JP2016502668A - 核燃料集合体のスペーサグリッド用燃料棒支持インサート、スペーサグリッド、及び核燃料集合体 - Google Patents

Abstract

核燃集合体のスペーサグリッド（１４）用である支持インサート（２２）であって、燃料棒（４）を受け入れるためのセル（２０）の格子を画定するインターレースされたストラップ（１８）を含み、前記インサートは、少なくとも一つのセル（２０）内に延在するために、前記ストラップ（１８）に固定されるように構成されている。前記インサート（２２）は、セル（２０）の軸に平行となるように意図された軸（Ｂ）に沿って延在しており、前記インサート（２２）を前記ストラップ（１８）に接続するための軸方向に間の開けられた二つの端部（２６）及び燃料棒（４）を支持するための前記端部（２６）間に軸方向に延在している少なくとも一つの長尺のブレード状スプリング（２８）を含む。前記スプリング（２８）は、前記インサートの軸（Ｂ）に垂直な各平面において非直線的な断面を有している。

Description

本発明は、燃料棒を受け入れるセルの格子を画定するインターレースされたストラップを含む核燃料集合体のスペーサグリッド用燃料棒支持インサートに関連しており、インサートは少なくとも一つのセル内に延在するため、ストラップに固定されており、インサートは、セルの軸に平行となるように意図された軸に沿って延在しており、インサートをストラップに接続するための軸方向に間の空けられた二つの端部、及び燃料棒を支持するため、端部の間に軸方向に延在している少なくとも一つの長尺のブレード状スプリングを含む。

特許文献１（欧州特許第０ ７５０ ３１８号明細書）は、燃料棒を受け入れるためのセルの格子を画定している、二つの重ね合せたインターレースされたストラップのグループ及び上述した種類のインサートを含み、ストラップに接続された端部及び中間のギャップにより分離されている端部の間に延在しているリーフスプリングを含む、燃料棒スペーサグリッドを開示している。

欧州特許第０ ７５０ ３１８号明細書

本発明の目的は、燃料棒を良好に支持することを可能にする、すなわち、インサートと燃料棒との間の接触でのフレッチングの危険を制限するインサートを提供することである。本発明の別の目的は、スペーサグリッドのバックリング抵抗を強化し、その圧力低下を減少させることである。

この目的のために、本発明は、スプリングがインサートの軸に垂直な各平面において非直線の断面（ｎｏｎ−ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を有している上述した種類のインサートを提案している。

他の実施形態において、インサートは、単独で、またはいずれか技術的に実現可能な組み合わせで、以下の特徴の一つまたはいくつかを含む。

・スプリングは、インサートの軸に沿って並んで延在しており、互いに対して傾斜している二つの隣接するウイングを含み、前記ウイングは、燃料棒を接触させるための接触ウイング及び接触ウイングを横方向に延在している側面ウイングを含む。
・側面ウイングは平坦である。
・接触ウイングは凸状の外面を有している。
・側面ウイングはスプリングの長さに沿って幅が変化する。
・接触ウイングは実質的に幅が一定である。
・接触ウイングは縦方向にアーチ状に曲げられている。
・インサートは一つの接触壁及び二つの隣接する接続壁に形成されたスプリングの対を含む。
・インサートは、互いに対して傾斜している少なくとも二つの長手の壁を含み、スプリングは、接触壁に形成された接触ウイング及び隣接する接続壁に形成された側面ウイングを有して、二つの壁の間の接合に形成されている。
・インサートは、同一の接触壁に形成されたそれらの接触ウイングを有し、各々が接触壁に隣接するそれぞれの接続壁に形成された側面ウイングを有する、スプリングの対を含む。
・インサートは、管状であり、多角形の断面を画定する壁を含み、スプリングは、多角形の断面の角に位置しており、各々が二つの隣接する壁に形成された二つの長手のウイングを含む。
・インサートは、二つの側面スロットよりも長い一つの中心スロットを含む三つのスロットの間で、インサートに形成されたスプリングの対を含む。
・中心スロットは、中心スロットの軸端からその中心に向かって減少する幅を有している。

本発明はまた、燃料棒を受け入れるためのセルの格子を画定するインターレースされたストラップ、及びセルを通して延在している燃料棒を支持するためのストラップの交差点に提供された、上で定義されたような支持インサートを含む、核燃料集合体用のスペーサグリッドに関連している。

一つの実施形態において、インサートの接続壁は、インターレースされたストラップの下端に提供された接続スロット内に挿入される。

一つの実施形態において、インサートはスポット溶接によりストラップに固定されている。

本発明はさらに、燃料棒の束と、燃料棒を支持するためのアーマチュアを含み、前記アーマチュアは上で定義されたような少なくとも一つのスペーサグリッドを含む、核燃料集合体に関連している。

一つの実施形態において、核燃料集合体はさらに、混合翼を備え、燃料棒を受け入れるためのセルを画定している、インターレースされたストラップと、セルを通して延在している燃料棒と混合翼との間の接触を避けるため、二つのストラップの交差点の周りで各々が提供された管状のインサートと、を含む少なくとも一つの中間混合グリッドを含む。インサートは、例えば少なくとも一つのスポット溶接によりストラップに固定される。

