JP3164943B2 - 燃料スペーサ、燃料集合体及び燃料スペーサ用ばね部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料スペーサ，燃料集合
体及び燃料スペーサ用ループ状ばね部材に係わり、特
に、丸セル型の燃料スペーサ、この燃料スペーサを有す
る沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及びその燃料スペー
サ用ループ状ばね部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉に使用される燃料集合体
は複数本の燃料棒及び水ロッドを有し、これら燃料棒及
び水ロッドは複数個の燃料スペーサによって正方格子状
に束ねられ、かつ両端部が上部タイプレート及び下部タ
イプレートにより保持され燃料バンドルを構成してい
る。この燃料バンドルはチャンネルボックスに収納され
る。燃料スペーサは燃料棒及び水ロッドの水平方向間隔
を一定に保持すると共に、これらが横方向に振動しない
ように拘束する役割を持つ。

【０００３】燃料スペーサの構造にはいくつかのタイプ
があり、その１つに、例えば特開昭59−65287 号公報，
特公平3−76879号公報等に記載のように、燃料棒を丸セ
ルと呼ばれる円筒部材内に挿入した状態で支持する丸セ
ル型の燃料スペーサがある。

【０００４】丸セル型燃料スペーサは、燃料棒が挿入さ
れる複数の円筒部材（丸セル）を互いに接触させて格子
状に配置し、隣接した丸セル相互を溶接にて接合して構
成されている。丸セル内に挿入された燃料棒は、丸セル
の一部を内側に突出させて形成された２つの突起部及び
ループ状ばね部材によって半径方向に弾性的に支持され
ている。ループ状ばね部材は２つの丸セルが接触する位
置で丸セルに設けられ、両方の丸セル内に突出してい
る。このループ状ばね部材は、特開昭59−65287号公報
の図４、特公平3−76879号公報の図２６等に示すよう
に、そのループ状ばね部材の対向する２つの側壁を形成
する一対の板ばね部及びこれらの上端部及び下端部をつ
なぐ弓形の連結部を有している。また、燃料棒と同じ外
径の水ロッドを用いる場合には、水ロッドも丸セルに挿
入し、同様のループ状板ばね部部材により半径方向に弾
性的に支持される。

【０００５】一方、近年、燃料棒の配列ピッチよりも大
きな外径を有する太径水ロッドを使用することが考えら
れており、この太径水ロッドを使用した場合の燃料スペ
ーサによる水ロッドの支持に関する従来技術として、米
国特許4,686,079 号がある。この従来技術の燃料スペー
サは、両端を丸セル外周に溶接で連結され、対角状に対
向する４枚のサポートプレートを有し、対向するサポー
トプレートの一方には突起を設け、他方にはループ状板
ばね部材を保持し、この突起とループ状板ばね部材によ
り水ロッドが半径方向に弾性的に支持される。ループ状
板ばね部材には、上記した燃料棒を支持するループ状板
ばね部材と同じものが使用される。

【０００６】燃料スペーサの丸セル型以外のタイプとし
て、板材を格子状に組んで燃料棒の挿入スペースを形成
した格子型の燃料スペーサがある。この格子状燃料スペ
ーサにおいても燃料棒を弾性的に支持するのにばね部材
が用いられており、特開昭48−17096 号公報に記載の燃
料スペーサでは、ばね部材として上記と同様なループ状
ばね部材を用い、その上下端の連結部には燃料棒の軸方
向に開口した偏平形状の金輪を設け、この金輪を格子状
板材の舌状突起に挿入しばね部材を格子状板材に連結し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃料スペーサには次のような問題がある。燃料スペ
ーサは、前述したように燃料棒及び水ロッドの水平方向
間隔を一定に保持すると共に、これらが横方向に振動し
ないように拘束する役割を持っており、この機能を果た
すために燃料スペーサは十分な強度を有することが必要
である。また、燃料スペーサは、燃料集合体の熱水力特
性上、冷却材流れに対する抵抗（通常、スペーサの冷却
材圧力損失という）が可能な限り少ないことが望まれ
る。しかし、特開昭59−65287号公報，特公平3−76879
号公報，米国特許4,686,079号等に記載の燃料スペーサ
では、ループ状ばね部材の両端部に位置する弓形の連結
部が燃料集合体内の冷却材流れに直角な方向に面し、か
つ投影面積が大きいため、燃料集合体の内部を流れる冷
却材の流路を閉塞し、流れを阻害する構造となってい
た。このため、ばね部材に流入してくる冷却材は連結部
に当り減速された後、ばね部材の外側に２分割されるよ
うに流れの向きを変え、その後、燃料棒又は水ロッドと
の狭い間隙を通過する際に流速が加速される現象が生じ
る。このような流路の閉塞により生じる流れの減速，加
速及び流れの乱れは、圧力損失の増加をもたらす。

【０００８】特開昭48−17096 号公報に記載の燃料スペ
ーサは、上記のようにループ状ばね部材の上下端の連結
部に偏平形状の金輪を設け、この金輪を格子状板材の舌
状突起に挿入しばね部材を格子状板材に連結している。
即ち、金輪はループ状ばね部材と格子状板材との連結手
段として用いられ、冷却材通路に配置される構成ではな
く、丸セル型の燃料スペーサにループ状ばね部材を用い
た場合に生じる上記問題点を解決するものではない。

【０００９】そこで本件出願人は、丸セル型燃料スペー
サの上記の問題点を解決するため特願平4−145330 号
（出願日：平成４年６月５日）にて、燃料スペーサのル
ープ状ばね部材が、一対の板ばね部と、燃料棒または水
ロッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成
しかつ一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部とを有する
燃料集合体を提案した。この構成により、冷却材は連結
部の冷却材通路をスムーズに流れ、燃料スペーサの圧力
損失を低減することに成功した。

【００１０】しかし、本願発明者等の更なる検討の結
果、上記先願発明の構成では、水ロッドを支持するルー
プ状ばね部材について、製作の容易性、ばね力と強度と
の両立及び燃料スペーサの組立性の観点で十分でなく、
更に改善の余地があることが分かった。

【００１１】本発明の第１の目的は、圧力損失を低減し
つつループ状ばね部材の製造を容易にしかつループ状ば
ね部材が十分なばね力と強度を持つ燃料スペーサ，燃料
集合体及びそのループ状ばね部材を提供することであ
る。

【００１２】本発明の第２の目的は、圧力損失を低減し
つつループ状ばね部材の製造を容易にしかつ組立性に優
れた燃料スペーサ，燃料集合体及びそのループ状ばね部
材を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明によれば、燃料棒がそれぞれ挿入される
複数の円筒部材と、前記円筒部材に連結された少なくと
も１つのサポートプレートと、前記サポートプレートに
保持され、水ロッドを弾性的に支持するループ状ばね部
材とを備えた燃料スペーサにおいて、前記ループ状ばね
部材は、一対の板ばね部と、前記水ロッドの軸方向に冷
却材を導く冷却材通路を内部に形成しかつ前記一対の板
ばね部をつなぐ一対の連結部とを有し、前記一対の板ば
ね部の少なくとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置
し前記サポートプレートに接触して板ばねの支点となる
第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記水
ロッドと接触して板ばねの力点となる第２の屈曲部とを
有し、かつその一方の板ばね部は、前記連結部につなが
る両端部分に、その両端部分以外の本体部分及び前記連
結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの支点と
なる第１の屈曲部は前記幅狭部に位置していることを特
徴とする燃料スペーサが提供される。

