JPH03200093A - 核燃料集合体スペーサとたわみ性の高いループばね - 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】 ［発明の分野］ 本発明は核燃料集合体における燃料棒と水棒の配置に用
い得るスペーサとばねに関し、特に、このようなスペー
サにおいて比較的少ない空間を占めるばねに関する。

［発明の背景］ 公知の型の原子炉、例えば、沸騰水型原子炉では、核燃
料を細長い棒内に設ける。この核燃料は、通例、ジルカ
ロイ管内に封入した酸化ウランおよび（または）酸化プ
ルトニウムのベレットの形態をなす。多数のこのような
燃料棒を１群として開端管状フローチャネル内に配設す
る。燃料棒を入れたフローチャネルは「燃料集合体」ま
たは「燃料束」と呼ばれる。複数の燃料集合体が炉心内
にマトリックス状に着脱自在に配置される。このように
形成した炉心は自己持続核分裂反応が可能である。炉心
は軽水のような流体内に沈められ、この流体は冷却材兼
中性子減速材として役立つ。

燃料集合体内の燃料棒は上側結合板と下側結合板の間に
支持される。燃料棒は通例、平行並置直立関係に配列さ
れる。冷却流体流は直立平行燃料棒間の間隙を流れて燃
料棒を通り過ぎる。適当な冷却材流を発生させそして燃
料棒の健全性を保つのに重要なことは、燃料棒を好適離
隔関係に保ちそして原子炉運転中の燃料棒の湾曲と振動
を抑制することである。

燃料棒の離隔整合を保つために、燃料集合体の長さ方向
に相隔たる複数の燃料棒スペーサを設ける。１種のスペ
ーサは複数の概して筒形のフェルール要素を含む。燃料
集合体において用い得るスペーサの一例はマツチ（Ｍａ
ｆｔｎｅｒ）等の１９８９年４月２日付の米国特許第４
５０８６７９号に示されている。

上記引例に示されているように、燃料棒をスペーサのフ
ェルール要素内に配置する一方法は、燃料棒をフェルー
ル内の剛性止め部に押圧するためのばね部材を設けるこ
とである。米国特許第４５０８６７９号に示しであるば
ねは概して長円形の連続ループとして形成されている。

ばねは隣り合う燃料棒間のスペーサ域の空間に配置され
る。

最新の燃料束設計では、通例、燃料棒を正方形断面の燃
料束内に配列する。このような配列は元々７×７マトリ
ックス配列であった。これは燃料棒相互間に比較的大き
な空間を残すものであった。

従って、ばねを燃料棒間に配置して燃料棒を直立関係に
保つ問題は概して簡単な機械的設計問題であった。

残念ながら、最新の燃料束設計はさらに密集した燃料棒
配列を用いる。このような配列は、８×８燃料燃料列配
包含する燃料棒マトリックスから９×９および１０×１
０燃料棒配列に及んでいる。

従って、燃料棒間の間隙（または厚さ）は縮小している
。スペーサとともに燃料棒を直立関係に保つように作用
するばねは大体同じばね作用を要求されるが、このよう
なばね作用が起こり得る空間は極めて狭くなっている。

８×８マトリックスの燃料棒を有する従来の燃料集合体
は棒間隔（すなわち、隣り合う棒の外周間の距離）が約
０．１６０インチ（約４ｍｍ）となるように設計された
。最新の燃料束で９Ｘ９マトリックスの燃料棒をもつよ
うに設計されるものは棒間隔がもつと少なく、例えば、
約０．１２〜約０．１４インチ（約３〜約３．５＋ｎｍ
）である。燃料棒間隙のこの減少はばね設計に苛酷な制
限を強いてきた。

ばねは燃料棒の配置に必要であるが、幾つかの望ましく
ない効果を生み出すおそれがあることに注意されたい。

望ましくない効果とは、例えば、中性子の吸収と、冷却
材循環の妨害である。ばねを形成する通常の材料は、ス
ペーサ材料によって吸収される中性子の数の２０〜１０
０倍の中性子を吸収する。従って、燃料束内のばね材料
を最少に保つことは非常に重要である。

