JP2011013216A

JP2011013216A - 原子燃料集合体の支持グリッド

Info

Publication number: JP2011013216A
Application number: JP2010147258A
Authority: JP
Inventors: Yong Roger Lu; ロジャールウヨーン; Xiaoyan Jane Jiang; ジェーンジアーンシャオイエン; Michael E Conner; イーコナーマイケル; Paul M Evans; エムエバンスポール
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: EP2270814A3; JP5637588B2; EP2270814B1; EP2270814A2; KR101700452B1; US20110002436A1; KR20110002430A; RU2537693C2; ES2525726T3; CN101944395A; CN101944395B; RU2010126777A; US8369475B2

Abstract

【課題】原子燃料集合体の改良型支持グリッドを提供する。
【解決手段】支持グリッドは、卵箱を形成するように配置された複数の直交するストラップのアレイより成り、ストラップの後端縁部及び／または前端縁部は渦の位相を変化させてストラップの端縁部から発散される渦の相関を破壊することによりストラップの共振を回避するための傾斜を与えられている。
【選択図】図９

Description

関連出願

本願は、２００９年７月１日付米国特許出願第１２／４９５，８７３号の一部継続出願である。

本発明は、一般的に、原子炉の燃料集合体に係り、さらに詳細には、流れにより惹き起される振動を最小限に抑えるスペーサグリッドを用いる原子燃料集合体に係る。

加圧水により冷却される原子力発電システムの一次側は、有用なエネルギーを発生するために二次側と熱交換関係にあるがそれから隔離された閉回路を形成する。一次側は、核分裂物質を含む複数の燃料集合体を支持する炉心内部構造を取り囲む原子炉容器と、熱交換蒸気発生器の内部の一次回路と、加圧水を循環させるための加圧器、ポンプ及び配管類の内部空間と、蒸気発生器及びポンプをそれぞれ別個に原子炉容器に接続する配管類とより成る。蒸気発生器、ポンプ及び原子炉容器に接続された配管類より成る一次側の各部品は一次側ループを形成する。

説明目的のために、図１は、ほぼ円筒形の原子炉圧力容器１０と、炉心１４を密封するための蓋ヘッド１２とを備えた原子炉一次システムを単純化したものである。水のような液体の原子炉冷却材は、ポンプ１６により圧力容器１０内に圧入され、炉心１４を通過する際熱エネルギーを吸収し、一般的に蒸気発生器と呼ばれる熱交換器１８へ送られるが、交換された熱は蒸気駆動タービン発電機のような利用回路（図示せず）へ送られる。原子炉冷却材はその後、ポンプ１６へ戻ることにより一次側ループが完成する。一般的に、上述したような複数のループが原子炉冷却材の配管２０により単一の原子炉容器１０に接続されている。

図２は原子炉の一設計例をさらに詳細に示すものである。説明の目的で、垂直方向に平行に延びる複数の燃料集合体２２より成る炉心１４とは別に、容器内の他の内部構造は下方の内部構造２４と、上方の内部構造２６とに分けることができる。従来設計では、下方の内部構造の機能は容器内において流れを所定の方向に向けるだけでなく炉心コンポーネント及び計測手段を支持し、整列させ且つ案内することである。上方の内部構造は燃料集合体２２（図２には簡略化のため２個だけ示す）を拘束し、または二次的に拘束し、計測手段及び制御棒２８のようなコンポーネントを支持し、案内する。図２に示す原子炉の一例において、冷却材は１またはそれ以上の入口ノズル３０から原子炉容器１０に流入した後、容器と炉心槽３２との間の環状空間を下降し、下部プレナム３４で１８０°方向転換した後、燃料集合体が載置された下部支持板３７及び下部炉心板３６を通り、燃料集合体の周りを上方に流れる。一部の設計では、下部支持板３７及び下部炉心板３６が３７と同じ高さの単一構造である下部炉心支持板に置き換えられている。炉心と、その周辺領域３８を流れる冷却材の流量は通常、毎秒約２０フィートの流速で毎分４００，０００ガロンのオーダーの大きなものである。その結果圧力降下及び摩擦力が生じ、燃料集合体を上昇させようとするが、この動きは円形の上部炉心板４０を含む上方の内部構造により制限される。炉心１４から出た冷却材は上部炉心板４０の下側に沿い且つ複数の開口４２を上方に流れる。冷却材はその後、上方及び半径方向に流れて１またはそれ以上の出口ノズル４４へ到達する。

