JPH10510925A - 原子炉用燃料集合体およびスペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、複数のセル９からなり、原子炉用の燃料集合体の束の中へ前記セル９を貫通して延びる平行で細長い要素３，８を複数のスペーサ高さにおいて保持し、相互に固定するスペーサ７に関する。冷却剤が燃料集合体を通して下方から上方へ流れるようにされている。スペーサ７のセル９の間で二次流路が形成される。本発明は、二次流路のスペーサ高さの少なくとも大部分が、前記二次流路１０に近接配置された燃料棒に向かって冷却剤の流れの少なくとも一部を導くために、流れ方向において軸線方向に離隔されている少なくとも２個の偏向部材１４を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉用燃料集合体およびスペーサ 本発明は軽水炉、特に沸騰水型軽水炉、あるいは加圧水型原子炉用の燃料集合 体およびスペーサに関する。燃料集合体は束に沿って相互に対して離隔関係で配 置された多数のスペーサによって保持され、かつ固定された細長い燃料棒の束か らなる。スペーサは燃料棒を相互に固定するための多数のセルからなる。例えば 、水のような冷却剤が通常垂直方向に配置された燃料集合体を通して上下に流れ るようにされ、核反応の間燃料集合体に配置された燃料棒を冷却する。 背景技術および課題 沸騰水型原子炉における燃料集合体は、長方形あるいは正方形断面であること が多い細長い管状容器であって、両端が開放され連続した流路を形成し、その流 路を通して原子炉の冷却剤が流れることの出来る細長い管状容器から構成されて いる。燃料集合体はある明確な、通常は対称形のパターンで配置された大量の均 等に細長い管状の燃料棒から構成されている。燃料棒はその頂部において頂部タ イプレートによって、その底部において底部タイプレートによって保持されてい る。所望の要領で冷却剤が燃料棒にわたって流れ得るようにするには、燃料棒を 相互からある距離を保ち、原子炉が作動している間、燃料棒が曲がったり、ある いは振動しないようにすることが重要である。この目的に対して、複数のスペー サが使用され、長手方向に、燃料集合体に亘って配分されている。 加圧水型原子炉用の燃料集合体は、燃料棒が何らかの管状容器によって密閉さ れていないこと、およびその数がより多いという事実を別とすれば、原則として 沸騰水型原子炉用の燃料集合体と同じ設計である。 燃料棒の間には、二次流路が形成され、そこを通して、冷却剤が燃料集合体を 貫流する。 軽水炉用のスペーサを設計する場合の重要な要素は、冷却剤を適当に混合する ことによりスペーサが燃料棒に良好な冷却をもたらすことを保証することである 。冷却が十分でないような場合は、沸騰水型原子炉においては、所謂ドライアウ ト が発生する可能性があり、加圧水型原子炉においては、所謂ＤＮＢ（核沸騰限界 ）が発生する可能性がある。深刻な場合では、ドライアウトとＤＮＢはそれぞれ 、燃料棒の溶け込みをもたらす。 このように、スペーサは冷却剤の流れ、したがって燃料の冷却に影響を与える 。冷却剤がまだスペーサを通過しきっていないスペーサのすぐ下方の領域におい ては、燃料棒上の冷却剤の膜の汚染が起こり、一方冷却剤がスペーサを丁度通過 したスペーサ上方の領域においてはその代わりに水の膜が強化されることが知ら れている。冷却剤の強化は冷却剤がスペーサを通るとき冷却剤において発生する 乱流によるものである。ドライアウトの最大の危険性はスペーサのすぐ下方での 燃料の上部分に存在する。 燃料集合体においてスペーサの下流側縁部に案内羽根を配置することにより燃 料棒の冷却を増進する一方法がＷＯ ９１／１３４４２に記載されている。２個 あるいは４個の案内羽根が、上方へ流れる冷却剤において渦流が形成されるよう に前述の縁部から延在し、かつ湾曲して配置されている。さらに、案内羽根は燃 料棒を装着する際露出され、損傷を受ける可能性がある。 別の方法がＳＥ ９３０３５８３−０に記載されている。この文書に記載され ているスペーサはスリーブから形成された直交格子体からなり、案内羽根がスリ ーブ材におけるタブとして形成されている。この方法の欠点は、より長いタブが 選択されればされるほど、燃料棒の支持長さの大半が喪失されることである。 