉容器内に配置されてい
る。作業員Ｐが減速材Ｍの液面の下方の炉心Ｃ内に燃料
バンドルを移動させているところが示されている。通常
のごとく、原子炉容器の直下から挿入される複数の制御
棒Ｋによって反応が制御される。

【００２０】次の図２には、典型的な燃料バンドルの斜
視図が示されている。かかる燃料バンドルは、下部タイ
プレートＬ、上部タイプレートＵ、およびそれらの間に
配置された複数の全長燃料棒Ｒを含んでいる。下部タイ
プレートＬは、減速材としての水を燃料バンドルの下端
から流入させるために役立つ。上部タイプレートＵは、
液体状および気体状の減速材（すなわち、水および蒸
気）を燃料バンドルの上端から排出するために役立つ。
燃料バンドル全体はチャネル２０によって包囲されてい
る。かかるチャネル２０は下部タイプレートＬの位置か
ら上部タイプレートＵの位置にまで伸びていて、水およ
び発生した蒸気の流れを燃料バンドルの内部に閉込める
ために役立つ。

【００２１】図示された燃料バンドルは複数のスペーサ
を含んでいる。燃料バンドルの上部に示されたスペーサ
Ｓ₅は、該スペーサの位置に上端を有する複数の部分長
燃料棒３０を支持している。かかる部分長燃料棒３０
は、全長燃料棒Ｒの長さの1/2以上（通例は5/7 ）に等
しい長さを有している。次に、燃料バンドル内における
部分長燃料棒の配置状態を図３および４に関連して詳し
く説明する。なお、図３および４は燃料バンドル内にお
ける部分長燃料棒の従来の配置状態を示している。

【００２２】先ず図３を見ると、図１に示された炉心Ｃ
の一部分が示されている。図示された部分は炉心Ｃの1/
4 である。図１に示された炉心Ｃの全体における燃料装
荷状態を復元するためには、図示された部分を対称的に
４回繰返す必要があることを理解すべきである。ここ
で、燃料装荷位置の実例を説明しよう。先ず最初に、１
回目の「燃焼」に際して燃料バンドルを配置するための
分散した位置４１が存在する。その後、かかる燃料バン
ドルは周辺部のすぐ内側のいわゆる「火の輪」領域に移
動させられる。かかる位置の実例が４２として示されて
いる。炉心内のこの領域は、燃料バンドルが２回目の
「燃焼」に際して配置される部位である。この部位に配
置された燃料バンドルの低温反応度が燃料バンドル設計
の制限因子の１つとなることは言うまでもなかろう。

【００２３】燃料バンドルが５サイクルの寿命期間を有
するものと仮定すれば、かかる燃料バンドルは特定の制
御セル４３内に配置されることがある。このような制御
セルにおいては、原子炉の運転に際して制御棒が部分的
に挿入される。かかる制御棒は５０として示されてい
る。これらの制御棒５０は原子炉の出力分布を調整する
ために使用される。すなわち、原子炉の運転に際して制
御棒の挿入量を変化させることにより、炉心の総合出力
分布を調整することができるのである。

【００２４】最後に、燃料バンドルがそれらの有効寿命
の最終部分に到達すると、それらは周辺の位置（たとえ
ば４４）に配置される。かかる周辺の位置は中性子束の
遮蔽をもたらす。すなわち、周辺の位置に配置された燃
料バンドルは炉心内の中性子束が容易に漏れ出るのを防
止するのである。原子炉の設計を説明することが本明細
書の目的ではない。しかしながら、本発明の特異な利点
を理解するためには、炉心内における燃料バンドルの配
置状態をある程度まで理解することが必要なのである。

【００２５】本発明は、燃料バンドル内に過剰量のガド
リニウムを配置することなく、燃料バンドルを高反応度
位置４２に配置することを可能にするものである。ここ
までの説明に基づけば、ディックス等の米国特許出願に
おいて使用されている部分長燃料棒の従来の配置状態の
一部を理解することができる。ここで、部分長燃料棒の
従来の配置状態を図３および４に関連して説明しよう。

【００２６】図３および４を見ると、チャネル２０およ
び大形の中心水管２５を含む燃料バンドルが示されてい
る。かかる燃料バンドルは、通例は５番目のスペーサよ
りも上方に位置する上部二相領域において切断されたと
ころが示されている。この位置においては、燃料バンド
ルは８×８のマトリクス状を成して配列された通常の燃
料棒Ｒを含むと共に、チャネル２０から内方に数えて２
番目の列のかど部に部分長燃料棒３０を含んでいる。部
分長燃料棒３０の上方には、それの上端から上部タイプ
レートＵにまで伸びる蒸気排出孔が形成される。なお、
ここに図示された部分長燃料棒の位置は上記のごとき２
番目の列上に存在することに注意すべきである。すなわ
ち、それらの位置はチャネル２０に接する燃料棒Ｒの内
側の列上に存在しているのである。