本発明及びその利点は、単に例として与えられた以下の説明を読み、添付の図面を参照することでより理解される。

本発明による核燃料集合体の概略側面図である。 図１の燃料集合体のスペーサグリッドの部分下面図である。 図２のスペーサグリッドのインサートの上面図である。 図３のＩＶから見たインサートの側面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿ったインサートの断面図である。 図３のインサートの部分斜視図である。 図２のスペーサグリッドのインサート及び交差したストラップの分解図である。 図２のスペーサグリッドの他の領域を示している部分上面図である。 図２のスペーサグリッドの他の領域を示している部分上面図である。 本発明による代わりのインサートの側面図である。 本発明による代わりのインサートの側面図である。 本発明によるスペーサグリッドを形成するためにインターレースされる二つのストラップの正面図である。 本発明によるスペーサグリッドを形成するためにインターレースされる二つのストラップの正面図である。 インサートを有する中間混合グリッドの部分上面図である。 図１４の中間混合グリッドのインサートの斜視図である。 図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った中間混合グリッドの断面図である。

図１の核燃料集合体２は、加圧水型原子炉（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＰＷＲ）での使用に適している。核燃料集合体は、核燃料棒４の束及び燃料棒４を支持するためのアーマチュア６を含む。燃料集合体２は集合体の軸Ｌに沿って伸長している。

アーマチュア６は、下部ノズル８、上部ノズル１０、複数のガイドシンブル１２、及び複数のスペーサグリッド１４を含む。

ノズル８、１０は、集合体の軸Ｌに沿って間が開けられている。ガイドシンブル１２は、集合体の軸Ｌに平行に延在し、下部ノズル８を上部ノズル１０に接続している。各ガイドシンブル１２は、制御棒（図示せず）のガイドシンブル１２への挿入を可能にするため、上部ノズル１０を通して上に向かって開いている。

スペーサグリッド１４は、ガイドシンブル１２に沿って分布しており、例えば溶接によってガイドシンブル１２に固定され得る。各スペーサグリッド１４は集合体の軸Ｌに対して横方向に延在している。

図１に示すように、燃料集合体２は任意的に、燃料集合体２に沿って位置する一つまたはいくつかの中間混合グリッド１５を含む。各混合グリッドは、二つの連続するスペーサグリッド１４の間のスパン（ｓｐａｎ）に配置されている。

各中間混合グリッド１５は、集合体の軸Ｌに対して横方向に延在しており、例えば溶接によってガイドシンブル１２に固定され得る。各中間混合グリッド１５は、燃料棒４を支持せずに、中間混合グリッド１５を通して冷却材の流れに混合運動を伝えるために提供されている。

燃料集合体２は、二つの連続するスペーサグリッド１４の間に少なくとも一つの混合グリッド１５を備えた少なくとも一つのスパン、及び二つの連続するスペーサグリッド１４の間に混合グリッド１５が無い少なくとも一つのスパンを含み得る。

燃料集合体２は、二つの連続するスペーサグリッド１４の間に、いくつかの混合グリッド１５、例えば二つの混合グリッド１５を備えた少なくとも一つのスパンを含み得る。

各燃料棒４は、管状被覆管、被覆管の内側に積まれた核燃料のペレット、及び被覆管の端部を閉じるキャップ（図示せず）を含む。各燃料棒４は、スペーサグリッド１４及び中間混合グリッド１５（もし有していれば）を通して、集合体の軸Ｌに平行に延在し、スペーサグリッド１４によって集合体の軸Ｌに対して横方向且つ縦方向に支持されている。

操作において、燃料集合体２は、炉心の下部プレート１６上に置かれた下部ノズル８を有して原子炉の炉心内に配置されており、集合体の軸Ｌは実質的に鉛直である。冷却材は、図１における矢印Ｆで示されるように、下部プレート１６の入口から、燃料棒４の間、ノズル８、１０、スペーサグリッド１４、及び混合グリッド１５を通して上向きに流れる。

図１で示された燃料集合体２において、スペーサグリッド１４は互いに類似しており、一つのスペーサグリッド１４が図２を参照してさらに説明される。

図２で図示されたように、スペーサグリッド１４は、燃料棒４を受け入れるための複数のセル２０を画定するためにインターレースされた金属ストラップ１８と、セル２０を通して延在する燃料棒４を支持するために、ストラップ１８の交差点４６に配置されたインサート２２を含む。ストラップ１８は、例えば、交差したストラップ１８の上端及び下端の交差点４６でスポット溶接２３により固定される。ストラップは直角に交差している。

燃料集合体２のスペーサグリッド１４の少なくともいくつかはまた、冷却水の横の再分配を引き起こすことにより、水の流れを均一にし、且つ被覆管上の異なる点間の温度差を減らすための混合翼などの機構（図示せず）を含む。

各セル２０は、スペーサグリッド１４の平面（図２の平面）に垂直な軸Ａに沿って延在している。軸Ａは、集合体の軸Ｌに実質的に平行である。燃料棒４はセルの軸Ａに沿ってセル２０を通して延在している。セル２０は四角形の断面を有している。

