JPS6115393B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各が金属の被覆内に１重ねの該燃料ペ
レツトを含んだ、かなりの長さと小さい横断面積
とを有する互いに平行な燃料棒のクラスタにより
構成されている原子炉燃料集合体の格子状スペー
サに関する。この燃料クラスタは、炉心内の作動
中に燃料集合体に加えられる応力の作用の下にお
いてこれ等の燃料棒の振動とクラスタの初期の形
状寸法の変形とを防止しながら燃料棒相互の適当
な突張り合いを許すように一様な間隔で配置され
た格子状スペーサと燃料棒の長さに沿つて関連さ
れている。

軽水炉内に使用されるように通常企図されてい
るこの型式の燃料集合体において、本発明は特に
燃料棒クラスタの格子状スペーサの構造の改善に
応用可能である。

上記型式の格子状スペーサは通常、２セツトの
薄板金部材で、相互に平行であるが各セツト内に
て２つの互いに垂直な方向に配向された２セツト
の薄板金部材により形成されたオープン構造体に
より構成されている。上記薄板金部材は部材の長
手方向に形成された細隙内にて相互に係合し、か
くしてほゞ矩形状断面を有する１連の区画を構成
し、上記矩形状断面の区画を貫通して燃料棒が前
記薄板金部材の平面に平行な方向に通るように企
図されている。この格子状スペーサの各の区画内
における前記燃料棒の正しい位置決めを確実なら
しめるため、特に、各の格子状スペーサのレベル
における燃料棒被覆の適当な応力分布を確実なら
しめるため、多数の各種の解決法が既に提案され
ている。特に、特願昭44−51004号の明細書に記
載されてところによれば、格子状スペーサの薄板
金部材は、その他の波形ストリツプと、あるいは
薄板金部材の中実部分に形成されているボスと協
同して、各の区画を貫通しての上記ピンの通路に
対応した位置において各の燃料棒に１連の担持点
を提供するように、前記区画から内方または外方
に突出してばねを形成する幅の狭い波形ストリツ
プにより互いに分離された幅の広い開口を設けら
れている。かくして、各の燃料棒はその周囲に一
様な間隔で互いに離隔された４つの点および燃料
集合体に提供されている総数と同数の格子状スペ
ーサにより長手方向における多数の点とで互いに
異なる２つの方向に維持される。かなりの寸法を
有する開口部分を互いに分離するのに幅の狭い波
形ストリツプを利用することで、燃料棒体と接触
して循環する冷却流体は燃料棒の有効な冷却を確
実にする。さらにその上に、波形ストリツプとベ
アリングボスとの形状および配列は作動中の振動
および膨張の有効な吸収を確実ならしめるのを可
能にする。

この型式の実際の設計において、ばねを形成す
る波形ストリツプは、特に冷却流体の流れにより
生成された振動作用の下における前記ボスに対す
る燃料棒の被覆の衝撃の結果としての摩耗を防止
するために、十分な担持力を有する燃料棒を前記
薄板金部材の固定されたボスに押し当てた状態を
維持しなければならない。他方において、このよ
うにして燃料棒上に生成される締着作用は燃料被
覆の圧潰の防止のため強過ぎてはいけない。だ
が、波形ストリツプにより構成されたばねは燃料
棒の直径と、スペーサ格子区画の寸法とに許され
ている製造公差を適当に補正しなければならな
い。その結果として、撓みの関数として、各の波
形ストリツプにより形成されたばねにより加えら
れる力を表現した曲線は、かなりの範囲にわたり
変わることのできる撓みの範囲に関してわずかだ
けしか変わらない担持圧力に対応した作動範囲内
で、できるだけフラツトであらねばならない。し
たがつて、格子の薄板金部材の間隔を変更する可
能性を許すことなくばねの屈撓性を増大する必要
があると判明している。

本発明は以上で引用された型式の格子状スペー
サ内に行われ且つこの必要条件を満足する改善に
向けられている。

この目的で、本発明は薄板金部材が加えられる
同一の力に関して各のストリツプの撓みを増大す
るように比較的に弱い機械的強さを有する帯域に
より前記波形ストリツプに結合されていることを
特徴としている。

