JPH08254590A - 核燃料棒用スペーサ - Google Patents

核燃料棒用スペーサ

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JPH08254590A
JPH08254590A JP8000126A JP12696A JPH08254590A JP H08254590 A JPH08254590 A JP H08254590A JP 8000126 A JP8000126 A JP 8000126A JP 12696 A JP12696 A JP 12696A JP H08254590 A JPH08254590 A JP H08254590A
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JP8000126A
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Inventor
Bruce Matzner
ブルース・マツナー
Harold B King
ハロード・ブレックリー・キング
David G Smith
デイビッド・グレイ・スミス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/34—Spacer grids
    • G21C3/352—Spacer grids formed of assembled intersecting strips
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 ［課題］核燃料棒を互いに横方向離間関係に保持するス
ペーサにおいて、構造的、核および熱水力学的性能を維
持しながらスペーサのコストを下げる。 ［解決手段］ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドに対
して相互に直交する対角線方向に延在する第１組および
第２組のスペーサストリップを備える。ストリップは直
線状に延在するセクションを有し、隣接するセクション
が互いにある角度をなし、頂点で出会う。各ストリップ
のセクションがスペーサを横切る対角線と交互に交差
し、頂点が対角線の互いに反対側に交互に位置する。各
ストリップの一つ置きの頂点に、ストリップの片側に突
出して燃料棒に係合するばねを設け、これら一つ置きの
頂点の間の各ストリップの頂点に、ストリップの反対側
に突出して燃料棒と係合するストッパを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は、核燃料束の核燃料棒を互いに
ほぼ固定された横方向関係に維持するスペーサに関し、
特にそれ自身の製造も、スペーサを形成する相互組立も
簡単な複数のストリップからなるスペーサに関する。
【０００２】
【背景技術】動力用原子炉において、核燃料は、典型的
には、酸化ウラニウムおよび／または酸化プルトニウム
のような核燃料ペレットを密封クラッディング内に収容
した細長いロッドから構成する。多数の燃料棒をグルー
プに集合して燃料束（バンドル）を形成する。各燃料束
は、その頂部および底部を開口端として流れチャンネル
を形成するのが代表的である。こうすれば、冷却材が下
部タイプレートを通って上向きに、燃料棒間の空間を通
り、上部タイプレートを通って外向きに流れる。このよ
うに流れる間に水は加熱されて、たとえばタービンを駆
動するためのスチームを生成する。
【０００３】上部タイプレートと下部タイプレート間に
支持された離間燃料棒は所定の配列に維持され、複数の
スペーサにより互いに離間した横方向関係に維持され
る。これらのスペーサは、鉛直方向に延在する燃料束の
長さに沿って互いに鉛直方向に離間している。燃料棒が
長く細い、すなわち１．３ｃｍ（０．５インチ）以下程
度の極めて小さな直径を有し、燃料束内で互いに横方向
に数分の１ｃｍ（数分の１インチ）しか離れていないの
で、運転中に燃料棒の横方向反りや振動を防止すること
が必須である。燃料棒スペーサはこの目的で設けられ、
当業界でよく知られている。
【０００４】従来のスペーサは、本質的にある熱的水力
学的性能基準を満たすように設計されており、たいてい
は、簡単さや製造の容易さに関して注意を払っていな
い。このため、製造コスト過剰となることがよくある。
たとえば、現在の沸騰水型原子炉の単位セルスペーサ
は、それぞれ燃料束内の１つの燃料棒位置と関連した個
別のセルから製造されている。これには、燃料装架格子
位置ごとに１つ以上の部品が必要である。その結果、各
スペーサの製作にきわめて多数の部品が必要となり、し
たがって製造コストや取扱いの煩雑さが増加する。した
がって、燃料束内の従来のスペーサの構造的、核および
熱水力学的性能を維持しながら、スペーサのコストを下
げ、スペーサ製造プロセスを容易にすることが望まれて
いる。
【０００５】
【発明の開示】この発明の第１の態様によれば、スペー
サは、特別な形状のストリップを用いて形成する。スト
リップは、スペーサ内でだいたい対角線方向に延在し、
互いに卵仕切り板の要領で相互噛合される。詳しくは、
ストリップとしては第１組および第２組のストリップが