上方の内部構造２６は容器または容器ヘッドにより支持することが可能であり、上部支持集合体４６を含む。荷重は主として複数の支柱４８により上部支持集合体４６と、上部
炉心板４０との間を伝達される。支柱は所定の燃料集合体２２と上部炉心板４０の開口４２の上方で整列関係にある。

一般的に駆動シャフト５０及び中性子毒物棒のスパイダ集合体５２を含む直線方向に移動可能な制御棒２８は、制御棒案内管５４により上方の内部構造２６を通り、整列関係にある燃料集合体２２に案内される。案内管は上部支持集合体４６と、上部炉心板４０の上面に固定されている。支柱４８は制御棒の挿入を困難にする可能性がある事故状態の下で案内管の変形の抑制に寄与する。

図３は、参照数字２２で総括表示する燃料集合体を垂直方向において短縮した形で示す立面図である。燃料集合体２２は加圧水型原子炉に用いるタイプであり、下端部に下部ノズル５８を備えた構造躯体を有する。下部ノズル５８は原子炉の炉心領域の下部炉心板６０上に燃料集合体２２を支持する（下部炉心板６０は図２において参照数字３６で示す）。燃料集合体２２の構造躯体は、下部ノズル５８とは別に、上端部の上部ノズル６２と、上方の内部構造の案内管５４と整列する多数の案内管またはシンブル８４とを有する。案内管またはシンブル８４は下部ノズル５８と、上部ノズル６２との間を縦方向に延び、両端部はそれらのノズルに剛性的に固着されている。

燃料集合体２２はさらに、案内シンブル８４に沿う軸方向離隔位置に取り付けられた複数の横方向グリッド６４と、グリッド６４により横方向に離隔して支持された細長い燃料棒６６の整列アレイとを有する。図４は案内シンブル８４及び燃料棒６６を除くグリッド６４の平面図である。案内シンブル８４は９６で示すセルを貫通し、燃料棒はセル９４を占有する。図４からわかるように、グリッド６４は従来通り、直交するストラップ８６、８８を相互に差し込んだ卵箱パターンのストラップ・アレイの構成であり、４つのストラップの隣接する境界が、その内部において燃料棒６６が横方向に離隔した関係で支持されるほぼ正方形の支持セル９４を画定する。多くの設計例において、支持セル９４を形成するストラップの対向壁にはばね９０及びディンプル９２が打抜き加工により形成されている。ばね及びディンプルは支持セル内を半径方向に延びてそれらの間に燃料棒６６を捕捉し、燃料棒の被覆に圧力を加えてその棒が定位置に保持されるようにする。ストラップ８６と８８の直交アレイは各ストラップの端部で周囲ストラップ９８に溶接され、グリッド構造体６４が完成する。また、図３に示すように、燃料集合体２２は、中心部を下部ノズル５８と上部ノズル６２との間で延びてそれらにより捕捉される計測管６８を有する。部品のかかる配置構成により、燃料集合体２２は部品の全体構成を壊すことなく容易に取り扱うことができる一体的なユニットを形成する。

上述したように、燃料集合体２２のアレイ状の燃料棒６６は燃料集合体の長さ方向に離隔したグリッド６４により互いに離隔した関係に保持される。各燃料棒６６は複数の原子燃料ペレット７０を有し、両端部は上部端栓７２及び下部端栓７４により閉じられている。ペレット７０は上部端栓７２と、積み重ねたペレットの上部との間に位置するプレナムばね７６により積み重ねた形で維持される。核分裂性物質より成る燃料ペレット７０は原子炉の核反応を発生させる元である。ペレットを取り囲む被覆は核分裂反応の副成物が冷却材に侵入して原子炉システムをさらに汚染するのを防止する隔壁として機能する。

核分裂プロセスを制御するために、多数の制御棒７８が燃料集合体２２の所定位置にある案内シンブル８４内を往復運動可能である。図４において、案内シンブルの位置を、計測管６８により占有される中央位置を除く参照数字９６で示す。詳説すると、上部ノズル６２の上方に位置する棒クラスタ制御機構８０は複数の制御棒７８を支持する。この制御機構は内部にねじ山を有する円筒状のハブ部材８２と、図２に関連して上述したスパイダを形成する複数の半径方向に延びるアーム５２とを有する。各アーム５２は制御棒７８に連結されているため、制御棒機構８０は、制御棒のハブ８０に結合された制御棒駆動シャ
フト５０の動力により、全て周知の態様で、制御棒を案内シンブル８４内において垂直方向に移動させ、燃料集合体２２の核分裂プロセスを制御することができる。

