JP2690706B2 - 核燃料集合体における一体の下部タイプレート格子 - Google Patents

核燃料集合体における一体の下部タイプレート格子

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JP2690706B2
JP2690706B2 JP7020434A JP2043495A JP2690706B2 JP 2690706 B2 JP2690706 B2 JP 2690706B2 JP 7020434 A JP7020434 A JP 7020434A JP 2043495 A JP2043495 A JP 2043495A JP 2690706 B2 JP2690706 B2 JP 2690706B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉燃料バンドル用
の下部タイプレート格子に関し、特に、下部タイプレー
ト・アセンブリの一部を形成している一体の下部タイプ
レート格子に関する。この格子は、下部タイプレートを
通る冷却水の流れから破片を分離するための複数の小さ
な開口を有している下部と、この下部と共に燃料バンド
ルを支持する上部とを有している。このタイプレート格
子は、その下部タイプレート格子を通って下部タイプレ
ート・アセンブリの下流域に流入する冷却水の圧損を最
小にするように構成されている。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉は多年にわたって運転さ
れている。これらの原子炉は、建設直後からの使用期間
にわたって減速材閉循環系内に破片を蓄積している可能
性がある。この破片は、もし発熱燃料棒を内蔵している
燃料バンドル炉心域内に入ると、運転上の危険をもたら
すおそれがある。この問題を理解するには、炉心内の破
片の蓄積と関係する原子炉構造の要約を先ず述べる必要
がある。次いで、燃料バンドル構造について述べる。更
に、燃料バンドル内の圧損（圧力降下）域を実質上不変
に保つ必要性を強調する。その後、燃料バンドルの燃料
棒区域内に入った破片による影響を要約する。
【０００３】沸騰水型原子炉構造では、原子炉に大きな
中央炉心が設けられている。液状水である冷却材及び減
速材の流れが炉心の底部から炉心に入り、そして頂部か
ら気水混合物として炉心を出る。炉心は多数の並置燃料
バンドルを含んでおり、各燃料バンドルは複数の燃料棒
を含んでいる。水は炉心の下方に位置している高圧プレ
ナムから燃料バンドル支持キャスティング（鋳物）を経
て、各燃料バンドルに導入される。水は個々の燃料バン
ドルに分布する流れとして燃料バンドルを通流し、各燃
料棒の周囲を流れ、加熱されて蒸気を生成し、２相気水
混合物として炉心の上部から流出する。この気水混合物
から蒸気が抽出され、エネルギの発生に役立つ。
【０００４】炉心支持キャスティングと、燃料バンドル
とは、炉心を通る水の循環における圧損（圧力損失）源
である。このような圧力損失を適切に制御することによ
り、炉心の個々の燃料バンドルに実質的に均等に分布す
る流れが得られる。炉心には７５０個もの多くの燃料バ
ンドルが存在していることを考えれば、流れ分布の均等
性の確保が重要であることがわかる。燃料バンドル内の
圧損を妨害することは、炉心の燃料バンドル内の冷却材
及び減速材の全体的な分布に影響するおそれがある。
【０００５】沸騰水型原子炉用の燃料バンドルは、燃料
棒を支持している下部タイプレート・アセンブリを含ん
でおり、通例、このアセンブリは、上部格子と、下側入
口ノズルと、入口から格子までの遷移域を成している構
造体とを含んでいる一体鋳造構造体である。入口ノズル
は、下部タイプレート・アセンブリの流れ遷移域内の拡
大流室に冷却材を導入する。流室の上端にはタイプレー
ト格子が配置されており、ノズルと共に流室を画成して
いる。このタイプレート格子は２つの目的を有してい
る。第１に、この格子は、個々の燃料棒の重量が下部タ
イプレート・アセンブリ全体を経て燃料支持キャスティ
ングに伝達されるための機械的支持結合部となる。第２
に、このタイプレート格子は、減速材としての液状水が
燃料バンドルに流入して、並んで支持された燃料棒の間
を通るための通路となる。
【０００６】下部タイプレート格子の上方において、各
燃料バンドルはマトリクス（行列）を成している複数の
直立した燃料棒を含んでおり、これらの燃料棒は、核分
裂性物質をそれぞれ内蔵している密封管であり、核分裂
性物質は核反応発生時に、エネルギを水流に伝達して動
力発生用蒸気を生成する。直立した燃料棒のマトリクス
は、その上端に上部タイプレート・アセンブリを含んで
いる。この上部タイプレート・アセンブリは、燃料棒の
少なくともいくつかを垂直に並んで整列した状態で保持
している。燃料棒のいくつかは上部タイプレート・アセ
ンブリ及び下部タイプレート・アセンブリの両方に取り
付けられている。通常、ウォータ・ロッドも、特に燃料
バンドルの上側区域内の減速水対燃料比を改善するため
に、上部タイプレート・アセンブリと下部タイプレート
・アセンブリとの間に配設されている。
【０００７】燃料バンドルは又、複数の燃料棒スペーサ
を含んでおり、これらのスペーサは、燃料バンドルの長