本発明の配列にしたがつて改善された格子状ス
ペーサのさらに他の特性は添付図面についての以
下の説明から明らかとなるであろう。

第１図において、考察中の格子状スペーサはそ
れ自体は既知の型式のものであり且つ全体を符号
１で示されている。この格子はほゞ方形横断面の
区画Ａを画定するように互いに直角をなして位置
決めされた２連の互い平行な薄板金部材２および
３から成つている。上記区画は原子炉、特に軽水
型原子炉のための燃料集合体の被覆された燃料棒
（図示されていない）のため供給される。２組の
互いに垂直をなす薄板金部材２および３がたとえ
ばこれ等の薄板金部材に沿つてある間隙に形成さ
れた幅の狭い細隙により互いに係合されており、
前記部材は又外側フレームに固定されている。添
付図面に図示されている前記フレームの２つの側
面がそれぞれ符号２ａおよび３ａにより示されて
いる。

燃料棒がこの格子状スペーサの区画Ａ内に維持
されることを確実ならしめるため、薄板金部材２
および３は、各が対向した区画の内部に向けられ
ている少くとも１つの突出部分６を有している波
形のストリツプ５により分離されたかなりの幅の
中央開口部分４を備えている。波形ストリツプ５
のこれ等の突出部分６はそれぞれ燃料棒をボス７
および８に押し当てるように企図されている。図
面を過度に複雑化しないようにその中の数個のみ
が図示されている。上記ボスは薄板金部材の頂部
分と底部分とにおいて薄板金部材２および３内に
形成されている。第２図の断面図は、この格子状
スペーサの任意の特定の薄板金部材２内の波形ス
トリツプ５と、ボス７および８との輪郭および相
対的配列とをかなり詳細に図示している。

格子状スペーサフレームの薄板金部材２ａおよ
び３ａの頂部と底部の端縁は、わずかに丸味をつ
けられた形状を有してこの格子状スペーサの中心
に向け傾斜された歯９を有利に備えている。上記
歯は上記集合体の相対的操作を必然的に必要なら
しめる作動時における互いに隣接した２つの燃料
集合体内の互いに隣接した２つの格子のかみ合い
を防止するためできるだけ遠く上記格子の位置決
めを容易ならしめるように企図されている。

参考例によれば、第３図にきわめて詳細に図示
されているとおり、各の波形ストリツプ５の屈撓
性は機械的な強さを弱められた帯域、特に上記部
材と各の波形ストリツプとの間の接続点近くの細
隙１０を薄板金部材２および３内に設けることで
改善される。考察中の構造の例において、前記細
隙１０は、前記薄板金部材の対向両端縁に平行で
且つ対応した波形ストリツプの方向に実質上垂直
をなす方向に延在している。ストリツプ５とボス
７および８との間における前記薄板金部材の中実
部分に形成されている前記細隙１０により、前記
細隙とこのストリツプ自身との間に位置決めされ
ている薄板金部材の部分のねじりは、かくして、
各の対応したストリツプに加えられる曲げ応力に
関与せしめられ、かくして全構体の屈撓性を著し
く改善する。全てのこの他の点で、このようにし
て提供される格子状スペーサは、前記区画のまた
外側フレームの形状に関しては特に、第１図に図
示されている格子に類似している。

第４図に図示されている参考例においては、波
形ストリツプ５はこの格子状スペーサの薄板金部
材２および３を貫いて形成され、かくしてボス７
および８を直接的に組込んでいる。この解決法に
より、燃料棒が接触して各の区画内に取付けられ
る前記ボスはも早や静止して固定位置にない。そ
の結果、ばねを形成している任意の１つの波形ス
トリツプに加えられた大きさのかなり大きい力が
この格子状スペーサ内の隣接した区画のボスに順
次伝達され、かくしてこの格子状スペーサ全体に
わたり燃料棒の加えられる力が等化されることに
なる。

本発明の実施例においては、格子状スペーサの
波形ストリツプは以上において企図された配列の
いずれかにしたがつた軽量の接続帯域を形成する
ようにそれぞれの末端部において平たんな薄板金
部材になお接続されているがこの実施例において
はストリツプに関して比較的に弾性を有する担持
用の腕を前記ストリツプ内に形成するように配列
されたオープン部分を備えている。したがつて前
記ストリツプはこの格子状スペーサを通り抜ける
燃料棒に対し複合作用を生成する２つのばね構体
の協同体を提供し、その結果、与えられた担持圧
力に関して著しく増大された値のたわみが得られ
る。

