JPH05164868A - 燃料および水の分布を最適化した燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 沸騰水型原子炉において、部分長燃料棒を含
む燃料バンドルに比べて燃料の重量を増加させることが
でき、燃料／減速材比の改善を達成させ、更に、バンド
ル内における流体の流れをより一様にさせる燃料棒構造
を提供する。 【構成】 燃料バンドルを大径燃料ペレット６０の柱を
燃料棒の下部に保持するために役立つ下方の大径管２
４、小径燃料ペレット５１の柱を燃料棒の上部に保持す
るために役立つ上方の小径管２２、および下方の大径管
２４の上端と上方の小径管２２の下端との間に配置され
た径違い継手２６を含む燃料棒Ｒで構成する。継手に
は、燃料、可燃性毒物を含む燃料、減速材、または可燃
性毒物を含む減速材から成る移行ペレットを装填する。

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棒に関す
るものである。更に詳しく言えば、沸騰水型原子炉用の
燃料バンドル内において使用するための、２種の直径を
有する燃料棒が開示される。

【０００２】

【発明の背景】１９７７年４月２２日付けのウエダの特
開昭５２−５０４９８号明細書中には、部分長燃料棒を
含む沸騰水型原子炉用燃料バンドルが開示されている。
かかる部分長燃料棒が互いに並列した状態で配置されて
いる結果、沸騰水型原子炉内に配置された燃料バンドル
の中心部には大きい空所が形成される。部分長燃料棒に
よって中心部に形成された大きい空所は燃料バンドルの
上部二相領域内に存在してお、そして円錐形を成してい
る。

【０００３】ウエダの特許の第１の実施の態様において
は、燃料バンドルの上部に形成された円錐形の空所がそ
れに対応する大形の円錐形水管によって満たされてい
る。第２の（明らかに好適な）実施の態様においては、
かかる大きい円錐形の空所内には何も含まれていない。
このような大きい円錐形の空所は燃料バンドル内におけ
る蒸気の排出を可能にする。

【０００４】ウエダの特許明細書中には、上記のごとき
構造が燃料バンドルの上部二相領域内における減速材／
燃料比を改善するために有用であることが記載されてい
る。自明のごとく、このような効果は燃料バンドルの低
温動作状態および高温動作状態のいずれにも適用され
る。ウエダの特許明細書中にはまた、円錐形の空所ばか
りでなく、その他の手段も使用し得ることが指摘されて
いる。詳しく述べれば、次のような示唆が認められるの
である。「更にまた、軸方向に沿って直径の変化する燃
料棒を使用することによって上記と同様な効果を得るこ
ともできる。すなわち、燃料集合体の下部においてはよ
り大きい直径を有しかつ燃料集合体の上部においてはよ
り小さい直径を有するような燃料棒を使用することがで
きるのである。」しかしながら、かかる実施の態様の詳
しい説明は与えられていない。また、このように示唆さ
れた燃料棒の実際の構造も開示されていない。

【０００５】１９８８年４月４日に提出されたゲーリー
・イー・ディックス(Gary E. Dix)等の米国特許出願第
１７６９７５号の明細書中にもまた、複数の部分長燃料
棒を含む沸騰水型原子炉用燃料バンドルが開示されてい
る。ウエダの場合とは異なり、かかる部分長燃料棒は燃
料バンドルの上部二相領域内に複数の蒸気排出流路を形
成するように配置されている。このような燃料バンドル
がもたらす効果としては、下記のもののみに限定される
わけではないが、燃料バンドルの上部二相領域内におけ
る減速材／燃料比の改善および圧力降下の減少が挙げら
れている。圧力降下が減少する結果、上記のごとき燃料
バンドルが動作中により良い安定性を示すことになる。