図２は、９個の四角形のセルユニット（３×３のセルユニット）、及び３×３のセルユニットの中心のセル２０を区切る四つの内部ストラップ１８の交差点４６に配置された四つのインサート２２の部分図を示している。中心のセル２０及びそれに対応する燃料棒４だけが図２において全体的に見ることができる。

各インサート２２は管形状であり、二つのストラップ１８の交差点４６の周りに、且つ四つの四角形のセルユニット（２×２のセルユニット）のセル２０の隣接する角において延在している。各インサート２２は、２×２のセルユニットのセルを通して延在している四つの燃料棒４を支持するように適合されている。

図２のインサート２２は類似しており、そのうちの一つだけが図３から６を参照することでさらに説明される。

図３から６に図示されているように、インサート２２は、インサートの軸Ｂに沿って延在しており、管形状を有している。図６は、インサート２２の四分の一を示しているインサート２２の部分斜視図である。

図４に図示されているように、インサート２２は、インサートの軸Ｂに沿って間隔が開けられた二つの端部２６、及びインサートの軸Ｂに沿って、端部２６の間に延在している複数の細長いブレード状スプリング２８を含む。

端部２６は、インサートの軸Ｂに直角な平面内に、閉断面を有している。

各スプリング２８は、その軸端で、端部２６に接続され、端部２６との間で橋（ｂｒｉｄｇｅ）のように延在している。

図３で図示されているように、インサートの軸Ｂに沿って見て、インサート２２は八角形の断面を有しており、接触壁３２と交互になっている接続壁３０を含む、インサートの軸Ｂの周りに分布した八個の壁を含む。隣接する各対の壁３０、３２の壁３０、３２は互いに４５°で傾いている。

各接続壁３０は、ストラップ１８が９０°で交差するように適合されており、インサート２２のストラップへの接続を可能にしている。接続壁３０は平坦であり、インサートの軸Ｂに平行である。

各接触壁３２は、二つの交差するストラップ１８により形成された隅において、４５°で斜めに延在し、前記二つの交差するストラップ１８の間で区切られたセル２０において受け入れられた燃料棒４と接触するように適合されている。各接触壁３２は、インサート２２の軸方向Ｂに径方向に、且つ外側にアーチ状に曲げられている。各接触壁３２の中間部分は、図３及び５において明らかなように、前記接触壁３２の端部に対して外側に突出している。

図４から６で図示されているように、スプリング２８は対で配置され、各対は、接触壁３２に形成された中心スロット３４と、接触壁３２に隣接する二つの接続壁３０の一方にそれぞれ形成された二つの側面スロット３６との間で、インサート２２に形成される。

各スプリング２８は、接続壁３０と隣接する接触壁３２との接合部で、接触壁３２に形成された一つの中心スロット３４と、接続壁３０に形成された一つの側面スロット３６との間で、インサートに形成される。

中心スロット３４は、側面スロット３６より軸方向に長い（図４及図６）。

各スプリング２８は、接触壁３２に形成された長手の接触ウイング３８及び隣接する接続壁３０に形成された長手の側面ウイング４０を含む。接触ウイング３８及び側面ウイング４０は、インサートの軸Ｂに沿ってスプリング２８の長さ全体にわたって延在しており、インサートの軸Ｂに垂直な平面内で互いに傾斜している（図５）。

各スプリング２８は、インサートの軸Ｂに垂直な各平面において非直線の断面を有している。言い換えると、インサートの軸Ｂに垂直な平面で見られる各スプリング２８の断面は、スプリング２８の各点において非直線である（図５）。

より具体的に、各平面における断面は、燃料棒４上で接触ウイング３８の凸状の外側接触面を提供する、インサートの軸Ｂに向かって内側に配向された凹面を有してアーチ状に曲げられている。接触ウイング３８の外表面はインサートの軸Ｂの反対側に配向された接触ウイング３８の表面である。

各接触ウイング３８は、縦方向にアーチ状に曲げられている。接触ウイング３８は、スプリング２８の縦方向においてアーチを描写している。接触ウイング３８は、インサートの軸Ｂに向かって内側に配向された縦方向の凹面を有している。接触ウイング３８の中間区域は、接触ウイング３８の端部区域より、インサートの軸Ｂからより大きな距離にある。スプリング２８はこのようにして、端部２６の断面から突出している頂部４２を有している。

任意的に、各接触ウイング３８は横方向に曲げられている（図５）。各接触ウイング３８の横方向の凹部は径方向に内側に向けられている。

任意的に、各接触ウイング３８は、インサートの軸Ｂに対して半径方向に、接触壁３２の正面において対のスプリング２８の関連したスプリング２８に向かって横方向に曲げられている。各対のスプリング２８は、それらの軸端よりも中間でより近い。中心スロット３４の幅は、軸端から中心スロット３４の中間に向かって減少している。