【００１４】上記燃料スペーサにおいて、好ましくは、
前記ループ状ばね部材の前記連結部の外端から前記板ば
ねの支点となる第１の屈曲部までの長さはループ状ばね
部材の全長の１０〜１５％である。

【００１５】また好ましくは、前記ループ状ばね部材の
前記板ばね部の幅狭部は前記連結部の幅よりループ状ば
ね部材を構成する板材の板厚の約４倍以上板幅が狭い。

【００１６】また好ましくは、前記ループ状ばね部材の
前記板ばね部の幅狭部の長さは前記ループ状ばね部材の
全長の５〜１０％である。

【００１７】また好ましくは、前記ループ状ばね部材の
前記本体部分の板幅は前記連結部の幅とほぼ等しい。

【００１８】更に好ましくは、前記板ばねの支点となる
第１の屈曲部は前記幅狭部の前記本体部分との境界付近
に位置している。

【００１９】また好ましくは、前記板ばねの力点となる
第２の屈曲部は内側に向けて突出した凸部である。

【００２０】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明によれば、燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒
部材と、前記円筒部材に連結された少なくとも１つのサ
ポートプレートと、前記サポートプレートに保持され、
水ロッドを弾性的に支持するループ状ばね部材とを備え
た燃料スペーサにおいて、前記ループ状ばね部材は、一
対の板ばね部と、前記水ロッドの軸方向に冷却材を導く
冷却材通路を内部に形成しかつ前記一対の板ばね部をつ
なぐ一対の連結部とを有し、前記一対の板ばね部の少な
くとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置し前記サポ
ートプレートに接触して板ばねの支点となる第１の屈曲
部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記水ロッドと接
触して板ばねの力点となる第２の屈曲部とを有し、かつ
その一方の板ばね部は、前記連結部につながる両端部分
に、その両端部分以外の本体部分及び前記連結部より板
幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの力点となる第２の
屈曲部は前記本体部分に位置し、かつこの本体部分の板
幅が前記連結部の幅とほぼ等しいことを特徴とする燃料
スペーサが提供される。

【００２１】また、上記第１及び第２の目的を達成する
ため、本発明によれば、上記燃料スペーサにおいて、隣
接した一対の円筒部材内に位置する燃料棒を弾性的に支
持する第１のループ状ばね部材を更に備え、水ロッドを
弾性的に支持する前記ループ状ばね部材を第２のループ
状ばね部材とし、前記第１のループ状ばね部材は、それ
ぞれ、一対の板ばね部と、前記燃料棒の軸方向に冷却材
を導く冷却材通路を内部に形成しかつ前記一対の板ばね
部をつなぐ一対の連結部とを有することを特徴とする燃
料スペーサが提供される。

【００２２】更に、上記第１及び第２の目的を達成する
ため、本発明によれば、複数本の燃料棒及び少なくとも
１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドの相互の
間隔を保持する上記燃料スペーサとを備えた燃料集合体
が提供される。

【００２３】また上記第１及び第２の目的を達成するた
め、本発明によれば、燃料スペーサの構造部材に保持さ
れ、ロッド状部材を弾性的に支持する燃料スペーサ用ル
ープ状ばね部材において、上記の構成を持つループ状ば
ね部材が提供される。

【００２４】

【作用】流れ場における圧力損失（圧損）は、一般に流
れの縮小・拡大，スムーズな流れの阻害によって生じ
る。流れ場に物体が存在すれば圧損は避けられないもの
であるが、特に流れに直角に物体が存在する場合大きな
圧損が生じ易い。しかし、当該物体に単数又は複数の貫
通孔を設ければ、該貫通孔が流路となってスムーズな流
れが確保できるため、圧損低減に効果がある。即ち、流
れに対して流路を開放することが圧損低減に寄与でき
る。

【００２５】以上のことから、従来の燃料スペーサのル
ープ状ばね部材において、両端部が流れの方向に直角に
配置される構造を、流れの方向に開口した構造に改良す
ることによって、圧損低減を図ることが期待できる。

【００２６】本発明は、以上の知見により、ループ状ば
ね部材の一対の板ばね部をつなぐ連結部を、水ロッドの
軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成する構造
としており、これにより燃料スペーサに流入する冷却材
はループ状ばね部材の連結部に阻害されることなくスム
ーズに通過でき、流れの減速・加速及び乱れが低減され
るため、ループ状ばね部材による圧損が低減される。

【００２７】燃料棒支持用のループ状ばね部材は両側の
板ばね部で隣接する２つの燃料棒を支持するのに対し
て、水ロッドを支持するループ状ばね部材は片側の板ば
ね部で水ロッドを支持し、反対側の板ばね部は遊ぶ形と
なる。このため、本発明では、一対の板ばね部の少なく
とも一方は、板ばね部の両端付近に第１の屈曲部を形成
し、この第１の屈曲部をサポートプレートに接触させて
当該部位を板ばねの支点として作用させる。

【００２８】また、板ばね部の連結部に上記のように冷
却材通路を形成する場合、連結部は好ましくは板材を曲
げ成形加工することで作られる。本発明では、連結部に
つながる板ばね部の両端部分に連結部より板幅が狭い幅
狭部を設けており、これにより曲げ成形加工が容易とな
る。

【００２９】板ばね部の両端付近に支点となる第１の屈
曲部を位置させ、しかもその両端部分には幅狭部がある
場合、ばね力及びばね強度（特に幅狭部の強度）の観点
で両立するように板ばね部の第１の屈曲部（支点）の位
置を設定する必要がある。

【００３０】本願発明者等の検討によれば、支点の板幅
が板ばね部本体部分の板幅とほぼ等しいと、幅狭部の連
結部付根の荷重負担が増し応力が増加し、強度的に不利
となり、支点の板幅が幅狭部と同じ板幅になると、幅狭
部の連結部付根と支点で荷重負担が分散し、連結部付根
の応力は低減し、強度的に有利になることが分かった。

【００３１】本発明では、以上の知見により、板ばねの
支点となる第１の屈曲部を幅狭部に位置させており、こ
れにより連結部の曲げ加工を容易にするため幅狭部を形
成し、しかもばね強度を大きく低下させることがない。
また、ループ状ばね部材の連結部の外端から板ばねの支
点となる第１の屈曲部までの長さを適切に設定すれば、
幅狭部の応力を過度に増大させることなく十分なばね力
を得ることができる。

【００３２】以上により本発明は、燃料スペーサの圧力
損失を低減しつつ、ループ状ばね部材の製造を容易にし
かつループ状ばね部材に十分なばね力と強度を持たせる
ことができる。

【００３３】板ばねの支点となる第１の屈曲部を幅狭部
に位置する場合、板ばね部のばね力と幅狭部の連結部付
根の応力は、ループ状ばね部材の連結部の外端から第１
の屈曲部までの長さに依存して変化する。本願発明者等
の検討によれば、ループ状ばね部材の連結部の外端から
板ばねの支点となる第１の屈曲部までの長さをループ状
ばね部材の全長の１０〜１５％とすれば、ばね力及びば
ね強度（応力）の観点で十分であることが分かった。

【００３４】本発明では、以上の知見により、ループ状
ばね部材の連結部の外端から板ばねの支点となる第１の
屈曲部までの長さをループ状ばね部材の全長の１０〜１
５％としており、これにより板ばね部に上記作用の幅狭
部を設けつつ、十分なばね力とばね強度を確保すること
ができる。