あり、これらのストリップは互いに直角であり、輪郭が
ほぼ直線状であるスペーサ内でほぼ離間した対角線に沿
って延在する。各ストリップは複数のだいたい直線状に
延在するセクションを含み、隣接するセクション同士は
互いにある角度をなす。ストリップをスペーサ内に配置
する際、各ストリップのセクションが交互にスペーサの
対角線に交差する。かくして、ある角度関係にある隣接
セクションは互いに頂点を画定し、これらの頂点は交互
に対角線の反対側にくる。各ストリップの一つ置きの頂
点に、ストリップの片側に突出して燃料棒と係合するば
ねを設ける。一つ置きのばね担持頂点間の頂点に、スト
リップの反対側から突出する１つ以上のストッパを設け
る。燃料棒はばねのバイアス（押圧力）下でストッパに
当接する。ストリップは、その両側の長さ方向エッジ
（端縁）に沿って直線状に延在する２つのバンドを長さ
方向に離間した位置で中間バンドにより相互連結するこ
とにより、一体的に形成する。一つ置きの頂点に位置す
る中間バンドを変形し、ストリップの片側に突出させ、
こうして突出ばねを形成する。１つのセクションを画定
する端部頂点間の各セクション内の中間バンドにスロッ
ト（長溝）を設ける。このスロットは横断方向にストリ
ップの幅の約半分延在し、ストリップの片側に開口す
る。
【０００６】スペーサを組み立てるには、各ストリップ
のスロットを他の対角線方向延在ストリップの中間バン
ドのスロット後部と係合することにより、第１組および
第２組のストリップを相互にかみ合わせる。このように
して、各ストリップの片側のばねを対角線方向に隣接す
る燃料棒に当接するように配置する。各ストリップの一
つ置きの頂点のストッパも、対角線方向に隣接する燃料
棒が係合するように配置する。したがって、各ストリッ
プは１つの燃料棒に各頂点でのみ接触し、第１組および
第２組の隣接対のストリップが各燃料棒を包囲する。言
い換えると、燃料棒とスペーサを組み立てて燃料束を形
成する際、第１組および第２組それぞれのストリップに
より形成され、燃料棒の片側に沿って係合するばねによ
り各燃料棒をバイアスして、第１組および第２組それぞ
れのストリップにより形成され、燃料棒の反対側に沿っ
て配置されたストッパと当接係合させる。このように配
置すれば、ストリップが燃料棒に平行な交差線に沿って
互いに交差することが明らかであり、こうして燃料棒組
立体の熱水力学的性能を改善する。
【０００７】さらに、従来のスペーサを形成するのに必
要な部品数と比較して、上述したこの発明のスペーサを
形成するのに必要な部品の数は極めて少ない。たとえ
ば、燃料束内に水ロッド用の２つの開口を有する燃料棒
の１０ｘ１０配列の場合、最大数４４枚のストリップが
必要で、２２枚のストリップが対角線方向それぞれに延
在する。ストリップの端部は、当然、スペーサのまわり
の周囲バンドに、たとえば溶接により、固着する。
【０００８】この発明の別の態様では、スペーサは、平
坦なシート素材から形成した、打ち抜き、鋳造または成
形加工したストリップ数対から形成する。各対のストリ
ップは相互咬合スロットで卵仕切り板状に互いに相互噛
合して、核燃料棒を保持するセルの１列を形成する。相
互噛合ストリップの長さは、１列のセルを形成するよう
に予め定める。１列のセルを構成するセルの数はいくつ
でもよく、たとえば、３、５あるいは１０セルの長さと
することができる。対をなすストリップの複数列を形成
し、スペーサ形状に隣り合わせて並べ、互いに溶接して
スペーサを形成することができる。これを達成するため
に、各ストリップを平坦な金属シート素材から打ち抜き
加工し、交互の逆向き湾曲または円弧状セクションを形
成し、一つ置きの隣接する円弧状セクションにばねおよ
びストッパをそれぞれ設ける。たとえば、各ストリップ
は一体で、両エッジ（端縁）に沿う２つのバンドを１対
のばねにより相互連結して形成し、そのばねを曲げて一
つ置きの円弧状セクションの凹側で内向きに突出させ
る。一つ置きの円弧状セクションに両側バンドそれぞれ
に沿って１対のストッパを設け、同様に円弧状セクショ
ンの内向きに突出させる。各対のストリップは逆向き湾
曲セクション間の接合部にスロットを有する。スロット
はそれぞれのストリップの反対側エッジ（端縁）に開口
しているので、２つのストリップを横方向に並置し、卵
仕切り板状に互いにかみ合わせることができ、これによ
りストリップの円弧状セクションが互いに横方向に向か
い合い、燃料棒を受け入れるだいたい円形の開口を形成
する。個別のセル部品を別々に取扱い、互いに溶接する
代わりに、対のストリップをその接合部で溶接すること
ができ、これにより部品数がいちじるしく少なくなり、
組立速度が大幅に向上する。１対のストリップが燃料棒
を受け入れるセルの１列を画定する一方、これらの列を
互いに溶接することにより、隣接する列をスペーサに設
ける。
【０００９】この発明の第１の好適な実施例によれば、
多数の核燃料棒を互いに横方向離間関係に保持するスペ
ーサは、ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、前記
スペーサバンドに対して第１および第２のほぼ相互に直
