JP3989972B2 - 核燃料アセンブリのためのグリッドおよびこのようなグリッドのためのストラップ板 - Google Patents

Description

本発明は、核燃料アセンブリにおいて燃料棒を保持するためのグリッドに関するものである。より詳細には、規則的な配列内に一般的には正方形配列内に、燃料棒を保持するために、加圧水型原子炉において使用されるグリッドに関するものである。
本発明は、とりわけ、一般には２分の１深さのスロットによって、グリッドを構成するために、一緒に組み付けられるストラップ板構造に関するものである。
アセンブリのグリッドは、燃料棒を収容し得るよう構成された共通のまたは規則的なセルと、貫通するガイドチューブを有した他のセルと、を形成する。ガイドチューブは、しばしば、グリッドに対して溶接される。従来、燃料棒を軸方向にかつ横方向に保持するためのグリッドには、燃料棒を収容する目的で各共通セルの４面のうちの２面に、堅固な係合用くぼみが形成されており、また、燃料棒をくぼみ上に押しつけるために、他の２面に、２つの保持用スプリングが切開形成されるまたは取り付けられる。
本発明は、とりわけ、各ストラップ板の平坦部にスプリングが一体形成された、グリッドのストラップ板に関するものである。アセンブリのうちの、少なくとも、高レベルの中性子束を受けるような部分においては、ストラップ板は、Zircaloy 4のようなジルコニウム基合金から形成されている。中性子放射の下においては、そのような合金の機械的特性が、劣化する。スプリングを特別の様式で作製することによって、そのような劣化状況を制限するという提案が、既になされている。仏国特許出願公開明細書第２ ３３８ ５４９号には、各スプリングが、冷却材の流通方向に延在するつまりストラップ板に対して横方向に延在するようなフレキシブルな波形ストリップを備えたグリッドストラップ板が開示されている。また、２つのタブを介して、２つのストリップ間において流れ内に突出して延在している突出部によって、中央部分どうしが相互連結された２つのストリップを備えたグリッドストラップ板が開示されている。この突出部は、冷却材の流通を阻害する障害物を構成している。国際特許出願第９４／２５９３５号には、弾性ストリップから構成され、両端部が２つの打出ブリッジを介してストラップ板の一部に対して連結された、スプリングが開示されている。ブリッジの向きのために、ブリッジは、冷却材の流れを、それほど阻害することがない。しかしながら、燃料棒に対して押しつけられたときのブレードの曲がりが、なおも、流れに対しての障害物をなす。
本発明は、機械的強度、弾性保持力の満足のいくレベルでの維持、および、冷却材の流れに対する非干渉性という点において、十分な妥協をもたらし得るような構造の保持スプリングを有したストラップ板を提供することを目的とする。
この目的に対し、本発明は、特に、燃料棒を保持するためのグリッドストラップ板であって、ストラップ板の横方向組立のための規則的な間隔のノッチが形成され、少なくとも複数対のノッチどうしの間には、燃料棒保持用スプリングが設けられ、各スプリングは、ストラップ板の平面状壁から切開形成されかつストラップ板に対して一体とされた２つの弾性ストリップを備え、各ストリップは、ストラップ板を含むグリッド内における軸方向を向いた流れ方向に延在しているとともに、両端部においてストラップ板に対して連結され、両ストリップは、少なくとも弛緩状態においては、関連するセルの内部に向けて突出しているとともに、両ストリップに対して突出する横方向ブリッジによって中央部分どうしが連結されている、グリッドストラップ板が提案される。
内側ストラップ板のスプリングは、すべて同じ構造を有している、あるいは、例えばスプリングが形成されている壁が共に燃料棒を収容し得るように構成された２つのセル間に位置しているかまたはそのうちの一方についてはガイドチューブを収容し得るように構成されている２つのセル間に位置しているかに依存して異なる構造とされている。
第１態様においては、２つの弾性ストリップは、有利には、これらストリップの基部近辺どうしが互いに連結されている、すなわち、ストラップ板の平坦部に対する連結領域近辺において互いに当接している。かつ、ブリッジによって相互連結された中央部分どうしは、互いに離間されている。特に、基部近傍部分および中央部分は、流れ方向に関して直線的である。その場合、各基部は、湾曲したまたは傾斜した領域を介して対応する中央部分に対して連結されている。このような構造であると、とりわけセル間における制御できない相互流通に基づく乱流化を引き起こしてしまうようなストラップ板内における大きな開口を形成する必要がない。
第２の態様においては、ストラップ板は、ガイドチューブを支持したセルを構成する。この場合には、スプリングは、流れ方向において実質的に互いに平行でありかつブリッジによって中央部分どうしが相互連結された２つのストリップによって構成される。開口がガイドチューブによって閉塞されることのために、ストラップ板のこの位置に、開口を有するという欠点から解放されている。