［発明の要約］ 並置した燃料棒を密集（９ｘ９）配列状に保持するため
のばね装置を提供する。このばね装置は、正方形断面の
燃料束において上下両結合板間に垂直方向に間隔を置い
て配置した数個、通例、６．７または８個のスペーサに
組込まれる。開示するスペーサとばねは、燃料束に収納
した燃料棒と水棒とからなる直立棒相互間に実質的に均
等な間隔を保つ。ループばねが主燃料棒押圧装置として
設けられる。先行技術と同様に、ループばねは、スペー
サの酸部分を囲むことにより、スペーサによってふつう
垂直方向向きの細長いループ状に保持される。各ループ
ばねは代表例では１対の燃料棒、すなわち、ばねの各側
に１本ずつ存在する燃料棒に作用する。各燃料棒はスペ
ーサにおけるそれぞれの個別フェルール内に入れられ、
ばねにより、対をなす突起に押圧される。各ループばね
は、ばねをスペーサに保持するための上側および下側Ｃ
形端部を有する。上下両Ｃ形端部間には２つのばね脚部
が形成される。両ばね脚部は各「Ｃ」の両端から始まり
、徐々に逆転する曲率で徐々に広がって実質的に線形の
ばね脚部になる。各ばね脚部はその中央に外向き凸形の
アーチ形棒接触部を有し、この列接触部はばねの各側に
おいて燃料棒とばね抑圧接触をなすものである。先行技
術と異なり、２つの内方に突起したＵ形曲り部が各ばね
脚部にその外向きに隆起したアーチ形棒接触部の両側に
隣接して設けられる。両Ｕ形曲り部はばね力が作用し得
るばね材料の有効長さを延ばし、かつばね材料にかかる
最大曲げ力をアーチ形棒接触部と上下両Ｃ形端部まで均
等に分布させるのに有効である。その結果得られるばね
は、開示した９×９配列のような密集燃料棒配列の離隔
棒相互間の狭い間隙に閉じ込められるにもかかわらず広
範にたわみ得る。

開示した９×９マトリックス燃料束では７つの中央格子
位置が２本の比較的大きな円形断面の水棒によって占有
される。７つの中央フェルールを除去することにより水
棒用の空間が確保される。

水棒に隣接する２つのフェルールは他のフェルールと対
をなさないので、各フェルール内のばねは１本の燃料棒
だけに作用する。これらのばねを取付ける特別な方法が
必要である。

水棒離隔板を開示する。この離隔板は２つの機能を果た
す。第１に、それはばねが１本の燃料棒だけに接する場
所における開示ループばねの所要取付けに役立つ。第２
に、水棒離隔板は水棒用の停止手段となる。

水棒離隔板は両水棒の隣接外面に接するＵ形中央域を有
する。ｒＵＪの一方の下部は一方の水棒と接触し、ｒＵ
Ｊの他方の下部は他方の水棒と接触する。これらの接触
域は水棒用のストップすなわち止め部として作用する。

別の離隔板に設けたばねが各水棒をこれらのストップに
押圧する。

水棒離隔板はＵ形中央域の各端に翼部を有する。

各翼部は、１本の燃料棒だけに接するばねの取付は手段
となるように形成される。

水棒が介在するので、少なくとも１個のばねを、片側だ
けに燃料棒があるように設けなければならない。このば
ねは、特別構造の燃料棒フェルールから突出するタブと
、Ｕ形断面の水棒離隔板部材の合わせタブとの開示した
係合により便利よく取付けられる。従って、９×９密集
マトリ・ソクス燃料束の全ての相隔たる直立した燃料棒
と水棒に対して必要な押圧がなされる。

［好適実施例の詳細な説明］ 本発明のばねとスペーサの組立体は第１図に示すような
燃料集合体と関連して用いられる。燃料集合体２０は上
側結合板２２と下側結合板２３の間に支持された複数の
燃料要素または燃料棒２１を有する。燃料棒２１は複数
の燃料棒スペーサ２４ａ、２４ｂを貫通しており、これ
らのスペーサは細長い燃料棒２１を離隔関係に保ちかつ
それらの横振動を抑制するための中間支持をなす。一実
施例では、７つのスペーサが燃料集合体の長さ方向に沿
って均等に隔設される。通例、燃料束は長さが１１フイ
一ト程度である。燃料棒と水棒のマトリックスは５イン
チ×５インチ程度である。通例、燃料棒と水棒と周囲チ
ャネルとの間に適切な線形性を保つために、底部の下側
結合板と頂部の上側結合板との間に７つの均等に相隔た
るスペーサが存在する。

各燃料棒２１は、核分裂性燃料と、他の材料、例えば、
可燃性核毒物、不活性材料等を内蔵する細長い管状被覆
材料で形成されている。燃料と他の材料は上端栓２６と
下端栓２７により管内に封じ込められている。下端栓２
７は下側結合板２３に形成した空洞２９にはめ込まれ、
同様に、上端栓２６は上側結合板２２の空洞３１にはめ
込まれている。

燃料棒２１の幾つかには、ナツト３２を受けるねじ付き
の上下両端栓延長部２７°、２８°を設は得る。これら
の燃料棒は「タイロッド」として知られている。こうし
て、上側結合板と下側結合板と燃料棒は一体構造物に形
成される。