交する対角線方向に延在する第１組および第２組のスペ
ーサストリップとを備え、前記第１組および第２組のス
トリップそれぞれが直線状に延在するセクションを有
し、隣接するセクションが互いにある角度をなし、頂点
で出会い、各ストリップの前記セクションが前記スペー
サを横切る対角線と交互に交差し、頂点が対角線の互い
に反対側に交互に位置し、各ストリップの一つ置きの頂
点が、ストリップの片側に突出して燃料棒に係合するば
ねを有し、これら一つ置きの頂点の間の各ストリップの
頂点が、ストリップの反対側に突出して燃料棒と係合す
るストッパを有し、前記第１組および第２組のストリッ
プのセクションが、その隣接する頂点の中間に、ストリ
ップの互いに反対側端縁に開口するスロットを有し、前
記第１組および第２組のストリップが互いにかみ合い、
第１組のストリップのスロットが第２組のストリップの
セクションの一部分を受け入れ、第２組のストリップの
スロットが第１組のストリップのセクションの一部分を
受け入れる。
【００１０】この発明の第２の好適な実施例によれば、
多数の核燃料棒を互いに横方向離間関係に保持するスペ
ーサは、ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、前記
スペーサバンドに対して第１および第２のほぼ相互に直
交する対角線方向に延在する第１組および第２組のスペ
ーサストリップとを備え、前記第１組および第２組のス
トリップそれぞれが直線状に延在するセクションを有
し、隣接するセクションが互いにある角度をなし、頂点
で出会い、各ストリップが、ストリップの片側に突出し
て燃料棒に係合するばねと、ストリップの反対側に突出
して燃料棒と係合するストッパを有し、前記第１組およ
び第２組のストリップのセクションが、ストリップの互
いに反対側端縁に開口するスロットを有し、前記第１組
および第２組のストリップが互いにかみ合い、第１組の
ストリップのスロットが第２組のストリップのセクショ
ンの一部分を受け入れ、第２組のストリップのスロット
が第１組のストリップのセクションの一部分を受け入
れ、これにより燃料棒を受け入れる個別のセルの直線状
配列を画定し、各セルを第１組の１対のストリップおよ
び第２組の１対のストリップにより取り囲み、前記直線
状配列内の隣接するセルを画定するストリップが前記隣
接するセル間で互いに交差し、互いにほぼ線接触を形成
する。
【００１１】この発明の第３の好適な実施例によれば、
多数の核燃料棒を互いに横方向離間関係に保持するスペ
ーサは、ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、前記
スペーサバンド内に配置され、燃料棒を受け入れるとと
もに燃料棒を互いに離すための複数の開口を形成する複
数のスペーサストリップとを備え、前記複数のスペーサ
ストリップのうち第１および第２スペーサストリップそ
れぞれが、交互に逆向きに湾曲したセクションを含み、
一つ置きに隣接するセクションがそれぞれストリップか
ら反対方向に突出するばねおよびストッパを有し、第１
および第２ストリップのそれぞれが、前記逆向き湾曲セ
クション間の接合部にストリップの互いに反対側端縁に
開口するスロットを有し、第１および第２ストリップが
横方向に並置され、互いにかみ合わされ、第１ストリッ
プのスロットが第２ストリップの一部分を受け入れ、第
２ストリップのスロットが第１ストリップの一部分を受
け入れ、第１および第２ストリップの円弧状セクション
が横方向に互いに向かい合い、ほぼ円形の開口を形成
し、第１および第２ストリップそれぞれのばねが前記開
口を横切って第２および第１ストリップそれぞれのスト
ッパと向かい合う。
【００１２】したがって、この発明の主要な目的は、互
いに卵仕切り板状に配置された最小数のストリップを用
いてスペーサを形成し、従来のスペーサ製作方法に付随
したスペーサ製作および部品取扱い上の問題を最小限に
抑え、コストを低減した、核燃料束用の新規なすぐれた
スペーサを提供することにある。
【００１３】
【具体的な構成】図１に、沸騰水型原子炉用の燃料束
（バンドル）Ｂを示す。燃料束Ｂは下部タイプレートＬ
と上部タイプレートＵを含み、両者間に正方形断面のマ
トリックス状に配列した燃料棒Ｒを収容している。下部
タイプレートＬは、液体冷却材の流入を支持し可能にす
る働きをなす。上部タイプレートＵは、燃料棒Ｒのマト
リックスを鉛直直立位置に保持する。下部タイプレート
Ｌと上部タイプレートＵとの間には、燃料束を取り囲む
正方形チャンネルＣが設けられている。チャンネルＣは
下部タイプレートＬから上部タイプレートＵへの流体流
れを燃料束の内部に閉じ込める。図１から明らかなよう
に、燃料束は鉛直方向に細長く、たとえば４ｍ（１６０
インチ）程度である。燃料束が長く、かつ燃料棒が細い
ので、燃料棒を互いに正確な横方向離間位置に維持する
ことが重要である。この目的のため、複数のスペーサＳ
が燃料束内の互いに鉛直方向に離間した位置に配置され
ている。スペーサは各燃料棒Ｒを閉じ込める個別のセル
を画定する。スペーサはスペーサバンドで包囲され、通
常スペーサは、平面図として見て直線的であり、たとえ
ば正方形形状を有する。図２には具体的に燃料棒の１０