上述したように、燃料集合体は、燃料棒の重量を超え燃料棒及び集合体に有意な力を及ぼす液圧を受ける。さらに、炉心内の冷却材には、燃料棒の被覆から冷却材への熱伝達を促進するために多数のグリッドのストラップの上面に設けた混合翼により惹き起される有意な乱流が存在する。流れによる実質的な力及び乱流によりグリッドのストラップに共振が生じることがあるが、この共振現象は発散振動数がストラップの固有振動数に近い時の渦発散ロックイン振動(vortex shedding lock-in vibration)に起因する。共振は、グリッドのストラップと燃料棒との間の相対的運動が制限されなければ燃料棒の被覆に厳しいフレッチングを起こすことがある。燃料棒の被覆にフレッチングが生じると、燃料棒が破損して冷却材が燃料棒の内部の放射性副成物にさらされることになる。グリッドのストラップの共振に付随する別の問題として、グリッドのストラップに疲労が生じてストラップに割れ（または他の損傷）が発生することがある。

かくして、グリッドのストラップの共振をよりよく抑制する、燃料集合体グリッド内の改良型燃料棒支持手段が望まれる。

本発明は、下部ノズルと、上部ノズルとの間に複数の細長い燃料棒の平行離隔アレイを支持する改良型燃料集合体を提供することにより上述の目的を達成する。複数の改良型支持グリッドは、燃料棒の横方向間隔を維持するために上部ノズルと、下部ノズルとの間で燃料棒の軸方向長さに沿って離隔関係に縦続配置され、支持グリッドの支持セル内で各燃料棒の周面の軸方向部分を部分的に取り囲む。支持グリッドの少なくとも１つは、各燃料棒を取り囲む４つの隣接ストラップの交点で支持セルを画定するように相互に差し込まれた複数の細長いストラップより成る。各ストラップの細長い方向における４つの隣接ストラップの交点間の長さ部分は対応する支持セルの壁を形成し、燃料棒を取り囲むセルの各壁は実質的に対応ストラップの平面内にある下方の前端縁部と、上方の後端縁部とを有する。前端縁部及び後端縁部のうちの少なくとも一方はストラップの細長い方向の軸の角度から実質的に偏った角度で隣接ストラップの交点間を延びる。

１つの好ましい実施例において、本発明の改良型グリッド構造は、ストラップが卵箱を構成するように交点で相互に差し込まれており、相互に差し込まれたストラップの壁は交点で実質的に同一の高さであるのが好ましい。偏った角度は、第１の角度と第２の角度とより成り、下方の前端縁部及び上方の後端縁部はストラップ間の交点からそれぞれ第１及び第２の角度で延びるのが望ましい。１つの実施例において、第１及び第２の角度は同一方向である。第２の実施例において、第１及び第２の角度は互いに反対方向であるが、さらに別の実施例では、第１及び第２の角度は同一である。

別の好ましい実施例において、燃料棒を取り囲むセルの少なくとも一部の少なくとも１つの壁の前端縁部または後端縁部の一方または両方は、ストラップ間の交点のうちの第１の交点で第１の高さから始まり、対応ストラップの細長い方向に沿って第２の高さに延びて隣接するストラップと交わる。第２の高さは第１の高さよりも高いかまたは低いのが望ましい。別の実施例において、前端縁部または後端縁部のうちの一方または両方は、第２の高さから隣接する直交ストラップとの交点に到達する前に第２の高さとは異なる第３の高さに延びる。１つの実施例において、第２の高さは前端縁部の第１及び第３の高さよりも高く、第２の高さは後端縁部の第１及び第３の高さよりも低い。

さらに別の実施例において、第２の高さは隣接する第２のストラップとの交点における高さであり、第２の高さは第１の高さよりも高いか低いかの一方である。前端縁部また
は後端縁部の一方または両方は、ストラップの細長い方向に沿い隣接ストラップから第３の直交ストラップとの交点における第３の高さに延び、第３の高さは第２の高さより高いか低いかの他方であるのが望ましい。第１及び第３の高さは実質的に同一であるのが好ましい。隣接する平行なストラップの前端縁部または後端縁部の一方または両方は同じ波形パターンを有するが、対向する壁は１８０°位相が異なるのが好ましい。

