JPH0210295A - 核燃料棒の支持格子におけるばね構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、原子炉の燃料集合体に関し、特に、
核燃料棒と係合する改良型傾斜ばね構造を有する核燃料
棒の支持格子に関するものである。

Ｌｉ１記へ１１ 多くの原子炉において、炉心は多数の長い燃ｆ１集合体
から構成されている。これらの燃料集合体の従来構造は
、複数の支持格子によって組織化された配列に保持され
た複数本の燃料棒を具備しており、これらの支持格子は
、燃料集合体に沿って軸方向に隔てられると共に、燃料
集合体における複数本の細長い制御棒案内シンプルに固
着されている、燃料集合体の両端に設けられた上部ノズ
ルと下部ノズルは、燃料棒の両端から上方及び下方に僅
かに延びる案内シンプルに固着されている。

当該分野において周知の通り、支持格子は、炉心におけ
る燃料棒同士の間隔を正確に維持するため、燃料棒の振
動を防止するため、燃料棒を横方向に支持するため、及
び、樅方向の動きのないように燃料棒を成る程度まで摩
擦により保持するために、用いられる。

米国特許第４，４９２，８４４号明細書に開示されてい
る従来構造の支持格子は、互いに差し込まれた多数の内
側及び外側のストラップを備えており、これらのストラ
ップは、燃料棒及び制御棒案内シンプルを個別に受け入
れる多数のセルを形成した卵詰め枠形状となっている。

燃料棒を受け入れて軸方向の所定の位置で支持する各支
持格子のセルは、一般に、差込み式のストラップの金属
部に形成された比較的弾力性のあるばね及び／又は比較
的剛の突部（いわゆる、デインプル）とを用いている。

各セルにおけるばねとデインプルは、該セルを通って延
びるそれぞれの燃料棒とＦＭ擦的に係合し又は接触する
。更に、外側ストラップは、支持格子に強度と剛性を与
えるために、互いに結合され、内側ストラップの周囲を
収り囲んでいる。

しかしながら、上述の支持格子の構造には幾つかの問題
点がある。即ち、燃料棒と係合するばねの垂直方向の配
置向き及び形状によって、該ばねに所望の大きさの弾力
性を与え適正に機能させるためには、該ばねを、ひいて
は支持格子を相当に高くする必要があった。この必要性
は、燃ｆ１集合体に用いられる寄生構造材料の旦を増加
させ、また、燃ｔ（集合体を通る流れの圧力降下を増大
さぜる。

従来における他の代表的な支持格子の構造は、米国特許
第３，０７０，５３４号、同第３，６４６，９９４号、
同３．９２８，１３１号、同第３，９３３，５８４号、
同第４，０６１，５３６号、同第４，５８５，６１６号
、同第４，７０２，８８１号、仏国特許第１．４９７，
０８３号、西独国特許第１．９６１，０３５号等の各明
ａｔ書に開示されている。これらの支持格子は全て有効
に機能し、意図した目的を実質的に達成することができ
るが、先に簡単に述べた従来の支持格子の問題点を十分
に解決する手段については考慮されていない、従って、
新たな問題を生ずることなく上記問題点を解決する支持
格子の改良型ばね構造の必要性が存在する。

１兜列１１ 本発明は、上記必要性を満足するように設計された核燃
料棒の支持格子を提供する０本発明に従った支持格子は
、燃料棒と係合する独特なばね構造を壁部に有する内側
ストラップを備え、前記壁部は、燃料棒を受け入れるセ
ルのマトリックスを画成する。各ばね構造は、１対の相
反する上部及び下部の外側部分と、その間の中間部分と
から一体的に成る。全体的には、ばね構造は、関連の壁
部の上部部分と下部部分との間で傾斜して延び、前記外
側部分で上部部分と下部部分とに一体的に取着されてい
る。

ばね構造は、好適には、その支持格子が用いられる燃料
集合体及び格子セルの縦軸の方向に約４５度で配置され
る。また、ばね構造は、冷却材の流れの方向に関しては
開いている。４５度という角度は、支持格子の高さを減
じ且つ冷却材の流れにさらされるばね側面を最小とする
ことができる最適な角度であると考えられる。