公知のスペーサは、スペーサの製作に関する限り、良好な強度と物性を備えた 材料でありるインコネルで完全にあるいは部分的に設計されることが多い。しか しながら、スペーサは、中性子の吸収性の低い材料、すなわち、低吸収性材料、 たとえばジルコニウム合金から作ることが望ましい。ジルコニウム合金製のスペ ーサは反応経済性の観点からは有利である。さらに、低吸収性材料製のスペーサ は照射後の放射性が少なく、これは原子炉作動後のスペーサの取り扱い上有利で ある。 本発明の目的は、冷却性が良好で、流れ抵抗が少なく、製作が簡単で、さらに 、ジルコニウム合金から作ることの出来るスペーサを提供することである。 発明の要約、利点 本発明は、燃料集合体と、原子炉用の完全にあるいは部分的にジルコニウム合 金で作られたスペーサに関し、前記スペーサはスペーサセルからなる直交格子体 からなり、各セルが該セルを貫通する細長い要素を例えば燃料棒とか制御棒案内 羽根のような複数の各種スペーサ高さにおいて位置させる。燃料集合体の間には 該燃料集合体を通して冷却材の流れを通すための所謂二次流路が形成されている 。これらの二次流路の少なくとも、大部分において、すなわち各種スペーサ高さ の大部分において、幹や枝を備えた所謂案内羽根の木が配置されている。前記幹 は、例えば、長手方向の縁部を冷却剤の流れに対して平行に配置している長方形 のプレートあるいはパイプあるいは、それぞれの想像中心線を冷却剤の流れに対 して平行に配置させたコイルばねのような形状の金属シート帯片から構成されて いる。前記枝は前記幹に沿った少なくとも２個の軸線方向の個別の高さにおいて 前記幹から突出し、案内羽根の木の周りに配置された燃料棒に向かって冷却剤の 流れを導く。 燃料集合体において流れる、すなわち、一次流路を通して下方から上方へ流れ る冷却剤は、冷却剤の流れ方向を横切って延在する部分が最小であることが好ま しい木の幹に先ず達する。前記幹は冷却剤を前記木の枝すなわち、案内羽根まで 導く。前記幹の長さに亘って案内羽根を軸線方向に配分しているため、冷却剤の 流れは数段階分流されることにより、燃料棒に向かっての冷却剤の流れが確実に 制御される。 案内羽根は二次流路において、二次流路を囲むスペーサセルの間で、少なくと もスペーサセルの下流側縁部に配置するようにされている。 案内羽根の木のサイズと長さとは、それが配置されるべき燃料集合体の場所に よって変わり得る。案内羽根の形状は冷却剤の流れの制御を最適化するために変 更し得る。例えば、案内羽根は滑らかな形状あるいは円弧状とし得る。冷却剤を 攪拌し、燃料棒に向かって導くことの必要性が最大なのは蒸気含有量が最大、し たがって、所謂ドライアウトの危険性が最大である燃料集合体の下流側において である。各案内羽根は燃料集合体に亘る圧力低下に貢献する。燃料集合体の上流 においては、案内羽根は、全体の圧力低下を低減するために完全に省略してもよ い。とくに有利な実施例においては、案内羽根の木は流れ方向においてスペーサ セルと同じ範囲であり、案内羽根の木がスペーサから突出しないようにスペーサ セルの間に配置されている。このような設計の利点はスペーサのセルが冷却剤を 案内羽根の木に向かって反射させるため冷却剤の大部分がそれによって分流され 得る事である。 本発明による複数の案内羽根を備えた各スペーサには、更に、例えば、４個の 側を有するフレームあるいは全体の束からなるスカートのような従来からの構造 部分を設けることが出来る。 本発明の利点は二次流路の大部分において案内羽根の木を備えているスペーサ が、案内羽根の周りに配置した燃料棒を良好に冷却することによって燃料集合体 からの出力を増大させ得ることである。更に、案内羽根は流れに対する抵抗を少 なくさせるが、これは二相圧力低下、すなわち蒸気混合物が二相の水と蒸気を含 有している燃料集合体の上部分において通常発生する圧力低下の観点からとりわ け重要である。 本発明の別の利点は案内羽根の木の設計により製作過程を簡素化し得ることで ある。 本発明の更に別の利点は案内羽根をジルコニウム合金で作る事が出来ることで ある。スペーサにおいてインコネルの代わりにジルコニウムを用いることは、原 子炉操作員が曝される放射、すなわち所謂人間の吸収線量を低減させる。