さに沿って様々な高さの位置に配設されている。これら
のスペーサが必要であるのは、燃料棒が長く（約１６０
インチ）そして細く（直径約０．４インチ〜０．５イン
チ）、燃料バンドル内の流体流と原子力発生とにより力
を受けて、摩擦接触を成すおそれがあるからである。ス
ペーサはそれぞれの高さにおいて、各燃料棒に適当な横
方向の拘束をもたらし、こうして燃料棒相互の間の摩擦
接触を防止すると共に、最適性能をもたらすように燃料
バンドルの長さに沿って相互に均等な間隔に燃料棒を維
持している。これらのスペーサは、破片が捕捉されて燃
料棒を破損するおそれのある位置にあることを認識され
たい。
【０００８】各燃料バンドルはチャンネルによって囲ま
れている。このチャンネルによって、上部タイプレート
・アセンブリと下部タイプレート・アセンブリとの間を
流れる水は、ただ１つの燃料バンドルに制限され、上部
タイプレート・アセンブリと下部タイプレート・アセン
ブリとの間の隔離流路内を流れる。チャンネルは又、燃
料バンドルを貫通している蒸気発生用流路を周囲の炉心
バイパス域から隔離するように作用する。このバイパス
域は制御棒の貫通に利用されるものである。バイパス域
内の水も中性子減速をもたらす。
【０００９】沸騰水型原子炉の運転中に、元来の設計通
りの流れ分布を保つことは非常に重要である。特に、水
が下部（高圧）プレナムから炉心に入り、そして気水混
合物が燃料バンドルの上部タイプレート・アセンブリを
経て炉心から出るまでに、約２０ポンド毎インチ（ｐｓ
ｉ）の圧損が典型的な運転時流れ状態において発生す
る。この圧損のうちの約７ｐｓｉ〜８ｐｓｉは、燃料支
持キャスティング通流中に発生する。この圧損は主とし
て、炉心を構成している多数の燃料バンドルを通る冷却
材及び減速材の流れの均等分布を確保するためのもので
あり、ある出力率での原子炉内の運転不安定の防止と関
係する。各燃料バンドルの下部タイプレート・アセンブ
リでは、入口ノズルから流室への流入及びタイプレート
格子通流時に、約１ｐｓｉ〜１．５ｐｓｉの圧損が生
じ、この圧損は、各燃料バンドルの燃料棒相互の間の流
れ分布の確保に寄与する。最後に、下部タイプレート・
アセンブリの出口から上部タイプレート・アセンブリの
出口まで燃料バンドル自体を通る流れには通常、約１１
ｐｓｉの圧損が発生する。新しい燃料バンドルを炉心に
導入するときには、これらの圧損を維持する必要があ
る。さもないと、冷却材及び減速材の流れ分布が悪化す
るおそれがある。
【００１０】下部タイプレート・アセンブリのタイプレ
ート格子に関しては、マトリクスを成している複数の円
筒形ボスと、ウェブとが一般に格子を形成している。ボ
スは燃料棒端栓を支承するような寸法を有している。ボ
スとウェブとの間隔及び厚さは、水の格子通流に起因す
る圧損を制御する主要因である。初期の格子構造では、
燃料棒は比較的大きな断面直径を有していたので、ボス
は大きかった。比較的最近の格子構造では、燃料棒はよ
り小さな断面直径を有しているので、ボスはそれだけ小
さくなっている。又、初期の構造では、最近の構造にお
けるよりも少ない燃料棒が燃料バンドルを形成してい
た。
【００１１】しかしながら、格子及び燃料バンドルの構
造におけるこれらすべての変化にもかかわらず、かなり
変動する圧損を防止する必要がある。例えば、１つの炉
心を比較的古い（８×８）燃料バンドルと比較的新しい
（１１×１１）燃料バンドルとで構成することができ、
各燃料バンドルでの圧損は均等であることが好ましい。
新しい燃料バンドル構造、特に下部タイプレート格子構
造に関する一方策は、より多くの燃料棒を設けて破片捕
獲機能を達成し、しかも比較的古い燃料バンドル構造で
生ずる圧損と同等の圧損を維持するようにすることであ
る。
【００１２】通例、沸騰水型原子炉内の破片は、原子炉
建設時から残留する異物と、原子炉寿命中の腐食により
遊離する破片とを含んでいることがある。又、度重なる
出力停止及び補修中に、更に破片が蓄積する。原子炉は
閉循環系を構成しているので、破片は本質的に、経年及
び原子炉の使用増加に伴い蓄積することを理解された
い。破片蓄積の特に厄介な通常の場所は、燃料バンドル
内の燃料棒の間、特に燃料棒スペーサの近辺である。各
燃料棒は特定高さにおいてスペーサによって囲まれてい
ることを想起されたい。破片粒子はスペーサ構造体と燃
料棒との間に残留し易く、しばしば冷却材及び減速材の
流れと共に激しく振動して、燃料棒の密封被覆と摩擦接
触とを起こす。
【００１３】
【発明の概要】本発明は、格子の一部を形成している破
片捕獲手段を含んでいる下部タイプレート・アセンブリ
を提供する。格子は、下部と、上部とを有しており、格
子の下部は、所定の寸法以上の破片を捕獲するように作
用すると同時に、格子を通る冷却水の圧損を最小にす
る。格子は又、燃料バンドル内への流れの円滑で実質的
に均等な膨張を可能にするように燃料棒を支持してい
る。このような支持を達成するために、横方向に相隔た
っている複数の全体的に円筒形のボスが、貫通開口を画
成するものとして、下部タイプレート格子の上面と下面
との間に延在していると共に、燃料棒の下端を支承して
いる。複数のウェブが又、格子の上面と下面との間に延