各接触ウイング３８は、スプリング２８の長さに沿って、実質的に一定の幅である。

各側面ウイング４０は、平坦であり、対応する接触壁３０の平面において、対応する接触ウイング３８から横方向に延在している。

接触壁３２の幅が対応して減少すると同時に、接続壁３０の幅は、端部２６からインサート２２の中間に向かって増加する（図４及び５を参照）。

図示された実施形態において、各側面スロット３６は、側面スロット３６の端部から側面スロット３６の中心に向かって減少する幅を有している。各側面スロットは、その中心でより小さな幅を有している。（側面スロット３６に沿った）各側面ウイング４０の長手の自由端は曲線をなし、側面ウイング４０と接触ウイング３８との間の接合ゾーン４４から離れて曲げられている。接合ゾーン４４はまた、接触ウイング３８の曲率に起因して自由端から離れて曲げられている。

各側面ウイング４０は、スプリング２８の長さに沿って変化する幅を有している。各側面ウイング４０は、端部よりも中心でより大きい。

図７で図示されているように、インサート２２は、図７の矢印Ｍで図示されているように、交差しているストラップ１８の下端５０に交差点４６からある距離で提供された接続スロット４８内にインサート２２の接続壁３０を挿入することにより、二つのストラップ１８の交差点４６の周りで固定される。ストラップ１８は、ストラップ１８の下端５０及び上端７０に提供された連結スロット６４、６８を交差点４６で係合させることにより連結される。

交差点の周りで固定されたインサート２２のインサートの軸Ｂは、交差点４６と一致する。

各接続スロット４８は、ストラップ１８の高さの一部で、下端５０から上方に延在している。

インサート２２の各接続壁３０の上端は、ストラップ１８の接続スロット４８の閉じた先端と適合するためのノッチ５２を備えている。インサート２２の各接続壁３０の下端は、機械的手段によって、または好ましくはスポット溶接２３によって対応するストラップ１８に軸方向に固定される。

好ましい実施形態において、各接続壁３０の下端は同様にノッチ５２を有している。インサート２２はこの方法で、インサートの軸Ｂに垂直に延在し、インサート２２の高さの中間での平面に対して前記対称である。各インサート２２はどちらかの端部によりストラップ１８上に装着することができる。インサートの取り付けはこのように容易で、いかなる反転の危険がない。

インサート２２の使用は、ストラップ１８の非常に簡単な形状をもたらし、それらのインターレースされた部分において平らであり、取り付けが非常に容易である。加えて、インサート２２は、下端５０からスペーサグリッド１４内に挿入され、スペーサグリッドの取り付けの間に、ストラップ１８の上端７０によって場合により運ばれる混合デバイスと、インサート２２との間の干渉の危険がない。混合デバイスは、燃料棒支持設計に起因する制約なく設計され得る。

取り付け後、インサート２２の下端は実質的に、好ましい実施形態において、スペーサグリッド１４のストラップ１８の下端５０により画定される平面内にある。別の実施形態において、図示していないが、インサート２２はまた、スペーサグリッド１４の上端７０に隣接している。

使用において、図２に図示するように、各燃料棒４は、燃料棒４を受け入れるセル２０の角の一つにそれぞれが配置された四つの異なるインサート２２によって支持されている。インサートの軸Ｂ、セルの軸Ａ及び燃料集合体の軸Ｌは、実質的に平行である。燃料棒４は、各インサート２２のスプリング２８の一対の各スプリング２８の接触ウイング３８と接触している。

スプリング２８は、スペーサグリッド１４と相対的な摩擦により、横方向及び縦方向に燃料棒４を支持するように、セルの軸Ａに横方向に燃料棒４を付勢する。

スプリング２８は、フレッチングの減少した危険と共に十分な支持を提供する３次元形状を示している。

横方向に曲がった細長いスプリング２８は、局所的な接触ひずみを制限するために十分な長さにわたって、燃料棒４と各スプリング２８との間の線形接触を得るために十分な屈曲剛性を提供することを可能にしている。すなわち、高速の流体に起因して、使用において燃料棒４が振動するとき、フレッチングを避けると同時に、スプリング２８の各対のスプリング２８と燃料棒４との間の接触は、十分に強くなければならない。

接触ウイング３８に対して傾斜した側面ウイング４０はスプリング２８に屈曲剛性を与える。スプリング２８の屈曲剛性及び負荷時のスプリング２８の変形は、ウイング３８と４０との間の傾き、及びスプリング２８に沿った側面ウイング４０の幅に依存している。

横方向にアーチ状に曲げられた接触ウイング３８は、燃料棒４が、燃料棒４上のスプリング２８により及ぼされる付勢と共に、より長い長さで力を分布させ、及びこれにより局所的な接触ひずみ及びフレッチングを制限するための、長さ方向に増大する長手の線形接触を有して、接触ウイング３８の頂部４２に接触することを確実にしている。

スプリング２８の各対のスプリング２８の横方向にアーチ状に曲げられた接触ウイング３８をまとめること（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ）はまた、燃料棒４がそれらの頂部４２の領域において接触ウイング３８と接触することを保証する。

接触ウイング３８の凸状の外面接触面は、制限されたフレッチングの危険と共に、燃料棒４と接触することを可能にしている。

スプリング２８がインサート２２の壁３０と３２との間の接合部で形成され、それにより、端部２６間のインサート２２の中間部分における管形状を保持し、及びインサート２２の全体の剛性を保持するので、図３から６のインサート２２はその全体の長さにわたって管状である。