このようなスプリングの流れ方向に関しての両サイドには、ストラップ板を、溶接によってガイドチューブに対して固定することのできる実質的な平坦領域が残されている。
燃料棒には、スプリングによって押圧される面とは反対側の面上に、支持体が設けられている。この理由のために、ストラップ板の中央領域に配置されるスプリングは、一般に、流れに対して横方向に延在する打出ブリッジによって形成された２つの押付領域どうしの間に配置される。これにより、冷却材の流れが大きく変わってしまうことが避けられる。スプリングのブリッジ、および、押付領域のブリッジは、同一形状とすることができる。
打出によって与えられたスプリングストリップの初期形状は、有利には、燃料棒が挿入されてスプリングによって保持されたときには、ストラップ板の平面部分と実質的に同じ平面にまで弾性的に押し戻され得るような形状とされている。ブリッジおよびくぼみは、有利には、スプリングが動作状態にあるときには、セル内に同程度に突出する。
ストラップ板には、また、冷却材の混合を改良するための、湾曲形状の偏向フィンを設けることができる。
一般に、グリッドは、ベルトを構成するとともに、ほぞ−ほぞ穴タイプの連結を介して内側ストラップ板に対して当接する外側ストラップ板を有している。外側ストラップ板は、燃料アセンブリの搬入時または搬出時におけるグリッド間への燃料アセンブリの係合というリスクを制限するための、ガイドフィンを有することができる。
有利な実施形態においては、外側プレートは、ガイドフィンの基部において湾曲している。これにより、この目的のために湾曲形状とされた共通の内側ストラップ板の端部エッジ形状に従うことができる。
外側ストラップ板は、また、周縁燃料棒を保持し得るよう構成することができ、スプリングを設けることができる。グリッドセルの数が比較的少ない場合には、切開および打出によって得られたスプリングは、流れ方向に配置することができる。
特に、ストラップ板は、“Zircaloy 4”として公知の再結晶状態のジルコニウム合金の１つから形成することができる。
単独でも使用できるけれども、他の特徴点と組み合わせて使用すると有利な、上記特徴点は、非制限的例示としての特定の実施形態に関する以下の説明を読むことにより、より明瞭となるであろう。
図１は、グリッドおよびガイドチューブの一部を示す斜視図であって、ストラップ板の内部には、特定の実施形態を構成するスプリングでありかつ自由状態とされたスプリングが設けられている。
図２は、図１と同様の図であって、「動作」状態における、すなわち当接している燃料棒により押し戻された状態における、スプリングが示されている。
図３は、燃料棒を備えたセルの軸を含む平面に沿った断面図であって、動作状態にある１つのスプリングと、自由状態にある他のスプリングと、を示している。
図４は、図３の平面図である。
図５は、図１と同様の部分を示す斜視図であって、グリッドの強度を増加させ得るような修正された実施形態を示している。
図６は、グリッドのベルトに属した外側ストラップ板の一部を示す正面図であって、燃料棒を保持するためのスプリングでありかつ補強された弾性を有したスプリングであるとともに偶発的な外部応力から影響を受けにくいスプリングを示している。
図７および図８は、それぞれ、図６におけるVII−VII線およびVIII−VIII線に沿う断面図である。
図９は、図１に示すタイプのスプリングと、ベルトストラップ板に対する接合部と、を備えたストラップ板の一部を示す図である。
図１０は、図９に示すタイプのグリッドの一部を示す斜視図である。
その一部が図１および図２に示されているグリッド１０は、特に、係合の目的のために設けられた２分の１深さノッチを介して互いに係合している、２セットの交差ストラップ板１２，１４によって構成されている。これらストラップ板は、例えば交差箇所１６における溶接によって、互いに固定されている。ストラップ板１２，１４は、図２において一点鎖線で示すような燃料棒１８を収容するためのセルを形成している。しかしながら、いくつかのセルは、制御棒クラスターからなる吸収棒のための通路を形成するように構成されたガイドチューブ２０を収容している。一般に、グリッドには、少なくともいくつかのガイドチューブが、固定されている。ガイドチューブは、頂部と底部との燃料アセンブリノズル（図示せず）どうしを相互連結している。
アセンブリのうちの、少なくともいくつかのグリッドは、規則配列されたノードにおいて燃料棒を保持し得るように、また、燃料棒を鉛直方向に支持し得るように、構成されている。図１および図２に例示されたグリッドは、これら双方の機能を果たすことができる。この目的のために、２つの直交する方向において、グリッドは、セルの１つの面に形成された押付手段と、セルの対向面から切開形成され押付手段に対して燃料棒を押しつけるよう機能するスプリングと、を備えている。