【０００６】

【発明の概要】本発明者等は、沸騰水型原子炉用燃料バ
ンドルの中心部に設けられた単一の大きい空所が個々の
燃料棒の臨界出力に関する問題を引起こすことを見出し
た。詳しく述べれば、かかる単一の大きい空所内におい
ては、（冷却材兼減速材である）水が過剰な量で上方に
流れる傾向がある。そのため、燃料バンドルの中心部に
おいて高い流量が生じる一方、燃料バンドルの周辺部に
おいては流量の減少が生じる。その結果、周辺の燃料棒
はより低い総合冷却流量の下で臨界出力限界に達するこ
とになる。それ故、燃料バンドル全体の性能は制限を受
けるのである。

【０００７】沸騰水型原子炉用の燃料バンドルにおいて
２種の直径を有する燃料棒を使用するという従来提唱さ
れていた着想が実際の構造物として開示される。すなわ
ち、対応する大径燃料ペレットの柱を燃料棒の下部に保
持するために役立つ下方の大径管、対応する小径燃料ペ
レットの柱を燃料棒の上部に保持するために役立つ上方
の小径管、および下方の大径管の上端と上方の小径管の
下端との間に配置された径違い継手を含む燃料棒が提供
される。下方に位置する大径燃料ペレットの柱はそれの
下端においてばね上に支持される結果、それの上端は径
違い継手に対して直接に押付けられる。他方、上方に位
置する小径燃料ペレットの柱はそれの上端において支持
される結果、上方に位置する小径燃料ペレットの柱は下
方に位置する大径燃料ペレットの柱に可能な限り近接し
て配置される。いずれの管についても、径違い継手から
遠い側の末端が常法に従って密封される。本発明の燃料
棒においては、各種の径違い継手を使用することができ
る。かかる径違い継手としては、中実の金属材料から成
るベル状の径違い継手、燃料被覆管の中間部に形成され
たテーパ部、および直径の異なる燃料被覆管を入れ子式
に嵌め込んで溶接することによって形成された継手が挙
げられる。こうして得られた燃料棒を使用することによ
り、燃料および冷却材の一様な分布の結果として均一な
臨界出力応答を示し、不均一な蒸気流量を有する領域を
含まず、かつ上部二相領域内における流路面積の向上を
示すような燃料バンドルが得られることになる。

【０００８】

【発明の目的、特徴および利点】本発明の目的の１つ
は、ただ１つの箇所において変化する２種の直径を有す
る燃料棒の実際的な構造を開示することである。本発明
のこの側面に従えば、下方の大径管、上方の小径管、お
よびそれらの間に配置された径違い継手を含む燃料棒が
提供される。かかる径違い継手の外径は、下方の大径管
の直径に一致する値から上方の小径管の直径に一致する
値にまで変化している。径違い継手にはまた、下方の大
径管と上方の小径管との間において核分裂生成ガスの圧
力を平衡させるための中心開口が設けられている。上方
の小径管内には柱状に配列された一連の小径燃料ペレッ
トが装填されている。また、下方の小径管内には柱状に
配列された一連の大径燃料ペレットが装填されている。
下方に位置する大径燃料ペレットの柱は燃料棒の下端に
配置されたばね上に支持され、それによって径違い継手
に対して押付けられている。下端のばねには、ばねが破
損した場合に大径燃料ペレットの柱の下方への移動を制
限するために役立つばねストップ（たとえば、核分裂生
成ガス吸収室）を設けることが好ましい。このようにす
れば、２種の直径を有すると共に、上方および下方の燃
料ペレット柱間の空隙をできるだけ小さくした燃料棒構
造が得られることになる。