閉断面の管状の端部２６は、スプリング２８の労力（ｅｆｆｏｒｔｓ）の分散を避け、それによりスプリング２８と燃料棒４との間の良好な接触を確実にするために、インサート２２を堅く固定することを可能にしている。

インサート２２は、例えば管を打ち抜きするか、または金属シートを丸めることにより得られる。図４に図示された好ましい実施形態において、インサート２２は、一連のスロット３４、３６で打ち抜きされ、且つスプリング２８を形成するために局所的に曲げられた最初は平坦なシートを提供することにより得られる。平坦なシートはそれから、管形状を画定するために丸められ、その側面縁の端部２６が例えばスポット溶接により固定される。または、好ましくは機械的に、例えば、シートを丸め、図４で図示されたようにほぞ穴接合を画定して、寄せられたシートの対向する側面縁に提供される補足のダブテール状の歯５８、６０をかみ合わせることにより連結される。スペーサグリッド１４内に挿入されるとき、シートの二つの側面縁の接合線６２はストラップ１８の接続スロット４８内に位置しており、インサート２２の側面縁の横方向拘束が接合線６２のさらなる開口を避けることを可能にしている。

インサート２２は、小型設計を有しており、凹凸が無いか、わずかしか有していないので、操作するのが容易である。これは、インサートを製造及び操作するのを容易にさせる。

図８は、燃料棒の代わりにガイドシンブル１２を受け入れるセル２０を図示している。ガイドシンブル１２を受け入れるセル２０は、それぞれが一つの燃料棒４を受け入れる八個の周囲のセル２０の部分図と共に、３×３のセルユニットの中間において図示されている。

ガイドシンブル１２は、ガイドシンブル１２を受け入れるセル２０を区切るストラップ１８に接触し、且つ（例えば、溶接によって）固定されており、インサート２２により支持される必要はない。

それに応じて、ガイドシンブル１２を受け入れるセル２０を区切る交差するストラップ１８に配置されたインサート２２は、図３から６で図示されたインサート２２の４分の３に対応するインサートの軸Ｂの周りに２７０°で延在する開断面を有している。

図９は、スペーサグリッド１４の周囲に位置し、燃料棒４を受け入れる、周囲のセル２０を図示している。

インサートの軸Ｂの周りに１８０°で延在しており、図３から６に図示されたインサート２２の半分に対応している開断面のインサート２２は、二つの隣接するセル２０内で燃料棒４を支持するように配置されている。

インサートの軸Ｂの周りに９０°で延在しており、図３から６に図示されたインサートの４分の１に対応している開断面のインサート２２は、スペーサグリッド１４の角に位置するセル２０内の燃料棒４を支持するように配置されている。

代わりの実施形態において、スペーサグリッド１４の各隅のセル２０の外部の隅は先端が切り取られ、周囲のストラップ１８に対して約４５°で傾斜された壁は、スペーサグリッド１４の隣接する周囲のストラップ１８を接合する。隅のセル２０に位置する燃料棒４は、インサート２２のスプリング２８の対に類似した位置及び形状を有する倍のディンプルにより、且つそれぞれが燃料棒４を受け入れる隅のセル２０の他の隅の一つに配置された三つの異なるインサート２２により支持されている。

（９０°、１８０°、及び２７０°にわたる）開断面のインサートは、傾斜した壁、及び壁の間の接合に形成された曲げられたスプリングに起因して、十分な支持を得ることを可能にしている。一旦ストラップに固定されると、インサートは強化され、及びそれが固定されるストラップと共に管状構造を画定している。

インサート２２と燃料棒４との間の接触領域、及び原子炉炉心内の燃料集合体２の操作の間に冷却材の流れの下での燃料棒４の振動挙動を更に最適にするため、側面スロット３６のサイズ及び形状が適合され得る。

図１０に図示されたインサート２２は、側面スロット３６の側面縁が直線的である特徴により、図３から６のものと異なる。

図１１に図示されたインサート２２は、各単一の側面スロット３６が平坦ブレード５６により分離された二つの平行な長手のスロット５４により置き換えられた特徴により、図３から６のものとは異なる。そのようなインサート２２を有して、燃料棒４は、一つの側面スロット３６の実施形態と比較して、スペーサグリッド１４の圧力損失の小さな増加と共にセル２０内に長手方向に良好に維持される。

各インサート２２は、ストラップ１８間の交差点４６から一定の距離で二つのインターレースされたストラップ１８を接続する。インサート２２は、二つのストラップ１８間の接続を強化する。

実施された試験は、ストラップ１８にスポット溶接された本発明によるインサート２２を含むスペーサグリッド１４が、優れた機械的強度、並びに燃料棒のフレッチング及びスペーサグリッドのバックリングの両方に対して改善された構造安定性を有することを示している。インサート２２は、固定具として作用し、且つ例えば地震または冷却材損失事故（Ｌｏｓｓ ｏｆ Ｃｏｏｌａｎｔ Ａｃｃｉｄｅｎｔ）に起因した側面の衝撃の場合において、スペーサグリッド１４の固定を増大させる。それ故、この増大したバックリング抵抗を熱水力及び中性子性能に転換するように、ストラップ１８の設計をさらに最適化することを可能にしている。