燃料棒を保有した各セルの２つの面は、燃料棒をセル内へと突出させるよう付勢するそれぞれの弾性スプリングを有している。そのようなスプリングの構造は、燃料棒を収容すべきセルが背面側にあるか、ガイドチューブ２０を保有したセルが背面側にあるか、に依存して変化する。
共に燃料棒を収容した２つのセルどうしの間に位置したスプリング２２の各々は、ストラップ板の平面状壁から切開形成されかつストラップ板に対して一体的とされた２つの弾性ストリップ２４により構成されている。これら両ストリップは、２つのストリップに対して突出している横方向ブリッジ２６によって、中央部分どうしが一体的に相互連結されている。各ストリップは、ストラップ板の長さ方向に関して横方向に並置されている、すなわち、流れ方向に延在している。各ストリップ２４は、両端において、ストラップ板に対して連結されている。休止時（自由状態時）には、ストリップは、各端から、セルの内方に向けて傾斜している（図１）。ブリッジは、さらに、相互連結している２つのストリップに対して突出している。
流れ方向においては、各スプリング２２は、２つのボス２８によって構成された押付手段どうしの間に、配置されている。ボス２８およびブリッジ２６は、厳密に同一形状とすることができる。
スプリングおよびブリッジは、型押しや引っ張りにより従来方法によって形成することができる。弾性ストリップ２４は、それぞれの基部どうしが互いに当接している。
弾性ストリップ２４は、それぞれの中央部分どうしにおいては、互いに離間配置されている。これにより、ブリッジのために必要な空間が残されるようになっている。このように、スプリングどうしの間に位置したギャップは、つまり、それぞれ燃料棒を収容している２つの相隣接したセルどうしを連通させるギャップは、幅が狭くなっている。これにより、流れをほとんど阻害することがない。
ガイドチューブ２０を収容したセルに関して背面側に位置したスプリング３０は、また、ストラップ板から切開形成されかつブリッジ２６を介して中央部分どうしが連結された２つの弾性ストリップを備えている。しかしながら、スプリング３０の２つのストリップ３２は、実質的に互いに平行にかつ流れ方向に関して平行に延在している。形成されるギャップは、ギャップがガイドチューブ２０によって閉塞されることにより、欠点とはならない。
グリッドは、実質的に平面状であるような領域３４における、あるいは、スプリング３０の両サイドのわずかに湾曲した領域における、ガイドチューブ２０を収容しているセルをなすストラップ板の頂部および／または底部に形成されたタブ上における、スポット溶接によってガイドチューブに対して固定することができる。
ストリップに対してのブリッジ２６の突出量、および、休止時におけるストリップの形状は、有利には、図２，３，４に示すように燃料棒１８が所定に配置されたときには、ストリップが、各ストラップ板の平面部分と実質的に同じ平面になるまで押し戻され得るように、選択されている。
例えば、図３において、ストラップ板１２の（右側に図示された）スプリング２２は、燃料棒によって押し戻されていないことにより、直線状でありかつ突出している。これに対して、左側のスプリング２２は、このスプリング２２のストリップが実際にストラップ板の共通部分（平坦部分）と同じ平面上に位置するまで、燃料棒１８によって押し戻されている。これにより、スプリングが流れを妨げることがない。
このようなグリッドの強度を増加させるために、ストラップ板どうしを、グリッドの各主面の交差箇所１６においてだけではなく、付加的な箇所においても、溶接することができる。例えば、図５は、他のストラップ板に対しての重なり線の各々に対して位置合わせされた、付加的なウインドウ３６の対を有したストラップ板１２を示している。このウインドウは、少なくとも付加的な２箇所におけるストラップ板どうしの溶接を可能とするような、アクセスをもたらす。溶接は、例えばレーザービームツールのような、グリッド内に挿入可能なツールによって行われる。ウインドウ３６は、大まかには、流れ方向に関してスプリングと同じ高さレベルにおいてボスどうしの間に配置されている。
グリッドは、ベルトを形成するよう相互連結された４つの外側ストラップ板を有することができる。燃料アセンブリの搬入時または搬出時には、アセンブリのベルトが、隣接するアセンブリのベルトに引っかかってしまうという危険性がある。このようなリスクを低減するために、ベルトのコーナーを内方に曲げるという提案が既になされている。係合リスクは、図９および図１０において部分的に示すタイプのベルトを使用することによって、さらに低減することができる。ベルトをなす外側ストラップ板は、特殊な形状を有している。これらストラップ板は、上流側エッジの近傍の部分４０において、また、下流側エッジの近傍の部分４２において、内方に湾曲している。共通のストラップ板１２，１４の端部は、それに対応して切り欠かれている。各ストラップ板１２，１４の端部のうちの上流側部分は、丸められており、ベルトストラップ板の湾曲部におけるスロットに係合可能なスタッド４４を有することができる。