【０００９】上記のごとき燃料棒構造がもたらす主たる
利点は、燃料バンドル内に含まれる燃料の重量を増加さ
せ得ることである。すなわち、部分長燃料棒を含む燃料
バンドルに比べて燃料の重量を増加させることができ
る。それと同時に、沸騰水型原子炉のあらゆる運転状態
において燃料／減速材比の改善が達成されるのである。
上記のごとき燃料棒構造がもたらすもう１つの利点は、
燃料バンドル内における流体の流れがより一様になるこ
とである。簡単に述べれば、蒸気排出空間を含む燃料バ
ンドルは流体の流れの不均一性を増大させる。すなわ
ち、蒸気排出空間を含む燃料バンドルにおいては、蒸気
を優先的に蒸気排出空間に流すと共に、液体減速材を周
囲の連続した燃料棒群中に集中させることが期待されて
いる。本発明においては、燃料バンドルの下部と上部と
を比べた場合、流体の流れのために利用し得る横断面積
は大幅な変化を示さない。ただ、燃料棒の直径が（燃料
棒の下端における大きい直径から燃料棒の上端における
小さい直径にまで）減少している結果として流路面積の
僅かな増加が存在するのみである。

【００１０】径違い継手の両側に配置された燃料ペレッ
ト柱間に存在する小さい空隙がもたらす利点は、燃料ペ
レット柱の末端におけるピーキングが最小限に抑えられ
ることである。詳しく述べれば、燃料ペレット柱の２つ
の末端は十分に近接している結果、それらは周囲の中性
子束に対して自己遮蔽性を示す。その結果、燃料バンド
ルの中央部に位置する燃料ペレット柱の末端におけるピ
ーキングは最小限に抑えられるのである。

【００１１】小径燃料ペレットの柱の下端と大径燃料ペ
レットの柱の上端との間には一定の空隙が形成されるこ
とに注意されたい。このような空隙は燃料バンドルの中
央部に存在している。燃料バンドルの中央部は高い大き
い熱中性子束を受けるのが普通である。上方の小径燃料
ペレット柱の下端と下方の大径燃料ペレット柱の上端と
の間に大きい空隙が存在すると、周囲の熱中性子束は燃
料ペレット柱の端面に侵入し易くなる。その結果、それ
らの部位において反応の促進が起こるので望ましくな
い。なお、かかる反応の促進を濃縮度の低下によって緩
和することもできるが、それは燃料バンドルの出力を低
下させることになる。

【００１２】上記のごとき燃料棒構造がもたらす更にも
う１つの利点は、大径燃料ペレット柱の上部に位置する
燃料ペレットおよび小径燃料ペレット柱の下部に位置す
る燃料ペレットがペレット柱の外部と良好な熱力学的連
絡を維持することである。その結果、大径燃料ペレット
柱の上部に位置する燃料ペレットおよび小径燃料ペレッ
ト柱の下部に位置する燃料ペレットが過熱する傾向は減
少する。

【００１３】上記のごとき燃料棒構造がもたらす更にも
う１つの利点は、それの製造が容易なことである。詳し
く述べれば、２種のサイズの燃料ペレットのみが必要と
される。直径の異なる２本の管を用いて燃料棒を組立て
た後、それの両端から２種の燃料ペレットが装填され
る。燃料棒の両端に設けられた通常の封止部に作用する
ばねの使用により、燃料ペレットは径違い継手に対して
押付けられる。全ての封止部および溶接部は常法に従っ
て形成される。このようにして、燃料棒を簡単に製造す
ることができるのである。

【００１４】本発明のもう１つの目的は、上記のごとき
燃料棒を燃料バンドル内に組込むことにある。本発明の
この側面に従えば、上記のごとき燃料棒は下部タイプレ
ートと上部タイプレートとの間に支持することによって
燃料バンドル内に組込まれる。燃料バンドルのその他の
構成部材としては、通常のチャネルおよびスペーサが使
用される。

【００１５】本発明の更にもう１つの目的は、燃料棒の
大径部分から小径部分への移行部の鉛直方向位置が交互
に変化するような燃料バンドルを開示することにある。
本発明のこの側面に従えば、少なくとも２種の燃料棒が
使用される。第１の燃料棒は、下方の大径部分と上方の
小径部分との間の移行部を第１の鉛直方向位置に有して
いる。第２の燃料棒は、下方の大径部分と上方の小径部
分との間の移行部を第２の僅かに異なる鉛直方向位置に
有している。これらの燃料棒を交互に配置することによ
り、移行部の鉛直方向位置が燃料バンドルを横切って交
互に変化するような燃料バンドルが得られる。かかる燃
料バンドルは、燃料ペレット柱の互いに隣接した末端に
おける自己遮蔽性の欠如がもたらす影響を緩和するため
に役立つ。