傾斜ばね構造を使用することにより、支持格子全体の強
度が増大されるということが分かつている。従って、ス
トラップ間の交点での溶接は必要ではない、その結果、
支持格子の製造費用が相当に節減される。また、溶接が
不要となることにより、ばね構造に隣接してストラップ
に設けられる溶接開口若しくは溶接キャビティ　（従来
において溶接部を形成するために必要であった）も同様
に不要とすることができる。しかしながら、溶接キャビ
ティを不要とした場合、ストラップを相互に組み合わせ
るためのスロットを形成するためにばね構造に隣接する
壁部から除去される材料の量は少なくなる。即ち、より
多くの材料が残るので、傾斜ばね構造の剛性が大きくな
るという問題がある。

また、改良傾斜形状にばね構造を形成することにより、
ばね構造の剛性を低減できることが分かった。改良傾斜
形状のばね構造において、燃料棒に接する中間部分は、
傾斜に対立する形としてほぼ水平に延びるよう形成され
、従って、燃料棒に対してほぼ横向き若しくは直角に延
びる縁部を有する。また、この水平に延びる中間内側部
分は、ばね剛性を減する他に、燃料棒が格子セルを通し
て押し進められた際に燃料棒に生ずる掻き傷を、ばね構
造全体が燃料棒に対して完全に斜めに延びている場合に
比して、低減できることが見いだされた。

従って、本発明は、核燃料棒の支持格子における複数の
燃料棒係合ばね構造に関する。支持格子は、中空のセル
のマトリックスを形成するように相互に差し込まれた複
数の内側及び外側ストラップを備え、前記各セルが、１
本の燃料棒を受け入れるようになっていると共に、隣接
の前記セルと共有される前記ストラップの２対の向かい
合う壁部によって画成されている。各セルは中心縦軸を
有している。内側ストラップの前記各壁部に一体的に形
成された各燃料棒係合ばね構造は、（ａ）関連の前記壁
部にその外側端部で一体的に取着されている１対の互い
に離隔された相反する外側部分であり、互いに整列する
と共に前記セルの前記中心縦軸の方向に対してほぼ斜め
に延びている前記外側部分と、（ｂ）前記外側部分間に
配置され前記外側部分の対応の内側端部にその外側端部
で一体的に結合されている中間部分であり、前記セルの
前記中心縦軸の方向に対してほぼ横向きに延びている前
記中間部分と、を備えている。好適には、外側部分はセ
ルの縦軸の方向に対して約４５度で配置され、中間部分
は約９０度で配置される。

従って、ばねｔＲ造の中間部分は、燃料棒がセルに挿通
された場合に、燃料棒に対してほぼ横向きに燃↑１棒と
接するようになっている。更に、中間部分の互いに隔て
られた横向き縁部は、燃料棒がセルに挿通された場合、
燃料棒に対してほぼ横向きに延びる。

より詳細に、各ばね構造における互いに相反する外側部
分は、壁部に対して傾斜状態で延び、互いに向かってセ
ル内に延びる。各ばね構造の中間部分はセル内に配置さ
れ、壁部から離隔され、壁部にほぼ平行に延びている。

本発明の上記利点や効果及びその他の利点や効果は、本
発明の一実施例を示している図面に沿っての以下の詳細
な説明を読むことによって、当業者にとって明らかとな
るであろう。

■の！囲を手口 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同−又は相当部分を示している。また、以下の説明に
おいて、「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、「
上方」、「下方」等の語は便宜上の言葉であり、限定的
な語として理解されるべきものではない。