支持セルの壁の少なくとも一部はディンプルの下方の壁に切欠いた鋸歯状の開口を有するディンプルを含むのが望ましく、ディンプルは支持セル内へと方向を転換する複数のコーナーで実質的に丸まっているのが好ましい。さらに別の実施例において、ディンプルの下方に鋸歯状の開口を有するディンプルを有する支持セルの壁の少なくとも一部は後端縁部として鋸歯状の結合部も有する。

さらに別の実施例において、前端縁部、後端縁部の何れかまたは両方は支持セルの壁の切欠きとして形成される。用語「切欠き」は、形成方法とは無関係にセルの壁の開口を指す通常の意味で使用される。切欠きの少なくとも第１の辺は第２の辺へ傾斜し、第１及び第２の辺は滑らかな曲線状で変移する底辺に連結している。切欠きは実質的に壁の幅にわたって延びるのが好ましく、１つの実施例において、前端縁部を形成する切欠きはストラップの下方の端縁部の上方にある。壁が支持セル内に突出するディンプルまたはばねを有する場合、前端縁部を形成する切欠きはストラップの下方の端縁部と、ディンプルもしくはばねとの間に形成される。

１つの実施例において、切欠きは頂部の底辺が比較的平坦で、下方の頂点が丸まった三角形の形状である。第１及び第２の辺の夾角は２０度と１６０度の間にあり、最適角度は６０度と９０度の間にある。下方の丸まった頂点の半径を三角形の深さ（高さ）に対する下方の頂点の曲率半径の比率により規定すると、その比率は好ましくは０．１と０．９の間にあり、最も好ましくは０．５と０．７の間にある。壁の幅に対する切欠きの幅の比率は好ましくは０．１と０．９の間にあり、最も好ましくは０．５と０．８５の間にある。

さらに別の実施例において、前端縁部、後端縁部の何れかまたは両方は実質的に上端部が開いた半円形として形成される。半円の最も幅広点の幅に対する半円の高さの比率は好ましくは約０．５であり、支持セルの幅に対する半円の最も幅広点の幅の比率は０．２と０．９の間にあり、最適レンジは０．４と０．６の間にある。

図１は本発明を利用可能な原子炉システムの単純化した概略図である。図２は本発明を利用可能な原子炉容器及び内部コンポーネントの部分断面立面図である。図３は垂直方向において短縮した形で示す燃料集合体の部分断面立面図であり、一部が表示を明瞭化するために破断されている。図４は本発明の卵箱形支持グリッドの平面図である。図５は燃料支持セルだけと境界を接する、図４のグリッドの１つのグリッドストラップを示す斜視図である。図６は図５に示すグリッドストラップの端壁の側立面図であり、図５に示す実施例に使用される対角線方向のディンプルを示す。図７は本発明のグリッドの燃料棒支持セルの内部空間を形成する直交するグリッドストラップの２つの平行アレイより成る卵箱構成を示す斜視図である。図８は図７に示す実施例の正面図であり、隣接する平行ストラップの位相が好ましくは１８０°異なることを示す。図９は本発明の目的の達成に利用可能な燃料支持セルの１つの壁の４つの異なる実施態様を示す。図１０は後端縁部に鋸歯状結合部を、ディンプルの直下に鋸歯状切欠きを有する燃料支持セルの１つの壁を示す正面図である。図１１は改良型構成のディンプルを有する本発明の燃料支持セルの１つの壁を示す上面図である。図１２は図１０に示すような後端縁部に鋸歯状結合部の湾曲した変形例を、ディンプルの直下に鋸歯状切欠きの湾曲した変形例を有する燃料支持セルの１つの壁を示す正面図である。図１３は本発明により得られる利点を示す試験結果のグラフである。

本発明は原子炉用の新型燃料集合体、さらに詳細には原子燃料集合体の改良型スペーサグリッドを提供する。改良型グリッドは一般的に、ほぼ正方形（または六角形）のセルの行列により構成され、その一部９４は燃料棒を支持し、他の一部９６は案内シンブル及び中央の計測管に接続されている。図４の平面図は従来技術のグリッドに非常によく似ているように見えるが、その理由は、この図からは個々のグリッドストラップ８６、８８の外形が明らかでなく、図５−１２からの方がよく理解できる。この実施例のグリッドは、平行離隔関係で直交する２組のストラップ８６及び８８を従来通り相互に差し込み、外側ストラップ９８により取り囲んでグリッド６４の構造的枠組みを形成したものである。この実施例のストラップ８６及び８８は直交して実質的に正方形の燃料棒支持セルを形成するように示されているが、本発明は他のグリッド構成、例えば六角形のグリッドにも等しく適用可能であることを理解されたい。直交するストラップ８６及び８８並びに外側列の場合の外側ストラップ９８は、原子燃料棒６６を取り囲む支持セル９４を４つの隣接するストラップの交点のそれぞれにおいて画定する。４つの隣接するストラップの交点間のストラップの長手方向に沿う各ストラップの長さは燃料棒支持セル９４の壁１００を形成する。