【００１６】上記のごとき燃料棒を組込んだ燃料バンド
ルがもたらす利点は、燃料および冷却材の一様な分布に
よって最適な臨界出力応答が得られるという熱水力学的
性能の向上が達成され、不均一に高い蒸気流量を有する
領域が存在せず、かつ燃料バンドルの上部二相領域内に
おける蒸気の流路面積が拡大されることにある。本発明
の更にもう１つの目的は、下方の大径部分と上方の小径
部分との間の移行部に関する様々な実施の態様を開示す
ることにある。本発明のこの側面に従えば、中実の金属
材料から成るベル状の径違い継手、燃料被覆管の中間部
に形成されたテーパ部、および小径の燃料被覆管を大径
の燃料被覆管内に嵌め込みかつそれらの管同士を気密状
態に溶接することによって形成された継手が開示され
る。

【００１７】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説明を読むことに
よって自ずから明らかとなろう。

【００１８】

【好適な実施の態様の説明】先ず図１Ａを見ると、燃料
バンドルＢが示されている。かかる燃料バンドルＢは下
部タイプレート１４および上部タイプレート１６を含む
と共に、それを操作するための取っ手１８が取付けられ
ている。また、正方形の内部空間を規定する燃料チャネ
ル２０が上部タイプレート１６から下部タイプレート１
４にまでわたって一群の燃料棒を包囲している。後記に
詳述されるごとく、燃料棒Ｒは２種の直径を有してい
る。すなわち、燃料棒Ｒは下方の大径部分２４と上方の
小径部分２２とを有している。

【００１９】次に図１Ｂを見ると、燃料棒Ｒのテーパ部
分が示されている。詳しく述べれば、上方の小径部分２
２と下方の大径部分２４との間にベル状の径違い継手２
６が配置されている。図１中にはまた、上方のスペーサ
Ｕおよび下方のスペーサＬが略示されている。通例、燃
料バンドルの長手方向に沿って約６〜８個のスペーサが
配置されている。

【００２０】自明の通り、燃料バンドルＢは上記のごと
き燃料棒を一定の配列状態で組合わせたものから成って
いる。かかる配列状態は７×７から１２×１２までの範
囲内において変化し得る。とは言え、９×９または１０
×１０の配列状態が好適である。以上、２種の直径を有
する燃料棒Ｒを用いた燃料バンドルＢの構造を概述した
が、次いで燃料棒Ｒの詳細な構造を図２に関連して説明
しよう。図２には、上部タイプレート１６によって支持
された密閉上端および下部タイプレート１４によって支
持された密閉下端を有する典型的な燃料棒Ｒが示されて
いる。なお、図示の都合上、下方の大径管２４と上方の
小径管２２との間の移行部に相当する燃料棒Ｒの中間部
分が切取られて示されている。

【００２１】かかる燃料棒Ｒにおいてはベル状の径違い
継手２６が使用されていることか認められよう。この径
違い継手２６が移行面２７を有する結果、下方の大径管
２４と上方の小径管２２との間の外面は緩徐で円滑な移
行を示すことになる。ここで、径違い継手２６の構造を
詳しく説明しよう。径違い継手２６は上部において小さ
い直径３０を有している。この小さい直径３０は小径管
２２の外径と一致している。

【００２２】また、径違い継手２６は下部において大き
い直径３６を有している。この大きい直径３６は大径管
２４の外径と一致している。径違い継手２６には第１の
切込み３２が設けられている。この切込み３２は、上方
の小径管２２の内径に対して締り嵌めが可能となるよう
に形成されている。径違い継手２６はまた、下部に同様
な切込み３４をも有している。この切込み３４は、下方
の大径管２４の内径に対して締り嵌めが可能となるよう
に形成されている。