人間に 対して影響する理由はインコネルの一部であるニッケルが照射されると処理水に 放射性のコバルトアイソトープが形成されるからである。このように、ニッケル の量が少ないとコバルトの含有量が少なくなり、人間の吸収線量が低減する。 案内羽根の木の設計により冷却剤の流れを最適な要領で導き、良好な冷却を達 成する著しい選択を可能とする。これらの実施例のあるものを好適実施例の説明 により、以下に述べる。 図面の簡単な説明 本発明は添付図面を参照すれば最も容易に理解される。 第１図は沸騰水型原子炉の燃料集合体を示す。 第２図は加圧水型原子炉の燃料集合体を示す。 第３ａ図から第３ｄ図は種々形式のスペーサ構造体を示す。 第４ａ図から第４ｃ図は２個の軸線方向に離隔された案内羽根を備えた本発明 による案内羽根の木の実施例の側面および上方から視た図。 第５ａ図から第５ｃ図は３個の軸線方向に離隔された案内羽根を備えた本発明 による案内羽根の木の実施例の側面と上方から視た図。 第６ａ図から第６ｄ図は４個の軸線方向に離隔された案内羽根を備えた本発明 による案内羽根の木の実施例の側面および上方から視た図。 第７ａ図から第７ｃ図は４個の案内羽根を備え、その中３個が軸線方向に離隔 されている、本発明による案内羽根の木の実施例の側面および上方から視た図。 第８ａ図から第８ｄ図は本発明による案内羽根をスペーサ構造体に装着する種 種の方法を原則として、側面および上方から視た図。 第９ａ図と第９ｂ図はコイルばね状の幹の表面で外部に配置された４個の軸線 方向に離隔された案内羽根を備えた、本発明による案内羽根の木の実施例をそれ ぞれ側面および上方から視た図。 第１０ａ図と第１０ｂ図はコイルばね状の幹の面の内側に配置された４個の軸 線方向に離隔された案内羽根を備えた案内羽根の木の実施例のそれぞれ、側面お よび上方から視た図。 第１１ａ図と第１１ｂ図はピン状の幹の面に配置された４個の軸線方向に離隔 された案内羽根を備えた本発明による案内羽根の木のそれぞれ、側面および上方 から視た図。 第１２ａ図と第１２ｂ図は管状の幹の面の外側に配置された４個の軸線方向に 離隔された案内羽根を備えた、本発明による案内羽根の木の、それぞれ側面およ び上方から視た図。 第１３ａ図と第１３ｂ図は管状の幹の面の内側に配置された４個の軸線方向に 離隔された案内羽根を備えた、本発明による案内羽根の木の実施例の、それぞれ 側面および上方から視た図。 第１４ａ図と第１４ｂ図は、案内羽根が円弧状の面を有している、第６ａ図か ら第６ｄ図に示す案内羽根の実施例の、それぞれ側面および上方から視た図。 第１５図は案内羽根が、第１図あるいは第２図に示す燃料集合体の一部におい て囲んでいる燃料棒に冷却剤の流れを案内羽根の木が導く態様を説明するスケッ チ。 第１６図は第１５図と同じであるが、案内羽根の木が冷却剤の流れを交互に、 それぞれ反時計方向および時計方向に導くようにされている。 好適実施例の説明 第１図は、燃料流路２と称する、断面が長方形の細長い管状容器からなる沸騰 水型原子炉の燃料集合体１を示す。燃料流路２は両端が開放しており、原子炉の 冷却剤がその中を通る連続した流路を形成している。燃料集合体１は束の中で平 行に配置され、その中に核燃料のペレット４が入っている、多数の均等に細長い 管状の燃料棒３からなる。燃料棒３は頂部においては頂部タイプレートによって 、底部においては底部タイプレートによって保持されている。燃料棒３はスペー サ７によって相互に離隔され、原子炉が作動している間、曲がったり、振動しな いようにされている。 第２図は多数の細長い管状の燃料棒３と、平行に配置された制御棒案内管８と からなる加圧水型原子炉用燃料集合体１を示す。燃料棒３は核燃料のペレット４ を入れている。制御棒案内管８は頂部においては頂部ノズル５により、底部にお いては底部ノズル６によって保持されている。燃料棒３はスペーサ７によって相 互に離隔された状態に保たれている。 第３ａ図から第３ｂ図は直交格子体を備えたスペーサ７を斜視図で示している 。第３図はスリーブ９からなるスペーサ７を示し、各スリーブ９は例えば、燃料 棒３あるいは制御棒案内管８のような、そこを貫通する細長い要素を位置づける ためのものである。第３ｂ図はセル９からなるスペーサ７を示す。