冷却材が炉心内を高速度で上昇し、燃料集合体から冷却材への熱伝達を促進させるために乱流を一般的には意図的に発生させるため、原子燃料棒のグリッドストラップ８６及び８８は発散振動数がストラップの固有振動数に近い時に渦発散ロックイン振動をする可能性がある。振動がストラップの固有振動数に到達する場合、グリッドの接触点（ディンプル及びばね）と、燃料棒の被覆との間の相対的な振動により被覆にフレッチングが生じ、最終的に被覆が破損して核分裂副成物が冷却材中に放出されることがある。共振もまたグリッドストラップに割れまたは他の損傷を発生させ、これにより被覆が破損することがある。本発明は、渦の位相を変化させてグリッドストラップの後端縁部と前端縁部から発散される渦の相関を破壊することにより、ストラップの渦発散ロックイン振動を回避するよう設計された、後端縁部と前端縁部が傾斜したストラップを利用するものである。本発明の改良型ストラップは図５−１１からよく理解できるであろう。図１２は傾斜した端縁部の代わりに半円形の切欠きにより相関を破壊する別の実施例であることを注意されたに。単純化のために、ストラップの図示された部分は、燃料棒だけを支持し、案内シンブル及び計測管が延びるセル９６と境界を接しない壁１００を有する。図５は、燃料棒を支持するセルと境界を接するストラップ８６、８８のうちの一方の一部を示す斜視図である。垂直スリット１０２同士の間及び垂直スリット１０２とストラップの端部との間に各セル９４の壁１００が画定される。ストラップの下方端縁部１０４からストラップの高さの一部を延びるストラップ８６の垂直スリット１０２は、上方端縁部から下方に高さの一部を延びるストラップ８８の対応スリットと係合して、相互差し込み部にストラップ間の交点を形成する。以下、ストラップ８６、８８の下方端縁部１０４を以下、前端縁部、ストラップ８６、８８の上方端縁部１０６を後端縁部と呼ぶが、これは冷却材が下端縁部から上端縁部へ流れるからである。

本発明によると、前端縁部１０４または後端縁部１０６の何れか一方または両方を、前
端縁部１０４または後端縁部１０６の何れか一方または両方の高さをストラップの長さ方向の壁１００に沿って変化させる傾斜した外形にする。図５に示す実施例では、前端縁部が壁１００に沿って高さが変化しない平坦な外形を有し、一方、後端縁部１０６が渦の相関を破壊する、即ち、渦が増強し合わない湾曲した外形を有する。

原子炉の動作時、炉心内においてグリッドのストラップを横切る高速の冷却材の流れは、発散振動数がグリッドのストラップの固有振動数に近ければ渦発散ロックイン振動を発生させる。後端縁部及び／または前端縁部が傾斜しているため、渦はストラップに沿う各壁１００の後端縁部に沿って形成される。各壁の渦は冷却材の流速が同一であれば同一の発散振動数を有する。しかしながら、傾斜した端縁部から出る渦のモーメント（即ち、タイミング）は位相が異なるため相関しない。後端縁部を傾斜させると、渦の発散によるデルタ圧力振動が異なる位相で作用するため相殺され、その結果、ストラップを励起する一様な振動力が形成されない。図５に示す実施例では、ストラップ８６の壁１００の後端縁部１０６は隣接し直交するストラップの交点間でほぼ一定の角度４５°の傾斜を有し、交点１０２において滑らかな曲線で推移した後、ほぼ９０°で方向転換し、直交するストラップ８８とのそれに続く各交点で同様な方向転換を行なう。傾斜角をほぼ４５°と説明したが、本発明から逸脱することなく１０°と８０°の間で可変であることを理解されたい。図５に示すディンプル１０８、１０８´は隣接するセルに向かって突出し、燃料棒を支持する。ディンプル１０８、１０８´もまた、ディンプルの剛性を減少させ、グリッドのストラップの共振を惹き起こしかねない一様な振動力の発生を阻止するように渦の相関関係を変化させることに寄与するように設計される。図６はディンプル１０８、１０８´の側面図である。