【００２７】先行技術においては、かかる位置に存在す
る燃料棒は熱的限界性能が劣っていた。それ故、かかる
位置に存在する燃料棒を部分長燃料棒で置換することが
提唱された。これは、燃料バンドルの上部二相領域から
それらの燃料棒を取除くことが燃料バンドルの性能に対
して総合的にほとんど影響を及ぼさないという理論に基
づいていた。

【００２８】しかるに、部分長燃料棒に隣接して存在す
る２番目の列中の燃料棒は熱的限界性能の低下を示すこ
とが判明した。すなわち、上記のごとき構造は燃料バン
ドルの上部二相領域内における圧力降下を低減させて安
定性を向上させるとは言え、最適の構造とは言えないこ
とが判明したのである。次の図５には、９×９のマトリ
クス状を成して配列された全長燃料棒Ｒをチャネル２０
により包囲して成る燃料バンドルの変形例が示されてい
る。かかる燃料バンドルは中心部に２本の水管２５′を
含んでおり、それによって７つの格子位置から燃料棒が
排除されている。

【００２９】図中には８本の部分長燃料棒３０が示され
ている。これらの部分長燃料棒は、チャネル２０から内
方に数えて２番目の列のかど部およびそれぞれの列の中
央部に位置している。図５の燃料バンドルは、図４の燃
料バンドルの場合と同じ制約を受け易い。以上、先行技
術についての説明を行ったので、次に本発明の燃料バン
ドルの構造を説明しよう。

【００３０】先ず図６を見ると、９×９のマトリクス状
を成して配列された燃料棒Ｒをチャネル２０により包囲
して成る燃料バンドルが示されている。ここに図示され
た部分長燃料棒は１対の水管２５′の回りに配置されて
いる。かかる部分長燃料棒は水管２５′に隣接した格子
位置に配置されている。このような格子位置とは、左上
のかど部から数えて第３列の６番目の位置、第４列の４
番目の位置、第４列の７番目の位置、第６列の３番目の
位置、第６列の６番目の位置、および第７列の４番目の
位置である。これらの部分長燃料棒は３０′として示さ
れている。なお、第３列の３番目の位置および第７列の
７番目の位置には従来の部分長燃料棒３０が配置されて
いることも認められよう。

【００３１】原子炉の低温状態においては、部分長燃料
棒の上方の空間は完全に水で満たされることを想起され
たい。図６〜１３の燃料バンドル設計例においては、か
かる液体減速材の密度と水管の密度との組合せに基づ
き、水管に隣接した燃料バンドルの中心領域ではかなり
高度の減速が達成される。このような設計例は過剰減速
を示すと言われる。すなわち、（反応度を低下させる）
水の中性子吸収効果が（反応度を上昇させる）減速効果
を上回るのである。このような現象を記述するため、
「中性子トラップ」という用語がしばしば使用される。
もしかかる位置に全長燃料棒が存在すれば、燃料バンド
ルは高い反応度を示すことになろう。原子炉の低温停止
状態における減速材分率が増加する結果、かかる燃料バ
ンドルは従来の燃料バンドル（たとえば、図４および５
に示された燃料バンドル）に比べて高温−低温間の反応
度幅の向上を示すことになる。

【００３２】次の図７を見ればわかる通り、上記の設計
例は変更が可能である。図７を見ると、第３列の３番目
の位置、第３列の７番目の位置、第７列の３番目の位
置、および第７列の７番目の位置に従来の部分長燃料棒
３０が示されている。また、第３列の５番目の位置、第
５列の３番目の位置、第５列の７番目の位置、および第
７列の５番目の位置には、１対の水管２５′に隣接した
部分長燃料棒３０′が示されている。

【００３３】次に図８を見ると、第３列の４番目の位
置、第４列の３番目の位置、第６列の７番目の位置、お
よび第７列の６番目の位置に従来の部分長燃料棒３０が
示されている。また、第３列の６番目の位置、第４列の
７番目の位置、第６列の３番目の位置、および第７列の
４番目の位置には、１対の水管２５′に隣接した部分長
燃料棒３０′が示されている。