ｘ１０アレイを示すが、燃料棒の数はそれより多くても
少なくてもよく、たとえば８ｘ８または９ｘ９アレイま
たはそれより大きなアレイを用いてもよい。さらに、当
業者には明らかなように、太い中心水ロッドが同様にス
ペーサを貫通する。水ロッドは図示していないが、燃料
棒の直径より大きな直径の水ロッド１本または２本が、
各燃料束の中心部分、したがって各スペーサの中心部分
に延在するのが代表的である。
【００１４】図２および図３に移ると、図示のスペーサ
Ｓは周囲バンド１０を備え、周囲バンド１０は燃料棒Ｒ
を受け入れる開口のマトリックスを形成する第１組およ
び第２組のストリップを包囲する。周囲バンド１０は、
構造的な理由から、連続な直線的に延在する上部ストリ
ップおよび下部ストリップからなり、これらのストリッ
プが、互いに離間され、それらの横方向に離間した位置
で、ほぼ鉛直に延在するストリップにより相互連結され
ている。バンド１０は、スペーサの各コーナに鉛直方向
に延在するストリップを有し、この鉛直ストリップが内
方に突出してコーナ燃料棒に係合するばね１２を形成し
ている。周囲バンド１０は、スペーサ内にマトリックス
を画定する第１組および第２組のストリップ用の構造的
支持をなす。第１組１４のストリップ１６は直線的また
は正方形スペーサフレーム１０に対して第１対角線方向
に延在する。ここで、第１対角線方向を破線Ａで示す。
つまり、第１組の複数のストリップ１６はだいたいスペ
ーサＳの対角線Ａに沿っている。第２組１８のストリッ
プ２０は、破線Ｂで示す反対の対角線に沿って延在す
る。したがって各組のストリップは、スペーサＳの直交
する隣接辺間にだいたい対角線方向に延在し、そして両
端でスペーサの辺に、好ましくは溶接により、連結され
る。水ロッドがスペーサの中心部分に介在する場合に
は、両対角線方向のストリップの端部を、水ロッドの位
置を画定するフレーム部材（図示せず）に固着する。し
かし、一般に、ストリップはスペーサＳの直交する隣接
辺間に連続的に延在する。
【００１５】図３に示すように、各ストリップ１６、２
０は、互いに相互に直交方向にかつ直線状スペーサバン
ド１０に対して対角線方向ＡおよびＢに延在する。ま
た、各ストリップ１６、２０は、互いにある角度をなし
頂点で出会う複数の直線状に延在するセクションから形
成される。たとえば、ストリップ１６は複数の直線延在
セクション２２を有し、隣接するセクション２２同士が
互いにある角度関係にあり、頂点２４で出会う。同様
に、第２組１８のストリップ２０は複数の直線延在セク
ション２６を有し、隣接するセクション２６同士が互い
にある角度関係にあり、頂点２８で出会う。したがっ
て、図３から分かるように、ストリップ１６のセクショ
ン２２はスペーサを横切る対角線Ａと交互に交差し、頂
点２４は交互に対角線Ａの反対側に位置する。同様に、
ストリップ２０のセクション２６はスペーサを横切る対
角線Ｂと交互に交差し、頂点２８は交互に対角線Ｂの反
対側に位置する。したがって、この範囲までは、ストリ
ップは対角線の互いに反対側（すなわち両側）で対称で
ある。
【００１６】図３および図４に示すように、ストリップ
１６および２０の一つ置きの頂点２４および２８それぞ
れに、ストリップの片側に突出して燃料棒に係合するば
ね３０および３２が位置する。図３に示すように、スト
リップ上のほぼ五角形の表示がストリップ１６および２
０上のばね３０および３２を示し、一方ストリップ上の
ほぼ半円形の表示がストリップ１６および２０上のスト
ッパ３４および３６を示す。具体的には、ばね３０を含
む一つ置きの頂点間の各ストリップ１６の頂点２４に、
ストリップ１６のばね３０とは反対側に突出するストッ
パ３４が位置する。そしてばね３２を含む一つ置きの頂
点間の各ストリップ２０の頂点２８に、ストリップ２０
のばね３２とは反対側に突出するストッパ３６が位置す
る。
【００１７】図３から分かるように、ばねとストッパは
ともに燃料棒Ｒに係合する。具体的には、対角線Ａとほ
ぼ平行に延在する各ストリップ１６のばね３０は対角線
方向に隣接する燃料棒に係合する。対角線Ｂとほぼ平行
に延在する各ストリップ２０のばね３２は対角線方向に
隣接する燃料棒に係合する。同様に、対角線Ａに沿って
延在するストリップ１６のストッパ３４には、互いに対
角線方向に隣接する燃料棒が係合する。対角線Ｂに沿っ
て延在するストリップ２０のストッパ３６には、互いに
対角線方向に隣接する燃料棒が係合する。こうして、各
燃料棒Ｒは互いに反対側で２つのストリップ１６により
包囲され、片方のストリップ１６のばね３０が燃料棒Ｒ
を他方のストリップ１６のストッパ３４に対してバイア
ス（ばね押圧）し、また２つのストリップ２０により包
囲され、片方のストリップ２０のばね３２が燃料棒Ｒを
他方のストリップ２０のストッパ３６に対してバイアス
する。
【００１８】図４を参照すると、ストリップ１６および
２０はそれぞれ、ほぼ連続的な長さ方向に延在する２つ
のエッジまたはバンド部分４０および４２を、長さ方向
に離間した位置でかつ各頂点で、横断方向に延在する中
間ストリップまたはバンド４４により相互連結して、形
成される。中間ストリップ４６が長さ方向延在エッジ部