上記の実施例に対応して第５図において、波形
ストリツプ５により互いに結合された格子状スペ
ーサの薄板金部材たとえば２または３はこの格子
状スペーサの薄板金部材との接合帯域内の前記ス
トリツプのたわみの改善のため、適当な輪郭を有
する側方細隙１２を設けられている。だがこの変
更された実施例において、各の波形ストリツプは
各のストリツプの中心部分６の各側に延在する２
つの担持用腕１４を形成するように開口部分１３
を有している。上記担持腕の輪郭と長さとはかな
りの力が加えられた場合でも細隙１３を貫通して
完全に引込むことができないように定められてい
る。各の区画Ａ内における燃料棒の位置決め時に
この燃料棒は力を先ず一方の担持用腕１４に次で
他方の担持用腕に加える。この力は増大し、先ず
末端部１４ａをストリツプ５の中実部分に衝接的
に押し当てる効果を有している。この力が増加し
続ければ、燃料棒は中心部分６を圧迫し、次でス
トリツプ６の本体のたわみを生成する。したがつ
て考察された実施例は、特に使用中の振動あるい
は変形に関し、燃料棒に加えられる力を有効に伝
達させながら互いに組合わされる２つの順次連続
した弾性作用を利用している。

第６図に図示されている他の代りとなる実施例
は第４図および第５図に図示されている例の配列
を組合わせて波形ストリツプの長さを増大させて
いる。上記波形ストリツプの端部はこの格子の隣
接の区画内にベアリングボスを担持しており、ま
たストリツプの中央部分は弾力性のベアリング腕
を担持している。

第７図のグラフ表示において、１組の曲線は上
記ばねの実際的使用範囲に対応した燃料集合体棒
に作用するばねの予定の範囲の接触圧力に関する
たわみの比較値を与えている。この図のハツチン
グ帯域はこの範囲を略図的に表示している。曲線
A₁は本明細書の初頭に引用されたような先行技
術のベアリングばねに相当している。曲線Ｂ，Ｃ
およびＤはそれぞれ第３図、第４図および第５図
の参考例及び実施例に相当している。かくして、
これらの参考例及び実施例の一方から他方に切換
えた場合、与えられたベアリング圧力に関してた
わみが実質上増大することがわかるであろう。こ
れ等の曲線を研究することで、その他のパラメー
タを考慮に入れながら最も適当した形の構造を選
ぶことが可能となる。特に、第５図にしたがつた
実施例に関連した曲線Ｄは一方においては弾力性
ベアリング腕１４の使用と、他方においては波形
ストリツプ５のたわみとに対応した２つの順次連
続した部分D₁およびD₂を有している。かくし
て、実際上の構造をわずかに複雑にすることを代
償に、ベアリング圧力を企図された利用範囲から
逸脱させることなく、ばねのたわみをかなりの範
囲まで変化させることができることは明らかであ
る。かくすることで、この格子状スペーサが初め
に使用された場合にばねの圧力の調節を容易に行
うことができる。

第８図及び第９図は参考例として示した薄板金
部材及び波形ストリツプを利用した集合体の格子
の有利な改善を示したものであるが、この改善
は、第５図及び第６図の本発明の実施例を利用し
た場合にも当然にもたらすことが出来るものであ
る。この改善により、互いに隣接した集合体格子
の偶発的相互係合のおそれを伴うことなく、原子
炉心内への各種の燃料集合体の位置決めあるいは
抜き取りのためのきわめて有利な状態が提供され
る。従来の設計においては、燃料集合体の原子炉
心内への位置決めあるいは原子炉からの抜き取り
時に、特に炉心内での長期間の作動後に、ある種
の困難が生じ勝ちであることが実際に知られてい
る。照射により引き起される変形の結果として、
任意の与えられた燃料集合体のスペーサ格子を構
成する薄板金部材の端縁は隣接の燃料集合体の格
子と偶発的に係合を免れなく、かくして前記集合
体の挿入あるいは抜き取りを防止する。前記集合
体を下方端部からあるいは側部に沿つて取扱う可
能性が存在しないので、前記集合体の上端部を取
扱うことによつてのみ通常燃料集合体の抜き取り
を行うことが可能であることがさらに注目される
べきである。