【００３５】圧力損失低減に効果のある上記のループ状
ばね部材を曲げ成形加工で製作する場合、連結部には曲
げ部が形成される。この曲げ部は曲げ半径が小さくなる
と歪みが増大し、曲げ部に割れが生じるなど適切な曲げ
加工が困難になる。曲げ加工を容易にする最小曲げ半径
は板材の材質に依存する。本願発明者等は、試作を重ね
た結果、ニッケル基合金の板材からなるループ状ばね部
材の場合、曲げ半径は板材の板厚以上あれば曲げ加工を
無理なく行えることが分かった。一方、連結部を曲げ加
工する場合、板ばね部を平坦に保つためには、板ばね部
の側縁部が連結部の側部内側面より曲げ半径以上の距
離、内側に後退していることが必要であり、したがって
板ばね部の板幅は連結部の幅よりも曲げ部半径の約４倍
相当分以上狭くなっている必要がある。

【００３６】本発明では、以上の知見により、ループ状
ばね部材の板ばね部の幅狭部を連結部の幅よりループ状
ばね部材を構成する板材の板厚の約４倍以上狭くしてお
り、これにより連結部の曲げ部半径を板厚以上にして
も、板ばね部の幅狭部の板幅は連結部の幅よりも曲げ部
半径の約４倍相当分以上狭くなり、板ばね部の平坦化を
保ちかつ連結部の曲げ加工を容易にできる。

【００３７】支点となる第１の屈曲部を板ばね部の幅狭
部に位置させる場合、生じるばね力を最大とするために
は、支点となる第１の屈曲部を幅狭部の板ばね部本体部
分との境界付近に位置させることが有利であり、このた
め本発明では、当該第１の屈曲部を幅狭部の板ばね部本
体部分との境界付近に位置させている。

【００３８】また、連結部の長さはループ状ばね部材の
全長の５％程度で十分に機能する。このため、ループ状
ばね部材の連結部の外端から板ばねの支点となる第１の
屈曲部までの長さをループ状ばね部材の全長の１０〜１
５％とした場合、幅狭部の長さはループ状ばね部材の全
長の５〜１０％となる。

【００３９】ループ状ばね部材で水ロッドを支持する場
合、例えば地震時等において、水ロッドがその軸に垂直
な方向に過大な加速度を受けループ状ばね部材の方向に
移動すると、ループ状ばね部材の反水ロッド側は拘束物
がないので、この水ロッドの過大な移動に起因してルー
プ状ばね部材が押し潰されるような塑性変形が生じる可
能性がある。本発明では、板ばねの力点となる第２の屈
曲部を内側に向けて突出した凸部で構成しており、これ
により地震時において水ロッドが過度に移動しようとし
ても、その移動は剛性の大きい凸部によって阻止される
ので、板ばね部の塑性変形を防止できる。

【００４０】板ばね部を連結部より幅狭にする場合、板
ばね部の全長を幅狭にしても曲げ加工を容易にする観点
では目的を達成できる。しかし、サポートプレートを溶
接して燃料スペーサを組立てる際、ループ状ばね部材が
移動しないように治具で固定する必要がある。この場
合、板ばね部の全長を連結部より幅狭にすると、燃料ス
ペーサの組立後の治具取外しが困難になる。

【００４１】本発明では、以上の知見により、連結部と
板ばね部の本体部分の幅を等しくしており、これにより
治具が板ばね部を保持しても、治具は容易に上下方向に
移動可能となり、したがって確実にループ状ばね部材を
固定し、かつ燃料スペーサ組立後の治具取外しの容易性
が確保される。

【００４２】以上により本発明は、燃料スペーサの圧力
損失を低減しつつ、ループ状ばね歩合の製造を容易にし
かつ燃料スペーサを組立性に優れた構造とすることがで
きる。

【００４３】また、本発明では、燃料棒を弾性的に支持
するループ状ばね部材の一対の板ばね部をつなぐ連結部
を、水ロッドを支持するループ状ばね部材と同様に、燃
料棒の軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成す
る構造としており、これにより燃料スペーサに流入する
冷却材は、このループ状ばね部材の連結部にも阻害され
ることなくスムーズに通過できるため、燃料スペーサの
圧力損失が更に低減する。

【００４４】

【実施例】以下、本実施例の一実施例を図面により説明
する。図２において、１は本実施例の燃料集合体であ
り、燃料集合体１は、複数の燃料棒２及び太径の水ロッ
ド３を有し、これら燃料棒２及び水ロッド３は複数個の
燃料スペーサ４によって正方格子状に束ねられ、かつ上
端部及び下端部が上部タイプレート５及び下部タイプレ
ート６により保持され燃料バンドルを構成している。こ
の燃料バンドルは上部タイプレート５に取り付けられた
チャンネルボックス７に収納される。燃料スペーサ４は
燃料バンドルの軸方向に７個設けられ、燃料棒２及び水
ロッド３の水平方向間隔を一定に保持すると共に、これ
らが横方向に振動しないように拘束する役割を持つ。

【００４５】燃料スペーサ４は、図３に示すように、複
数の丸セル１０を格子状に配置し、最外周に位置する丸
セル１０の外側をバンド１１にて取り囲んで構成され
る。隣接している丸セル１０は、溶接にて接合されてい
る。バンド１１も、丸セル１０に溶接にて取り付けられ
る。各丸セル１０は、この側壁の一部を内側に突出させ
た突起部１２を有する。第１のループ状ばね部材１３
が、２個の丸セル１０が隣接する位置に設けられる。丸
セル１０内に挿入された燃料棒２は、２つの突起部１２
及び１つのループ状ばね部材１３によって支持される。
燃料スペーサ４の横断面中央部には、水ロッド３を挿入
するために、ちょうど４個の丸セル１０を取り除いた状
態の空間が形成される。この空間に面する丸セル１０
は、隣接するものが２個ずつ、板状の架橋部材からなる
サポートプレート１５によって結合される。サポートプ
レート１５は４個ある。

【００４６】ループ状ばね部材１３は、図４に示す形状
を有する。即ち、ループ状ばね部材１３は、２つの対向
する側壁を形成する一対の板ばね部１９、これらの板ば
ね部１９の両端部をそれぞれ連結する２つの連結部２０
を備える。板ばね部１９は、中央に外側に突出し燃料棒
２と点接触する凸部１９Ａを有する。連結部２０は、横
断面が矩形で丸セル１０の軸方向に伸びる筒である。こ
のため、連結部２０内には、その軸方向に伸びる開口２
１が形成される。このようなループ状ばね部材１３は、
ばね材として優れた耐熱耐食超合金、例えばニッケル基
合金（例えば、０.０８ｗｔ％以下のＣ，１.００ｗｔ以
下％のＭｎ，０.０５ｗｔ％以下のＳｉ，１４.００〜１
７.００ｗｔ％のＣｒ，０.７０〜１.２０ｗｔ％のＮ
ｂ，2.25〜２.７５ｗｔ％のＴｉ，０.４０〜１.００ｗ
ｔ％のＡｌ,５.００〜９.００ｗｔ％のＦｅ、及び残部
がＮｉであるニッケル基合金）の冷間引き抜きの角筒材
又は圧延板材（厚さ約０.３mm)を加工することによって
作られる。ループ状ばね部材１３は、丸セル１０の側壁
を貫通するように隣接した２つの丸セル１０に設置され
る。即ち、ループ状ばね部材１３は、丸セル１０にコの
字形の切り込みを入れて形成された突片（例えば、特開
昭59−65287 号公報の図５に示された突片６９及び特公
平3−76879号公報の図１０に示された突片８Ｃ）がルー
プ状ばね部材１３内に挿入されることによってその突片
で支持される。この隣接した２つの丸セル１０にループ
状ばね部材１３を取り付けた状態を図５に示す。図５は
その状態を上方より見たもので、開口２１が上方に向か
って開いている。