図７は、各ストラップが図５に示す傾斜した後端縁部パターンを有する２つの平行アレイの直交ストラップ８６、８８を相互に差し込んだグリッドセクションの斜視図である。ストラップ８６及び８８は交点１０２の高さが同一であり、各セルの対向する壁を形成するストラップは異なる方向に傾斜していることがわかるであろう。再び、単純化のために、図７は燃料棒を支持するセルを画定するストラップ構成を示すが、案内シンブル及び計測管が貫通するセルは図示しない。

これまで後端縁部１０６が波打つパターンについて説明したが、本発明の利点は後端縁部及び前端縁部の異なるパターンからも得られることがわかるであろう。例えば、図９の壁パターン１１０で示すように、セルの壁１００は真直ぐで水平な前端縁部１０４と、隣接するセルがパターン１１０と同一方向に傾斜している点を除き図５−８に関して説明したものと同じ傾斜した後端縁部１０６とを備えることができる。傾斜した端縁部のパターンもまた、隣接するセルの間で変えてもよい。セルの壁パターン１１２で表すさらに別の実施例では、前端縁部１０４は真直ぐで水平な外形を有するが、後端縁部はセルからセルへ反復される鋸歯状パターンである。壁パターン１１４により示される別の実施例では、セルの壁１００の前端縁部１０４が図５の実施例について説明したと同じ角度で後端縁部１０４と平行に傾斜している。前述したものと同様、同じストラップ上の隣接するセルの壁を反対方向に傾斜させるかまたは同一方向に傾斜させることができる。

さらに別の実施例において、前端縁部１０４と後端縁部１０６の両方を互いに反対方向に傾斜した鋸歯状パターンにしてもよい。いずれの場合も、各セルの対向する壁を図８に示したのと同様に１８０°位相をずらして（３６０°はパターンが反復する前に傾斜した端縁部パターンの全体である）傾斜させるのが好ましい。

かくして、本発明に従って後端縁部と前端縁部とを傾斜させても、炉心内において渦は依然として後端縁部に沿って形成される。トラップの端縁部に沿う渦はそれぞれ、流速が同一であれば同一の発散振動数を有する。しかしながら、その端縁部から出るこれらの渦
の位相には端縁部の形状により相関関係がない。従って、渦の発散によるデルタ圧力振動はそれぞれ異なる位相で作用する。位相差によりデルタ力は相殺され、その結果、一様な振動力は形成されない。

好ましい実施例を図１０に示す。図１０は、ディンプル１０８、１０８´が水平で、ストラップの下方の端縁部１０４が真直ぐで水平であり、後端縁部１０６が鋸歯状である別の実施例を示す。ディンプル１０８の下方には打抜き加工により鋸歯状の切欠き１１８が形成されており、この切欠きがストラップのこの下方領域からの渦の相関関係を変化させる。さらに、ディンプル１０８、１０８´は図１１に示すように緩やかな曲線状であり、渦をさらに変化させる。図１０はグリッドのストラップの燃料を支持する１つのセルの壁だけを示す。グリッドのストラップ全体をみると、上方の端縁部は鋸歯状のように見える。用語「鋸歯状」は、図９で左から２番目及び４番目の設計と、図１０に示す設計とを指す意である（即ち、棚部１２０が設けられているか否かを問わない）。２つの切欠き１０６、１１８、即ち、ストラップの上方端縁部の切欠きと、下方のディンプルの下にあるもう１つの切欠きとは、図１０に示すように切欠きの角度と三角形の切欠き底部の半径とにより規定される。第３のパラメータである、ストラップのセルの全幅に対する切欠きの幅の比率も本発明の性能に影響を与えるパラメータである。