在していると共にボスを相互連結している。ボスと、ウ
ェブとは、格子の下部から上方に延在していると共に格
子の上部と同一の広がりを有するように位置しているそ
れぞれの部分を含んでおり、格子上部に複数の流れ空間
を画成している。ボスは、複数の正方形マトリクスの隅
（コーナ）に配設されているそれぞれの垂直中心線上に
設けられており、ウェブは、正方形マトリクスの辺に沿
ってボスの間に線形に延在している。円筒形ボスの凸部
が各マトリクスの直交関係にあるウェブ相互の間に延在
している。こうして、下部タイプレート格子上部のボス
の凸部と、ウェブとは、前述の流れ空間を画成してい
る。
【００１４】この格子下部は、その格子下部を貫通して
いる複数の開口を有しており、これらの開口は、前述の
流れ空間と連通している。これらの格子下部の開口は、
それらの開口を通流して格子上部におけるボス部とウェ
ブ部との間の流れ空間内に流入する水から、ある寸法以
上の破片を分離している。本発明の好適な一実施例で
は、複数の開口が格子下部を貫通して、各流れ空間と連
通している。圧損を最小にし且つ破片捕獲機能を最大に
するために、開口は特定の向きと、形状と、寸法とを有
している。例えば、ウェブ部とボス部とによって画成さ
れた流れ空間のうちのあるものの形状が与えられた場
合、第１の配列の全体的に正方形の開口が、線形辺と、
ある半径の丸みを有するコーナとを有しているものとし
て、格子下部に配設されており、これらの正方形開口の
垂直中心線が１つの正方形マトリクスの一対角線と交差
するようになっている。この対角線は、円筒形ボスの垂
直中心線を通っている。４つよりも多い複数の辺、好ま
しくは５つの全体的に線形の辺を有している第２の配列
の開口が、隣り合う辺の間にある半径の丸みを有してい
るものとして、第２の配列の各開口が１つのウェブと全
体的に平行な１つの辺を有するように配向されている。
【００１５】好ましくは、格子下部の各開口は、最適な
最小面積、例えば、スロート面積を有しており、この最
小面積よりも大きな破片を捕獲すると共に、破片が格子
を通過するのを防止するように作用する。格子下部の開
口は、最小面積又はスロート面積から遷移して流れ空間
と連通しており、そして好ましくは、下部タイプレート
格子の上面に向かう方向に横方向に末広になっている壁
を有しており、従って、各開口は、関連する流れ空間に
向かう方向にベンチュリを画成している。その結果、各
開口の流れパターンは、その断面にわたって実質的に均
等な速度を有し、そしてこの流れパターンは、格子下部
から移行して格子上部の関連する流れ空間に入るまで末
広になり、こうして、圧損を減少させると共に、流れが
滑らかに膨張して流れ空間に入り得るようにする。最小
圧損を伴う破片捕獲機能を更に容易にするために、格子
下部は下部タイプレートの全厚さの約２５％よりも小さ
な厚さを流れ方向に有している。好ましくは、下部タイ
プレート格子の全厚さ対格子下部の厚さの比は、５〜７
対１の範囲内にある。加えて、格子下部の厚さは好まし
くは、最短孔（開口）寸法の約２倍よりも小さい。
【００１６】本発明による好適な一実施例では、核燃料
集合体に、一体の下部タイプレート格子が設けられてお
り、この下部タイプレート格子は、格子下部及び格子上
部と、これらの格子上部及び格子下部を含んでいる下部
タイプレート格子上に燃料棒を支持する手段とを含んで
いる。この支持手段は、横方向に相隔たっている複数の
ボスを含んでいる。これらのボスは、格子下部から上方
に延在している部分を有しており、燃料棒の下端を支承
するような寸法を有している。支持手段は更に、複数の
ウェブ部を含んでおり、これらのウェブ部は、格子下部
から上方に延在していると共に前述のボスの部分を相互
連結して、このボス部と共に格子上部内に複数の流れ空
間を画成している。これらの流れ空間は、格子下部から
延在していると共に下部タイプレート格子の上面に開い
ている。下部タイプレート格子の格子下部は、その格子
下部を貫通している複数の開口を含んでおり、これらの
開口は、前述の流れ空間と連通しており、格子下部を通
流してボス部とウェブ部との間の流れ空間内に流入する
冷却材から破片を分離する。
【００１７】本発明による他の好適な実施例では、核燃
料集合体に、燃料棒支持構造体が設けられており、この
燃料支持構造体は、入口ノズルと、一体の下部タイプレ
ート格子と、入口ノズルに入る冷却材を受け入れると共
に下部タイプレート格子に冷却材を流す流れ容積部を画
成している遷移構造体とを含んでいる下部タイプレート
・アセンブリを含んでいる。一体の下部タイプレート格
子は、格子下部と、格子上部とを有している。下部タイ
プレート格子は、横方向に相隔たっている複数のボスを
含んでいる。これらのボスは、格子下部から上方に延在
している部分を有しており、燃料棒の下端を支承するよ
うな寸法を有している。下部タイプレート格子は更に、
複数のウェブ部を含んでおり、これらのウェブ部は、格
子下部から上方に延在していると共に前述のボスの部分
を相互連結して、このボス部と共に格子上部内に複数の
流れ空間を画成している。これらの流れ空間は、格子下
部から延在していると共に下部タイプレート格子の上面
に開いている。下部タイプレート格子の格子下部は、そ