図１２及び１３はそれぞれ、正面図において二つのストラップ１８を図示しており、二つのストラップ１８は、それらの交差点の周りでインサートを受け入れると共に互いに交差することが意図されている。集合体に対して、ストラップは、極めて細い線で図示されたように、ストラップ１８の対応する連結スリット６４、６８をかみ合わせるように、互いに対して直角に配向されている。

一つのストラップ１８は、下端５０に備えられた第１の連結スリット６４を有しており、他のストラップ１８は、上端７０に提供された対応する第２の連結スリット６８を有している。各ストラップ１８は、インサートを受け入れるための連結スリット６４、６８の各側面に接続スロット４８の対を有している。

各ストラップ１８は、二つの別個のインサートを受け入れるための隣接する接続スロット４８間にそれぞれが位置する中間区域７４と交互になっている、インサートを受け入れるための二つの隣接する接続スロット４８間にそれぞれが位置する交差点区域７２を有している。

図６に図示されたように、各ストラップ１８の交差点区域７２は、下部切り抜き７６と共にそれに関して下端上に提供される。第１の連結スロット６４は、対応するストラップ１８の下部切り抜き７６と交差する。

図７に図示されるように、各ストラップ１８の交差点区域７２は、ストラップ１８の下端５０からある距離で中間の切り抜き７８を備えている。第１の連結スロット６４は、対応するストラップ１８の中間の切り抜き７８と交差する。

連結スロット６４、６８を篏合すると、下部の切り抜き７６は、交差点４６を囲むセルの間に下部流路を画定する。同じ方法で、中間の切り抜き７８は、ストラップ１８の交差点４６の周りのセルの間に中間流路を画定する。

図１３の実施形態において、各ストラップ１８の交差点区域７２は、ストラップの中間区域７４よりも小さい高さである。自由空間が、隣接する中間区域７４の各対の自由端の間に区切られている。例えば、インサートの内側を突き通る交差点７２の部分の高さＨ１は、ストラップ１８の下端５０と接続スロット４８の閉じた端部との間の距離に実質的に対応しているインサートの高さＨ２の０％から９０％の間を備えている。

一つの実施形態において、交差点区域７２は、インサート２２より前で途切れ、その中に貫通しない。

これらの実施形態は、圧力損失を制限し、ストラップ１８により分離された隣接するセル２０内の圧力を調和させる利点を提供する。ストラップ１８それら自身によって与えられる圧力損失の制限は、スペーサグリッド１４の混合翼の形状及び大きさ、並びに二つの隣接するスペーサグリッド１４間に任意に位置する中間混合グリッド１５の形状及び大きさの両方を最適化することを可能にしている。

好ましくは、中間混合グリッド１５の設計は、スペーサグリッド１４の設計と一致している。

図１に示された燃料集合体２において、中間混合グリッド１５は、互いに類似しており、一つの中間混合グリッド１５が図１４から１６を参照してさらに説明される。

図１４に図示されるように、中間混合グリッド１５は、中間混合グリッド１５を通して延在するそれぞれの燃料棒４をそれぞれが受け入れるためのセル８２を画定するインターレースされたストラップ８０を含む。ストラップ８０は、交差したストラップ８０の上端及び／または下端の交差点で、例えばスポット溶接することにより互いに固定される。ストラップ８０は、直角に交差している。

中間混合グリッド１５は、例えば溶接により、中間混合グリッド１５を通して延在するガイドシンブル１２に接続される。ストラップ８０は、好ましくはストラップ８０と一体に形成された、且つ好ましくはスペーサグリッド１４の翼と同じ形状を有している混合翼８６と共にその上端上に提供される。

中間混合グリッド１５は、それぞれが二つのストラップ８０の交差点を取り囲む管状インサート８４を含む。インサート８４は、機械的手段により、または好ましくはスポット溶接８５により、少なくとも一点で、及び好ましくは前記ストラップ８０を含むその下端部の各交差点で、対応するストラップ８０に軸方向に固定される。

図１５に図示されるように、各インサート８４は、インサートの軸Ｃに沿って延在している。各インサート８４は、例えば、インサートの軸Ｃに沿って見ると、八角形の断面を有している。各インサート８４は、例えば、金属シートを丸めることにより、及びシートの対向する縁上に提供された補足のダブテール状の起伏を機械的にかみ合わせ、ほぞ穴接合を形成することにより形成される。インサート８４の上端は、インサートのノッチ８８が提供される。インサート８４の端部の両方は、わずかに円錐状であり、局所的な接触、及びインサート８４の端部に対して燃料棒４の被覆管の起こり得るフレッチングを避けるためにインサート８４の先端に向かって収束している。

図１６に図示されるように、各ストラップ８０は、インサート８４の挿入のために接続スロット９０を有している。インサート８４により囲まれた各ストラップ８０の領域は、ストラップ８０の下端から延在している切り抜き９２を備えている。切り抜き９２の高さＨ３は、接続スロット９０の高さＨ４の５０％と１００％の間を備えている。この実施形態は、中間混合グリッド１５の圧力損失の制限、及びストラップ８０により分けられた隣接するセル８２内の圧力を調和させる利点を提供する。