図１０において規定される切欠き及び上方の後端縁部の角度θ（夾角）は２０度と１６０度の間にあり、最適角度は６０度と９０度との間にある。三角形の切欠き底部の半径比率は切欠きの深さに対する曲線の半径の比率により規定される。この定義を用いて、半径比率（Ｒ／Ｄ）の範囲は０．１から０．９の間にあり、最適レンジは０．５と０．７の間にある。実験により、燃料支持セルの壁の端縁部（１０６または１１８のような）の外形を変化させると振動の減少という利点が得られる可能性があることが判明している。例えば、図１０に示す上方の切欠きはＷ／Ｐ比率（セル壁の全幅に対する最も幅広の点の切欠きの幅）が１．０に近い切欠きよりも振動を少なくすることが判明している。図１０に示す上方の切欠きの幾何学的形状には、底部の半径が比較的大きい、傾斜した後端縁部の両側に小さな棚部１２０がある。この幾何学的形状は、有意な振動を呈することが判明している従来設計の水平方向に長い端縁部をなくしたものである。加えて、この幾何学的形状には、水平、傾斜及び曲率の３つの異なる端縁部形状が含まれ、これは、試験の結果、渦の相関を阻止して高振幅の振動を防止することが判明している。セルの全幅に対する切欠きの幅の比率は０．１と０．９の間にあり、最適レンジは０．５乃至０．８５である。従って、好ましい実施例は切欠きの角度θ、底部の半径比率（Ｒ／Ｄ）及び切欠きの幅比率（Ｗ／Ｐ）により説明される。

図１２は、上部及び下部の切欠きの別の形状を示す。この形状は実験により従来設計と比べて振動を有意に減少させることが判明している。この形状は、冷却材流のための後端縁部として鋸歯状の切欠きの代わりに半円形の切欠きを用いる。この形状の背後にある思想は、後端縁部の切欠きの幅全体に沿う真直ぐな端縁部は存在しないため、冷却材の渦の相関が阻止され振動が減少されるということである。この形状の幾何学的関係は、幅（Ｗ）に対する深さ（Ｄ）の比率を切欠きの曲率を最大限にし渦の相関を減少させるために０．５に接近させるようなものでなければならない。セルの全幅（Ｐ）に対する切欠きの幅（Ｗ）の比率もこの別の形状にとって重要である。図１２に示すように、Ｗ／Ｐ比は０．２乃至０．９であり、最適レンジは０．４乃至０．６である。

図１３は、本発明により達成可能なグリッドストラップの振動減少を説明するための実験結果を示す。この図は、図１０の鋸歯状型の種々の変形例における振動の減少を示す。このデータは、切欠き角度θ、底部の半径比率（Ｒ／Ｄ）及び切欠きの幅比率（Ｗ／Ｐ）の種々の値について振動の減少が異なることを示している。このデータ及び他のこれに似たデータを用いて最適レンジを含む上述したこれらのパラメータのレンジを決定した。

従って、本発明を特定の実施例につき詳細に説明したが、これらの詳細事項に対する種々の変形例及び設計変更を本願の開示全体に照らして想到可能であることが当業者にわかるであろう。従って、図示説明した特定の実施例は例示のためのみであって、本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は添付の特許請求の範囲及び任意且つ全ての均等物の全幅を与えられるべきである。