セル９内に配 置された燃料棒３とスリーブ９との間に、二次流路と称される流路１０が位置さ れている。第３ｃ図と第３ｄ図は横方向に配置され、フレーム９によって囲まれ ており、縁部で直立した、金属シートの帯片９ａ，９ｂで作られた格子体をそれ ぞれ側面と上方とから視た状態で示す。 第４図から第１３図は本発明による案内羽根の木の数種の代替的な実施例を示 す。第４図から第８図は実質的な冷却剤の流れに対して平行に配置された概ね長 方形のプレートの形態の幹に配置された、２個、３個、あるいは４個の枝を備え た例を示す。第９図から第１３図は案内羽根の木の代替的な実施例を示す。 第４ａ図は第１と第２の折り曲げ線１２ａ，１２ｂと、中心線１３とを備えた 案内羽根の木１１のためのブランクを示し、前記中心線１３に対する折り曲げ線 １２ａ，ｂの角度はμ°で指示され、４５度として示されている。第１の折り曲 げ線１２ａの左側で、かつ上方の第１のタブ１４ａは見る人に向かう方向に第１ の折り曲げ線１２ａの周りで９０度曲げられるようにされ、一方第２の折り曲げ 線１２ｂの右側で、かつ上方の第２のタブ１４ｂは第２の折り曲げ線１２ｂの周 りで９０度見る人から離れる方向に折り曲げられるようにされている。第１と第 ２のタブ１４ａ，１４ｂが折り曲げられると、第４ｂ図に示すような側面から視 た案内羽根の木１１の外観が得られる。第４ｃ図は４個の燃料棒３の間に配置さ れ、上方から視た案内羽根の木１１を示す。前記木１１は、スペーサ７からなり 、縁部で直立し、その中を燃料棒３が延びているセルを形成する構造体に取り付 けられている。 第５ａ図は第１、第２および第３の折り曲げ線１２ａ，ｂ，ｃならびに中心線 １３とを備えた案内羽根の木１１用のブランクを示す。第１の折り曲げ線１２ａ の左側でかつその上方にあるだい１のタブ１４ａは第１の折り曲げ線１２ａの周 りで、見る人に向かう方向に折り曲げられるようにされている。第２の折り曲げ 線１２ｂの右側で、かつその上方にある第２のタブ１２ｂは見る人から離れる方 向で第２の折り曲げ線１２ｂの周りで９０度そして見る人に向かう方向で中心線 １３の周りで９０度折り曲げられるようにされている。第３の折り曲げ線１２ｃ の右側で、かつその上方にある第３のタブ１４ｃは見る人から離れる方向に第３ の折り曲げ線の周りで９０度折り曲げられるようにされている。第１、第２、第 ３のタブ１４ａ，ｂ，ｃがそれらの最終位置まで折り曲げられると、第５ｂ図に 示すように、側面から視た案内羽根の木１１の様相が得られる。第５ｂ図はまた 、中心線１３の各側における第４と第５の折り曲げ線１６ａ，ｂを示す。第４と 第５の折り曲げ線１６ａおよび１６ｂの各々の外側において、第１と第２のタブ １７ａ，１７ｂがそれぞれ、見る人に向かう方向に、第４と第５の折り曲げ線１ ６ａ、１６ｂの周りで折り曲げられる。折り曲げ角は利用する空間に合わされる 。更に、第４と第５の折り曲げ線１６ａ，１６ｂの間で、図において１２０度の 角度δ°を形成するように、ブランクは見る人から離れる方向に中心線１３の周 り で折り曲げられる。第５ｃ図は４個の燃料棒３の間に配置され、上方から視た案 内羽根の木１１を示す。前記木は、スペーサ７からなり、横方向に配置され、縁 部で直立した金属シートの帯片から構成され、その中を燃料棒３が延びるセルを 形成している構造体に取り付けられている。 第６図は特に有利な設計の案内羽根の木を示す。第６ａ図は第１、第２、第３ 、および第４の折り曲げ線１２ａ−ｄ並びに中心線１３を備えた案内羽根の木１ １用のブランクを示す。前記ブランクには、第２と第３の折り曲げ線１２ｂ，１ ２ｃおよび中心線１３との間に配置された第１のスリット１５ａと第３と第４の 折り曲げ線１２ｃおよび１２ｄおよび中心線１３との間に配置された第２のスリ ット１５ｂとを備えている。第１の折り曲げ線１２ａの左側で、かつ上方にある 第１のタブ１４ａは見る人に向かう方向で第１の折り曲げ線１２ａの周りで９０ 度折り曲げられるようにされている。第２の折り曲げ線１２ｂの右側で、かつ上 方にある第２のタブ１４ｂは見る人から離れる方向で第２の折り曲げ線１２ｂの 周りで９０度折り曲げれられ、見る人から離れる方向で中心線１３の周りで９０ 度折り曲げられるようにされている。