通例、燃料棒集合体には実質的に正方形断面のチャネル
３３が含まれ、このチャネルは上側結合板２２と下側結
合板２３とスペーサ２４に滑りばめにより被せられるよ
うな寸法を有し、従ってチャネル３３は着脱自在である
。チャネル３３は、タブ３４を貫通するボルト３７によ
り上側結合板２２上の柱体３６に固定されている。下側
結合板２３には突出片３８が含まれ、この突出片は原子
炉圧力容器内の炉心支持板（図示せず）に設けたソケッ
ト内に燃料集合体２０を支持するようになっている。突
出片３８の端部には開口３９が形成され、加圧された冷
却材を受入れるので、冷却材は燃料棒群の間を上方に流
れ得る。

１本以上の燃料棒２１の代わりに、中性子減速材である
水を入れた減速材管または水棒４１を設は得る。減速材
管４１には符号４２．４３で示すような穴を設は得る。

また、上下両端栓には減速水流を通し得る通路４４．４
６を形成し得る。

本発明を理解しやすくするために、従来装置のスペーサ
・ばね装置を簡単に説明する。第２図と第３図に示すよ
うな従来のスペーサ２４は複数の実質的に筒形のフェル
ール５１で構成され、これらのフェルールは隣り合うフ
ェルールの当接部分の上下両縁部において、例えば溶接
により、相互に連結されている。各フェルール５１内は
燃料棒２１または減速材管４１用の空間になっている。

各フェルール５１は円形断面をもつ短い管で形成される
ことが好ましい。周帯５６が複数のフェルール５１を囲
みかつ支持している。２つのストップ６２ａ、６２ｂが
各フェルール内に設けられている。好ましくは、ストッ
プ６２ａ、６２ｂは、フェルール５１の上縁と下縁の近
くで横方向に相隔たって対をなすアーチ形フェルール壁
部分としてフェルール５１と一体に形成される。

ストップ６２ａ、６２ｂはスペーサの突出域と冷却材流
抵抗を最少にするように横方向に向けられることが好ま
しい。第３図に明示のように、各対のフェルール５１は
連続ループばね７０を共有する。第４図に示すように、
従来の装置で用いた連続ループばね７０には第１、第２
、第３および第４脚部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ
が含まれ、中央位置の隆起部または凸形弧状棒接触部７
４ａ、７４ｂと、両端位置のアーチ部またはＣ形部７６
ａ、７６ｂとにより連結されている。第３図に示すばね
は実質的に応力またはたわみの無い状態にある。たわみ
または応力発生状態にあるばねは第５図と第６図に示さ
れている。

第５図と第６図に示した従来装置におけるばね７０は２
本の隣り合う燃料棒間の区域を占める。

従来装置における棒相互間隔７８は約０．１６インチ（
約４ｍ）である。第６図に見られるように、従来のばね
７０は隆起部７４ａ、７４ｂにおいて燃料棒８２ａ、８
２ｂに接触し、そして燃料棒８２ａ、８２ｂを各フェル
ールのストップ６２ａ１６２ｂに押し付ける力を働かせ
る。

各フェルール５１にはタブ８６を画成するＣ形スロット
８４が設けられている。組立ての際、ばね７０はスロッ
ト８４に挿入されそしてタブ８６に被着される。隣接フ
ェルールが最初のフェルールに取付けられ、その際この
第２フェルールのＣ形スロットはタブ８６が第１フェル
ールのタブとは逆方向に突き出るように向けられる。第
１および第２フェルールのタブ８６は互いに重なり合う
。

この時ばねは両フェルール間に捕捉され、そして重なり
合う両タブ８６の周囲にループを形成する。

従来のばねとスペーサの組立体に関連し、特に、このよ
うな組立体を棒間隔の狭い燃料集合体とともに用いよう
とする場合、幾つかの難点が従来存在した。ばねとスペ
ーサの組立体において用いるばねは、所要の大きさの力
、好ましくは約２．５ポンド（約１ｋｇ）の力を働かせ
る必要があるが、しかしまた、実質的な永久変形を起こ
すことなく燃料棒を位置づけるのに通常必要なたわみ以
上のたわみを許容する十分なたわみ性をもたなければな
らない。燃料棒を位置づけるのに通常必要なたわみ以上
のたわみは、例えば、出荷または組立て中に起こること
があり、特に、組立て中、燃料棒８２を保護用プラスチ
ックシース（図示せず）に入れる場合に起こり得る。第
６図に示すように、従来のループばね７０は、ばね７０
の内面がフェルールのタブ８６に当接する前に限られた
距離だけしかたわみ得ない。この制限によりばね７０の
形状に関する公差は少な（なり、これは、特に、狭い棒
間隔７８、例えば、約０．１２〜０．１４インチ（約３
〜３．５ｍｍ）の間隔が望まれる時そうである。

第９図は本発明によるスペーサおよびそれと関連するば
ねを示す。ばね９２ａ、９２ｂは、単一のばね９２ａが
２個の隣り合うフェルール９４ａ１９４ｂ内に配置した
燃料棒に荷重を与えるように配置されている。ばねの全
長９５（第２０図）はフェルール９４ａ、９４ｂの長さ
９７より少ない。