【００２３】径違い継手２６の中心には通路４０が設け
られている。この通路４０は、上方の小径管２２および
下方の大径管２４によって形成された２つの密閉室間に
おいて核分裂生成ガスを平衡させるために役立つ。径違
い継手２６は上面４４において柱状に配列された一連の
小径燃料ペレット５１を支持している。常法に従い、小
径燃料ペレット５１はリング４６およびコイルばね４８
によって径違い継手２６の上面４４に押付けられてい
る。この点に関しては、図２に示された燃料棒Ｒの構造
は従来のものに良く似ている。

【００２４】下方の大径管２４は柱状に配列された一連
の大径燃料ペレット６０を支持している。かかる大径燃
料ペレット６０はリング６６およびコイルばね６８によ
って支持されている。通例、大径燃料ペレット６０は径
違い継手２６の下面４６に対して直接に押付けられてい
る。この点では、ペレットの支持方法は従来のものとは
根本的に異なることが認められよう。すなわち、ばね６
８によって一連の大径燃料ペレット６０を径違い継手の
下面４６に押付けることは原子力業界においては異例の
構造を成すわけである。このような構造を採用したこと
には重大な理由がある。

【００２５】小径燃料ペレット５１または大径燃料ペレ
ット６０のごとき燃料ペレットが原子炉内において連続
した柱状を成して存在し、そして核分裂を受ける場合、
燃料ペレットは熱中性子の集団によって包囲され、それ
によって持続的な核分裂反応が生起される。燃料ペレッ
ト間の界面（たとえば、図２中における大径燃料ペレッ
ト６０間の界面６２）においては、隣接する燃料ペレッ
ト中に存在する核分裂性物質がそれ自体を遮蔽するため
に役立つ。換言すれば、個々の燃料ペレット同士がペレ
ット柱の内部に位置する界面において密着していること
により、高い中性子密度に暴露されて核燃料の急速な燃
焼が起こることが防止されるのである。

【００２６】柱状に配列された一連の燃料ペレットの末
端（たとえば、一連の大径燃料ペレット６０の上端６
５）においては、かかる自己遮蔽機能は存在しない。従
って、かかる末端はペレット柱内におけるホットスポッ
トとなり、そのために燃料棒の性能が制限されることが
ある。本発明の径違い継手２６を使用すれば、下端の小
径燃料ペレット５１と上端の大径燃料ペレット６０との
間の距離は最小値に維持される。このように両者間の距
離を最小値に維持すれば、上方の小径燃料ペレット５１
の柱と下方の大径燃料ペレット６０の柱は最大限の自己
遮蔽を受けることになる。

【００２７】ここで、下端の小径燃料ペレット５１と上
端の大径燃料ペレット６０との間に許される空隙の大き
さを明示しておこう。かかる空隙はできるだけ小さい値
に維持することが必要である。それは９インチを越えて
はならないのであって、５インチ未満であることが好ま
しく、また約１インチ程度であれば一層好ましい。ま
た、大径燃料ペレット６０の柱の下端にばね６８が配置
されている理由も容易に理解されよう。すなわち、大径
燃料ペレット６０の上方に存在する空間を下部タイプレ
ート１４の位置にある末端プラグ３２に隣接した燃料棒
の下部に移動させることにより、径違い継手２６の近傍
における燃料ペレットの柱の間の空隙は最小に保たれる
のである。

【００２８】燃料棒Ｒにおいては、核分裂生成ガスを吸
収するための内室Ｃを設けることが必要とされる場合が
多い。図示の場合には、ばね６８の内部に内室Ｃが配置
されている。かかる内室Ｃは頑丈な構造を有している結
果、それは上面８０と下面８２との間に大径燃料ペレッ
ト６０の柱の全重量を支持することができる。内室Ｃの
上面８０とリング６６との間には小さな空隙８３が存在
することが認められよう。この小さな空隙はばね６８が
破損した場合に役立つ。すなわち、ばね６８が破損した
場合でも、上端の大径燃料ペレット６０と径違い継手２
６の下面４６との間の空隙は確実に最小に保たれるので
ある。