金」り団シ」１朋− 図面、特に第１図を参照すると、燃料集合体が、正面図
で、垂直方向に短縮した形で符号１０により総括的に示
されている。この燃料集合体１０は、加圧水型原子炉で
用いられる型式であり、基本的に、原子炉（図示しない
）の炉心領域における下部炉心板（図示しない）上に燃
料集合体１０を支持するための上端構造、即ち下部ノズ
ル１２と、この下部ノズル１２から上方に向かって突き
出して長手方向に延びる複数の案内管、即ち案内シンプ
ル１４とを備えている。更に、この燃料集合体１０は、
以下に詳説するが、本発明の原理に従って構成された複
数の横格子（支持格子）１６を有している・、支持格子
１８は、案内シンプル１４によって軸線方向に互いに隔
てられ支持されている。更にまた、燃料集合体１０は、
支持格子１６によって、組織化された配列で互いに横方
向に隔てられ且つ支持された複数の細長い核燃料棒１８
を備えている。また、燃料集合体１０は、その中心部に
配置されている計装管２０と、案内シンプル１４の上端
２４に取り付けられる上端構造、即ち上部ノズル２２と
を備えている。燃料１１合体１０は、各部材のこのよう
な配列によって、構成部材を損傷させることなく普通に
取り扱うことのできる一体的なユニットを形成している
。

上述したように、燃料集合体１０において前記配列の燃
料棒１８は、燃料集合体１０の長手方向に沿って隔てら
れた支持格子１８によって相互に隔てられた関係に保持
されている。各燃料棒１日は核燃料ベレット２４を具備
しており、燃料棒１８の両端は上部端栓２６と下部端栓
２８により閏じられ、燃料棒１８を気密に封止している
。−最に、燃料棒１８内に燃料ベレット２４を隙間なく
、積重体の関係で保持するために、プレナムばね３０が
上部端栓２６と燃料ベレット２４との間に配置されてい
る。核分裂性物質から構成された燃料ベレット２４は加
圧木型原子炉の反応出力の発生を担っている。炉心に発
生される熱を抜き出して有用な仕事を行わせるために、
水又はホウ素含有水のような液体減速・冷却材が炉心の
燃料集合体を通って上方に圧送される。

核分裂過程を制御するために、多数の制御棒３２が、燃
料集合体１０の所定の位置に配置された案内シンプル１
４内で、往復運動するようになっている。

特に、上部ノズル２２は、そこに組み込まれた棒クラス
タ制御機１ｉ３４を備えており、この制御機構３４は、
複数本の放射状に延びるフルーク、即ちアーム３８を具
備するめねじ付き円筒状部材３６を有している。各アー
ム３８は制御棒３２に連結されており、制御機構３４は
、案内シンプル１４内で垂直に制御棒３２を動じ、それ
によって全て周知の態様で燃料集合体１０における核分
裂過程を制御するように、作動可能となっている。

型の　　ばね　告を　　る 第２図〜第１１図を参照すると、本発明の原理に従って
構成された横向きの支持格子１６の好適な実施例が示さ
れている。基本的に、支持格子１６は、スロット４４を
有する複数の内側及び外側のストラップ４０．４２を備
え、これらのストラップ４０．４２は、中空のセル４６
の７トリツクス及び複数の開口４８を形成するように、
卵詰め枠形状にスロット４４により相互に差し込まれて
いる。支持格子１６に取り入れられた本発明の特徴によ
れば、ストラップ４０．４２はその交点で互いに溶接さ
れる必要はない、支持格子１６の中空セル４６は対応の
燃料棒１８を受け入れ、他方、支持格子１６の開口４８
は、その中に挿入され内側ストラップ４０に取着された
スリーブ５０を有しており、該スリーブ５０により、支
持格子１６は案内シンプル１４に沿って配置され固着さ
れる。