第１Ｏ図と第１１図は本発明によるスペーサの一部およ
びそれと関連するばねを示す。ばね９２ａは幅９６（第
２０図）と厚さ９８（第１６図）をもつ帯状金属材で形
成される。このばねは適当な強度、耐食性および弾性特
性を有する幾つもの材料で形成され得る。−好適実施例
では、ばねは米国ウエストヴアージニア州ハンチイント
ンのインタナショナル・ニッケル社（Ｉｎｊｅ＋ｎｔｌ
ｉｏｎａＮｉｃｋｅｌ　Ｃｏ、、　　Ｉｎｃ、）のハン
チイントン・アロイ・プロダクツ・ディヴイジョン（Ｈ
ｏｎｌｉｎｇｆｏｎ＾１１０ＹＰｒｏｄｕｃｔｓ　Ｄｉ
ｖｉｓｉｏｎ）から入手し得るインコネルのようなニッ
ケル合金で形成される。この好適実施例では、幅９６は
約０．１〜０．１５インチ（約２．５〜３．８岨）であ
り、厚さ９８は約０．０１〜０．０１５インチ（約０．
２５〜０．３８ｍ５）である。帯状金属材は連続ループ
状、すなわち、位相的に環形と等価の断面をもつ形状に
形成される。好ましくは、ばねは少なくとも２つの対称
面、すなわち、縦中央面１０２と横中央面１゜４（第１
５図）を有する。従って、ばねは４つの合同部分をもつ
。そのうちの右下部分を第１６図に示す。

ばねは、第１５図に示すように、長さ方向に７つの部分
をもつものと考えてよい。各脚部に隆起部またはアーチ
形棒接触部１０６が、各脚部の全長中央において横対称
面１０４に中心をおくように形成されている。アーチ形
部分１０６の両側にはＵ形曲り部１０８．１１２が配設
され、縦中央面１０２に向かう方向に延在する。上側お
よび下側脚部１１４．１１６がそれぞれＵ形曲り部１０
８．１１２に隣接し、Ｃ形端部１１８．１２２が脚部１
１４．１１６に隣接している。

Ｕ形曲り部１０８．１１２は先行技術との相違をなすも
ので、開示のばね設計を可能にする。詳述すると、Ｕ形
曲り部１０８．１１２は両アーチ形棒接触部１０６の各
々に隣接して形成されている。ばねの外部から見て、曲
り部１０８．１１２は凹形である。すなわち、両面り部
はループばねの内方に突起している。曲り部１０８．１
１２は、それらと隣接する実質的に平面状の上側および
下側脚部１１４．１１６によって画成される面のループ
内側にある。

各ばね脚部の両Ｕ形曲り１０８．１１２はそれぞれ改良
ばね設計に関して２つの機能を果たす。

第１に、両Ｕ形曲り部はばねの長さを増し、従ってばね
のたわみ性を高める。

第２に、両Ｕ形曲り部１０８．１１２により、最大曲げ
応力はばねの高応力域相互間に均等に分布する。

曲げ応力が高い第１区域はばねの外向き凸形のアーチ形
棒接触部１０６である。この部分はその接合点において
ばね部材の外側に作用する有効最大圧縮力と、ばね部材
の内側に作用する最大引張力とを有する。曲げ応力が高
い（そして逆向きである）第２区域は上側および下側Ｃ
形端部１１８．１２２にある。これらの部分では、曲げ
応力は逆であり、最大引張力が外側にそして最大圧縮力
が内側に作用する。

開示した設計は両域における曲げ応力を等しくする利点
をもつ。曲げ応力のこの均等化はばねの最大たわみをも
たらす。

本発明のばねの形状を第１４図に示す従来装置の形状と
対比する。従来設計の幅１２４′は本設計の端部幅１２
４より大きい。第１４図に示した従来設計は列接触域に
隣接するＵ形部１０８．１１２を含まず、従って従来設
計のばねは、実質的に平面状の上側および下側脚部１１
４°　１１６゛に直接隣接する列接触部１０６゛を有す
る。第１４図に示した従来設計におけるばね９２°　は
隣り合うフェルールに形成したタブ１２６．１２８の２
重の厚さを囲み受入れる。なぜなら、両タブは重なり合
うように配置されているからである。

これに対し、本発明では、単一タブ厚さ１３２だけがば
ねに受容されなければならない。なぜなら両タブが突合
せ継手状に係合するからである。

これについては後に詳述する。

さらに、第１４図に示した従来設計のタブ１２６．１２
８は長さ方向に連続している。第１５図に示した本設計
では、Ｅ形切欠き１５８の中央脚部１７８（第１２図）
によって後に詳述のように形成された上側耳部１３２と
下側耳部１３４との間に空間が存在し、特に第１１図に
示したようなたわみ位置にあるＵ形曲り部１０８．１１
２を受入れる助けになる。