【００２９】当然のことながら、本発明の燃料棒は２種
の直径を有するもののみに限定されることを理解すべき
である。かかる２種の直径とは、上方の小径管２２およ
び下方の大径管２４が有する直径を意味する。ここで、
燃料棒Ｒの製造方法を簡単に述べておこう。通例、径違
い継手２６、上方の小径管２２および下方の大径管２４
が先ず最初に接合される。すなわち、これらの燃料棒部
材を３０および３６の位置において溶接することによ
り、上方の小径管２２と上方の大径管２４との間に密閉
構造が形成される。

【００３０】その後、上方の小径管２２および下方の大
径管２４の内部にそれぞれの末端から小径燃料ペレット
５１および大径燃料ペレット６０がそれぞれ装填され
る。最後に、上方の小径管２２および下方の大径管２４
の末端にばね４８および６８と末端プラグ３０および３
２とがそれぞれ挿入され、そして常法に従って（たとえ
ば溶接により）密封される。このようにして、気密の燃
料棒構造が得られることになる。

【００３１】次に図３を見ると、下方の大径部分と上方
の小径部分との間の移行部の鉛直方向位置が燃料棒間に
おいて交互に変化しているような燃料バンドルから取出
された３本の燃料棒が示されている。詳しく述べれば、
燃料棒Ｒ₁ は第１の低い鉛直方向位置に径違い継手２６
を有している。しかるに、（１本のみが示された）燃料
棒Ｒ₂ は第２のより高い鉛直方向位置に径違い継手２
６’を有している。このような構造によれば、燃料バン
ドルの中央部に位置する燃料ペレット柱の末端に対する
熱中性子束の侵入がもたらす影響を緩和することができ
る。

【００３２】テーパ部を有する燃料被覆管として使用す
るための管を押出しによって製造することもできる。図
４Ａおよび４Ｂにはかかる管が示されている。図４Ａに
おいては、ばね６８（図２参照）によって大径燃料ペレ
ット６０を上方に押上げることにより、上端の大径燃料
ペレット６０が燃料棒Ｒのテーパ部８６に対して直接に
押付けられる。このような実施の態様においては、下端
の小径燃料ペレット５１とテーパ部８６との間に空隙が
形成されるが、この空隙は燃料棒Ｒの側壁を通して下端
の小径燃料ペレット５１から熱が伝達されるのを遅らせ
るために役立つ。

【００３３】図４Ｂにおいては、大径燃料ペレット６０
の上にテーパ付きの移行ペレット１６０が配置されてい
る。テーパ付きの移行ペレット１６０は、下方の大径部
分２４と上方の小径部分２２との間のテーパ部８６の内
面に嵌合するように傾斜した側面を有している。上記の
ごとき移行ペレットは、燃料、可燃性毒物を含む燃料、
減速材、または可燃性毒物を含む減速材から成り得る。

【００３４】次に図５を見ると、テーパ部に関する別の
実施の態様が示されている。この場合には、上方の小径
管２２が下方の大径管２４の内部に入れ子式に嵌め込ま
れている。かかる嵌め込みを行うのに先立ち、上方の小
径管２２の下端が小さな円板プラグ１６５によって閉鎖
される。かかる円板プラグ１６５は、核分裂生成ガスの
圧力を平衡させるための開口１７０を有している。この
円板プラグ１６５は溶接部１７２によって上方の小径管
２２の下端に接合されるが、溶接部１７２は封止溶接部
である必要はない。