前記の諸欠点を避けるために、各の各手状スペ
ーサの外側を構成する薄板金部材の頂部と底部の
両方において、第１図に符号９で示されているも
ののごとき丸味をつけられた歯を配備することが
既に提案されている。前記格子が２つの互いに隣
接した燃料集合体の一部をなした場合、相互に関
してきわめて容易に案内されることが確実にでき
るように、前記歯はこの格子状スペーサの中心に
向けて傾斜されている。だが実際において、この
配列は、偶発的相互係合のおそれを付随すること
なく且つかなりの安全度を有して所定位置に配置
されることを確実にするのには十分ではないと判
明している。この欠点をなくすため、格子状スペ
ーサ１の外側フレームの側面に、たとえば側面２
ａおよび３ａに配備された歯９が燃料集合体の位
置決め時に前記格子状スペーサを相互に関して案
内するように突出リブ２０と関連されている。か
くして互いに隣接した燃料集合体内の互いに隣接
した２つのフレームの相互間には少くとも前記リ
ム２０の厚さに等しい側方隙間が形成される。第
８図に図示されている構造の例においては、前記
のリブ２０はこの格子状スペーサの外側フレーム
を構成する側部２ａまたは３ａの長手方向に対し
て直角をなして延在するように配向されている。
前記薄板金部材内のリブの配列は前記リブが前記
部材の長さに沿つて予定の間隔にて位置決めされ
るように定められている。

同様な成分を示すのに同じ参照符号が使用され
ている第９図においては、外側フレームの見掛け
の輪郭から突出することにより互いに隣接した２
つの格子の相対的離隔を達成するのに役立つリブ
は薄板金部材の頂部端縁上に形成された丸味を有
する歯９を適当に成形するだけで構成される。特
に、上記歯は内方に曲げられるに先立つて外方に
わずかに曲げられ、その結果上記図に図示されて
いる例においては側部２ａおよび３ａの長手方向
に平行をなして横断方向に延びた外方突出バルジ
（ふくらみ）２１を有している。

どの形式の構造が採用されても、燃料集合体内
の燃料クラスタの燃料棒を支持し且つ案内するた
め本発明にしたがつて提供される格子は顕著な利
点を供給する。特に添付図面に例示されているよ
うなばねを形成する波形ストリツプが利用されて
いる場合、１つの区画内の突出ボスが隣接の区画
内へ貫通している波形ストリツプの一体部分を形
成している第５図および第６図に図示されている
実施例の場合には特に、担持距離またはスパンの
長さが増大されるばかりでなく担持圧力が適当に
等化される。その結果として、重量がこの格子状
スペーサ全体にきわめて一様に分布され、振動が
きわめて有効に緩衝され且つ燃料棒の磨損度が低
下されることになる。

担持点相互間のスパンが短いにもかゝわらずか
なりのたわみを得ることのできる第５図および第
６図に示されている実施例においては、きわめて
精密な寸法上の公差を必要とせずに製造可能であ
るというさらに他の利点が得られる。燃料棒の通
過点における許容たわみが0.4mmの程度である結
果として工業上の製造法では容易に実現できない
きわめて精密な製造と厳密な位置制御規格とを必
要とする、ワンピースで形成される従来のばねの
場合にはそうはいかない。本発明にしたがつた波
形ストリツプが利用されている場合、上記のごと
く形成されるばねはストリツプ自体内の担持用腕
の切断と曲げとにより容易に製造することのでき
る２つの別個にして独得な部分を有している。こ
のストリツプは前記担持用の腕のスパンの中心に
おいて適当な形に曲げられ、その結果それぞれの
たわみが波形ストリツプへの荷重の付加時に増大
せしめられる。ストリツプと担持用腕との全体の
たわみが生ずる。したがつて、燃料棒が中央のボ
スと接触するようになるまで上記担持用腕がたわ
まされ始める。（第７図の曲線D₁）。上記接触に
続いては上記ストリツプ単独のたわみが生ずる。
（曲線D₂）。

第４図に示されている参考例における、燃料集
合体格子の重要な部分の構造上の寸法は目安とし
て下記のとおりに与えられる。

−ばね形成波形ストリツプの幅： 2.5mm −ストリツプの厚さ： 0.4mm −端部ボスの深さ： 1.4mm −格子の薄板金部材の平面に関する ストリツプの突出距離： 2.5mm −薄板金部材の細隙の端部相互 間の最大距離： 33mm 第５図に示されている実施例の場合には、構造
の特殊な例で、下記の寸法が採用されている。