中間混合グリッド１５は、内部でインターレースされたストラップ８０を取り囲む周囲ストラップを有しているか、または周囲ストラップが除かれており、その場合において、周囲セル８２は外見上開かれている。

図１４で見えるように、インサート８４は、セル８２内に延在するインサート８４の各部と、前記セル８２を通して延在している燃料棒４との間のギャップＧを残すように寸法される。インサート８４は、燃料棒４に弾性の側面支持を提供しない。しかしながら、それらはモーションリミッタとして作用し、燃料棒４と混合翼８６との間の接触を避ける。

中間混合グリッド１５のストラップ８０は、スペーサグリッド１４のストラップ１８と比較して、短い高さを有している。

スペーサグリッド１４の高さ、すなわち、下端５０と上端７０との間で取られるストラップ１８の高さは、例えば、３０ｍｍから４５ｍｍの間を備えている。

中間混合グリッド１５は、例えば、１５ｍｍの高さを有している。インサート８４は例えば、６ｍｍの高さを有している。切り抜き９２は例えば、５ｍｍの高さを有している。

インサート８４の使用は、ストラップ８０の非常に簡単な形状をもたらし、それらのインターレースされた部分において平らであり、取り付けが非常に容易である。加えて、インサート８４は下端から中間混合グリッド１５に挿入され、中間混合グリッドの取り付けの間に、ストラップ８０の上端によって運ばれる混合デバイスと、インサート８４との間の干渉の危険はない。混合デバイスは、ストラップ８０の形状に起因して制限なく設計され得る。

スペーサグリッド１４及び中間混合グリッド１５に対して、類似の特徴を有することは、水流、圧力損失、及び機械的挙動に関して均一な特徴を有して、燃料集合体２の異なるグリッド１４、１５を提供する。

本発明は、説明された実施形態に制限されない。

それ故、説明した実施形態は、四角形の格子のノードに配置された燃料棒の束を有する燃料集合体に関連している。燃料棒のセルは、四角形の外径を有している。本発明はまた、格子の他の種類、すなわち、ＶＶＥＲ型の燃料集合体などのような八角形格子に応用される。

スペーサグリッド及び中間混合グリッドにおいて、ストラップ及びインサートは、好ましくはジルコニウム合金から作られる。代わりの実施形態において、インサートは、Ｎｉベースの合金で作られるか、または、例えばＰｈ １３．８ Ｍｏなどの高い機械的特徴を有する別の材料で作られる。

一般的な方法において、少なくとも一つの燃料集合体の混合グリッドまたはスペーサグリッドは、グリッドを形成するインターレースされたストラップのそれぞれの交差点をそれぞれが取り囲む管状のインサートを含む。

好ましくは、各混合グリッドまたはスペーサグリッドは、グリッドを形成するインターレースされたストラップのそれぞれの交差点をそれぞれが取り囲む管状のインサートを含む。代わりの実施形態において、少なくとも一つのグリッドは、そのようなインサートが除かれている。

好ましくは、各グリッドは、ジルコニウム合金のストラップ及びインサートを有している。代わりの実施形態において、少なくとも一つのグリッドは、ジルコニウム合金で作られていないインサートを含み得る。

好ましくは、燃料集合体の最下のグリッド及び最上のグリッドとの間に位置する、各中間混合グリッドまたはスペーサグリッドは、混合翼を有している。代わりの実施形態において、少なくとも一つの中間グリッドは混合翼が無い。

好ましくは、燃料集合体の最上のグリッド及び／または最下のグリッドは混合翼が無い。

一つの実施形態において、最下のグリッドは異なる設計であり、最上のグリッドは最下のグリッドに概念が類似しているか、または中間のスペーサグリッドに概念が類似している。

２ 核燃料集合体
４ 燃料棒
６ アーマチュア
８ 下部ノズル
１０ 上部ノズル
１２ ガイドシンブル
１４ スペーサグリッド
１５ 中間混合グリッド
１６ 下部プレート
１８ ストラップ
１８ スロット
２０ セル
２２ インサート
２３ スポット溶接
２６ 端部
２８ スプリング
３０ 接続壁
３２ 接触壁
３４ 中心スロット
３６ 側面スロット
３８ 接触ウイング
４０ 側面ウイング
４２ 頂部
４４ 接合ゾーン
４６ 交差点
４８ 接続スロット
５０ 下端
５２ ノッチ
５４ スロット
５６ 平坦ブレード
５８ ダブテール状の歯
６０ ダブテール状の歯
６２ 接合線
６４ 第１の連結スロット
６８ 第２の連結スリット
７０ 上端
７２ 交差点区域
７４ 中間区域
７６ 下部の切り抜き
７８ 中間の切り抜き
８０ ストラップ
８２ セル
８４ インサート
８５ スポット溶接
８６ 混合翼
８８ ノッチ
９０ 接続スロット
９２ 切り抜き

Claims (19)