第１４図に示した従来のばね設計と、第１５図に示した
本ばね設計は、それぞれ、ばね９２゜９２が燃料棒に接
触する箇所で力１３６°、１３６を受ける。第１４図に
示した従来設計では、列接触域１０６゛におけるアーチ
形突起部と、端部域１１８°、１２２°の突起部１３８
ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄおよび水平部１４２
ａ。

１４２ｂとにより幾らかのたわみ性が確保される。

第１５図に示した本発明のばねはＵ形曲り部１０８．１
１２により従来のばねより高いたわみ性を有する。

ばねのたわみ性を高めるほか、曲り部１０８．１１２は
より望ましい応力分布をもたらす。第１４図に示した従
来設計のばねでは、ばねにかかる最大応力はばね接触部
１０６”の近くと端部１４２ａ、１４２ｂの中央で生じ
る。第１４図の従来ばね設計の定要素計算機解析によれ
ば、長さ中央部１０６°における応力は端部１４２ａ、
１４２ｂにおける応力より大きい。端部１４２ａ％１４
２ｂは中央部１０６゛より局所たわみ性が大きい。

両端部におけるこの大きなたわみ性は端部１４２ａ、１
４２ｂ近くの応力を減らし、そして中央部１０６°にお
ける相対応力を増す。曲り部１０８．１１２を中央部１
０６近くに加えることにより中央部１０６近くの局所た
わみ性が高まり、端部１１８．１２２のたわみ性と同程
度に近づく。これはばね９２の計算機モデル解析の結果
により確認されている。

前述のようにばねは対称性をもっているので、第１６図
に示すようなばねの４分の１の部分を考えればばねを解
析できる。中央点１０６と端点１４４ａにおける応力は
曲げモーメントに比例する。

曲げモーメントの平衡は次式で表される。

Ｍ、４４．＋Ｍ、ｏ６−（Ｆ／２）Ｘ　（Ｌ／２）（１
）ただし、Ｍ１４４１は下端中点１４４ａにおける曲げ
モーメント、Ｍ２Ｏ３は中央点１０６における曲げモー
メント、Ｆはばねにかかる全荷重、Ｌはばねの長さであ
る。式（１）で表した関係は中央点１０６と端点１４４
ａとの間のばね形状とは無関係である。両点１４４ａ、
１０６において等しい曲げモーメントと等しい応力をも
つばねを設けることが望ましい。定要素解析によれば、
中央点１０６と端点１４４ａにおける応力は、第１５図
と第１６図に示した新しいばねではほとんど等しい。

従って、新しい形状の応力分布は第１４図に示した古い
形状の応力分布より望ましい。

応力が等しいと、より効率的な構造体が得られる。所定
荷重で最大たわみを得ることが望まれ、この荷重は材料
の降伏により制限される。２つの応力が相等しいと、材
料の降伏応力で最大たわみが生じる。

スペーサの高さに制限があるのでばねを長くすることは
事実上者えられない。ここに開示した設計は、制限され
たスペーサ高さ以内で実際上比較的長い全長をもたらす
ものである。

本発明のばねは、多数のフェルール９４（第１０図〜第
１３図）からなるスペーサ（第９図）と関連して用いら
れる。このスペーサは、適当な低中性子吸収断面をもつ
数々の材料、好ましくはジルカロイ４〜のようなジルコ
ニウム合金で形成され得る。一実施例におけるスペーサ
は一辺の長さが約５．２５インチ（約１３．３ａｎ）の
正方形であり、フェルールは外径が約０．５フインチ（
約１６．２ｍｍ）あり、壁厚が約０．０２インチ（約０
．５ｍ）である。

好適実施例のフェルールは２個の上側ストップ１４６．
１４８と２個の下側ストップ１５２．１５４を含み、こ
れらのストップはフェルール９４の内方に突出している
。ストップ１４６．１４８．１５２．１５４はフェルー
ル壁の部分的な押込みによって内方に湾曲する構造部と
して形成されることが好ましい。

第１０図〜第１３図に明示のように、燃料棒１５５ａ、
１５５ｂはストップ１４６．１４８．１５２．１５４に
当接してフェルール９４内の好適位置、例えば、フェル
ールと同軸の位置に置かれる。燃料棒１５５ａ、１５５
ｂをストップ１４６．１４８．１５２．１５４と接触し
た状態に保つ力はばね９２ａによって与えられる。

このような力を働かせるために、ばね９２がフェルール
９４の耳部１３２．１３４に装着される。

（第１２図参照）耳部１３２．１３４はフェルール９４
の壁に形成したＥ形スロット１５８により画成されてい
る。Ｅ形スロット１５８の上側および下側脚部１６２．
１６４がフェルール９４内に示されている。