の格子下部を貫通している複数の開口を含んでおり、こ
れらの開口は、前述の流れ空間と連通しており、前述の
流れ容積部からの冷却材を受け入れると共に、冷却材を
格子下部を通してボス部とウェブ部との間の流れ空間内
に流す。
【００１８】本発明による他の好適な実施例では、核燃
料バンドルと、この核燃料バンドルの支持装置とが設け
られており、上部及び下部タイプレート・アセンブリ
と、上部タイプレート・アセンブリと下部タイプレート
・アセンブリとの間に設けられていると共に複数の燃料
棒を含んでいる核燃料バンドルとを含んでいる。下部タ
イプレート・アセンブリは、核燃料バンドルを支持する
手段を含んでいる。下部タイプレート・アセンブリは更
に、下部タイプレート格子を含んでおり、この下部タイ
プレート格子は、格子下部と、格子上部とを有してい
る。下部タイプレート格子は、横方向に相隔たっている
複数のボスを含んでいる。これらのボスは、格子下部か
ら上方に延在している部分を有しており、燃料棒の下端
を支承するような寸法を有している。支持手段は更に、
複数のウェブ部を含んでおり、これらのウェブ部は、格
子下部から上方に延在していると共に前述のボスの部分
を相互連結して、このボス部と共に格子上部内に複数の
流れ空間を画成している。これらの流れ空間は、格子下
部から延在していると共に下部タイプレート格子の上面
に開いている。下部タイプレート格子の格子下部は、そ
の格子下部を貫通している複数の開口を含んでおり、こ
れらの開口は、前述の流れ空間と連通しており、格子下
部を通流してボス部とウェブ部との間の流れ空間内に流
入する冷却材を流す。
【００１９】
【発明の目的】従って、本発明の主目的は、核燃料バン
ドルを支持する新規で改良された一体型の下部タイプレ
ート格子を提供することにあり、この下部タイプレート
格子は、その格子を通る減速材流に混入している破片の
通過を制限すると共に圧損を最小にする格子下部を有し
ているものである。
【００２０】
【実施例】図１に燃料集合体の代表例が総体的に参照番
号１０で示されており、燃料集合体１０は、核燃料バン
ドル（束）を形成している複数の核燃料棒１２を有して
いる。棒１２は、上端が上部タイプレート（上側結合
板）１４に連結されていると共に、下端が下部タイプレ
ート（下側結合板）格子１６に支持されており、下部タ
イプレート格子１６は、総体的に参照番号２３で示すタ
イプレート・アセンブリの一部を形成している。スペー
サ１８が燃料棒１２の横方向相互の間隔を維持するよう
に、垂直方向に離間した複数の位置に配設されている。
燃料バンドルは、燃料バンドル・チャンネル２０内に配
設されており、これにより、タイプレート・アセンブリ
２３の底部ノズル又は入口開口２２を通って流入する冷
却水が、底部ノズル又は入口開口２２から上方に流れ、
拡大流れ容積部２７を画成している遷移構造体２５を通
り、更に下部タイプレート格子１６を通って燃料棒の周
囲を流れ、その結果、蒸気が発生する。前述のように、
冷却水の流れ内の破片が燃料棒相互の間の区域に流入す
ることを防止することが重要である。従って、本発明に
よる破片捕獲と燃料バンドル支持との２重の目的に適し
た一体の下部タイプレート格子１６を含んでいる下部タ
イプレート・アセンブリ２３の実施例を他の図により説
明する。
【００２１】図２及び図３には、本発明による一体の下
部タイプレート格子１６が、下部タイプレート・アセン
ブリ２３の一部を形成しているものとして示されてい
る。下部タイプレート格子１６は、下部タイプレート・
アセンブリ２３と一体に鋳造され得るが、好ましくは、
別に形成されており、その垂下側壁２９をアセンブリ２
３に溶接等によって接合することにより、アセンブリ２
３に固定されている。下部タイプレート格子１６は、下
部タイプレートを通る水の流れから破片を分離すると共
に圧損（圧力降下）を最小にする格子下部２６と、格子
下部２６と共に燃料棒を下部タイプレート格子１６上に
支持する格子上部２８とを有している。上部２８には、
複数の流れ空間が形成されており、これらの流れ空間
は、下部タイプレートにおける圧損を最小にする助けと
なると共に、流体が流れ空間内で均等に且つ円滑に膨張
した後に燃料棒の周囲を流れ得るようにする。先ず図２
について述べると、同図には複数の全体的に円筒形のボ
ス３６が示されている。ボス３６は、タイプレート格子
１６の上面３０と下面３２（図３）との間に延在してお
り、核燃料棒の円筒形端栓を受け入れていると共に燃料
棒を支持している。ボス３６は、格子下部２６の上面３
５から上方に突出している部分を有している。図２に明
示のように、円筒形ボス３６は垂直中心線をそれぞれ有
しており、これらの中心線は、ボス３６の複数の実質的
に正方形のマトリクスの隅（コーナ）に配設されてい
る。ボス３６を相互連結していると共に正方形マトリク
スの辺を形成しているウェブ３８が、隣り合う円筒形ボ
ス３６にボス３６の半径方向線に沿って隣接していると
共に、下部タイプレート格子１６の上面３０と下面３２
との間に延在している。その結果、格子下部２６の上方
において、ウェブ３８は、各正方形マトリクスの辺に沿
って形成されている部分を有しており、これらのウェブ
の部分は、円筒形ボス３６の外側凸部と共に、上部流れ