−波形ストリツプの全体の幅： 5.4mm −中央担持用腕の幅： 2.4mm −薄板金部材相互間の距離： 23mm −ストリツプの厚さ： 0.4mm −薄板金部材の平面に関する： ３ mm 担持用腕の突出距離 −担持用腕の最大たわみ： 0.5mm 最後に、第５図ないし第６図に示されている実
施例の任意の１つが波形ストリツプとして使用さ
れる時の第８図あるいは第９図にしたがつた格子
の場合には、１つの特定の構造の例のための採用
された好ましい寸法は下記のとおりである。

ａ 第８図 −突出した離隔用リブの幅： 1.6mm −前記リブの相対的間隔： 4.8mm −リブの長さ： 40mm −格子フレームの薄板金部材の幅： 10mm −前記薄板金部材の長さ： 212.8mm ｂ 第９図 −端部歯の突出距離： 0.5mm −内部に向けての曲げの角度： 30゜ 容易に理解されるとおり、本発明は以上におい
て特に企図されている例にのみ制限されないで全
ての代りとなる形式に及んでいる。特に、格子と
波形ストリツプとを構成している材料に関しては
特殊な仮定がなされていないが「インコーネル
718」として知られている合金または適当なジル
コニウム合金が使用されることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は当該技術において既に知られている型
式の格子を示した概略斜視図、第２図は第１図に
したがつた格子の波形ストリツプを示した断面に
よる立面図、第３図および第４図は参考例として
示した薄板金部材と波形ストリツプとの構造を示
す斜視図、第５図および第６図は本発明により提
供される配列にしたがつた薄板金部材と波形スト
リツプとの構造を示した斜視図、第７図は第３図
ないし第５図に示されている設計で使用されてい
るばねのたわみの関数として接触圧力の変化を与
える１連の曲線の線図、第８図および第９図は本
発明が適用され得る格子を参考例として示した第
１図と同様な斜視図である。 １……格子状スペーサ、２，３……薄板金部
材、５……波形ストリツプ、６……中心部分、
７，８……ボス、１２……細隙、１３……開口部
分、１４……担持用腕、１４ａ……末端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに嵌り合つた関係をなして複数の区画を
   画成する平坦な薄板金部材のアレイによつて構成
   されたオープン構造体と、該区画の内部に突出し
   且つ該薄板金部材の表面に形成されたかなりの幅
   の開口相互間を分割する幅の狭い波形ストリツプ
   と、該ストリツプに隣接して該薄板金部材に備え
   られた隔置されたボスと、該構造体を取囲んだ外
   側フレームとを有する原子炉燃流集合体のための
   格子状スペーサにおいて、該薄板金部材は加えら
   れる同一の力に関して該ストリツプの非線形は撓
   みを増大するように該薄板金部材により大なる可
   撓性を有する帯域により該波形ストリツプに連結
   されており、該薄板金部材は、該波形ストリツプ
   の各側で且つ該波形ストリツプの長手方向に平行
   に、該波形ストリツプとの連結部において隔置さ
   れた細隙を有し、もつて該薄板金部材に加えられ
   るねじれが該ストリツプの撓みに加えられるよう
   になつており、該波形ストリツプの各々は、隆起
   した中心部分と、該中心部分から隣接した薄板金
   部材の一つに向かつてそれぞれ延びている２つの
   開口部分と、該隆起した中心部分から該開口部分
   の各々の上を越えて隣接した薄板金部材の一つに
   向かつてそれぞれ延びていて、各該ストリツプに
   対して２つ形成された担持用腕とを備え、該担持
   用腕は該ストリツプに対して比較的大きな弾性を
   有していることを特徴とする原子炉燃料集合体の
   ための格子状スペーサ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の格子状スペーサ
   において、該担持用腕の各々は該薄板金部材の隣
   接した１つに向かつてその端部が曲がつており、
   十分大きな力が該担持用腕に加えられる時該担持
   用腕の曲がつた端部が該ストリツプの隣接した部
   分に当接するようになつていることを特徴とする
   格子状スペーサ。