【００３４】次に図９を見ると、チャネル２０から内方
に数えて２番目の列中に配置された従来の部分長燃料棒
３０を含む１０×１０の燃料バンドルが示されている。
これらの部分長燃料棒３０については、チャネル２０か
ら内方に数えて２番目の列のかど部およびそれから１つ
置きの位置に対称的に配置されていることを述べておけ
ば十分であろう。

【００３５】また、１対の水管２５′の間には２本の部
分長燃料棒３０′が配置されている。次に図１０を見る
と、１対の水管２５′に隣接しながら斜め方向に沿って
直線的に配列された位置に配置された８本の部分長燃料
棒３０′を含む燃料バンドルが示されている。たとえ
ば、かかる部分長燃料棒３０′は第３列の６番目の位
置、第４列の５番目の位置、第５列の４番目の位置、お
よび第６列の３番目の位置に見出すことができる。

【００３６】また、第３列の４番目の位置、第３列の８
番目の位置、および第４列の３番目の位置には従来の部
分長燃料棒３０を見出すこともできる。上記の記載は、
燃料バンドル内に含まれる部分長燃料棒の半分に関する
ものである。残りの部分長燃料棒は、２本の水管を通る
軸線に関して対称的に配置されている。

【００３７】次に図１１を見ると、チャネル２０により
全長燃料棒Ｒを包囲して成る１０×１０の燃料バンドル
において、１対の水管２５′の回りに配置された６本の
部分長燃料棒３０′が示されている。それらの部分長燃
料棒３０′は、第３列の７番目の位置、第４列の８番目
の位置、第５列の５番目の位置、第６列の６番目の位
置、第７列の３番目の位置、および第８列の４番目の位
置に配置されている。

【００３８】前記の場合と同じく、水管の中心を通る軸
線に関して見た場合、従来の部分長燃料棒３０は対称的
に配置されていることが認められよう。詳しく述べれ
ば、１対の水管を通る軸線の一方の側について見た場
合、従来の部分長燃料棒３０は第３列の３番目の位置、
第３列の５番目の位置、第４列の４番目の位置、および
第５列の３番目の位置に配置されている。上記のごとき
軸線の反対側においても、部分長燃料棒３０は同じパタ
ーンを成して配置されている。

【００３９】次に図１２および１３を見ると、本発明の
好適な実施の態様に基づく９×９および１０×１０の燃
料バンドルが示されている。これらの燃料バンドルにお
いては、部分長燃料棒は互いに隣接しながら水管２５を
完全に包囲する位置に配置されている。このような配置
は、高温−低温間の反応度幅に関して最大の利益をもた
らす。なお、高温−低温間の反応度幅は濃縮度およびガ
ドリニウム添加量に応じて変化するが、一般には０．５
〜１．５％の範囲内にある。

【００４０】部分長燃料棒を互いに隣接するように配置
することは、燃料バンドルの熱的性能（特に臨界出力）
に対して悪影響を及ぼすことがある。それ故、追加の試
験および解析によってかかる影響を確認することによ
り、核的性能と熱水力学的性能との間におけるトレード
オフを考慮しながら最も有利な設計を行えばよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】特に炉心領域の構造を示す沸騰水型原子炉の部
分切欠き斜視図である。

【図２】典型的な燃料バンドルの部分切欠き斜視図であ
る。

【図３】炉心の寿命期間中において典型的な燃料バンド
ルが占め得る様々な位置を示す沸騰水型原子炉の炉心の
1/4 の平面図である。

【図４】燃料バンドル内における部分長燃料棒の従来の
配置状態を示す略図である。

【図５】燃料バンドル内における部分長燃料棒の従来の
配置状態を示す略図である。

【図６】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の水
管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状態
を示す略図である。

【図７】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の水
管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状態
を示す略図である。

【図８】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の水
管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状態
を示す略図である。

【図９】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の水
管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状態
を示す略図である。

【図１０】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の
水管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状
態を示す略図である。

【図１１】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の
水管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状
態を示す略図である。

【図１２】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の
水管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状
態を示す略図である。