Ｅ形スロット１５８の中央脚部１７８は耳部１３２．１
３４の画成に役立つ。耳部１３２．１３４はそれぞれ縁
面１３５．１３５°と内面１３７．１３７°　と外面１
３９．１３９°を有する（第２０図）。

第１０図と第１３図に見られるように、タブ１７６はフ
ェルール９４の周囲から外方に湾曲している。第２０図
でわかるように、ばね９２のフェルール９４への取付け
は、ばねを第１フェルール９４ａの上側および下側耳部
１３２ａ、１３４ａに被せるように滑らせることにより
なされる。

ばねは、次の隣接フェルール９４ｂの対応耳部１３２ｂ
、１３４ｂ　（第２０図）を第１フェルール９４ａのタ
ブ１７６ａおよび耳部１３２ａ、１３４ａと突合せ継手
関係に置くことにより、耳部１３２ａ、１３４ａ上の位
置に保たれる。第１フェルール９４ａのタブ１７６ａと
耳部１３２ａ１１３４ａは第２フェルール９４ｂのタブ
１７６ｂと耳部１３２ｂ、１３４ｂの方向と逆の方向に
面している。

従って、両フェルール９４ａ、９４ｂの対応耳部１３２
ａ、１３２ｂと１３４ａ、１３４ｂは、それぞれの縁面
１３５．１３５”が隣接するように、しかし内面および
（または）外面１３７．１３７°、１３９．１３９°が
重なり合わないように、すなわち実質的に接し合わない
ように、形成されている。この突合せ継手式接触に備え
て、タブ１７６の幅１７９は先行技術フェルールの対応
タブ８６（第７図）の幅１７９°より小さくなっている
。

第１０図に見られるように、タブ１７６ａ、１７６ｂは
互いに逆の方向に湾曲している（例えば、第１フェルー
ル９４ａ内から見てそれぞれ凹形と凸形になっている）
。その結果、ばね９２を両タブ１７６ａ、１７６ｂの中
央に保つ傾向が生じる。

各フェルールは溶接によって図示の位置に保持され、こ
の溶接は、好ましくは、接触し合う両フェルールの頂部
と底部でなされる。周帯１８０（第９図）が複数のフェ
ルールを囲みかつ支持している。

第９図に示したスペーサの中央域１８１ではフェルール
が省略されている。この空間は減速材管のために用いら
れる。第１７図はこの中央域を詳細に示す。水棒Ｗ１、
Ｗ２が中央域を占有している。第９図のスペーサ形状で
は、偶数、すなわち、７２個のフェルールが存在する。

しかし、これら全てのフェルールが対をなすようにする
ことは不可能である。第１７図は他のフェルールと対を
なさない２個のフェルール９４ｃ、９４ｄを示す。

第１０図と第１１図に示すように、ばねは２本の隣り合
う燃料棒に荷重を与える。もし１本の棒が欠如すれば、
ばねはもはや残りの燃料棒に所要荷重をかけられない。

対をなさないフェルール９４ｃ、９４ｄに適切なばね力
を与えるために、対応ばね９２ｃ、９２ｄを拘束する手
段が設けられる。第１７図に示すように、スペーサ支持
板１８４ａ、１８４ｂが、それぞれ、対をなさないフェ
ルール９４ｃ、、９４ｄの区域においてスペーサに取付
けられている。

第１９図に明示のように、支持板１８４には中央Ｕ形部
材１９０が設けられている。この部材は２つの肩部１９
１．１９２を有する。第１７図に見られるように、肩部
１９１．１９２は燃料束の中央部においてそれぞれ水棒
Ｗ１、Ｗ２に接している。これらのＵ形部材が１対の水
棒に両側から１つずつ同様に接しているので、両水棒Ｗ
Ｌ　Ｗ２は効果的に押し離される。

この両水棒の押し離しに対抗するものとして、水棒Ｗ１
ではばね１９５そして水棒ｗ２ではばね１９６が対抗作
用をなす。スペーサによる燃料棒の位置づけにまったく
類似する水棒の位置付けが生じる。

Ｕ形部材１８４には翼部材１９７．１９８が設けられて
いる。両翼部材はそれぞれ対応する水棒に隣接するフェ
ルールに対する取付は点を有する。

水棒Ｗ１、Ｗ２を配置すると、燃料棒の幾つかは開示ば
ねの反対側における正常な相殺燃料棒に欠けることにな
ることを理解されたい。従って、板材１８４に、正常な
フェルールにおける耳部１３２．１３４と同様な仕方で
ばね９２ｃ、９２ｄを支持する耳部１３４°、１３６’
が設けられる。