第３のタブ１４ｃは第３の折り曲げ線１２ ｃの右側で、かつ上方に配置され、第３の折り曲げ線１２ｃの周りで、かつ見る 人から離れる方向に９０度、そして見る人に向かう方向で、中心線１３の周りで ９０度折り曲げられるようにされている。第４の折り曲げ線１２ｄの右側で、か つ上方に配置されている第４のタブ１４ｄは見る人から離れる方向に第４の折り 曲げ線１２ｄの周りで９０度折り曲げられるようにされている。第１、第２、第 ３および第４のタブ１４ａ−ｄがそれらの最終位置まで折り曲げられると、第６ ｂ図に示すように側面から視た案内羽根の木１１の様相が得られる。第６ｃ図は 第３ａ図に示す形式のスリーブスペーサ９からなる構造体において４個の燃料棒 ３の間に配置され、上方から視た案内羽根の木１１を示す。第６ｄ図も中心線１ ３の各側における第５と第６の折り曲げ線１６ａ，１６ｂを示す。第６ｄ図は、 第５の折り曲げ線１６ａの外側において、第１の取り付けタブ１７ａが見る人か ら離れる方向に第５の折り曲げ線１６ａの周りで折り曲げられることを示す。第 ６の折り曲げ線１６ｂの外側で、第２の取り付けタブ１７ｂが見る人に向かう方 向で第６の折り曲げ線１６ｂの周りで折り曲げられる。第６ｄ図は４個の燃料棒 ３ の間に配置され、上方から視た案内羽根の木１１を示す。案内羽根の木１１は、 スペーサ７からなり、横方向に配置され、縁部で直立し、そこを通して燃料棒３ が延びているセルを形成している金属シートの帯片から構成されている構造体に 取り付けられている。図においては２０度で示している角度β°で案内羽根の木 １１を若干捩じって取り付けることにより、それが囲む燃料棒３を適度に冷却す る。β°の角度を回転させた案内羽根の木の位置は第３ａ図に示す形式のスペー サ７に対しても使用し得る。 第７図は第６図に示すように４個の案内羽根１４ａ−１４ｄを備えているが、 案内羽根の内の２個１４ａ，１４ｂは同じ高さに位置されている案内羽根の木１ １を示す。第７ａ図は第１、第２、第３および第４の折り曲げ線１２ａ−ｄ並び に中心線１３を備えた案内羽根の木１１用のブランクを示す。前記ブランクは第 ２と第３の折り曲げ線１２ｂ，１２ｃ並びに中心線１３の間で配置された第１の スリット１５ａと第３と第４の折り曲げ線１２ｃ，１２ｄ並びに中心線１３の間 で配置された第２のスリット１５ｄとを備えている。第１の折り曲げ線１２ａの 左側で、かつ上方にある第１のタブ１４ａは見る人に向かう方向において第１の 折り曲げ線１２ａの周りで９０度折り曲げられる。第２の折り曲げ線１２ｂの右 側で、かつその上方にある第２のタブ１４ｂは見る人から離れる方向で第２の折 り曲げ線１２ｂの周りで９０度折り曲げられ、かつ見る人から離れる方向で中心 線１３の周りで９０度折り曲げられるようにされている。第３のタブ１４ｃは第 ３の折り曲げ線１２ｃの右側で、かつその上方に配置され、見る人から離れる方 向で第３の折り曲げ線１２ｃの周りで９０度、かつ見る人に向かう方向で中心線 １３の周りで９０度折り曲げられるようにされている。第４の折り曲げ線１２ｄ の右側で、かつその上方に配置された第４のタブ１４ｄは見る人から離れる方向 で第４の折り曲げ線１２ｄの周りで９０度折り曲げられるようにされている。第 １、第２、第３、第４のタブ１４ａ−ｄがそれらの最終位置まで折り曲げられる と、第７ｂ図に示すような側面から視た案内羽根の木１１の様相が得られる。第 ７ｃ図は、これも第３ａ図に示すようなスリーブ９からなる構造体において４個 の燃料棒３の間で配置され、上方から視た案内羽根の本１１を示す。 第８図は第６ｂ図に示すものと同じ形式の案内羽根の木１１の取り付け状況を 側面から視て示す。第８ａ図は参照番号１８で示すスペーサの上縁部の外側に案 内羽根の木１１が突出すようにされているものを示す。第８ｂ図は案内羽根の木 １１がスペーサ７の中へ完全に潜るように配置されているものを示す。これは、 案内羽根の木が構造体に完全に一体化される場合特に有利な実施例である。前記 潜り位置は、例えば燃料棒を装着している間、外部からの作用に対して羽根の木 を良好に保護する。第８ｃ図は案内羽根の木１１を一方の側でスペーサ７に装着 しうる態様を側面図で示す。この片側取り付けは上面図である第８ｄ図からも明 らかである。