１本の燃料棒１８を受け入れる各セル４６は、互いに向
かい合う２対の壁部とほぼ平行に画成された中心縦軸Ａ
を有している。壁部５２は内側ストラップ４０を構成し
、壁部５４は外側ストラップ４２を構成している。内側
ストラップ４０の壁部５２は隣接のセル４６と共有され
ている。第３図〜第５図に示されるように、外側ストラ
ップ４２の壁部５４は、それぞれ、燃料棒１８と係合す
る水平方向に延び且つ垂直方向に互いに離隔された１対
のデインプル５６を有しており、これらのデインプル５
６は各セル４Ｂに関連して該壁部５４に一体的に形成さ
れている。同様に、内側ストラップ４０の各壁部５２も
、各セル４６に関連して該壁部５２に一体的に形成され
た水平方向に延び且つ垂直方向に互いに層隔された１対
のデインプル５８を有している。内側ストラップ４０に
おける各壁部５２のデインプル５８の一方は、本発明の
改良型傾斜ばね構造６０の上方に配置され、他方のデイ
ンプル５８はばね構造６０の下方に配置されている。内
側ストラップ４０と外側ストラップ４２とにより支持格
子１６の周に沿って形成された各セル４６は、４つのデ
インプル５６．５８と２つのばね構造６０を備えており
、内側ストラップ４０のみにより格子１６に形成された
各セル４６は、４つのデインプル５６と２つのばね構造
６０を備えている。従って、各セル４６内の燃料棒１８
はそれぞれ、その外面上の周方向及び軸方向に分布され
た６つの位置で接している。

より詳細に説明するならば、第６図〜第１９図に示され
るように、燃料棒１８と係合する本発明の原理に従った
各改良型傾斜ばね構造６０は、内側ストラップ４０を構
成するスデンレス鋼金灰のような弾力性、屈曲性及び可
撓性を有する材料から作られている。ばね構造６０の構
成要素は、以下で説明するが、通常のプレス加工等によ
り、支持格子１６の各セル４６に関連して内側ストラッ
プ４０の各壁部５２に一体的に形成されている。従って
、内側ストラップ４０の各壁部５２は、ばね構造６０を
形成するために該壁部５２の一部を除去することにより
画成された窓状の開口６２を有する。全体的に述べるな
らば、ばね構造６０は、それぞれの関連の壁部５２の開
口６２を斜めに横切って延びるように形成され、また、
壁部５２の上部部分６６と下部部分６日とにおけるはす
向かいの上部位置と下部位置とにばね構造６０の垂直縁
部６４が一体的に結合されるように形成されている。

基本的に、各改良型傾斜ばね構造６０は、相反する１対
の上部及び下部の外側部分７０．７２と、その間の内側
中間部分７４とから一体的に構成されている。各ばね構
造６０の互いに離隔された上部外側部分７０と下部外側
部分７０．７２とは、それぞれ、その外側端部７０Ａ、
７２Ａで壁部５２の上部部分６６と下部部分６８とに一
体的に取着されている。上部及び下部外側部分７０．７
２は、上部部分６６と下部部分６８との間で、互いに一
直線に延びると共に、関連の格子セル４６の中心縦軸Ａ
の方向に対して傾斜して、好適には４５度で延びている
。各ばね構造６０の内側中間部分７４は、上部及び下部
外側部分７０．７２の内側端部７０Ｂ、７２Ｂとの間に
配置され、その両側の外側端部７４Ａで外側部分７０．
７２の対応の内側端部７０Ｂ、７２Ｂに一体的に結合さ
れている。内側中間部分７４は、関連の格子セル４６の
中心縦軸Ａの方向に対してほぼ横向きの関係で、好適に
は直角に、即ち９０度で延びている。

より３Ｔ細には、第１７図及び第１９図から諒解される
ように、各ばね構造６０の上部と下部の外側部分７０．
７２はその外側端部７０Ａ、７２Ａから離れるようにし
て壁部５２に対して傾斜状態に延び、互いに向かって格
子セル４６内へと延びている。他方、各ばね構造６０の
内側端部７０Ｂ、７２Ｂでの上下の外側部分７０．７２
と、内側中間部分７４とは、壁部５２からセル４６内に
内方に隔てられ且つ壁部５２とほぼ平行に延びている同
一平面に配置されている。燃料棒１８が格子セル４６に
挿通された場合、内側中間部分７４は、その燃料棒１８
に対して実賞的に横向きに、即ちほぼ直角に接するよう
に概ね位置決めされている。より詳細に述べるならば、
図示されるように、燃料棒１８が格子セル４６に挿通さ
れた場合、中間部分７４は、燃料棒１８に対して実質的
に横向き、即ちほぼ直角に延びる互いに離隔された１対
の横方向縁部７４Ｂを有する。このような形状において
、燃料棒１８が関連の格子セル４６に挿入された場合、
ばね構造６０は、燃料ｔ＊１Ｈにより係合された際に、
そのセル４６の縦軸Ａにほぼ直角の方向に、縦軸Ａがら
離れて壁部５２の方に弾性的にたわみ又は湾曲され得る
。内方に突出するばね構造６０と壁部５２との間には開
放空間が画成され、冷却流体は、セル４６に挿入された
燃料棒１８に沿って前記開放空間を自由に流通すること
ができる。