【図１３】１本以上の部分長燃料棒が燃料バンドル内の
水管に隣接して配置されるような部分長燃料棒の分布状
態を示す略図である。

【符号の説明】

Ｌ下部タイプレートＲ全長燃料棒ＳスペーサＵ上部タイプレート２０チャネル２５水管３０部分長燃料棒

フロントページの続き (72)発明者リチヤード・アーサー・ウオルタース，ジユニアアメリカ合衆国、カリフオルニア州、サン・ホセ、ペルハム・コート、6440番 (72)発明者アンソニー・ポール・リーゼアメリカ合衆国、カリフオルニア州、サン・ホセ、ミア・サークル、4625番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a) 鉛直方向に伸びて燃料バンドルの内
部空間の周囲に連続した隔壁を形成する側壁を有し、か
つ下部タイプレートに係合し得る開放された下端および
上部タイプレートに係合し得る開放された上端を有する
チャネル、(b) 前記チャネル内に配置され、かつ十分な
減速中性子束の存在下で核反応を生起させるための核分
裂性物質をそれぞれに含有する複数の燃料棒、(c) 前記
チャネル内において前記燃料棒の下端を支持するために
役立つと共に、前記チャネルの下部に結合して前記チャ
ネルの下端を閉鎖し、かつ前記核反応に際して蒸気を発
生させるために前記チャネル内の前記燃料棒の間に水を
流入させるための開口を有する下部タイプレート、(d)
前記燃料棒の上端を支持するために役立つと共に、前記
チャネルの上部に結合して前記チャネルの上端を閉鎖
し、かつ前記核反応に際して発生した蒸気を含む水を前
記チャネルから流出させるための開口を有する上部タイ
プレート、(e) 前記下部タイプレートの位置において水
の流入を許すと共に燃料バンドルの上部二相領域にも連
通しており、それによって前記上部二相領域内における
燃料／減速材比を向上させるために役立つ少なくとも１
本の水管、並びに(f) 前記上部タイプレートと前記下部
タイプレートとの間において前記燃料棒に沿った所定の
鉛直方向位置に配置され、それによって燃料バンドルの
長手方向に沿った複数の互いに離隔した位置において前
記燃料棒を保持するために役立つスペーサの諸要素から
成っていて、蒸気を発生する前記核反応の生起時には水
のみから成る下部単相領域と水および蒸気から成る上部
二相領域とが内部に形成されるような沸騰水型原子炉用
燃料バンドルにおいて、(1) 前記複数の燃料棒のうちに
は前記下部タイプレートの位置から前記上部タイプレー
トに向かって伸びる複数の部分長燃料棒が含まれてい
て、前記部分長燃料棒は前記上部タイプレートに到達す
る前に前記燃料バンドルの前記上部二相領域内で終わっ
ており、(2) 前記部分長燃料棒のうちの少なくとも２本
が互いに離隔して配置されていることにより、該部分長
燃料棒の上端から始まって前記上部タイプレートの位置
にまで伸びる互いに離隔した蒸気排出孔が前記燃料バン
ドル内の少なくとも２つの位置に形成されると共に、互
いに離隔した前記蒸気排出孔の各々には全長燃料棒が隣
接しており、また(3) 前記部分長燃料棒のうちの少なく
とも１本が前記水管に隣接して配置されていることを特
徴とする燃料バンドル。
【請求項２】少なくとも２本の水管を含む請求項１記
載の燃料バンドル。
【請求項３】前記水管に隣接した複数の部分長燃料棒
を含む請求項１記載の燃料バンドル。
【請求項４】前記燃料棒が９×９のマトリクス状を成
して配列されている請求項１記載の燃料バンドル。
【請求項５】前記燃料棒が１０×１０のマトリクス状
を成して配列されている請求項１記載の燃料バンドル。
【請求項６】 (a) 鉛直方向に伸びて燃料バンドルの内
部空間の周囲に連続した隔壁を形成する側壁を有し、か
つ下部タイプレートに係合し得る開放された下端および
上部タイプレートに係合し得る開放された上端を有する
チャネル、(b) 前記チャネル内に配置され、かつ十分な
減速中性子束の存在下で核反応を生起させるための核分
裂性物質をそれぞれに含有する複数の燃料棒、(c) 前記
チャネル内において前記燃料棒の下端を支持するために
役立つと共に、前記チャネルの下部に結合して前記チャ
ネルの下端を閉鎖し、かつ前記核反応に際して蒸気を発
生させるために前記チャネル内の前記燃料棒の間に水を
流入させるための開口を有する下部タイプレート、(d)
前記燃料棒の上端を支持するために役立つと共に、前記
チャネルの上部に結合して前記チャネルの上端を閉鎖
し、かつ前記核反応に際して発生した蒸気を含む水を前
記チャネルから流出させるための開口を有する上部タイ