【００３５】下方の大径管２４は、溶接部１６８によっ
て上方の小径管２２に封止状態で接合される。なお、上
方の小径管２２と下方の大径管２４との間に所要の緩徐
な移行部を形成するため、溶接部１６５に対しては面取
りが施される。このようにして、密封された燃料棒Ｒが
得られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａは下方の大径部分および上方の小径部分
を有する１群の燃料棒を上部タイプレートと下部タイプ
レートとの間に配列しかつ両タイプレート間において冷
却材の流れを閉込めるために該燃料棒の周囲にチャネル
を配置して成る燃料バンドルの部分切欠き斜視図であ
り、また図１Ｂは２本の燃料棒に関して下方の大径部分
から上方の小径部分への移行部を示す拡大図である。

【図２】本発明の燃料棒と従来の燃料棒との構造上の違
いを明確に理解するために必要な部分のみを示す本発明
の燃料棒の断面図である。

【図３】大径燃料ペレットの柱の上端と小径燃料ペレッ
トの柱の下端との間の移行部の鉛直方向位置が互いに隣
接する燃料棒間において交互に変化しているような燃料
バンドルを示す、図１Ｂと同様な部分斜視図である。

【図４】図４Ａは下方の大径部分と上方の小径部分との
間の移行部にテーパを有しかつ２種のサイズの燃料ペレ
ットを使用するような燃料棒の断面図であり、また図４
Ｂは下方の大径部分と上方の小径部分との間の移行部に
テーパを有しかつ２種のサイズの燃料ペレットと共に移
行用燃料ペレットを使用するような燃料棒の断面図であ
る。

【図５】下方の大径部分と上方の小径部分との間の移行
部において両部分を入れ子式に嵌め込むことによって形
成された燃料棒の断面図である。

【符号の説明】 Ｂ 燃料バンドル Ｒ 燃料棒 １４ 下部タイプレート １６ 上部タイプレート ２０ チャネル ２２ 上方の小径部分または小径管 ２４ 下方の大径部分または大径管 ２６ ベル状の径違い継手 ３０ 末端プラグ ３２ 末端プラグ ４０ 通路 ４８ コイルばね ５１ 小径燃料ペレット ６０ 大径燃料ペレット ６８ コイルばね ８６ テーパ部 １６０ 移行ペレット １６５ 円板プラグ １６８ 溶接部 １７０ 開口