【００４７】サポートプレート１５は隣接する２個のサ
ポートプレート１５Ａと隣接する他の２個のサポートプ
レート１５Ｂの２種類からなる。サポートプレート１５
Ａは、図６に示すようにその側壁の一部を水ロッド３側
に突出させた突起部２７を有する。サポートプレート１
５Ｂは突起部を有しておらず、代わりに図７に示すよう
に第２のループ状ばね部材２２が取り付けられる。

【００４８】燃料スペーサ４内に挿入された水ロッド３
は、２個のサポートプレート１５Ａに設けられえた各突
起部２７及び２個のサポートプレート１５Ｂに設けられ
た各ループ状ばね２２によって半径方向に弾性的に支持
される。燃料棒２の配列ピッチよりも大きな外形を有す
る水ロッド３の燃料スペーサ４内への挿入は、米国特許
4,686,079 のコラム４、２２〜３７行及び図３に示され
ている。燃料スペーサ４は、水ロッド３に設けられた図
示しない支持部によって、軸方向で支持される。

【００４９】ループ状ばね部材２２は、図１及び図８に
示す形状を有する。即ち、ループ状ばね部材２２は、一
対の対向する側壁を形成する一対の板ばね部３２、これ
らの板ばね部３２の両端部をそれぞれ連結する一対の連
結部３３を備える。

【００５０】板ばね部３２は、連結部３３につながる両
端部分を除いた本体部分３２ａと、その両端部分に位置
し本体部分３２ａ及び連結部３３より板幅が狭い幅狭部
32ｂとを有している。板幅変化部に過度の荷重負担が掛
からないように、幅狭部32ｂから本体部分３２ａに向か
って、板幅を連続的に増加させた滑らかな形状にしてあ
る。また、板ばね部３２はその両端付近に第１の屈曲部
として内側に突出した凸部３４を有し、中央付近に第２
の屈曲部として内側に突出した凸部３５を有している。
凸部３４は幅狭部３２ｂに位置しており、特に本実施例
ではばね力を最大限に確保するため、凸部３４は幅狭部
３４ｂの本体部分３２ａとの境界部近傍に位置してい
る。凸部３５は本体部分３２ａの長手方向中央に位置し
ている。水ロッド３側に位置する板ばね部３２の凸部３
４はサポートプレート１５Ｂに接触して板ばねの支点と
なり、凸部３５により水ロッド３側に形成される２つの
凸部３５ａは水ロッド３と点接触して板ばねの力点とな
る。

【００５１】連結部３３の外端から板ばねの支点となる
凸部３４までの長さＬ１はループ状ばね部材２２の全長
Ｌ０の１０〜１５％である。また、連結部３３の長さＬ
２はループ状ばね部材２２の全長Ｌ０の５％程度で十分
に機能するため、幅狭部32ｂの長さＬ３はループ状ばね
部材２２の全長Ｌ０の５〜１０％である。また、連結部
３３とばね部３２の本体部分３２ａの幅はＷ０で同じで
あり、幅狭部３２ｂの板幅Ｗ１は連結部３３の幅Ｗ０よ
りループ状ばね部材２２を構成する板材の板厚の約４倍
以上狭い。

【００５２】連結部３３は、横断面が矩形で水ロッド３
の軸方向に伸びる筒である。このため、連結部３３内に
はその軸方向に伸びる開口３６が形成される。図９にル
ープ状ばね部材２２をサポートプレート１５Ｂに取り付
けた状態を示す。図９はその状態を上方より見たもの
で、開口３６が上方に向かって開いている。

【００５３】ループ状ばね部材２２は、ループ状ばね部
材１３と同様にばね材として優れた耐熱耐食超合金、例
えばニッケル基合金で作られており、特にこのループ状
ばね部材２２の場合は、ニッケル基合金の板材（厚さ約
０.３mm)を曲げ成形加工し、このとき連結部３３の一部
が重なるようにし、その重なり部分を溶接にて接合する
ことにより製作される。

【００５４】丸セル型燃料スペーサ４のループ状ばね部
材１３及び２２以外の部分はジルコニウム合金（例え
ば、ジルカロイ−２）で作られる。なお、連結部２０及
び３３の横断面の形状は、円形または楕円形等にしても
よい。

【００５５】次に、以上のように構成した本実施例の作
用効果を説明する。まず、本実施例の燃料スペーサによ
る圧力損失低減の作用効果を従来の燃料スペーサと比較
して説明する。

【００５６】図１０は、特公平3−76879号公報に記載の
従来の丸セル型燃料スペーサに用いられるループ状ばね
部材１００を示し、このループ状ばね部材１００は、そ
のループ状ばねの対向する２つの側壁を形成する２つの
板ばね部１０１及びこれらの板ばね部１０１の上端部及
び下端部を連結する弓形の連結部１０２を有する。この
ループ状ばね部材１００の使用状態を図１１に示す。ル
ープ状ばね部材１００は隣接する２個の丸セル１０の側
壁に組み込まれ、丸セル１０内に挿入された燃料棒２を
支持している。

【００５７】ループ状ばね部材１００は、上記したよう
に対向する２つの側壁を形成する２つの板ばね部１０１
及びこれらの板ばね部１０１を連結する弓型の連結部１
０２を有する。板ばね部１０１は、燃料棒２を半径方向
に押圧するために燃料棒２と接触する凸部１０３を有す
る。連結部１０２は凸部１０４を有する。これらの凸部
１０４の高さ（丸セル１０の内面からの距離）は凸部１
０３のそれよりも低く、凸部１０４は、通常、燃料棒２
と接触しない。しかし、例えば地震時等において、燃料
棒がその軸に垂直な方向に過大な加速度を受けてループ
状ばね部材100の方向に移動する。凸部１０４は、この
燃料棒２の過大な移動に起因する凸部１０３の押し潰さ
れるような塑性変形を防止し、ループ状ばね部材１００
の機能消失を防止する役割を持つ。このような凸部１０
４の機能はその剛性が大きいほど向上する。凸部１０４
の剛性を大きくするために、連結部１０２には図１１に
示すように直線部が形成される。

【００５８】本願発明者等は、このような構成を有する
丸セル型燃料スペーサの丸セル内における冷却材の流れ
について詳細に検討したところ、ループ状ばね部材１０
０の上下端部での冷却材流の乱れが圧力損失の増加をも
たらすことに気付いた。この検討結果を、以下に説明す
る。

【００５９】燃料棒２間を上昇する冷却材の流れ１１２
の一部は丸セル１０内に流入し、ループ状ばね部材１０
０の連結部１０２、特に丸セル１０の長手方向に垂直に
なっている連結部１０２の直線部に当って急激に曲げら
れ、燃料棒２側に向かう流れになる。特に、丸セル１０
の内面に沿って上昇した流れ１１２の一部は、連結部１
０２の直線部の下面に当り燃料棒２側に向う横方向の流
れとなる。このような冷却材の流れによって、丸セル１
０とこの丸セル１０内に挿入された燃料棒２との間に形
成される狭い領域内において、渦を伴う横方向の乱れた
冷却材流が発生する。また、ループ状ばね部材１００の
上端部においても、ループ状ばね部材１００と丸セル１
０によって囲まれた空間１１３内に流入した冷却材は、
上昇して連結部１０２の直線部の下面に当って横方向に
向かう流れとなる。この流れによっても、丸セル１０と
燃料棒２との間に形成される狭い領域内において、渦を
伴う横方向の乱れた冷却材流が発生する。