案内羽根の木１１は特にいずれの図にも示していないが、３方の側 、あるいは４方の側に装着してもよいことは勿論である。 第９ａ図は、その幹がコイルばね状に捩じられた金属シートの帯片から構成さ れている案内羽根の木１１の側面図である。４個の案内羽根１４が、異なる高さ で、かつ角度方向に９０度のピッチで、コイルばね１９の外面に取り付けられて いる。案内羽根１４は、それぞれ対角線の周りで９０度折り曲げられ、一方の縁 部１４ｅによりコイルばね１９に取り付けられている四角のプレートから構成さ れている。第９ｂ図は第９ａ図に示す案内羽根の木１１の上面図である。 第１０ａ図は、その幹が第９図と同様コイルばね1９となるよう捩じ曲げられ た金属シートの帯片から構成されている案内羽根の木１１の側面図である。コイ ルばね１９の面において、４方の側の中３方の側に沿って、４個の四角のタブが 異なる高さで、かつ９０度の角度方向ピッチで打ち抜かれている。打ち抜きの行 われていない側２０はコイルばねを通る想像中心線１３に対して平行である。次 いで、四角のタブは非打ち抜き側２０を通る線の周りで９０度そして、四角いタ ブを通る対角線の周りで90度折り曲げられる。第10ｂ図は第10ａ図に示す案内羽 根の木１１の上面図である。 第１１ａ図は、その幹が第９図と同様に案内羽根１４が取り付けられる中実の ピン２１から構成されている案内羽根の木１１を示す。第１１ｂ図は第１１ａ図 に示す案内羽根の木１１の上面図である。 第１２ａ図は、その幹が第９図および第１１図と同様に案内羽根１４が取り付 けられているチューブ２２から構成されている案内羽根の木１１を示す。第１２ ｂ図は第１２ａ図に示す案内羽根の木１１の上面図である。 第１３ａ図は、その幹が第１０図と同様に案内羽根１４が取り付けられるチュ ーブ２２から構成されている案内羽根の木１１を示す。第１３ｂ図は第１３ａ図 に示す案内羽根の木１１の上面図である。 第１４ａ図は第６図に示すものと対応するが、案内羽根１４ａ−ｄが円弧状で ある案内羽根の木１１を示す。第１４ａ図は円弧状の案内羽根１４ａ−ｄを備え た案内羽根の木１１の側面図で、第１４ｂ図は、各々スペーサセル９によって囲 まれた４個の燃料棒３の間に配置された案内羽根の木１１の上面図である。 第１５図は、第１図あるいは第２図に示す燃料集合体の一部において、案内羽 根の木１１の周りに配置された燃料棒３に向かっ冷却剤の流れを案内羽根の木１ １が導く要領の原理を示すスケッチである。全ての案内羽根の木１１は冷却剤の 流れを反時形方向に導くようにされている。 第１６図は燃料集合体の一部において、案内羽根の木１１の周りに配置された 燃料棒３に向かって冷却剤の流れを案内羽根の木１１が導く要領の原理を示すス ケッチである。案内羽根の木１１は冷却剤の流れをそれぞれ、反時計方向および 時計方向に交互に導くようにされている。 例示した案内羽根の木に対して共通なのは下方から上方へ流れる冷却剤が数個 の段階で分流されることである。冷却剤が最下方のタブに達すると、冷却剤は方 向を変え、羽根の木から離れる方向に偏向させられる。下方に位置したタブによ って冷却剤の方向が変えられて、すでに、少なくとも部分的に分流させられた冷 却剤がすぐ上に配置されたタブに到来する。軸線方向にずらして配置したタブを 一連に接続することにより、冷却剤は案内羽根の木を通過すると偏向させられる 。軸線方向のずらしたタブをこのように一連接続することにより、１個の同じ平 面に位置したタブと比較して、冷却能力が増大し、圧力低下が減少する。 案内羽根の木がスペーサ構造体内に潜って配置され、スペーサ構造体が第３ａ 図に示すものに対応するスリーブから構成されている場合には、上方に流れる冷 却剤の一部はスリーブの壁によって、案内羽根に向かって導かれる。案内羽根の 木をスペーサの内部に配置することにより、スペーサの効果は増大する。 案内羽根の木の形状は、サイズ、形状、幹に対するずれ、および幹に沿った羽 根の位置に関し多様に変更し得る。 すべての図面において、偏向部材１４は折り曲げ線１２の周りで９０度折り曲 げられている。しかしながら、最適な機能のためにはこの角度は任意の大きさに 選定すればよい。同じ事が中心線１３に対する折り曲げ線１２の角度μについて もいえることであって、すべての図面において４５度として示しているが、最適 な機能を達成するために任意に選定すればよい。 