空間４０の側壁を画成している。後述のように、下部２
６は複数の開口を有しており、これらの開口によって冷
却材は、格子下部を通流して各流れ空間に入り、その流
れ空間で流れは滑らかに膨張して減速した後、下部タイ
プレート・アセンブリ２３に支持されている燃料棒の周
囲を上昇する。
【００２２】下部タイプレートの破片捕獲機能は、格子
下部２６によって達成される。この破片捕獲機能を達成
するために、下部２６は複数の開口４２を含んでおり、
開口４２は、格子１６の下面３２と下部２６の上面３５
とを貫通して、流れ空間４０と連通している。図２及び
図３からわかるように、円筒形ボス３６を貫通している
開口は、格子１６の上面３０と下面３２との間にそれぞ
れ延在しているが、開口４２は下部２６の下面３２から
上面３５まで下部２６のみを貫通していると共に、下部
の上面３５で流れ空間４０と連通している。開口４２
は、破片捕獲機能を最大にすると同時に、冷却水から破
片を取り除く必要に起因する格子下部での圧損を最小に
するような形状及び寸法を成している。
【００２３】図２に示すように、タイプレートの中央部
はウォータ・ロッド（図示していない）用の開口４５を
有しており、これらの開口４５によって、隣接している
ボス３６とウェブ３８とによって画成されている隣接し
た流れ空間における開口４２の配置が変わる。後述のよ
うに、下部２６を貫通している開口４２は、少なくとも
２つの形式の開口であり、どちらの形式の開口も、これ
らの中央流れ空間及び他のすべての流れ空間と連通して
いる。
【００２４】更に詳述すると、図４〜図８を参照する
と、開口４２は流れ空間４０の各々に対して１つのパタ
ーンに配置されている。各流れ空間４０内への流量を最
大にし、しかも圧損を最小にするために、開口４２は、
ボスによって形成されている正方形マトリクスの辺に対
して４５度回転した全体的に正方形のパターンに配置さ
れている。図２からわかるように、異なる数の開口４２
が、様々な形状の流れ空間４０、即ち、周辺部流れ空
間、特に図４に示す中間部流れ空間、及び図２のウォー
タ・ロッドの開口４５に隣接する内部流れ空間に連通し
ているが、各流れ空間４０は、このずらした正方形パタ
ーンに配置されている開口４２、及び後述のような２つ
の異なる形式の開口と連通している。
【００２５】好適な実施例において、各流れ空間４０に
開いている開口のうちの第１の配列の各開口４２ａ（図
４）は、全体的に正方形の形状を有しており、線形辺
と、隣り合う辺の間のある半径の丸みを有するコーナと
を有している（図８を参照）。第２の配列の各開口４２
ｂ（図４）は、４つよりも多い複数の辺、好ましくは５
つの辺を有しており、第２の配列の各開口の隣り合う辺
が相互の間にある半径の丸みを有している（図７を参
照）。破片捕獲機能を最大にすると共に圧損を最小にす
るために、第１及び第２の配列の開口４２は、相互に且
つ対応又は関連する流れ空間４０に対して特別に配置さ
れている。即ち、開口４２の第１の配列の各開口４２ａ
は、その開口の垂直中心線が正方形マトリクスの一対角
線と交差するように配置されており、この対角線は、円
筒形ボス３６の凸部及び前述の垂直中心線を通ってい
る。即ち、図４の破線Ｄは、対角線と関連するボス３６
の中心線の間の対角線を表しており、これらの対角線
は、開口４２のうちの第１の配列の開口４２ａの中心線
と交差している。又、第２の配列の開口４２ｂは、ボス
相互の間の連結を成しているウェブ３８と全体的に平行
な線形辺を有しており、残りの辺のうちの２つの辺が第
１の配列の開口４２ａの辺と全体的に平行になっている
ことに注意されたい。図５及び図６を参照すると、タイ
プレートの下面３２に開いている開口４２の端縁４５
は、タイプレート・アセンブリの入口プレナムから開口
４２内への滑らかな非乱流遷移流を生成するように、あ
る半径の丸みを付けられている。
【００２６】図５及び図６の断面図に示すように、開口
４２は、丸み付き入口部４５の終端における最小スロー
ト（のど）面積４９から下部２６の上面３５における最
大寸法までテーパ４７を付けてある。開口４２のこの漸
次拡大はディフューザ又はベンチュリ作用をもたらすの
で、流れは圧損（圧力損失）が最小になるように最小流
れ面積部から膨張し得る。
【００２７】開口４２の出口から開口上方の容積部、即
ち流れ空間４０に入る所で流れ面積の変化が生じ、圧損
を引き起こす。圧損を減少させるためには、開口の出口
面積を増加させるか、若しくは開口の末広角度を増加さ
せるか、又は末広角度を一定にしたまま下部２６の厚さ
を増加させればよいが、製造過程における実際上の問題
と、流れの剥離とが生ずるおそれがある。従って、開口
４２の例示し且つ説明した配置及び形状が最適である。
【００２８】冷却材は開口４２を通って流れ空間４０に
流入する。流れ空間４０の容積は比較的大きいので、開
口４２を通る流れのパターンは末広になり且つ滑らかに
移行して、関連する流れ空間４０に入り、従って、圧損
は極めて小さい。本発明の特定の好適な実施例では、１
辺が５．４１インチの全体的に正方形の下部タイプレー
トが設けられており、その全断面積は２９．２７平方イ
ンチである。格子下部の開口４２を通る流れの面積は
４．３平方インチであるので、従って、開口４２の流れ