分４０および４２に各セクションの両端にある頂点の中
間の位置で係合する。図示のように、バンド４０、４
２、４４はストリップ１６および２０に空間（ボイド）
を画定する。以下の説明の便宜上、ストリップ１６およ
び２０の同様部分を図面では同じ参照符号で示し、その
部分がストリップ１６または２０のいずれにあるかに応
じて添字ＡまたはＢを付す。
【００１９】１対角線方向、たとえば対角線方向Ａに延
在する各ストリップ１６には、スロット４８Ａが、隣接
するセクション間の頂点２４間のほぼ中央にてストリッ
プの同一端縁に沿って開口している。スロット４８Ａは
各ストリップ１６の幅のほぼ１／２延在し、壁５０Ａを
有する。壁５０Ａは、以下の目的で、各セクション２２
を含む平面に対してある角度傾斜している。しかし、こ
の角度はセクションを含む平面に対して垂直な角度とは
異なる。反対側の対角線、たとえば対角線Ｂに沿って延
在するストリップにも同様の傾斜壁５０Ｂ付きのスロッ
ト４８Ｂが設けられているが、スロット４８Ｂはストリ
ップの反対側の長さ方向端縁に開口している。このよう
にして、ストリップを互いにメッシュ状にかみ合わせる
ことができる。ストリップ１６の各スロット４８Ａが、
咬合するスロット４８Ｂの基部から延在する中間バンド
４６Ｂの後部を受け入れる。反対に、ストリップ２０の
各スロット４８Ｂが、咬合するスロット４８Ａの基部か
ら延在する中間バンド４６Ａの後部を受け入れる。こう
して、各スロットの壁面５０Ａおよび５０Ｂの角度によ
り、ストリップ１６と２０の相互かみ合い係合を容易に
する。また、両ストリップは、相互噛合したとき、互い
に直角に延在しないことも明らかである。そうではなく
て、両ストリップは互いにある角度で延在し、互いに反
対の対角線方向に延在するストリップの交差線の互いに
反対側に数対の鋭角αおよび鈍角βを形成する（図
５）。
【００２０】図４に示すように、各ストリップの一つ置
きの頂点に位置するばね３０および３２は、頂点でスト
リップの平面から横方向外向きに突出する板ばねを構成
する。こうすると、燃料棒をマトリックスへ挿入する
と、ばねの中央部分は燃料棒とほぼ点接触する。また、
一つ置きの頂点に形成されたストッパは、同じストリッ
プのばねが突出する側とは反対側に突出する。ストッパ
は、両長さ方向エッジ部分４０および４２に沿ったスト
リップの頂点のディンプルまたは押しこみ部分からな
り、片側にほぼ凸状突起を、反対側に凹状へこみを形成
する。
【００２１】組立時には、図３に示すように、ストリッ
プおよびスロットを前述の通りに互いに係合することに
より、ストリップを相互噛合する。こうして、１対の対
角線方向に交差するストリップのばね３０および３２が
１本の燃料棒にその片側で係合する一方、別の１対の対
角線方向に交差するストリップのストッパが燃料棒に反
対側で係合する。ばねおよびストッパによる各燃料棒と
の接触点は互いにほぼ９０°の位置にくる。こうして、
４枚のストリップが（スペーサコーナを除く）マトリッ
クス内の各燃料棒を完全に包囲し、燃料棒を受け入れ完
全に包囲する（取り囲む）個別のセルを形成する。重要
なこととして、互いに反対の対角線方向に延在するスト
リップの交差部は、核燃料束に流れる水の流れ方向に、
ほぼ線接触を形成する。すなわち、２対のストリップ１
６および２０が画定するセルは、従来のように隣接する
セル間の平坦な辺と辺との接触ではなく、セルの直線配
列内の隣接するセルに直線に沿って接触する。この線接
触による冷却水の流れに対する妨害はほんの僅かでしか
ないので、隣接する燃料棒間の流れ面積が、従来のスペ
ーサの燃料棒間の流れ面積と比較して、大きくなる。
【００２２】この発明のスペーサは、全体を類似材料で
形成するのが好ましい。たとえば、スペーサストリップ
をインコネル（Inconel ）またはジルカロイ（Zircalo
y）で形成するのがよい。スペーサを形成するジルカロ
イとばねを形成するインコネルを組み合わせて使用して
もよい。また、上述したスペーサ設計は、熱水力学、核
または機械的性能を妥協することなく、従来の単位セル
型スペーサを構成するのに必要な個別部品の数の１／２
以下の数の部品しか必要としないことも明らかである。
この構成とすれば、製造コストおよび複雑さが大幅に低
減する。
【００２３】つぎに、図６〜図１０に示すこの発明の第
２実施例を説明する。第１ストリップ６０および第２ス
トリップ６２がそれぞれ、スペーサの一部を形成する１
列のセルを形成するために互いに組み立てる準備のでき
た成形済み状態にて示されている。図示のように、スト
リップ６０および６２それぞれは、逆向きに湾曲したセ
クションを交互に有する。すなわち、第１ストリップ６
０は隣接する逆向きに湾曲したセクション６４Ａおよび
６６Ａを有し、一方第２ストリップ６２は一つ置きの隣
接する逆向きに湾曲したセクション６４Ｂおよび６６Ｂ
を有する。各円弧状セクションはほぼ１８０°延在し、
その中心がストリップ６０および６２を長さ方向に通る
長さ方向平面Ａ−ＡまたはＢ−Ｂ内にある。逆向きに湾
曲したセクション６４Ａおよび６６Ａそれぞれは平面Ａ
−Ａに沿った接合部で互いに出会い、そこで湾曲が反転