フロントページの続き (72)発明者 アンソニー・ポール・リーゼ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホセ、ミア・サークル、4625番 (72)発明者 エリック・バーティル・ヨハンソン アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ライツビレ・ビーチ、ユニット・3204、イ ー・エックス・ティー、ルミナ・アベニュ ー、2400番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の燃料棒直径を有してバンドル配列
   を形成する沸騰水型原子炉用燃料バンドル中において使
   用するための燃料棒において、(a) 一連の対応する大径
   燃料ペレットを前記燃料棒の下部に保持するために役立
   つ下方の大径管、(b) 一連の対応する小径燃料ペレット
   を前記燃料棒の上部に保持するために役立つ上方の小径
   管、(c) 前記下方の大径管と前記上方の小径管との間に
   配置されかつ前記下方の大径管の外径から前記上方の小
   径管の外径への移行をもたらす径違い継手、(d) 前記径
   違い継手から遠い側の末端において前記下方の大径管お
   よび前記上方の小径管を密封するための手段、並びに
   (e) 前記大径燃料ペレットの柱の下端を支持しかつ前記
   大径燃料ペレットの柱の上端を前記径違い継手に対して
   押付けるための手段の諸要素から成る結果、前記大径燃
   料ペレットの柱の上端と前記小径燃料ペレットの柱の下
   端とが前記径違い継手を介してできるだけ近接した位置
   関係に配置され、それによってそれぞれの柱の末端にお
   けるピーキングが最小限に抑えられることを特徴とする
   燃料棒。
2. 【請求項２】 前記上方の小径管が前記小径燃料ペレッ
   トの柱の下端を前記上方の小径管の下端に近接して支持
   するための支持手段を有している請求項１記載の燃料
   棒。
3. 【請求項３】 前記小径燃料ペレットの柱の下端が前記
   径違い継手上に支持されている請求項１記載の燃料棒。
4. 【請求項４】 前記大径燃料ペレットの柱の下端を支持
   するための前記手段がばね手段を含む請求項１記載の燃
   料棒。
5. 【請求項５】 前記径違い継手の位置に存在するペレッ
   トが燃料ペレットである請求項１記載の燃料棒。
6. 【請求項６】 前記径違い継手の位置に存在するペレッ
   トが減速材ペレットである請求項１記載の燃料棒。
7. 【請求項７】 前記径違い継手の位置に存在するペレッ
   トが可燃性の中性子吸収材を含有する請求項１記載の燃
   料棒。
8. 【請求項８】 (1) 所定の配列状態で配置されかつ２種
   以上の直径を有する１群の燃料棒、(2) 前記燃料棒を支
   持すると共に、前記燃料棒の周囲に減速冷却材を流入さ
   せるための開口を規定する下部タイプレート、(3)前記
   燃料棒を直立した並列状態に保持すると共に、前記燃料
   棒の周囲から蒸気および水を流出させるための開口を規
   定する上部タイプレート、並びに(4)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の位置にまでわた
   って前記燃料棒を包囲し、そして前記下部タイプレート
   と前記上部タイプレートとの間において前記減速冷却材
   の流れを前記燃料棒の周囲に閉込めるために役立つチャ
   ネルから構成される沸騰水型原子炉用の燃料バンドルに
   おいて、各々の燃料棒が(a) 対応する一連の大径燃料ペ
   レットを前記燃料棒の下部に保持するために役立つ下方
   の大径管、(b) 対応する一連の小径燃料ペレットを前記
   燃料棒の上部に保持するために役立つ上方の小径管、
   (c) 前記下方の大径管と前記上方の小径管との間に配置
   され、かつ前記下方の大径管の外径から前記上方の小径
   管の外径への移行を可能にする径違い継手、(d) 前記径
   違い継手から遠い側の末端において前記下方の大径管お
   よび前記上方の小径管を密封するための手段、並びに
   (e) 前記大径燃料ペレットの柱の下端をばね上に支持し
   かつ前記大径燃料ペレットの柱の上端を前記径違い継手
   に対して押付けるための手段の諸要素から成る結果、前
   記大径燃料ペレットの柱の上端と前記小径燃料ペレット
   の柱の下端とが前記径違い継手を介してできるだけ近接
   した位置関係に配置され、それによってそれぞれの柱の
   末端におけるピーキングが最小限に抑えられることを特
   徴とする燃料バンドル。
9. 【請求項９】 複数の燃料棒直径を有しバンドル配列を
   形成する沸騰水型原子炉用燃料バンドル中において使用
   するための燃料棒において、(a) 対応する一連の大径燃
   料ペレットを前記燃料棒の下部に保持するために役立つ
   下方の大径管、(b) 対応する一連の小径燃料ペレットを
   前記燃料棒の上部に保持するために役立つ上方の小径
   管、(c) 前記下方の大径管と前記上方の小径管との間に
   配置されかつ前記下方の大径管の外径から前記上方の小
   径管の外径への移行をもたらす径違い継手であって、前
   記上方の小径管の下部を前記下方の大径管の上部に嵌め
   込みかつ両管の外面同士を封止溶接部により接合して成
   る径違い継手、(d) 前記径違い継手から遠い側の末端に
   おいて前記下方の大径管および前記上方の小径管を密封
   するための手段、並びに(e) 前記大径燃料ペレットの柱
   の下端を支持しかつ前記大径燃料ペレットの柱の上端を
   前記径違い継手に対して押付けるための手段の諸要素か
   ら成る結果、前記大径燃料ペレットの柱の上端と前記小
   径燃料ペレットの柱の下端とが前記径違い継手を介して
   できるだけ近接した位置関係に配置され、それによって
   それぞれの柱の末端におけるピーキングが最小限に抑え
   られることを特徴とする燃料棒。
10. 【請求項１０】 前記封止溶接部の外面がテーパを有し
    ている請求項９記載の燃料棒。