【００６０】上記のような渦を伴う冷却材流の発生は、
丸セル１０内の冷却材流路の圧力損失、すなわち丸セル
型燃料スペーサの圧力損失を増大させる。特に、燃料集
合体の上部の気液二層流部分に位置する丸セル型燃料ス
ペーサでは、上記のようなループ状ばね部材１００の連
結部１０２の直線部に起因して生じる渦を伴う冷却材流
（蒸気及び冷却液の混合流）により、圧力損失がより大
きくなる。

【００６１】水ロッドを支持するループ状ばね部材につ
いても同様である。図１２は、米国特許4,686,079 号に
記載の従来技術において、上記と同様のループ状ばね部
材１２０で太径の水ロッド３を支持している状態を示
す。ループ状ばね部材１２０はサポートプレート１２１
にコの字形の切り込みを入れて形成された突片１２２に
挿入され、保持されている。この場合も、ループ状ばね
部材１２０の上端部及び下端部に位置する連結部１２３
が冷却材の流れ１２４の抵抗となり、圧力損失を増大さ
せる。

【００６２】以上の従来技術に対し、上記の構成を有す
る本実施例では、燃料スペーサ４の丸セル１０に設けら
れるループ状ばね部材１３及びサポートプレート１５Ｂ
に設けられるループ状ばね部材２２は上下端部に筒状の
連結部２０，３３を有するので、従来例でループ状ばね
の上下端部の形状に基づく渦を伴う横方向の乱れた冷却
材流の発生が抑制される。これを、図１３及び図１４に
より詳細に説明する。

【００６３】図１３において、燃料棒２の相互間を上昇
する冷却材流４０は、燃料スペーサ４の丸セル１０内に
流入する。丸セル１０の内面に沿って上昇した冷却材流
４０は、下端部の連結部２０によってさえぎられること
がなくその開口２１を通って上昇し、上端部の連結部２
０の開口２１を通ってループ状ばね部材１３よりも上方
に達する。

【００６４】図１４において、丸セル１０と水ロッド３
の間を上昇する冷却材流４１の一部は、下端部の連結部
３３によってさえぎられることがなくその開口３６を通
って上昇し、上端部の連結部３３の開口３６を通ってル
ープ状ばね部材２２よりも上方に達する。

【００６５】このように、上下端部の各連結部２０，３
３によって生じる冷却材流の乱れが、著しく少なくな
る。このため、冷却材通路の圧力損失は著しく減少す
る。これは、燃料スペーサ４の圧力損失、ひいては燃料
集合体１の圧力損失を著しく減少させることになる。な
お、図１３において、２８はループ状ばね部材１３を支
持する突片であり、前述したように丸セル１０にコの字
形の切り込みを入れて形成される。

【００６６】次に、本実施例の燃料スペーサにおけるル
ープ状ばね部材１３，２２のその他の作用効果を説明す
る。

【００６７】まず、ループ状ばね部材１３について、横
断面が矩形の連結部２０を設けることによってループ状
ばね部材１３の上下端部での剛性が特公平3−76879号公
報の図２６に示すループ状ばね部材のそれよりも大きく
なり、板ばね部１９による燃料棒２への押し付け力が増
大する。このため、燃料棒２の振動が減少する。更に、
凸部１９Ａが燃料棒２と点接触をしているので、燃料棒
２が冷却材と接触する面積が増大し、燃料棒２の冷却効
率が大きくなる。また、ループ状ばね部材１３の板ばね
部１９は両端部が連結部２０で連結され、板ばね部１９
の中央部が外側に向かって張り出しているので、燃料集
合体１の組立て時において丸セル１０内に燃料棒２を挿
入する操作が簡単に行える。更に、地震時において燃料
棒が過度に移動しようとしても、その移動は剛性の大き
い連結部２０によって阻止されるので、ばね部１９の塑
性変形を防止できる。

【００６８】なお、前述のように、ループ状ばね部材１
３の上下端部での剛性が特公平3−76879号公報の図２６
に示すループ状ばね（肉厚約０.３mm）のそれよりも大
きくなり板ばね部１９のばね定数が増加するので、その
従来のループ状ばねにおける燃料棒の押しつけ力と同程
度の押し付け力を得る場合には、ループ状ばね部材１３
の肉厚を約０.３mm から更に薄くできる。これは、丸セ
ル型燃料スペーサの圧力損失を更に低下させることにつ
ながる。

【００６９】一方、ループ状ばね部材２２についても、
肉厚が０.３mm であるので連結部３３の投影面積は小さ
く、かつ開口３６を有するので、ループ状ばね部材２２
も燃料スペーサ４の圧力損失を低減させる。また、ルー
プ状ばね部材２２の連結部３３は、図１に示すように、
一部が重なるように溶接にて接合されている。連結部３
３をこのように一部重ねることにより、万一、溶接部に
はがれを生じた場合でも本来の形状を維持できる効果が
ある。更に、連結部３３の溶接部（一部が重なっている
面）を図９及び図１４に示すように水ロッド３と対向し
ない側に位置させることにより、水ロッド３を燃料スペ
ーサ４内に挿入するときに、その溶接部との接触により
水ロッド３の表面に疵がつくことを防止できる。

【００７０】次に、ループ状ばね部材２２に固有の作用
効果を説明する。圧力損失低減に効果のある前記構造の
ループ状ばね部材２２は曲げ成形加工で製作される。こ
の場合、連結部３３には、図１５に示すような半径Ｒの
曲げ部が形成される。半径Ｒが小さくなると曲げ部の歪
みが増大し、曲げ部に割れが生じるなど適切な曲げ加工
が困難になる。曲げ加工を容易にする最小半径Ｒは板材
の材質に依存する。本願発明者等は、試作を重ねた結
果、ニッケル基合金の板材からなるループ状ばね部材２
２の場合、曲げ半径Ｒは板材の板厚ｔ以上あれば曲げ加
工を無理なく行えることが分かった。一方、連結部３３
を曲げ加工する場合、板ばね部３２を平坦に保つために
は、板ばね部３２の側縁部が連結部３３の側部内側面よ
り曲げ半径Ｒ以上の距離、内側に後退していることが必
要であり、したがって板ばね部３２の板幅は連結部３３
の幅よりも曲げ部半径Ｒの約４倍相当分以上狭くなって
いる必要がある。

【００７１】本実施例では、板ばね部３２の幅狭部３２
ｂの板幅Ｗ１は連結部３３の幅Ｗ０よりループ状ばね部
材２２を構成する板材の板厚ｔの約４倍以上狭くしてい
る。このため、連結部３３の曲げ部半径Ｒを板厚ｔ以上
にしても、板ばね部３２の幅狭部３２ｂの板幅Ｗ１は連
結部３３の幅Ｗ０よりも曲げ部半径Ｒの約４倍相当分以
上狭くなり、板ばね部３２の平坦化を保ちつつ連結部３
３の曲げ加工を容易に行うことができる。

【００７２】ところで、板ばね部を連結部より幅狭にす
る場合、板ばね部の全長を幅狭にしても曲げ加工を容易
にする観点では目的を達成できる。しかし、丸セル１０
及びサポートプレート１５等の燃料スペーサ４の構造部
材を溶接して燃料スペーサ４を組立てる際、ループ状ば
ね部材２２が移動しないように治具で固定する必要があ
る。この場合、板ばね部の全長を連結部より幅狭にする
と、燃料スペーサ４の組立後の治具取外しが困難にな
る。このことを図１６により説明する。