耳部１３４’　、１３６°間の区域は支持タブ１８６に
よって占められる。タブ１８６はばね９２ｃ（第１８図
）の列接触部１０６の外面に接するように外向きに曲が
っている。従って、支持タブ１８６は欠如した隣接燃料
棒の代りとしてばね９２Ｃを拘束する。

以上の説明から明らかなように、本発明は幾つかの利点
を有する。本ばねは比較的小さな空間、例えば、約０．
１２〜約０．１４インチ（約３〜約３．５ｍ）の棒間隔
７８°　（第１０図）とともに利用し得る空間内に設置
され得、しかも燃料棒荷重に要する力、好ましくは約２
．５ポンド（約１ｋｇ）の力を生じ得る。本ばねは従来
のばねよりたわみ性が高く、そしてより有利な応力分布
を有し、中央部応力が端部応力にほぼ等しい。本ばね・
スペーサ設計は燃料棒近辺に望ましい冷却材流を発生さ
せる。また、本ばね・スペーサ組立体は製造を容易にす
る。本ばねは、板材に支持タブを設けることにより、対
をなさないフェルールに適用し得るものである。

本発明について様々な改変が可能である。ばねおよび（
または）スペーサはここに述べた材料以外の材料で製造
され得る。全体的なばね・スペーサ組立体形状を、図示
の燃料棒位置より多いかまたは少ない位置をもつスペー
サと関連して用い得る。開示設計の様々な特徴は他の特
徴と無関係に利用され得る。例えば、ばねに曲り部を設
けるが、フェルールタブの突合せ継手形状は用いないよ
うにしてもよい。