Claims

原子炉の燃料集合体であって、
下部ノズルと、上部ノズルとの間に支持され、細長い寸法方向に沿う軸方向長さを有する複数の細長い燃料棒の平行離隔アレイと、
上部ノズルと、下部ノズルとの間で燃料棒の軸方向長さに沿って縦続配置され、少なくとも一部が対応する支持セル内の各燃料棒の周面の軸方向部分を取り囲んで燃料棒の横方向間隔を維持するための複数の離隔した支持グリッドとより成り、
支持グリッドの少なくとも１つは、各燃料棒を取り囲む４つの隣接ストラップの交点で支持セルを画定するように相互に差し込まれた複数の細長いストラップより成り、各ストラップの細長い方向における４つの隣接ストラップの交点間の長さ部分は対応する支持セルの壁を形成し、燃料棒を取り囲むセルの各壁は実質的に対応ストラップの平面内にある下方の前端縁部と、上方の後端縁部とを有し、前端縁部及び後端縁部のうちの少なくとも一方はストラップの細長い方向の軸の角度から実質的に偏った角度で隣接ストラップの交点間を延びる原子炉の燃料集合体。
ストラップは卵箱を構成するように交点で相互に差し込まれている請求項１の燃料集合体。
相互に差し込まれたストラップの壁は交点で実質的に同一の高さを有する請求項１の燃料集合体。
前記偏った角度は第１の角度と第２の角度とより成り、下方の前端縁部及び上方の後端縁部はストラップ間の交点からそれぞれ第１及び第２の角度で延びる請求項１の燃料集合体。
第１及び第２の角度は同一方向である請求項４の燃料集合体。
第１及び第２の角度は互いに反対方向である請求項４の燃料集合体。
第１及び第２の角度は同一である請求項４の燃料集合体。
燃料棒を取り囲むセルの少なくとも一部の少なくとも１つの壁の前端縁部または後端縁部の一方または両方は、ストラップ間の交点のうちの第１の交点で第１の高さから始まり、対応ストラップの細長い方向に沿って第２の高さに延びて隣接するストラップと交わる請求項１の燃料集合体。
第２の高さは第１の高さよりも低い請求項１の燃料集合体。
第２の高さは第１の高さよりも高い請求項１の燃料集合体。
前端縁部または後端縁部のうちの一方または両方は、第２の高さから隣接する直交ストラップとの交点に到達する前に第２の高さとは異なる第３の高さに延びる請求項８の燃料集合体。
第２の高さは前端縁部の第１及び第３の高さよりも高く、第２の高さは後端縁部の第１及び第３の高さよりも低い請求項１１の燃料集合体。
第２の高さは隣接する第２のストラップとの交点における高さであり、第２の高さは第１の高さよりも高いか低いかの一方である請求項８の燃料集合体。
前端縁部または後端縁部の一方または両方は、ストラップの細長い方向に沿い隣接ストラップから第３の直交ストラップとの交点における第３の高さに延び、第３の高さは第２の高さより高いか低いかの他方である請求項１３の燃料集合体。
第１及び第３の高さは実質的に同一である請求項１４の燃料集合体。
隣接する平行なストラップの前端縁部または後端縁部の一方または両方は同じ波形パターンを有するが、対向する壁は１８０°位相が異なる請求項１４の燃料集合体。
支持セルの壁の少なくとも一部はディンプルの下方の壁に切欠いた鋸歯状の開口を有するディンプルを含む請求項１の燃料集合体。
ディンプルは支持セル内へと方向を転換する複数のコーナーで実質的に丸まっている請求項１７の燃料集合体。
ディンプルの下方に鋸歯状の開口を有するディンプルを有する支持セルの壁の少なくとも一部は後端縁部として鋸歯状の結合部も有する請求項１７の燃料集合体。
前端縁部、後端縁部の何れかまたは両方は支持セルの壁の切欠きとして形成され、切欠きの少なくとも第１の辺は第２の辺へ傾斜し、第１及び第２の辺は滑らかな曲線状で変移する底辺に連結している請求項１の燃料集合体。
切欠きは実質的に壁の幅にわたって延びる請求項２０の燃料集合体。
前端縁部を形成する切欠きはストラップの下方の端縁部の上方にある請求項２０の燃料集合体。
壁は支持セル内に突出するディンプルまたはばねを有し、前端縁部を形成する切欠きはストラップの下方の端縁部と、ディンプルもしくはばねとの間に形成されている請求項２２の燃料集合体。
切欠きは頂部の底辺が比較的平坦で、下方の頂点が丸まった三角形の形状である請求項２０の燃料集合体。
三角形は実質的に二等辺三角形である請求項２４の燃料集合体。
第１及び第２の辺の夾角は２０度と１６０度の間にある請求項２４の燃料集合体。
第１と第２の辺の夾角は６０度と９０度の間にある請求項２６の燃料集合体。
下方の丸まった頂点の半径は三角形の高さである深さに対する半径の比率により規定され、その比率は０．１と０．９の間にある請求項２４の燃料集合体。
前記比率は０．５と０．７の間にある請求項２８の燃料集合体。
壁の幅に対する切欠きの幅の比率は０．１と０．９の間にある請求項２４の燃料集合体。
前記比率は０．５と０．８５の間にある請求項３０の燃料集合体。
前端縁部、後端縁部の何れかまたは両方は実質的に上端部が開いた半円形として形成されている請求項１の燃料集合体。
半円の最も幅広点の幅に対する半円の高さの比率は約０．５である請求項３２の燃料集合体。
支持セルの幅に対する半円の最も幅広点の幅の比率が０．２と０．９の間にある請求項３２の燃料集合体。
前記比率は０．４と０．６の間にある請求項３２の燃料集合体。
原子燃料集合体の支持グリッドであって、
各燃料棒を取り囲む４つの隣接ストラップの交点で支持セルを画定するように相互に差し込まれた複数の細長いストラップより成り、各ストラップの細長い方向における４つの隣接ストラップの交点間の長さ部分は対応する支持セルの壁を形成し、燃料棒を取り囲むセルの各壁は実質的に対応ストラップの平面内にある下方の前端縁部と、上方の後端縁部とを有し、前端縁部及び後端縁部のうちの少なくとも一方はストラップの細長い方向の軸の角度から実質的に偏った角度で隣接ストラップの交点間を延びる原子燃料集合体の支持グリッド。