1. 核燃集合体のスペーサグリッド（１４）用の燃料棒支持インサート（２２）であって、燃料棒（４）を受け入れるためのセル（２０）の格子を画定しているインターレースされたストラップ（１８）を含み、前記インサート（２２）は、少なくとも一つのセル（２０）内に延在するため、前記ストラップ（１８）に固定されるように構成されており、前記インサート（２２）は、セル（２０）の軸に平行となるように意図された軸（Ｂ）に沿って延在しており、前記インサート（２２）を前記ストラップ（１８）に接続するための軸方向に間の開けられた二つの端部（２６）、及び燃料棒（４）を支持するため、前記端部（２６）間に軸方向に延在している少なくとも一つの長尺のブレード状スプリング（２８）を含み、前記スプリング（２８）は、前記インサートの軸（Ｂ）に垂直な各平面において非直線的な断面を有している、燃料棒支持インサート。
2. 前記スプリング（２８）は前記インサートの軸Ｂに沿って並んで延在しており、且つ互いに対して傾斜している二つの隣接するウイング（３８、４０）を含み、前記ウイング（３８、４０）は、前記燃料棒（４）と接触するための接触ウイング（３８）と、前記接触ウイング（３８）から横方向に延在している側面ウイング（４０）と含む、請求項１に記載の支持インサート。
3. 前記側面ウイング（４０）は平坦である、請求項２に記載の支持インサート。
4. 前記接触ウイング（３８）は凸状の外面を有している、請求項２または３に記載の支持インサート。
5. 前記側面ウイング（４０）は、前記スプリング（２８）の長さに沿った変化する幅である、請求項２から４のいずれか一項に記載の支持インサート。
6. 前記接触ウイング（３８）は、実質的に一定の幅である、請求項２から５のいずれか一項に記載の支持インサート。
7. 前記接触ウイング（３８）は、縦方向にアーチ状に曲げられている、請求項２から６のいずれか一項に記載の支持インサート。
8. 一つの接触壁（３２）及び二つの隣接する接続壁（３０）において形成されたスプリング（２８）の対を含む、請求項２から７のいずれか一項に記載の支持インサート。
9. 前記インサート（２２）は、互いに対して傾斜した少なくとも二つの長手の壁（３０、３２）を含み、前記スプリング（２８）は、接触壁（３２）に形成された前記接触ウイング（３８）及び隣接する接続壁（３０）に形成された前記側面ウイング（４０）を有して、二つの壁（３０、３２）間の接合部に形成されている、請求項２から８のいずれか一項に記載の支持インサート。
10. 同一の接触壁（３２）に形成されたそれらの接触ウイング（３８）を有するスプリング（２８）の対を含み、各々が前記接触壁（３２）に隣接するそれぞれの接続壁（３０）に形成された側面ウイング（４０）を有している、請求項９に記載の支持インサート。
11. 前記インサート（２２）は管状であり、多角形の断面を画定する壁（３０、３２）を含み、スプリング（２８）が前記多角形の断面の角に位置しており、各々は二つの隣接する壁（３０、３２）に形成された二つの長手のウイング（３８、４０）を含む、請求項１０に記載の支持インサート。
12. 二つの側面スロット（３６）より長い一つの中心スロット（３４）を含む三つのスロット（３４、３６）の間で、前記インサート（２２）に形成されたスプリング（２８）の対を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の支持インサート。
13. 前記中心スロット（３４）は、前記中心スロット（３４）の軸端からその中心に向かって減少する幅を有している、請求項１２に記載の支持インサート。
14. 核燃料集合体（２）用のスペーサグリッド（１４）であって、燃料棒（４）を受け入れるためのセル（２０）の格子を画定しているインターレースされたストラップ（１８）、及び前記セル（２０）を通して延在している燃料棒（４）を支持するための、前記ストラップ（１８）の交差点に提供される、請求項１から１３のいずれかにおいて定義されるような支持インサート（２２）を含む、スペーサグリッド。
15. 前記インサート（２２）の前記接続壁（３０）は、前記インターレースされたストラップ（１８）の下端（５０）上に提供された接続スロット内に挿入されている、請求項１４に記載のスペーサグリッド。
16. 前記インサート（２０）は、スポット溶接（２３）により前記ストラップ（１８）に固定されている、請求項１４または１５に記載のスペーサグリッド。
17. 燃料棒（４）の束、及び前記燃料棒（４）を支持するためのアーマチュア（６）を含み、前記アーマチュア（６）は請求項１４から１６のいずれかに記載の少なくとも一つのスペーサグリッド（１４）を含む、核燃料集合体（２）。
18. 混合翼（８６）を備え、燃料棒（４）を受け入れるためのセル（８２）の格子を画定しているインターレースされたストラップ（８０）と、前記セル（８２）を通して延在している前記燃料棒（４）と前記混合翼（８６）との間の接触を避けるための、二つのストラップ（８０）の交差点の周りにそれぞれが提供された管状のインサート（８４）と、を含む少なくとも一つの中間混合グリッド（１５）をさらに含む、請求項１７に記載の核燃料集合体。
19. 前記インサート（８４）は、少なくとも一つのスポット溶接（８５）により前記ストラップ（１８）に固定されている、請求項１８に記載の核燃料集合体。

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