以上、本発明の好適実施例とその様々な改変について説
明したが、他の改変も本発明の範囲内で可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は核燃料束を部分的に断面で示す破断部分立面図
、第２図は先行技術による燃料棒スペーサの平面図、第
３図は第２図のスペーサの部分断面立面図、第４図は先
行技術スペーサに設けたループばねの斜視図、第５図は
先行技術装置の２個の隣接フェルールと介在ばねの上面
図、第６図は第５図のフェルールの部分断面前面図、第
７図は先行技術装置に設けたフェルールの立面図、第８
図は第７図の線８−８に沿うフェルールの断面図、第９
図は本発明によるスペーサの上面図、第１０図は本発明
による２個の隣り合うフェルールと関連ばねの上面図、
第１１図は第１０図のフェルールとばねの部分断面立面
図、第１２図は本発明によるフェルールの立面図、第１
３図は第１２図の線１３−１３に沿う断面図、第１４図
はフェルールタブに装着した先行技術ばねの詳細図、第
１５図はフェルール耳部に装着した本発明のばねを示す
図、第１６図は本発明による１個のばねの右下四半分と
、それにかかる力を示す図、第１７図は本発明のスペー
サの部分上面図、第１８図はスペーサの対をなさないフ
ェルールおよびそれと関連する支持板の詳細上面図、第
１９図は本発明と関連して用い得る支持板の斜視図、第
２０図は２個の隣接フェルールと関連ばねの部分分解図
、第２１図は第１１図の線２１−２１に沿う断面図であ
る。 ２４．２４ａ、２４ｂ：燃料棒スペーサ、９２゜９２ａ
、９２ｂ：ばね、９４ａ、９４ｂ：７エルール、１０６
：アーチ形棒接触部、１０８．１１２：Ｕ膨曲り部、１
１４，１１６：脚部、１１８゜１２２：Ｃ形端部、１３
２．１３２ａ、１３２ｂ：上側耳部、１３４．１３４ａ
、１３４ｂ：下側耳部、１４６．１４８：上側ストップ
、１５２．１５４：下側ストップ、１５５ａ、１５５ｂ
：燃料棒、１８４．１８４ａ、１８４ｂ：Ｕ形支持板、
９２ｃ、９２ｄ：ばね、９４ｃ、９４ｄ：７エルール、
１３４’　、１３６’　　：耳部、１８６：支持タブ、
１９５．１９６：ばね、Ｗｌ、　Ｗ２　：水棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料束スペーサ内に燃料棒を離隔関係に保持するル
   ープばねであって、前記スペーサはばねを支持するため
   の第１および第２被着ばね支持要素を含み、これらのば
   ね支持要素は前記ばねを相対する側において燃料棒収納
   用フェルールに係留し、前記ばねはばね材料の細長い連
   続ループで形成された型のものであり、このループは、
   前記スペーサの前記第１ばね支持要素を囲みかつそれに
   より支持されるように前記ループに形成された上側Ｃ形
   端部と、前記第２下支えスペーサ部材を囲みかつそれに
   より支持されるように前記ループに形成された下側Ｃ形
   端部と、両Ｃ形端部間で前記ループを閉ざすように前記
   ループの両側に形成された対をなすばね脚部材とを有し
   、これらの対をなすばね脚部材はさらにそれぞれの中央
   に外向き凸形のアーチ形棒接触部を画成し、両ばね脚部
   材それぞれの前記棒接触部は前記上側および下側Ｃ形端
   部間の両ばね脚部材の中央に配置されているようなルー
   プばねにおいて、 各ばね脚部材に２つの内方に突起したＵ形曲り部を形成
   してあり、両Ｕ形曲り部は前記の外向き凸形のアーチ形
   棒接触部の両側に接合されており、各Ｕ形曲り部は一端
   が前記の外向き凸形のアーチ形棒接触部に直接隣接しそ
   して他端が前記ばね脚部材に取付けられており、これに
   より前記Ｕ形曲り部は前記ばねの有効長さを大きくしか
   つ前記の２つの外向き凸形のアーチ形棒接触部と前記Ｃ
   形端部との間の曲げ応力を均等にするようになっている
   ループばね。 ２、前記スペーサによって分離された前記燃料棒は９×
   ９マトリックス状に配列されている、請求項１記載の発
   明。 ３、前記ばねの片側の燃料棒を収容する第１燃料棒フェ
   ルールと、前記ばねの反対側の第２燃料棒を収容する第
   ２燃料棒フェルールとを設けた請求項１記載の発明。 ４、マトリックス配列の燃料棒を上側および下側結合板
   間に離隔関係に保持するスペーサ組立体において、 フェルールをマトリックス状に並置し、各フェルールは
   前記燃料棒の対応マトリックス位置に対応し、前記フェ
   ルールは前記スペーサにおいて前記燃料棒を囲むような
   形状をもち、各フェルールは４つの内向き燃料棒接触点
   を有し、これらの燃料棒接触点は該接触点に対して押圧
   された燃料棒に当接するものであり、対をなす前記フェ
   ルールが両フェルール間にばねを支持するための上側お
   よび下側ばね支持点を有し、また隣り合うフェルール内
   に離隔関係に配置された燃料棒を保持する少なくとも１
   個のループばねを設けてあり、このループばねはばね材
   料の細長い連続ループで形成されたものであり、さらに
   このループばねは、第１支持スペーサ部を囲みかつそれ
   により支持されるように前記ループに形成された上側Ｃ
   形端部と、下端の第２支持スペーサ部を囲みかつそれに
   より支持されるように前記ループに形成された下側Ｃ形
   端部と、前記上側および下側Ｃ形端部を連結して前記の
   細長いループ形ばね部材を両ばね支持スペーサ部に懸架
   される連続ループに形成する対をなすばね脚部材とを有
   する型のものであり、これらの対をなすばね脚部材はさ
   らにそれぞれの中央に外向き凸形のアーチ形棒接触部を
   有し、前記棒接触部は前記上側および下側Ｃ形端部間の
   前記ばね脚部材の中央に配置されており、各ばね脚部材
   には２つの内方に突起したＵ形曲り部を形成してあり、
   各Ｕ形曲り部は一端が前記の外向き凸形のアーチ形棒接
   触部の片側に直接接合されておりそして他端が前記ばね
   脚部に取付けられており、これにより前記Ｕ形曲り部は
   前記ばねの有効長さを大きくしかつ前記の２つの外向き
   凸形の棒接触部と前記Ｃ形端部との間の曲げ応力を均等
   にするようになっているスペーサ組立体。 ５、前記ばねは一方のばね脚部材が第１フェルール内に
   延在しそして第２ばね脚部材が第２フェルール内にに延
   在している、請求項４記載のスペーサ組立体。 ６、周囲チャネルと、上側結合板と、下側結合板と、マ
   トリックス状に配列されそして前記上下結合板間に平行
   直立関係に配置された複数の燃料棒と、燃料束の中央に
   並置されかつ前記マトリックス中央の７つのマトリック
   ス位置を占める１対の水棒とを有し、両水棒のうちの第
   １水棒は前記マトリックスにおける少なくとも第１の３
   つの位置と第４位置の一部とを占め、また第２水棒は前
   記マトリックスにおける第２の３つの位置と前記第４位
   置の一部とを占め、両水棒は前記７つのマトリックス位
   置を占めるために少なくとも２つの共通マトリックス位
   置に延在する隣接部分で隣り合っているような燃料束に
   おいて、 両水棒間の間隙において両水棒と対面するように配置さ
   れた第１および第２Ｕ形断面部材と、前記スペーサに支
   持されて両水棒を両Ｕ形断面部材に押圧するばねとの組
   合せからなる両水棒を固定する装置。 ７、両Ｕ形断面部材はそれぞればね支持部材を含み、各
   ばね支持部材は、隣接燃料棒を押圧するために連続ルー
   プ状材料で形成されたばねを支持する、請求項６記載の
   発明。 ８、前記燃料束は９×９マトリックス配列の燃料棒を含
   む請求項６記載の発明。