【００７３】図１６において、丸セル１０及びサポート
プレート１５Ｂはスポット溶接４５で接合され燃料スペ
ーサに組み立てられる。この溶接に際して、ループ状ば
ね部材２２Ａはサポートプレート１５Ｂに挿入され、サ
ポートプレート１５Ｂは治具４６で固定される。また、
ループ状ばね部材２２Ａはスポット溶接の熱の影響を最
小にするため、サポートプレート１５Ｂの中央位置に治
具４６で保持される。ここで、治具４６はループ状ばね
部材２２Ａの板ばね部３２Ａを保持する構造となってお
り、板ばね部３２Ａがその全長にわたって幅狭である場
合、治具４６をループ状ばね部材２２Ａの長手方向即ち
上下方向（図１６の紙面垂直方向）に移動させることが
できない。このため、サポートプレート１５Ｂを溶接
後、治具４６を上下方向に移動させることで取り外すこ
とが困難となる。

【００７４】これに対し本実施例では、連結部３３と板
ばね部３２の本体部分３２ａの幅を等しくしているの
で、図１７に示すように、治具４６が板ばね部３２を保
持しても、治具４６は容易に上下方向に移動可能であ
り、したがって確実にループ状ばね部材２２を固定し、
かつ燃料スペーサ４組立後の治具取外しの容易性が確保
される。

【００７５】次に、板ばね部３２の両端部分（幅狭部３
２ｂ）の板幅の減少はループ状ばね部材２２のばね力を
低下させる。必要なばね力を得るため、板ばね部３２の
幅狭部３２ｂの板幅を増加させると、上記の連結部３３
の曲げ加工容易性の観点から連結部３３の幅を増加させ
ることになり、燃料スペーサ４内の限られたスペースを
考慮すると現実的ではない。また、上記のように、確実
にループ状ばね部材２２を固定しかつ燃料スペーサ４組
立後の治具取外しの容易性を考慮すると、連結部３３と
板ばね部３２の幅を等しくすることが望ましい。

【００７６】即ち、ループ状ばね部材２２自体の製造性
及び燃料スペーサ４の組立性を考慮すると、連結部３３
の付根の板ばね部３２（幅狭部３２ｂ）の板幅を狭く
し、この部分以外の板ばね部３２（本体部分３２ａ）の
板幅は連結部３３の幅と等しくした、図８に示すような
ループ状ばね部材２２の形状が望ましいことになる。

【００７７】ところで、燃料棒支持用のループ状ばね部
材１３は両側の板ばね部１９で隣接する２つの燃料棒２
を支持するのに対して、ループ状ばね部材２２の場合
は、図１４に示すようにループ状ばね部材２２の片側の
板ばね部３２で水ロッド４を支持し、反対側の板ばね部
３２は遊ぶ形となる。このため、板ばね部３２の両端部
の連結部３３の近傍で板ばね部３２に凸部３４を設け、
この凸部３４をサポートプレート１５Ｂに接触させて当
該部位を板ばねの支点として作用させている。この場
合、凸部３４は板ばね部３２の両端部近傍にあり、しか
もその両端部近傍には上記幅狭部３２ｂがあるため、ば
ね力及びばね強度（特に前記幅狭部の強度）の観点で両
立するように板ばね部３２の支点（凸部３４）の位置を
設定し、調整する必要がある。

【００７８】図１８に、支点となる凸部３４の位置を一
定として板ばね部３２の幅狭部32ｂの長さを変えた場合
の板ばね部３２の連結部３３に対する付根（連結部付
根）Ａと支点Ｂでの応力の変化について、本願発明者等
が行った検討結果を示す。図中、Ｌ０，Ｌ３はそれぞれ
前述したループ状ばね部材２２の全長及び幅狭部３２ｂ
の長さであり、Ｌ４は固定した支点Ｂの連結部付根から
の距離である。Ｉ１，Ｉ２はそれぞれ板ばね部本体部分
３２ａ及び幅狭部３２ｂの断面二次モーメントであり、
Ｉ１／Ｉ２＝０.７６ とした。

【００７９】図１８から分かるように、幅狭部３２ｂの
長さＬ３が支点Ｂの連結部付根からの距離Ｌ４よりも短
く、支点Ｂの板幅が水ロッド３と接して板ばねの力点と
なる部分の板幅、即ち本体部分３２ａの板幅とほぼ等し
いと、幅狭部３２ｂの連結部付根Ａの荷重負担が増し、
応力が増加する。長さＬ３が距離Ｌ４よりも長く、支点
Ｂの板幅が幅狭部３２ｂと同じ板幅になると、幅狭部３
２ｂの連結部付根Ａと支点Ｂで荷重負担が分散し、連結
部付根Ａの応力は低減する。連結部付根Ａの応力が増大
することは、ばね強度の観点で好ましくない。本実施例
では、支点となる凸部３４は幅狭部３２ｂに形成され、
支点Ｂの板幅が幅狭部３２ｂと同じ板幅になっている。
このため、上記の連結部３３の曲げ加工容易性の観点か
ら幅狭部３２ｂを形成しかつばね強度を大きく低下させ
ることがない。

【００８０】一方、板ばねの支点（凸部３４）における
板幅が連結部付根Ａの幅狭部３２ｂと同じ板幅である場
合、板ばね部のばね力と連結部付根Ａの応力は、ループ
状ばね部材２２の端部(連結部３３の外端)から板ばねの
支点Ｂまでの長さＬ１に依存して変化する。図１９に、
支点となる凸部３４を幅狭部３２ｂの本体部分３２ａと
の境界部に位置させたまま幅狭部３２ｂの長さＬ３を変
化させることで、ループ状ばね部材２２の端部から板ば
ねの支点Ｂまでの長さＬ１を変えた場合の板ばね部３２
のばね力と連結部付根Ａの幅狭部３２ｂの応力の変化に
ついて、本願発明者等が行った検討結果を示す。

【００８１】図１９から分かるように、ループ状ばね部
材２２の端部から支点Ｂまでの長さＬ１が増加するにつ
れてばね力が増加する。一方、連結部付根Ａの幅狭部３
２ｂの応力は長さＬ１が増加するにつれて減少する。し
かし、その減少割合は次第に小さくなり飽和する傾向に
ある。このことは、ループ状ばね部材２２の端部から板
ばね支点Ｂまでの長さＬ１を増加することは、ばね力増
加及びばね応力低減の観点で効果的であるが、ある一定
値以上になると応力低減効果は少ないことを意味する。
また、ループ状ばね部材２２の端部から板ばね部支点Ｂ
までの長さＬ１を増加すると、ループ状ばね部材２２の
端部の水ロッド３側への変位が次第に増して、水ロッド
３とループ状ばね部材２２の端部の間隙を減少させ、冷
却材流路を狭くする方向に作用するので、ループ状ばね
部材２２の端部から板ばね部支点Ｂまでの距離を極端に
大きくすることは好ましくない。

【００８２】図１９から分かるように、ループ状ばね部
材２２の両端からループ状ばね部材２２全長Ｌ０の１０
〜１５％相当離れた板ばね中央寄りの位置をサポートプ
レート１５Ｂに接触させ板ばねの支点Ｂとして作用させ
れば、ばね力及びばね強度（応力）の観点で十分であ
る。ループ状ばね部材２２の端部から板ばね支点Ｂまで
の長さＬ１を全長Ｌ０の１５％以上にする利点はないも
のと考えられる。