する。同様に、逆向きに湾曲したセクション６４Ｂおよ
び６６Ｂそれぞれは平面Ｂ−Ｂに沿った接合部で互いに
出会う。図６に示したストリップ６０および６２は組立
前の位置にあり、この後以下に説明するように、ストリ
ップを横方向に並置し相互噛合して１列のほぼ円形のセ
ルを形成する。たとえば、図７では、ストリップを組立
終わっており、ストリップ６０および６２の円弧状セク
ション６４Ｂおよび６６Ａが互いに向かい合って一つ置
きの円形開口を形成し、一方円弧状セクション６４Ａお
よび６６Ｂが互いに向かい合って一つ置きの円形開口を
形成している。
【００２４】つぎに図８および図９を参照すると、スト
リップ６０および６２が、図６に示すように成形される
前の平坦にした形状に示されている。各ストリップは、
１対の対向エッジ６８および７０を、好ましくは１対の
ばね７２により、最終ばね組立体で一つ置きの円弧状セ
クション６６にくる位置にて、相互連結した構成であ
る。エッジ６８および７０それぞれは１対のストッパ７
４および７６も含み、これらのストッパ７４および７６
は、最終組立体では一つ置きの円弧状セクション６４の
半径方向内方に突出するように配置されている。図８お
よび図９から分かるように、エッジ６８および７０はば
ね７２だけで相互連結されており、エッジ６８および７
０間の区域はほぼ材料が無い空間である。
【００２５】図８において、エッジ６８に含まれるほぼ
Ｕ形状のエッジ部分８０に、エッジ６８に開口するスロ
ット８２を形成する。各スロット８２は隣接する逆向き
に湾曲したセクション間の接合部に、すなわち逆向きに
湾曲したセクションが図６に示す平面Ａ−Ａに交差する
ところに位置する。同様に、図９において、ストリップ
６２は、ほぼＵ形状のエッジ部分８４を有し、ここにス
トリップ６２の反対側エッジ７０に開口するスロット８
６を画定する。各スロット８６も同様に、平面Ｂ−Ｂに
交差するストリップ６２の円弧状セクション６４Ｂと６
６Ｂの接合部に位置する。
【００２６】この実施例のストリップ６０および６２を
用いてスペーサを組み立てるには、ストリップを横方向
に並置し、ストリップ６０のスロット８２がエッジ部分
８４の基部およびストリップ６２のエッジ６８を受け入
れ、また同時にストリップ６２のスロット８６がエッジ
部分８０の基部およびストリップ６０のエッジ７０を受
け入れるように、相互咬合する。なお、ストリップ６０
および６２を相互咬合する際、各ストリップの１対のば
ね７２が他方のストリップの内向き突出ストッパ７４の
真向かいに来る。これにより、ばねが円形開口内に配置
された燃料棒Ｒをストッパに対してバイアスする。スト
リップをそれらの接合部で互いに溶接する。図７に示す
ように、第１および第２ストリップの列複数を、スペー
サの周囲フレームまたはバンド内で横に並べ、互いに溶
接して剛固なスペーサ構造を形成することができる。対
のストリップにより形成されたセルの列それぞれの連結
を容易にするために、ストリップの上側エッジおよび下
側エッジを、図１０に示すように、長さ方向に突出する
タブ８８に形成し、これを周囲スペーサバンド９０の上
側エッジおよび下側エッジに形成されたスロットにはめ
こむのがよい。タブ８８をバンド９０に溶接するのが好
ましい。
【００２７】以上、この発明を、現在のところもっとも
実用的かつ好適と考えられる実施例について説明した
が、この発明は開示された実施例に限定されることな
く、この発明の要旨に入る種々の変形例や均等な配置を
包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかわる原子炉用燃料棒アセンブリ
の斜視図である。
【図２】燃料棒およびスペーサを形成するストリップの
一部を示す、スペーサの部分拡大平面図である。
【図３】図２に示すスペーサのコーナ部分の拡大図であ
る。
【図４】１対のスペーサストリップの斜視図で、各スト
リップの細部とその相互かみ合い関係を示す。
【図５】燃料棒を囲むストリップの拡大図である。
【図６】この発明の第２実施例にしたがって構成したス
ペーサのセル列を形成する１対のストリップの端面図で
ある。
【図７】図６に示したストリップ対を用いたスペーサの
部分平面図である。
【図８】図６に示した第１ストリップを平坦状態にて示
す側面図である。
【図９】図６に示した第２ストリップを平坦状態にて示
す側面図である。
【図１０】セルを形成するストリップとスペーサのエッ
ジとの連結部を示す、１対の組立済みストリップの部分
平面図である。
【符号の説明】
Ｂ 燃料束 Ｒ 燃料棒 １０ バンド １４、１８ 第１、第２組 １６、２０ 第１、第２ストリップ ２２、２６ セクション ２４、２８ 頂点 ３０、３２ ばね ３４、３６ ストッパ ４０、４２、４４ バンド部分 ４６ 中間ストリップ ４８ スロット ５０ 壁 ６０、６２ 第１、第２ストリップ ６４、６６ 円弧状セクション ６８、７０ エッジ ７２ ばね ７４、７６ ストッパ ８０、８４ Ｕ形エッジ部分 ８２、８６ スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロード・ブレックリー・キング アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 ライツビル・ビーチ、アイランド・ドライ ブ、10番 (72)発明者 デイビッド・グレイ・スミス アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州、 レランド、ベルベデール・コート、125番