前述したように、この改良型傾斜ばね構造は全体として
、格子セル４６の縦軸人及び支持格子１６が用いられて
いる燃料集合体１０の方向に約４５度で配置される。ま
た、ばね構造６０は、冷却材の流れの方向に対して開い
ている。４５度という角度は、支持格子１６の高さを減
じることができ且つ冷却材の流れに露出されるばね側面
を最小化できるｉ辿な角度と考えられる。

第１２Ａ図に示す従来の傾斜ばね構造〈特願昭６３１２
２２１７号）について次に説明するが、本発明は、傾斜
ばね構造を使用することにより支持格子全体の強度が増
大されるという発見に基づいている。

従って、ストラップ４０Ａ間の交点での溶接は必要では
ない、その結果、支持格子の製造費用が相当に節減され
る。また、溶接が不要となることにより、ばね構造６０
Ａに隣接してストラップ４０Ａに設けられる溶接開口若
しくは溶接キャビティ７６（従来において溶接部を形成
するために必要であった）も同様に不要とすることがで
きる。しかしながら、溶接キャビティ７６を不要とした
場合、ストラップ４０Δを相互に組み合わせるためのス
ロワ）−４４Ａを形成するために、ばね構造６０Ａに隣
接する壁部５２から除去される材料の旦は少なくなる。

即ち、より多くの材料が残るので、傾斜ばね構造６０Ａ
の剛性が大きくなるという問題がある。

しかし、第１２図及び第１８図に示される改良傾斜形状
にばねｔＲ造６０を形成することにより、ばね構３ｆｉ
６０の剛性を低減できることが分かった。改良傾斜形状
のばね構造６０において、燃料棒１８に接する内側中間
部分７４は、傾斜に対立する形としてほぼ水平に延びる
よう形成され、燃料棒１８に対してほぼ横向き若しくは
直角に延びる縁部７４Ｂを有する。

また、この水平に延びる内側中間部分７４は、ばね剛性
を減する他に、燃料棒が格子セルを通して押し進められ
た際に燃料棒に生ずる掻き傷を、ばね構造全体が燃料棒
に対して完全に斜めに延びている場合に比して、低減で
きることが分かった。

簡単に述べるならば、改良型傾斜ばね構造６０のこのよ
うな形状は、その外形を非常に小さくすることができ、
また、支持格子１６の高さを減じ、ばね定数を低くする
ことができる。ばね構造６０は全体として冷却材の流れ
の方向に約４５度の角度で配置されるが、製造において
は、流れの方向に平行にプレス加工される０本発明の構
成要素ではないが、支持格子１６は内側ストラップ４０
及び外側ストラップ４２の上縁部に沿って混合ベーン７
８を形成しても良い。