面積対タイプレートの格子下部２６の面積の比は、約
０．１５である。又、下部２６の厚さは好ましくは、下
部タイプレートの全厚さの約２５％よりも小さい。好適
な実施例において、上面３０と下面３２との間のタイプ
レート格子１６の厚さは、約０．５９０インチであり、
格子下部２６の厚さは、０．１５０インチである。従っ
て、好適な実施例では、タイプレート格子の全厚さ対格
子下部の厚さの比は、３〜４対１の範囲内にあり、好ま
しくは約３．９対１であり、そして格子下部の厚さは好
ましくは、開口４２の端縁に垂直な線に沿った開口４２
の寸法の約２倍よりも小さい。更に、タイプレートの下
面に隣接する開口４２の丸み付き部４５の半径は、約
０．０２９インチであり、隣り合う開口４２ａの間の金
属の幅、即ち、図６に参照符号ｘで示す幅は、約０．０
５８インチである。
【００２９】再び図４〜図８について述べると、本発明
の好適な実施例では、第１の配列の開口を構成している
全体的に正方形の開口は好ましくは、スロート（のど）
４９における辺の長さが０．０８８インチであり、隣り
合う辺の間の丸みの半径ｒが０．０３０インチである。
開口のうちの第２の配列の各開口は、図７に示すよう
に、スロート４９における寸法ａと、寸法ｂと、寸法ｃ
とを有しており、寸法ａは０．１００インチに等しく、
寸法ｂは０．０９０インチに等しく、寸法ｃは０．０１
０インチに等しく、そして隣り合う線形辺の間の丸みの
半径ｒは、０．０３０インチである。スロート４９にお
ける開口の隣り合う線形辺の間の距離は、０．０５８イ
ンチである。正方形マトリクスの辺に沿ったボス相互の
中心間の距離は、好ましくは０．５６６インチであり、
ボスの凸部とウェブとの厚さは、０．０７０インチであ
る。
【００３０】図９及び図１０はタイプレート格子の側縁
域及び角（コーナ）域における開口の配置をそれぞれ示
す。開口の形状は、格子の中央域におけるものと基本的
に同じであり、孔（開口）がボス又はウェブに隣接して
いる箇所ではわずかな改変がなされている。図１１、図
１２及び図１３は本発明の代替実施例を示し、この実施
例では、前述の実施例における参照番号と同じ参照番号
は同じ部分を表している。この実施例では、開口４２の
壁は外向きに末広になっておらず、互いに全体的に平行
である。又、格子下部は前述の実施例におけるものより
も薄い。この実施例は、格子の鋳造を容易にする。なぜ
なら、格子下部の厚さ対開口４２ａの寸法の比が比較的
小さいからである。例えば、格子下部の厚さは０．１０
０インチであり、従って、タイプレート格子の全厚さ対
格子下部の厚さの好適な比は、５〜７対１の範囲内にあ
り、好ましくは約５．９対１である。しかしながら、こ
の実施例では、格子における圧損が比較的大きい。なぜ
なら、孔のディフューザ作用が存在しないからである。
【００３１】図１４、図１５及び図１６は本発明の更に
他の実施例を示しており、この実施例は第１の実施例と
類似の実施例であって、同じ部分は同じ参照番号に接尾
辞ｃを付けたもので表されている。即ち、格子下部２６
ｃの厚さは、図３〜図８に示した好適な実施例の厚さと
同じであり、開口は、最小面積部又はスロート面積部４
９ｃから開口の上端出口まで外向き末広部４７ｃを有し
ている。しかしながら、丸み付き入口部の終端において
開口寸法に段変化があり、この段は参照番号５２で示さ
れている。
【００３２】更に詳述すると、ボス３６ｃとウェブ３８
ｃとによって画成された流れ空間４０ｃと連通している
下部２６ｃの開口４２ｃは、開口とタイプレートの下面
３２ｃとの接合位置におけるある半径の丸み付き部４５
ｃによって部分的に画成されている。しかしながら、こ
の丸み付き部の上方では、開口４２ｃの側壁は垂直方向
上方に互いに末広となるようにテーパ４７ｃが付けられ
ている。更に、段５２は、丸み付き下端縁４５ｃの最小
入口寸法箇所と開口のテーパ付き壁４７ｃとの間の遷移
位置に存在している。段５２は垂直方向上方に面してい
る。この全体的形状によって、各開口はディフューザを
形成していることを理解されたい。即ち、流れは先ず、
丸み付き部４５ｃに沿って先細になり、次いでテーパ付
き壁４７ｃに沿って次第に末広になった後に、格子下部
上方の流れ空間４０ｃに入る。このことは、流れが上向
き方向に滑らかに膨張することを可能にし、圧損を減少
させる。段５２は製造要件と公差とに合う最小寸法のも
のであり、従って、段による圧損の増加は最小になる。
段５２は開口４２ｃの丸み付き入口部４５ｃと末広壁４
７ｃとの間の遷移を、一体タイプレートの製造に用いる
鋳造工程に適合するように滑らかにする。
【００３３】この段５２を用いると、格子２６の鋳造に
関する問題のいくつかを緩和することができる。例え
ば、タイプレート格子はロスト・ワックス法を用いて製
造されたインベストメント鋳物である。先ず、最終部品
の「ワックス（ろう）」模型を作成する。このろう模型
に複数層のセラミックを被覆する。これらの層は後に、
最終金属部品用の鋳型を形成する。次いで、ろうを蒸発
させ、そして残ったセラミック鋳型に金属を注入する。
【００３４】ろう用の鋳型は２つの部分から成ってお
り、両部は丸み付き入口部４５ｃが終わるときに係合す
る。もし鋳型の両半分が正確に合わなければ、各開口の