第９図から第１３図に示す実施例においては、ある場合においては、案内羽根 （１９、２１、２２）に沿って４個以上の軸線方向に離隔した偏向部材１４を配 置してもよい。 案内羽根の木はインコネルあるいはジルコニウム合金で構成することも可能で ある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１１月１１日 【補正内容】 請求の範囲 １． 冷却剤が下方から上方へ流れるようにされ、セル（９）の間に二次流路 （１０）が形成されている原子炉の燃料集合体における束の中へ前記セル（９） を貫通して延びる平行で細長い要素（３、８）を複数のスペーサ位置で保持し相 互に固定する複数のセル（９）からなるスペーサ（７）であって、二次流路（１ ０）内のスペーサ（７）の大部分が少なくとも２個の偏向部材（１４）を含むよ うなスペーサ（７）において、偏向部材（１４）がセル（９）により囲まれるよ うに実質的に配設され、流れの方向において、ピッチ角で相互に対して軸線方向 に離隔し、二次流路（１０）に近接して配置された燃料棒に向かって冷却剤の流 れの少なくとも一部を段階状に偏向し、かつ案内することを特徴とするスペーサ （７）。 ２． 前記偏向部材（１４）が冷却材の流れを該偏向部材（１４）まで導くた めに案内羽根（１３ａ，１９，２１，２２）に配置されていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 ３． 案内羽根（１３ａ）が概ね長方形のプレートとして設計されており、偏 向部材（１４）が案内羽根（１３ａ）の長手方向縁部においてタブの形態で配置 されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ４． 案内羽根（１９）がコイル状に設計され、偏向部材（１４）が前記コイ ルの内面あるいは外面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記 載のスペーサ（７）。 ５． 案内羽根（２２）がチューブとして設計されており、偏向部材（１４） が前記チューブの内面あるいは外面に配置されていることを特徴とする請求の範 囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ６． 案内羽根（２１）がピンとして設計されており、偏向部材（１４）が前 記ピンの表面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスペ ーサ（７）。 ７． 偏向部材（１４）が冷却材の主要な流れ方向から分離された平面におい て少なくとも２方向に冷却剤を導くようにされていることを特徴とする請求の範 囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ８． 偏向部材（１４）の冷却剤の流れ方向における軸線方向の範囲はスペー サ（７）の流れ方向における軸線方向の範囲より小さいかあるいは均等であり、 偏向部材がスペーサ（７）を構成するスペーサセル（９）によって完全に囲まれ ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 ９． 偏向部材（１４）の数が４であることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のスペーサ（７）。 １０． 偏向部材（１４）があるピッチ角をつけて相互に対して配置されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 １１． 偏向部材（１４）と案内羽根（１３ａ，１９，２１，２２）がジルコ ニウム合金からつくられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペ ーサ（７）。 １２． 偏向部材（１４）が円弧状であることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載のスペーサ（７）。 １３． 