本発明及びこれに付随する多くの利点は、上の説明から
理解されるであろう、また、本発明の精神及び範囲を逸
脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲にするこ
となく形態、構成及び配列に関し、種々の変更が可能で
あることは明らかであり、よって、以上に述べられた形
態は単に本発明の好適な実施例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による改良型傾斜ばね構造を有する燃
料棒支持格子を備えた燃料集合体を、明瞭化のために部
分的に切り欠き上下方向に現縮して示す正面図、第２図
は、本発明の改良型傾斜ばね構造を有する支持格子を燃
料集合体から取り外して示す第１図の２−２線に沿って
見た拡大平面図、第３図は、第２図の支持格子の右下隅
部を示す拡大部分平面図、第４図及び第５図は、それぞ
れ、支持格子の隅部を形成するために結合している外側
ストラップの端部を示す第３図の４−４線及び５−５線
に沿って見た側面図、第６図は、第２図の支持格子にお
けるーの組の内側ストラップ（第９図に示される他の組
の内側ストラップと１１み合わされるもの）を示す拡大
部分平面図、第７図は、第６図の７−７線に沿って見た
ーの組の内側ストラップの側面図、第８図は、第６図の
８−８１２に沿って見たーの組の内側ストラップの側面
図、第９図は、第２図の支持格子における他の組の内側
ストラップ（第６図に示される−の組の内側ストラップ
と組み合わされるもの）を示す拡大部分平面図、第１０
図は、第９図の１０−１０線に沿って見た他の組の内側
ストラップの側面図、第１１図は、第９図の１１−１１
線に沿って見た他の組の内側ストラップの側面図、第１
２図は、第１１図に示される他の組の内側ストラップの
部分側面図、第１２Ａ図は、従来の傾斜ばね構造を示す
第１２図と同様な図、第１３図は、内側ストラップ上の
１組のデインプルとばね構造を示す第１２図の１３−１
３線に沿っての断面図、第１４図は、第１２図の１４−
１４ｔｌｌに沿っての断面図であり、第１３図に示され
るデインプル及びばね構造を示す図、第１５図は、内側
ストラップにおける改良型傾斜ばね構造の脚部分の湾曲
を示す第１２図の１５−１５線に沿っての拡大断面図、
第１６図は、内側ストラップにおける一方のデインプル
の湾曲を示す第１Ｚ図の１６−１６線に沿っての拡大断
面図、第１７図は、内側ストラップにおける改良型傾斜
ばね構造の湾曲を示す第１２図の１７−１７線に沿って
のｔＩ上大断面図、第１８図は、改良型傾斜ばねｔＭ造
を含む部分だけを示す第１２図の内側ストラップの拡大
部分正面図、第１９［２１は、内側ストラップにおける
改良型傾斜ばね構造の湾曲を示す第１８図の１９−１９
線に沿っての断面図である０図中、１０・・・燃料集合
体　　　１６・・・支持格子１８・・・核燃料棒　　　
　４０・・・内側ストラップ４２・・・外側ストラップ
　４６・・・セル５２．５４・・・壁部　　　　６０・
・・ばね構造７０・・・上部外側部分　　７２・・・下
部外側部分７０Ａ　、７２Ａ・・・外側部分の外側端部
７０Ｂ、７２Ｂ・・・外側部分の内側端部７４・・・内
側中間部分 ７４Ａ・・・内側中間部分の外側端部 ７４Ｂ・・・内側中間部分の縁部 ＦＩＧ。 ＦＩｏ ＦＩｏ、　２ ５２Ａ ＦＩＧ、旧 ＦＩＧ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 中空のセルのマトリックスを形成するように相互に差し
   込まれた複数の内側及び外側のストラップを備え、前記
   各セルが、１本の核燃料棒を受け入れるようになってい
   ると共に、隣接の前記セルと共有される前記ストラップ
   における２対の向かい合う壁部によって画成されており
   、且つ、前記各セルが中心縦軸を有している、核燃料棒
   の支持格子において、前記内側のストラップの前記各壁
   部に一体的に形成された、前記核燃料棒と係合する弾性
   変形可能な材料から作られたばね構造であって、 （ａ）関連の前記壁部にその外側端部で一体的に取着さ
   れている１対の互いに離隔された相反する外側部分であ
   り、互いに整列すると共に前記セルの前記中心縦軸の方
   向に対してほぼ斜めに延びている前記外側部分と、 （ｂ）前記外側部分間に配置され前記外側部分の対応の
   内側端部にその外側端部で一体的に結合されている中間
   部分であり、前記セルの前記中心縦軸の方向に対してほ
   ぼ横向きに延びている前記中間部分と、 を備える核燃料棒の支持格子におけるばね構造。