上部は下部に対してずれて、ろうが鋳型上下両部の間の
境界で開口に入り込む。最終金属部品はろうと全く同じ
形状を有している。開口に入り込むいかなる材料も除去
しなければならず、又、ずれによる鋭い縁部に丸みを付
けなければならない。
【００３５】開口内の段は、これらの問題を極めて少な
くするが、段における急膨張により圧損が増加する。こ
の圧損の程度は、滑らかなテーパを有している好適な実
施例における圧損と、テーパを有していない実施例にお
ける圧損との中間にある。図１７（Ａ）〜図１７
（Ｃ）、並びに図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示すよ
うに、５つの異なる形状の開口４２が存在しているが、
図１７（Ａ）及び図１７（Ｃ）に示す開口は、隣り合う
辺の間のコーナに丸みを付けた全体的に正方形の開口と
考えられる。但し、図１７（Ｃ）に示す開口は、ウェブ
の凸部に対応するようにわずかに湾曲した１つの辺を有
している。即ち、図１７（Ａ）及び図１７（Ｃ）に示す
開口は、前述の実施例におけるのと同様に、正方形マト
リクスの対角線に関連するボスの中心線と平行な又はそ
れらの中心線を相互連結している対角線に沿って配設さ
れている。図１７（Ｂ）、図１８（Ａ）及び図１８
（Ｂ）に示す残りの開口は、５つの線形辺をそれぞれ有
しており、辺相互の間にコーナ半径を有している。本発
明の好適な一実施例において、開口の寸法は、次の通り
である。図１７（Ａ）では、ｅ＝０．１１８インチ、ｆ
＝０．０９８インチ、ｇ＝０．０８８インチ、図１７
（Ｂ）では、ｈ＝０．１３０インチ、ｉ＝０．１１０イ
ンチ、ｊ＝０．１００インチ、ｋ＝０．１０５インチ、
ｌ＝０．０９５インチ、ｍ＝０．０９０インチ、図１７
（Ｃ）では、ｎ＝０．１０３インチ、ｏ＝０．０９３イ
ンチ、ｐ＝０．０８８インチ、ｑ＝０．１１８インチ、
ｒ＝０．０９８インチ、ｓ＝０．０８８インチ、図１８
（Ａ）では、ｔ＝０．１０５インチ、ｕ＝０．０９５イ
ンチ、ｖ＝０．０９０インチ、ｗ＝０．１３０インチ、
ｘ＝０．１１０インチ、ｙ＝０．１００インチ、図１８
（Ｂ）では、ａａ＝０．１３０インチ、ｂｂ＝０．１１
０インチ、ｃｃ＝０．１１０インチ、ｄｄ＝０．１２１
インチ、ｅｅ＝０．１０１インチ、ｆｆ＝０．０９１イ
ンチ。
【００３６】図１７（Ａ）における半径Ｒ１、Ｒ２及び
Ｒ３は、それぞれ０．０３０インチ、０．０３５インチ
及び０．０４５インチである。この実施例のタイプレー
トの開口の全断面積と、流れ面積とは、前述の実施例の
ものと同様である。格子下部の厚さは０．１５０イン
チ、タイプレート格子の全厚さは０．５９０インチ、そ
してタイプレートの全厚さ対この第２の実施例の格子下
部の厚さの比は、約３．９３であり、好ましくは３〜４
対１の範囲内にある。又、タイプレートの下面に隣接す
る開口部の半径は、約０．０２９インチである。
【００３７】以上、本発明の最適な実施例と考えられる
ものについて説明したが、本発明は、開示した実施例に
限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で様々
な改変及び均等構成が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】下部タイプレート・アセンブリ上に支持されて
いる燃料バンドルを示す従来の燃料集合体の縦断面図で
ある。
【図２】本発明により構成されている下部タイプレート
格子の拡大平面図である。
【図３】図２の線３−３に全体的に沿った下部タイプレ
ート格子の断面図である。
【図４】下部タイプレート格子の拡大断片平面図であっ
て、燃料棒支持用の４つのボスと、ボスの間の流れ空間
と、破片捕獲機能を果たす格子下部を貫通している開口
とを示す図である。
【図５】図４の線５−５に全体的に沿った下部タイプレ
ート格子の断面図である。
【図６】図４の線６−６に全体的に沿った断面図であ
る。
【図７】格子下部において一形式の配列の開口を構成し
ている一形式の開口を示す拡大断片図である。
【図８】格子下部において他形式の配列の開口を構成し
ている他形式の開口を示す拡大断片図である。
【図９】下部タイプレート格子の側部における格子下部
を貫通している開口の好適な実施例の拡大断片平面図で
ある。
【図１０】下部タイプレート格子の角部における格子下
部を貫通している開口の好適な実施例の拡大断片平面図
である。
【図１１】図４と類似の図であって、本発明の他の実施
例を示す図である。
【図１２】図５と類似の図であって、図１１の線１２−
１２に全体的に沿った断面図である。
【図１３】図６と類似の図であって、図１１の線１３−
１３に全体的に沿った断面図である。
【図１４】図４と類似の図であって、本発明の更に他の
実施例を示す図である。
【図１５】図５と類似の図であって、図１４の線１５−
１５に全体的に沿った断面図である。
【図１６】図６と類似の図であって、図１４の線１６−
１６に全体的に沿った断面図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は図１４〜図１
６に示す本発明の実施例の格子下部を貫通している開口