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の核燃料棒を互いに横方向離間関係
    に保持するスペーサにおいて、 ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、 前記スペーサバンドに対して第１および第２のほぼ相互
    に直交する対角線方向に延在する第１組および第２組の
    スペーサストリップとを備え、 前記第１組および第２組のストリップそれぞれが直線状
    に延在するセクションを有し、隣接するセクションが互
    いにある角度をなし、頂点で出会い、 各ストリップの前記セクションが前記スペーサを横切る
    対角線と交互に交差し、頂点が対角線の互いに反対側に
    交互に位置し、 各ストリップの一つ置きの頂点が、ストリップの片側に
    突出して燃料棒に係合するばねを有し、これら一つ置き
    の頂点の間の各ストリップの頂点が、ストリップの反対
    側に突出して燃料棒と係合するストッパを有し、 前記第１組および第２組のストリップのセクションが、
    その隣接する頂点の中間に、ストリップの互いに反対側
    端縁に開口するスロットを有し、 前記第１組および第２組のストリップが互いにかみ合
    い、第１組のストリップのスロットが第２組のストリッ
    プのセクションの一部分を受け入れ、第２組のストリッ
    プのスロットが第１組のストリップのセクションの一部
    分を受け入れる構成のスペーサ。
  2. 【請求項２】 前記各ストリップが前記セクションに前
    記スロットを画定する壁を有し、前記壁が前記セクショ
    ンに垂直な角度以外の角度で配置された請求項１に記載
    のスペーサ。
  3. 【請求項３】 前記第１および第２ストリップが、互い
    にかみ合わされたとき、数対の鋭角と鈍角を前記ストリ
    ップの交差部の反対側に形成する請求項１に記載のスペ
    ーサ。
  4. 【請求項４】 前記ストリップは、ストリップの両端縁
    に沿って延在し互いに離間された直線状に延在するバン
    ドと、前記ストリップの両端縁に沿って両バンドを相互
    連結して前記セクション内に空間を画定し、ストリップ
    に沿って長さ方向に離間された中間バンドとを備える請
    求項１に記載のスペーサ。
  5. 【請求項５】 前記中間バンドの少なくとも１つが隣接
    するセクションの頂点間に位置し、前記スロットの１つ
    を含む請求項４に記載のスペーサ。
  6. 【請求項６】 前記スロットが前記ストリップの横断方
    向に、各ストリップの幅の１／２にほぼ等しい距離延在
    する請求項５に記載のスペーサ。
  7. 【請求項７】 前記ばねが、頂点に位置する中間バンド
    からなり、前記ストリップの片側に突出し、前記中間バ
    ンドの長さのほぼ中央のばね接触面で終端する請求項４
    に記載のスペーサ。
  8. 【請求項８】 前記一つ置きの頂点の間の頂点それぞれ
    が、前記直線状に延在するバンドに沿って形成された１
    対のストッパを有する請求項４に記載のスペーサ。
  9. 【請求項９】 多数の核燃料棒を互いに横方向離間関係
    に保持するスペーサにおいて、 ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、 前記スペーサバンドに対して第１および第２のほぼ相互
    に直交する対角線方向に延在する第１組および第２組の
    スペーサストリップとを備え、 前記第１組および第２組のストリップそれぞれが直線状
    に延在するセクションを有し、隣接するセクションが互
    いにある角度をなし、頂点で出会い、 各ストリップが、ストリップの片側に突出して燃料棒に
    係合するばねと、ストリップの反対側に突出して燃料棒
    と係合するストッパを有し、 前記第１組および第２組のストリップのセクションが、
    ストリップの互いに反対側端縁に開口するスロットを有
    し、 前記第１組および第２組のストリップが互いにかみ合
    い、第１組のストリップのスロットが第２組のストリッ
    プのセクションの一部分を受け入れ、第２組のストリッ
    プのスロットが第１組のストリップのセクションの一部
    分を受け入れ、これにより燃料棒を受け入れる個別のセ
    ルの直線状配列を画定し、各セルを第１組の１対のスト
    リップおよび第２組の１対のストリップにより取り囲
    み、 前記直線状配列内の隣接するセルを画定するストリップ
    が前記隣接するセル間で互いに交差し、互いにほぼ線接
    触を形成する構成のスペーサ。
  10. 【請求項１０】 前記各ストリップが前記セクションに