プレート、(e) 前記下部タイプレートの位置において水
の流入を許すと共に燃料バンドルの上部二相領域にも連
通しており、それによって前記上部二相領域内における
燃料／減速材比を向上させるために役立つ少なくとも１
本の水管、並びに(f) 前記上部タイプレートと前記下部
タイプレートとの間において前記燃料棒に沿った所定の
鉛直方向位置に配置され、それによって燃料バンドルの
長手方向に沿った複数の互いに離隔した位置において前
記燃料棒を保持するために役立つスペーサの諸要素から
成っていて、蒸気を発生する前記核反応の生起時には水
のみから成る下部単相領域と水および蒸気から成る上部
二相領域とが内部に形成されるような沸騰水型原子炉用
燃料バンドルにおいて、(1) 前記複数の燃料棒のうちに
は前記下部タイプレートの位置から前記上部タイプレー
トに向かって伸びる複数の部分長燃料棒が含まれてい
て、前記部分長燃料棒は前記上部タイプレートに到達す
る前に前記燃料バンドルの前記上部二相領域内で終わっ
ており、(2) 前記燃料バンドル内には前記部分長燃料棒
の上端から始まって前記上部タイプレートの位置にまで
伸びる蒸気排出孔が形成されると共に、前記蒸気排出孔
の各々には全長燃料棒が隣接しており、また(3) 前記部
分長燃料棒のうちの少なくとも１本が前記水管に隣接し
て配置されていることを特徴とする燃料バンドル。
【請求項７】前記水管に隣接した複数の部分長燃料棒
を含む請求項６記載の燃料バンドル。
【請求項８】前記燃料棒が９×９のマトリクス状を成
して配列されている請求項６記載の燃料バンドル。
【請求項９】前記燃料棒が１０×１０のマトリクス状
を成して配列されている請求項６記載の燃料バンドル。
【請求項１０】少なくとも２本の水管が含まれてお
り、かつ前記部分長燃料棒が前記水管の回りに配置され
ている請求項６記載の燃料バンドル。
【請求項１１】前記部分長燃料棒が前記水管を包囲す
ることにより、前記水管と前記全長燃料棒との間には空
隙が形成される請求項１０記載の燃料バンドル。
【請求項１２】 (a) 鉛直方向に伸びて燃料バンドルの
内部空間の周囲に連続した隔壁を形成する側壁を有し、
かつ下部タイプレートに係合し得る開放された下端およ
び上部タイプレートに係合し得る開放された上端を有す
るチャネル、(b) 前記チャネル内に配置され、かつ十分
な減速中性子束の存在下で核反応を生起させるための核
分裂性物質をそれぞれに含有する複数の燃料棒、(c) 前
記チャネル内において前記燃料棒の下端を支持するため
に役立つと共に、前記チャネルの下部に結合して前記チ
ャネルの下端を閉鎖し、かつ前記核反応に際して蒸気を
発生させるために前記チャネル内の前記燃料棒の間に水
を流入させるための開口を有する下部タイプレート、
(d) 前記燃料棒の上端を支持するために役立つと共に、
前記チャネルの上部に結合して前記チャネルの上端を閉
鎖し、かつ前記核反応に際して発生した蒸気を含む水を
前記チャネルから流出させるための開口を有する上部タ
イプレート、(e) 前記下部タイプレートの位置において
水の流入を許すと共に燃料バンドルの上部二相領域にも
連通しており、それによって前記上部二相領域内におけ
る燃料／減速材比を向上させるために役立つ少なくとも
１本の水管、並びに(f) 前記上部タイプレートと前記下
部タイプレートとの間において前記燃料棒に沿った所定
の鉛直方向位置に配置され、それによって燃料バンドル
の長手方向に沿った複数の互いに離隔した位置において
前記燃料棒を保持するために役立つスペーサの諸要素か
ら成っていて、蒸気を発生する前記核反応の生起時には
水のみから成る下部単相領域と水および蒸気から成る上
部二相領域とが内部に形成されるような沸騰水型原子炉
用燃料バンドルにおいて、(1) 前記複数の燃料棒のうち
には前記下部タイプレートの位置から前記上部タイプレ
ートに向かって伸びる複数の部分長燃料棒が含まれてい
て、前記部分長燃料棒は前記上部タイプレートに到達す
る前に前記燃料バンドルの前記上部二相領域内で終わっ
ており、(2) 前記部分長燃料棒が前記水管に隣接して配
置されており、また(3) 前記燃料バンドル内には前記部
分長燃料棒の上端から始まって前記上部タイプレートの
位置にまで伸びる蒸気排出孔が形成されると共に、前記
蒸気排出孔の各々は全長燃料棒と前記水管との間に形成
されることを特徴とする燃料バンドル。
【請求項１３】少なくとも２本の水管が含まれている
請求項１２記載の燃料バンドル。
【請求項１４】前記水管が互いに隣接している請求項
１３記載の燃料バンドル。