【００８３】本実施例では、以上の知見により、ループ
状ばね部材２２の端部から板ばねの支点Ｂまでの長さＬ
１をループ状ばね部材２２の全長Ｌ０の１０〜１５％と
しており、これにより板ばね部３２に幅狭部３２ｂを設
けつつ、十分なばね力とばね強度を確保することができ
る。また、連結部３３の長さＬ２はループ状ばね部材２
２の全長Ｌ０の５％程度で十分に機能するため、幅狭部
３２ｂの長さＬ３はループ状ばね部材２２の全長Ｌ０の
５〜１０％となる。

【００８４】更に、本実施例のループ状ばね部材２２に
よれば次の効果も得られる。図１２に示す従来のループ
状ばね部材１２０においては、例えば地震時等におい
て、水ロッド３がその軸に垂直な方向に過大な加速度を
受けループ状ばね部材１２０の方向に移動すると、ルー
プ状ばね部材１２０の反水ロッド側は拘束物がないの
で、この水ロッド３の過大な移動に起因する連結部１２
３が押し潰されるような塑性変形が生じる可能性があ
る。これに対し、本実施例のループ状ばね部材２２で
は、板ばね部３２の中央部を内側に突出させることによ
り凸部３５を形成し、板ばねの力点を与えている。この
ため、地震時において水ロッド３が過度に移動しようと
しても、その移動は剛性の大きい凸部３５によって阻止
されるので、板ばね部３２の塑性変形を防止できる。

【００８５】以上のように本実施例によれば、燃料集合
体１の燃料スペーサ４における冷却材圧力損失を低減す
ることができると共に、水ロッド３を支持するループ状
ばね部材２２が十分なばね力を持ちかつ強度的にも優
れ、しかもループ状ばね部材２２自体の製造及び燃料ス
ペーサ４の組立が容易になる。

【００８６】なお、以上の実施例では、ループ状ばね部
材２２は水ロッドを支持するものとして説明した。しか
し、ループ状ばね部材の使用対象は水ロッドのみに限ら
れず、燃料棒が片側にしか存在しない状況ではその燃料
棒の支持に用いることもできる。例えば、普通長燃料棒
より短い部分長燃料棒を使用する燃料集合体において、
部分長燃料棒の上端より下方ではその部分長燃料棒とこ
れに隣接する普通長燃料棒を支持するのに図１３に示す
ようなループ状ばね部材１３を用いていたものが、部分
長燃料棒の上端より上方ではその普通長燃料棒のみを支
持しなければならなくなることがある。このような場
合、上記のループ状ばね部材２２を用いて片側で燃料棒
を支持し、上記と同様の効果を得ることができる。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、燃料スペーサの圧力損
失を低減しつつ、ループ状ばね部材の製造を容易にしか
つループ状ばね部材に十分なばね力と強度を持たせるこ
とができる。

【００８８】また、本発明によれば、燃料スペーサの圧
力損失を低減しつつ、ループ状ばね歩合の製造を容易に
しかつ燃料スペーサを組立性に優れた構造とすることが
できる。

【００８９】更に、本発明によれば、水ロッド及び燃料
棒それぞれを支持するループ状ばね部材を通過する冷却
材の流れをスムーズにし、燃料スペーサの圧力損失を更
に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による燃料スペーサの水ロッ
ド支持用のループ状ばね部材の斜視図である。

【図２】本発明の一実施例による燃料スペーサを組み込
んだ燃料集合体の縦断面図である。

【図３】本発明の一実施例による燃料スペーサの平面図
である。

【図４】燃料スペーサの燃料棒支持用のループ状ばね部
材の斜視図である。

【図５】図４に示すループ状ばね部材の取付状態を示す
図３の部分拡大図である。

【図６】２種類のサポートプレートのうち一方のサポー
トプレートの取付状態を示す斜視図である。

【図７】２種類のサポートプレートのうち他方のサポー
トプレートの取付状態を示す斜視図である。

【図８】図１に示すループ状ばね部材の正面図である。

【図９】図１に示すループ状ばね部材の取付状態を示す
図３の部分拡大図である。

【図１０】従来のループ状ばね部材の斜視図である。

【図１１】従来のループ状ばね部材で燃料棒を支持した
場合の冷却材の流れを示す説明図である。

【図１２】従来のループ状ばね部材で水ロッドを支持し
た場合の冷却材の流れを示す説明図である。

【図１３】図４に示すループ状ばね部材で燃料棒を支持
した場合の冷却材の流れを示す説明図である。

【図１４】図１に示すループ状ばね部材で水ロッドを支
持した場合の冷却材の流れを示す説明図である。

【図１５】図１に示すループ状ばね部材の連結部の曲げ
成形加工での曲げ部の曲げ半径と板厚との関係を示す説
明図である。

【図１６】図１に示すループ状ばね部材で板ばね部全長
を幅狭にした場合の治具の使用状態を示す説明図であ
る。

【図１７】図１に示すループ状ばね部材による治具の使
用状態を示す説明図である。

【図１８】図１に示すループ状ばね部材の支点と幅狭部
との位置関係による応力の変化を示す図である。

【図１９】図１に示すループ状ばね部材の支点位置を変
えた場合のばね力及び応力の変化を示す図である。

【符号の説明】

１…燃料集合体、２…燃料棒、３…水ロッド、４…燃料
スペーサ、５…上部タイプレート、６…下部タイプレー
ト、７…チャンネルボックス、１０…丸セル、１３…ル
ープ状ばね部材、１５，１５Ａ，１５Ｂ…サポートプレ
ート、１９…板ばね部、２０…連結部、２１…開口（冷
却材通路）、２２…ループ状ばね部材、３２…板ばね
部、３２ａ…本体部分、３２ｂ…幅狭部、３３…連結
部、３４…凸部（支点）、３５…凸部、３５ａ…凸部
（力点）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安嶋 政吉 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平６−331772（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294293（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−249987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−207991（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/32 G21C 3/34