    前記スロットを画定する壁を有し、前記壁が前記セクシ
    ョンに垂直な角度以外の角度で配置された請求項９に記
    載のスペーサ。
  11. 【請求項１１】 前記第１および第２ストリップが、互
    いにかみ合わされたとき、数対の鋭角と鈍角を前記スト
    リップの交差部の互いに反対側に形成する請求項９に記
    載のスペーサ。
  12. 【請求項１２】 前記ストリップは、ストリップの両端
    縁に沿って延在し互いに離間された直線状に延在するバ
    ンドと、前記ストリップの両端縁に沿って両バンドを相
    互連結して前記セクション内に空間を画定し、ストリッ
    プに沿って長さ方向に離間された中間バンドとを備える
    請求項９に記載のスペーサ。
  13. 【請求項１３】 前記中間バンドの少なくとも１つが隣
    接するセクションの頂点間に位置し、前記スロットの１
    つを含む請求項１２に記載のスペーサ。
  14. 【請求項１４】 前記スロットが前記ストリップの横断
    方向に、各ストリップの幅の１／２にほぼ等しい距離延
    在する請求項１３に記載のスペーサ。
  15. 【請求項１５】 前記ばねが、頂点に位置する中間バン
    ドからなり、前記ストリップの片側に突出し、前記中間
    バンドの長さのほぼ中央のばね接触面で終端する請求項
    １２に記載のスペーサ。
  16. 【請求項１６】 各ストリップの一つ置きの頂点が、ス
    トリップの片側に突出するばねを有し、これら一つ置き
    の頂点の間の各ストリップの頂点が、ストリップの反対
    側に突出するストッパを有する請求項９に記載のスペー
    サ。
  17. 【請求項１７】 多数の核燃料棒を互いに横方向離間関
    係に保持するスペーサにおいて、 ほぼ直線状の周囲延在スペーサバンドと、 前記スペーサバンド内に配置され、燃料棒を受け入れる
    とともに燃料棒を互いに離すための複数の開口を形成す
    る複数のスペーサストリップとを備え、 前記複数のスペーサストリップのうち第１および第２ス
    ペーサストリップそれぞれが、次に隣接するセクション
    と交互に逆向きに湾曲したセクションを含み、隣接する
    セクションがそれぞれストリップから反対方向に突出す
    るばねおよびストッパを有し、 第１および第２ストリップのそれぞれが、前記逆向き湾
    曲セクション間の接合部にストリップの互いに反対側の
    端縁に開口するスロットを有し、第１および第２ストリ
    ップが横方向に並置され、互いにかみ合わされ、第１ス
    トリップのスロットが第２ストリップの一部分を受け入
    れ、第２ストリップのスロットが第１ストリップの一部
    分を受け入れ、第１および第２ストリップの円弧状セク
    ションが横方向に互いに向かい合い、ほぼ円形の開口を
    形成し、第１および第２ストリップそれぞれのばねが前
    記開口を横切って第２および第１ストリップそれぞれの
    ストッパと向かい合う構成のスペーサ。
  18. 【請求項１８】 前記第１および第２ストリップそれぞ
    れの隣接円弧状セクションがそれぞれ、互いに円弧状に
    離間した１対のばねか互いに円弧状に離間した１対のス
    トッパを有し、したがって、横方向に並置され、相互噛
    合された第１および第２ストリップにより形成された各
    開口が、開口のほぼ半径方向内向きに突出する１対のば
    ねおよび１対のストッパを有する請求項１７に記載のス
    ペーサ。
  19. 【請求項１９】 前記第１および第２ストリップそれぞ
    れの隣接円弧状セクションがそれぞれ、互いに円弧状に
    離間した１対のばねか数対のストッパを有し、各対のス
    トッパがストリップの両端縁に沿って互いに円弧状に離
    間され、前記ばねがストリップの両端縁のほぼ中央に半
    径方向最内側の突起を有する請求項１７に記載のスペー
    サ。
  20. 【請求項２０】 前記第１および第２ストリップそれぞ
    れの隣接円弧状セクションがそれぞれ、互いに円弧状に
    離間した１対のばねか互いに円弧状に離間した１対のス
    トッパを有し、したがって、横方向に並置され、相互噛
    合された第１および第２ストリップにより形成された各
    開口が、開口のほぼ半径方向内向きに突出する１対のば
    ねおよび１対のストッパを有し、前記ストリップがその
    両端縁に沿って延在し、互いに離間したバンドを有し、
    前記ばねが前記バンド間に延在し、ストリップの両端縁
    に沿ったバンド間の唯一の相互連結部を構成する請求項
    １７に記載のスペーサ。
  21. 【請求項２１】 スペーサのまわりに周囲フレームを含
    み、各ストリップが端部タブを有し、この端部タブを前
    記周囲フレームに設けたスロットにはめてストリップを
    スペーサのフレームに固定する請求項１７に記載のスペ
    ーサ。
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