束に沿った種々のスペーサ位置に配置された、複数のスペーサ（７） によって細長い要素（３、８）の束が保持されている原子炉用の燃料集合体（１ ）であって、前記スペーサ（７）の各々が、その間に二次流路（１０）が形成さ れる複数のスペーサセル（９）からなる燃料集合体（１）において、請求の範囲 第１項に記載のスペーサ（７）を含むことを特徴とする燃料集合体（１）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 冷却剤が下方から上方へ流れるようにされ、セル（９）の間に二次流路 （１０）が形成されている原子炉の燃料集合体における束の中へ前記セル（９） を貫通して延びる平行で細長い要素（３、８）を複数のスペーサ位置で保持し相 互に固定する複数のセル（９）からなるスペーサ（７）において、前記二次流路 （１０）におけるスペーサ高さの少なくとも大部分が、二次流路（１０）に近接 して配置された燃料棒に向かって冷却剤の流れの少なくとも一部を案内するため に流れの方向に軸線方向に離隔されている少なくとも２個の偏向部材（１４）を 含んでいることを特徴とするスペーサ（７）。 ２． 前記偏向部材（１４）が冷却材の流れを該偏向部材（１４）まで導くた めに案内羽根（１３ａ，１９，２１，２２）に配置されていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 ３． 案内羽根（１３ａ）が概ね長方形のプレートとして設計されており、偏 向部材（１４）が案内羽根（１３ａ）の長手方向縁部においてタブの形態で配置 されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ４． 案内羽根（１９）がコイル状に設計され、偏向部材（１４）が前記コイ ルの内面あるいは外面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記 載のスペーサ（７）。 ５． 案内羽根（２２）がチューブとして設計されており、偏向部材（１４） が前記チューブの内面あるいは外面に配置されていることを特徴とする請求の範 囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ６． 案内羽根（２１）がピンとして設計されており、偏向部材（１４）が前 記ピンの表面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスペ ーサ（７）。 ７． 偏向部材（１４）が冷却材の主要な流れ方向から分離された平面におい て少なくとも２方向に冷却剤を導くようにされていることを特徴とする請求の範 囲第２項に記載のスペーサ（７）。 ８． 偏向部材（１４）の冷却剤の流れ方向における軸線方向の範囲はスペー サ（７）の流れ方向における軸線方向の範囲より小さいかあるいは均等であり、 偏向部材がスペーサ（７）を構成するスペーサセル（９）によって完全に囲まれ ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 ９． 偏向部材（１４）の数が４であることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のスペーサ（７）。 １０． 偏向部材（１４）があるピッチ角をつけて相互に対して配置されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペーサ（７）。 １１． 偏向部材（１４）と案内羽根（１３ａ，１９，２１，２２）がジルコ ニウム合金からつくられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスペ ーサ（７）。 １２． 偏向部材（１４）が円弧状であることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載のスペーサ（７）。 １３． 束に沿った種々のスペーサ位置に配置された、複数のスペーサ（７） によって細長い要素（３、８）の束が保持されている原子炉用の燃料集合体（１ ）であって、前記スペーサ（７）の各々が、その間に二次流路（１０）が形成さ れる複数のスペーサセル（９）からなる燃料集合体（１）において、請求の範囲 第１項に記載のスペーサ（７）を含むことを特徴とする燃料集合体（１）。