各ストラップ板１２，１４の端部のうちの下流側部分は、流れ方向を向く突起４６を備えている。突起４６は、丸められたエッジを有していて、ベルトが当接される。この突起は、また、スタッド４４を有することができる。突起の延在長さは、従来から設けられている流通偏向フィン４８の延在長さと実質的に同じとすることができる。
図９および図１０に示すベルトは、図１〜図４に示したものとは異なる構造のスプリングを有した共通のストラップ板１２，１４と共に使用することができる。特に、この場合のストラップ板は、従来構造のものとすることができる。
外側ベルトに当接して配置された周縁燃料棒を保持するためのスプリングは、支持機能をなくしかねないといった危険をもたらす偶発的な応力に曝されることとなる。本発明の有利な実施形態においては、グリッドは、補強されたスプリングが設けられているベルト３８有することができる。この目的のために、弾性ブレードの変位のための空間が制限され、グリッドの外面に対して押し戻すことによる付加的な保護が行われている。
補強は、特に、図６〜図８に示すタイプの手段によってもたらすことができる。スプリング５２は、隆起部５４を構成するよう内方に変形されたベルトゾーンを、切開し曲げることによって形成されている。図６より、この隆起部が、流れ方向にしたがってスプリング方向に長尺の形状であり、また、平行エッジどうしが半円形部分によって相互連結されていることがわかる。この隆起部は、また、打出加工（stamping）によって、または、プレス内での成型によって、形成することができる。
スプリング５２自身は、突出した中央部分５６を有した従来形状である。しかしながら、この形状は、本質的なものではない。休止状態において、このスプリングは、スプリング２２，３０の突出量とは異なる突出量で突出している。隆起部があることのために、スプリングは、直接的な外部応力の危険性から保護されている。これにより、側方切欠という利点を十分に享受することができ、最適な弾性と硬さとを得ることができる。さらに、隆起部は、燃料棒がグリッドに対して当接する程度にまでグリッドに向けて移動することを制限することにより、スプリングの最大の曲がり具合に、自然な制限をもたらす。
冷却材に対してもたらされる圧力損失をできるだけ小さくすることが要望されたときには、ストラップ板の上方エッジ、ベルトの上方エッジ、くぼみの上方エッジ、および／または、ブリッジの上方エッジを、例えば、本出願と同日に出願された“A grid strap for a nuclear fuel assembly, and a grid including such straps”と題する特許出願に記載されたような形状とすることができる。

Claims (4)

1. 燃料棒を保持するためのグリッドストラップ板であって、
   ストラップ板の横方向組立のための規則的な間隔のノッチが形成され、
   少なくとも複数対のノッチどうしの間には、燃料棒保持用スプリング（２２，３０）が設けられ、
   該スプリングの各々は、前記ストラップ板の平面状壁から切開形成されて前記ストラップ板に対して一体とされた２つの弾性ストリップ（２４）を備え、
   各ストリップは、主に流れ方向に延在しているとともに、両端部において前記ストラップ板の共通部分に対して連結され、
   両ストリップは、自由状態においては、関連するセルの内部に向けて突出しているとともに、両ストリップに対して突出する横方向ブリッジ（２６）によって中央部分どうしが連結され、
   少なくとも複数の前記スプリング（２２）に関しては、２つの弾性ストリップ（２４）は、これらストリップの基部どうしが互いに当接しており、かつ、前記ブリッジ（２６）によって相互連結された前記中央部分どうしが互いに離間していることを特徴とするストラップ板。
2. 前記スプリングは、該スプリングが形成されている壁が、共に燃料捧を収容し得るように構成された２つのセル間に位置しているか、あるいは、該スプリングが形成されている壁が、そのうちの一方についてはガイドチューブ（２０）を収容し得るように構成されている２つのセル間に位置しているか、に依存して異なる構造とされていることを特徴とする請求項１記載のストラップ板。
3. 核燃料アセンブリのための燃料棒を保持するためのグリッドであって、
   交差した２組の請求項１記載のストラップ板（１２，１４）から構成されており、
   各ストラップ板の各端部のうちの上流側部分には、少なくともグリッドの上流側に、内方湾曲ベルト（３８）のための当接点として機能する、湾曲形状の切欠または補強が設けられていることを特徴とするグリッド。
4. 前記ストラップ板の各々には、前記ノッチに対して位置合わせされた位置に、ウインドウが形成され、
   互いに交差している２つの前記ストラップ板は、前記グリッドの主面上における交差箇所において溶接されているとともに、前記ウインドウ内の少なくとも２箇所において溶接されていることを特徴とする請求項３記載のグリッド。

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