の拡大平面図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は図１４〜図
１６に示す本発明の実施例の格子下部を貫通している開
口の拡大平面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体 １２ 燃料棒 １４ 上部タイプレート １６ 下部タイプレート格子 ２２ ノズル ２３ 下部タイプレート・アセンブリ ２５ 遷移構造体 ２６、２６ｃ 格子下部 ２７ 流れ容積部 ２８ 格子上部 ３６、３６ｃ ボス ３８、３８ｃ ウェブ ４０、４０ｃ 流れ空間 ４２、４２ｃ 開口 ４９、４９ｃ スロート ４７、４７ｃ テーパ ４５、４５ｃ 丸み付き開口端縁 ５２ 段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルース・マッズナー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ンノゼ、クレストモント・ドライブ、 1920番 (72)発明者 ジェラルド・マーティン・ラッター アメリカ合衆国、ノース・カロライナ 州、ウィルミントン、キャノン・ロー ド、205番 (72)発明者 リチャード・アラン・プロエブストル アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ンノゼ、カメリア・ドライブ、6557番 (56)参考文献 特開 昭62−96891（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−232893（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−2199（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−46896（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 核燃料集合体における一体の下部タイプ
    レート格子であって、格子下部及び格子上部と、 該格子上部と、該格子下部とを含んでいる前記下部タイ
    プレート格子の上方に燃料棒を支持する手段とを備えて
    おり、 該支持する手段は、横方向に相隔たっている複数の円筒
    形ボスを含んでおり、該ボスは、該ボスを貫通している
    孔と、前記格子下部から上方に延在している部分とを有
    しており、前記ボスは、前記燃料棒の下端を前記孔内に
    支承するような寸法を有しており、前記支持する手段は
    更に、複数のウェブ部を含んでおり、該ウェブ部は、前
    記格子下部から上方に延在していると共に前記ボスの部
    分を相互連結して、該ボスの部分と共に前記格子上部に
    複数の流れ空間を画成しており、該流れ空間は、前記格
    子下部から延在していると共に前記下部タイプレート格
    子の上面に開いており、 前記ボスの部分は、複数の正方形マトリクスのコーナに
    設けられている垂直中心線を有しており、前記ウェブ部
    は、前記正方形マトリクスの辺に沿って前記ボスの部分
    の間に線形に延在しており、前記円筒形ボスの部分の凸
    部は、各々のマトリクスの直交方向に向いたウェブ部相
    互の間に延在しており、前記ウェブ部と、前記凸部と
    は、前記流れ空間の側壁を画成しており、 前記下部タイプレート格子の前記格子下部は、該格子下
    部を通流して前記ボスの部分と前記ウェブ部との間の前
    記流れ空間内に流入する冷却材から破片を分離するよう
    に、前記格子下部を貫通していると共に前記流れ空間と
    連通している複数の開口を含んでいる核燃料集合体にお
    ける一体の下部タイプレート格子。
  2. 【請求項２】 前記開口は、全体的に正方形状を有して
    おり、該開口の線形辺は、前記正方形マトリクスの辺に
    対して約４５度を成して延在している請求項１に記載の
    一体の下部タイプレート格子。
  3. 【請求項３】 各々の流れ空間と連通している前記複数
    の開口のうちの第１の配列の開口は、線形辺を有する全
    体的に正方形状を成しており、各々の流れ空間と連通し
    ている前記複数の開口のうちの第２の配列の開口は、４
    つよりも多い複数の辺を有しており、各々の配列の各開
    口の隣り合う辺は、該隣り合う辺の間に、ある半径の丸
    みを有している請求項１に記載の一体の下部タイプレー
    ト格子。
  4. 【請求項４】 前記開口は、前記下部タイプレート格子
    の下面に沿ってある半径の丸みを付けられており、前記
    流れ空間と連通している前記開口の側壁部は、前記タイ
    プレートの上面に向かう方向に横方向に末広になってお
    り、前記丸みを付けられた開口部と前記末広になった側
    壁部との間のスロートは、最小断面積を有しており、こ
    れにより、前記開口の各々は、前記流れ空間に向かう方
    向にベンチュリを画成している請求項１に記載の一体の
    下部タイプレート格子。
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