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部
   材と、前記円筒部材に連結された少なくとも１つのサポ
   ートプレートと、前記サポートプレートに保持され、水
   ロッドを弾性的に支持するループ状ばね部材とを備えた
   燃料スペーサにおいて、 前記ループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前記水ロ
   ッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成し
   かつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部とを有
   し、 前記一対の板ばね部の少なくとも一方は、該板ばね部の
   両端付近に位置し前記サポートプレートに接触して板ば
   ねの支点となる第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近
   に位置し前記水ロッドと接触して板ばねの力点となる第
   ２の屈曲部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記
   連結部につながる両端部分に、その両端部分以外の本体
   部分及び前記連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記
   板ばねの支点となる第１の屈曲部は前記幅狭部に位置し
   ていることを特徴とする燃料スペーサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記ループ状ばね部材の前記連結部の外端から前記板ばね
   の支点となる第１の屈曲部までの長さはループ状ばね部
   材の全長の１０〜１５％であることを特徴とする燃料ス
   ペーサ。
3. 【請求項３】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記ループ状ばね部材の前記板ばね部の幅狭部は前記連結
   部の幅よりループ状ばね部材を構成する板材の板厚の約
   ４倍以上板幅が狭いことを特徴とする燃料スペーサ。
4. 【請求項４】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記ループ状ばね部材の前記板ばね部の幅狭部の長さは前
   記ループ状ばね部材の全長の５〜１０％であることを特
   徴とする燃料スペーサ。
5. 【請求項５】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記ループ状ばね部材の前記本体部分の板幅は前記連結部
   の幅とほぼ等しいことを特徴とする燃料スペーサ。
6. 【請求項６】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記板ばねの支点となる第１の屈曲部は前記幅狭部の前記
   本体部分との境界付近に位置していることを特徴とする
   燃料スペーサ。
7. 【請求項７】請求項１記載の燃料スペーサにおいて、前
   記板ばねの力点となる第２の屈曲部は内側に向けて突出
   した凸部であることを特徴とする燃料スペーサ。
8. 【請求項８】燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部
   材と、前記円筒部材に連結された少なくとも１つのサポ
   ートプレートと、前記サポートプレートに保持され、水
   ロッドを弾性的に支持するループ状ばね部材とを備えた
   燃料スペーサにおいて、 前記ループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前記水ロ
   ッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成し
   かつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部とを有
   し、 前記一対の板ばね部の少なくとも一方は、該板ばね部の
   両端付近に位置し前記サポートプレートに接触して板ば
   ねの支点となる第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近
   に位置し前記水ロッドと接触して板ばねの力点となる第
   ２の屈曲部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記
   連結部につながる両端部分に、その両端部分以外の本体
   部分及び前記連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記
   板ばねの力点となる第２の屈曲部は前記本体部分に位置
   し、かつこの本体部分の板幅が前記連結部の幅とほぼ等
   しいことを特徴とする燃料スペーサ。
9. 【請求項９】燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部
   材と、前記円筒部材により保持され、隣接した一対の円
   筒部材内に位置する燃料棒を弾性的に支持する第１のル
   ープ状ばね部材と、前記円筒部材に連結された少なくと
   も１つのサポートプレートと、前記サポートプレートに
   保持され、水ロッドを弾性的に支持する第２のループ状
   ばね部材とを備えた燃料スペーサにおいて、 前記第１のループ状ばね部材は、それぞれ、一対の板ば
   ね部と、前記燃料棒の軸方向に冷却材を導く冷却材通路
   を内部に形成しかつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の
   連結部とを有し、 前記第２のループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前
   記水ロッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に
   形成しかつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部と
   を有し、 前記第２のループ状ばね部材の前記一対の板ばね部の少
   なくとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置し前記サ
   ポートプレートに接触して板ばねの支点となる第１の屈
   曲部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記水ロッドと
   接触して板ばねの力点となる第２の屈曲部とを有し、か
   つその一方の板ばね部は、前記連結部につながる両端部
   分に、その両端部分以外の本体部分及び前記連結部より
   板幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの支点となる第１
   の屈曲部は前記幅狭部に位置していることを特徴とする
   燃料スペーサ。
10. 【請求項１０】燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒
    部材と、前記円筒部材により保持され、隣接した一対の
    円筒部材内に位置する燃料棒を弾性的に支持する第１の
    ループ状ばね部材と、前記円筒部材に連結された少なく
    とも１つのサポートプレートと、前記サポートプレート
    に保持され、水ロッドを弾性的に支持する第２のループ
    状ばね部材とを備えた燃料スペーサにおいて、 前記第１のループ状ばね部材は、それぞれ、一対の板ば
    ね部と、前記燃料棒の軸方向に冷却材を導く冷却材通路
    を内部に形成しかつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の
    連結部とを有し、 前記第２のループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前
    記水ロッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に
    形成しかつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部と
    を有し、 前記第２のループ状ばね部材の前記一対の板ばね部の少
    なくとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置し前記サ
    ポートプレートに接触して板ばねの支点となる第１の屈
    曲部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記水ロッドと
    接触して板ばねの力点となる第２の屈曲部とを有し、か
    つその一方の板ばね部は、前記連結部につながる両端部
    分に、その両端部分以外の本体部分及び前記連結部より
    板幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの力点となる第２
    の屈曲部は前記本体部分に位置し、かつこの本体部分の
    板幅が前記連結部の幅とほぼ等しいことを特徴とする燃
    料スペーサ。
11. 【請求項１１】複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水
    ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドの相互の間隔を保
    持する燃料スペーサとを備え、前記燃料スペーサが、前
    記燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部材と、前記
    円筒部材に連結された少なくとも１つのサポートプレー
    トと、前記サポートプレートに保持され、前記水ロッド
    を弾性的に支持するループ状ばね部材とを備えた燃料集
    合体において、 前記ループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前記水ロ
    ッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成し
    かつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部とを有
    し、 前記一対の板ばね部の少なくとも一方は、該板ばね部の
    両端付近に位置し前記サポートプレートに接触して板ば
    ねの支点となる第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近
    に位置し前記水ロッドと接触して板ばねの力点となる第
    ２の屈曲部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記
    連結部につながる両端部分に、その両端部分以外の本体
    部分及び前記連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記
    板ばねの支点となる第１の屈曲部は前記幅狭部に位置し
    ていることを特徴とする燃料集合体。
12. 【請求項１２】複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水
    ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドの相互の間隔を保
    持する燃料スペーサとを備え、前記燃料スペーサが、前
    記燃料棒がそれぞれ挿入される複数の円筒部材と、前記
    円筒部材に連結された少なくとも１つのサポートプレー
    トと、前記サポートプレートに保持され、前記水ロッド
    を弾性的に支持するループ状ばね部材とを備えた燃料集
    合体において、 前記ループ状ばね部材は、一対の板ばね部と、前記水ロ
    ッドの軸方向に冷却材を導く冷却材通路を内部に形成し
    かつ前記一対の板ばね部をつなぐ一対の連結部とを有
    し、 前記一対の板ばね部の少なくとも一方は、該板ばね部の
    両端付近に位置し前記サポートプレートに接触して板ば
    ねの支点となる第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近
    に位置し前記水ロッドと接触して板ばねの力点となる第
    ２の屈曲部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記
    連結部につながる両端部分に、その両端部分以外の本体
    部分及び前記連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記
    板ばねの力点となる第２の屈曲部は前記本体部分に位置
    し、かつこの本体部分の板幅が前記連結部の幅とほぼ等
    しいことを特徴とする燃料集合体。
13. 【請求項１３】燃料スペーサの構造部材に保持され、ロ
    ッド状部材を弾性的に支持する燃料スペーサ用ループ状
    ばね部材において、 一対の板ばね部と、前記ロッド状部材の軸方向に冷却材
    を導く冷却材通路を内部に形成しかつ前記一対の板ばね
    部をつなぐ一対の連結部とを有し、前記一対の板ばね部
    の少なくとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置し前
    記燃料スペーサの構造部材に接触して板ばねの支点とな
    る第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記
    ロッド状部材と接触して板ばねの力点となる第２の屈曲
    部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記連結部に
    つながる両端部分に、その両端以外の本体部分及び前記
    連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの支点
    となる第１の屈曲部は前記幅狭部に位置していることを
    特徴とする燃料スペーサ用ループ状ばね部材。
14. 【請求項１４】燃料スペーサの構造部材に保持され、ロ
    ッド状部材を弾性的に支持する燃料スペーサ用ループ状
    ばね部材において、 一対の板ばね部と、前記ロッド状部材の軸方向に冷却材
    を導く冷却材通路を内部に形成しかつ前記一対の板ばね
    部をつなぐ一対の連結部とを有し、前記一対の板ばね部
    の少なくとも一方は、該板ばね部の両端付近に位置し前
    記燃料スペーサの構造部材に接触して板ばねの支点とな
    る第１の屈曲部と、該板ばね部の中央付近に位置し前記
    ロッド状部材と接触して板ばねの力点となる第２の屈曲
    部とを有し、かつその一方の板ばね部は、前記連結部に
    つながる両端部分に、その両端部分以外の本体部分及び
    前記連結部より板幅が狭い幅狭部を有し、前記板ばねの
    力点となる第２の屈曲部は前記本体部分に位置し、かつ
    この本体部分の板幅が前記連結部の幅とほぼ等しいこと
    を特徴とする燃料スペーサ用ループ状ばね部材。