(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉用原子燃料集合体であって、
下部ノズルと上部ノズルの間に支持され、細長い原子燃料棒の長手方向寸法に沿った軸方向長さを有し、平行配列された複数の原子燃料棒と；
上部ノズルと下部ノズルの間に原子燃料棒の軸方向長さに沿い相前後するように互いに間隔を保って配置され、それぞれの支持セル内でそれぞれの原子燃料棒の周面の少なくとも一部を取り囲むことによって原子燃料棒間の横方向間隔を維持する複数の支持グリッドとより成り、
支持グリッドの少なくとも１つは、
互いに直交する複数のストラップを有し、それぞれ４本の隣接するストラップが交差して原子燃料棒を取り囲む支持セルを画定し、４本の隣接するストラップの交差部間における各ストラップの長さが対応する支持セルの壁を形成する卵箱構造のベースグリッドと；
少なくとも１つの支持セル内に嵌合し、第１位置にある時には貫通する原子燃料棒を、原子燃料棒との間に僅かな間隙があるようにゆるく受容し、第２位置にある時には原子燃料棒に側方から圧力を加えて原子燃料棒の軸方向移動を制約することができ、第１位置と第２位置との間で原子燃料棒の軸を中心として回転自在な係止支持スリーブとを含む原子燃料集合体。
【請求項２】
係止支持スリーブが回転して第２位置に来ると、係止支持スリーブの回転を制約する手段を含む請求項１に記載の原子燃料集合体。
【請求項３】
係止支持スリーブの回転を制約する手段は、支持セルの少なくとも１面の壁に設けた雄または雌係止部材と係止支持スリーブの少なくとも１面の壁に設けた別の雌または雄係止部材とから成る請求項２に記載の原子燃料集合体。
【請求項４】
雄および雌係止部材がそれぞれ突起と孔であり、整列状態において突起が孔に嵌入する請求項３に記載の原子燃料集合体。
【請求項５】
係止支持スリーブを第２位置まで回転させると係止支持スリーブの回転を制約する手段は、係止支持スリーブが第２位置まで回転した状態で、支持セルに対する係止支持スリーブの軸方向移動をも制約する請求項２に記載の原子燃料集合体。
【請求項６】
係止支持スリーブが半径方向外方へほぼ丸く膨らんだ隅部とこれら隅部間に広がる壁とを有し、隅部がストラップ間の交差部とほぼ整列する第１位置から、隅部が隣接するストラップの交差部間の支持セル壁の中央部とほぼ整列する第２位置へ係止支持スリーブを回転させると、係止支持スリーブの少なくとも２面の壁が半径方向内方へ湾曲して対応の燃料棒に側方から力を加えて燃料棒の軸方向移動を制約する請求項１に記載の原子燃料集合体。
【請求項７】
係止支持スリーブを第２位置へ回転させると、係止支持スリーブの４面の壁すべてが半径方向内方へ湾曲して対応の燃料棒に側方から力を加え、燃料棒の軸方向移動を制約する請求項６に記載の原子燃料集合体。
【請求項８】
係止支持スリーブの半径方向内方へ湾曲する少なくとも１つの壁が係止支持スリーブの全高に亘って燃料棒と接触する請求項６に記載の原子燃料集合体。
【請求項９】
支持セルの壁の軸方向の高さがこれと対応する係止支持スリーブの壁の高さよりも大きい請求項１に記載の原子燃料集合体。
【請求項１０】
係止支持スリーブを嵌入させた支持セルに、係止支持スリーブを貫通する燃料棒の通路から外れた係止支持スリーブの少なくとも１つの壁の下方部分に取外し可能なストッパを
設け、係止支持スリーブが第１位置にある時、このストッパによって係止支持スリーブを軸方向に支持する請求項１に記載の原子燃料集合体。
【請求項１１】
取外し可能なストッパは、支持セルの２つの壁に形成した孔に挿通され、これらの孔によって支持される位置決めバーである請求項１０に記載の原子燃料集合体。
【請求項１２】
位置決めバーは、支持セルの２つの対向する壁の下方部分に形成された孔に挿通され、これらの孔によって支持される請求項１１に記載の原子燃料集合体。
【請求項１３】
取外し可能なストッパは、燃料棒通路の両側に１本ずつ設けられた少なくとも２本の位置決めバーである請求項１０に記載の原子燃料集合体。
【請求項１４】
下部ノズルと、一端が下部ノズルに取り付けられ、燃料棒の配列体が燃料集合体の骨格構造に挿入された後に他端に取り付けられる上部ノズルに向かって軸方向上方へ延びる、横方向に互いに間隔を保つ複数のシンブル管と、シンブル管の軸方向長さに沿って相前後するように配置され、シンブル管の少なくとも幾つかに取付けられ、支持セル内においてそれぞれの燃料棒の周面の軸方向部分を少なくとも部分的に取り囲むことによって燃料棒間の横方向間隔を維持する複数の支持グリッドとを有し、支持グリッドの少なくとも１つは、互いに直交する複数のストラップのうち隣接するそれぞれ４本ずつのストラップが原子燃料棒を取り囲む前記支持セルを画定し、４本の隣接ストラップの交差部間のストラップの長さ部分がそれぞれの支持セルの壁を形成する卵箱構造のベースグリッドと、支持セルの少なくとも１つに嵌入させることができ、第１位置においてはこれに挿通された燃料棒を、燃料棒との間に僅かな間隙があるようにゆるく受容し、第２位置においては側方から燃料棒に圧力を加えて燃料棒を軸方向に制約し、第１位置と第２位置との間で燃料棒の軸を中心として回転可能である係止支持スリーブとを含む、軸方向が燃料集合体の長手方向寸法に沿う細長い燃料集合体の前記骨格構造に燃料棒を装荷する方法であって、
軸方向に整列するすべての係止支持スリーブを第１位置に維持し；
燃料棒が挿入される燃料集合体骨格構造の軸方向離隔位置にある係止支持スリーブを介して燃料集合体に燃料棒を完全に挿入し；
燃料集合体骨格構造に燃料棒を完全に挿入した後、燃料棒を取り囲む係止支持スリーブを第２位置へ移動させることによって燃料を装荷して燃料棒に側方から圧力を加えるステップを含む燃料集合体の骨格構造に燃料棒を装荷する方法。
【請求項１５】
装荷ステップは係止支持スリーブを支持セルを中心に４５°回転するステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
係止支持スリーブが半径方向外方へ膨らむ丸みを帯びたほぼ四辺形の断面形状を有するスリーブであり、回転ステップは対応する膨らみ内に延びるフィンガと梃子アームとを有する工具で係止支持スリーブの２つの隣接隅部を捕捉し、梃子アームを回転させて係止支持スリーブを支持セル内で回転させるステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
工具を利用して支持グリッドの下側から係止支持スリーブにアクセスするステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
係止支持スリーブを第２位置に係止するステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
燃料棒を完全に挿入するステップの前に、燃料棒が占める通路から外れた支持セルの下方部分に取外し可能な位置決めバーを挿入し；支持セル内の第１位置へ係止支持スリーブを挿入するステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
係止支持スリーブを第２位置へ移動させた後、支持セルから位置決めバーを取り外すステップを含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には原子燃料集合体に係わり、より具体的には、燃料集合体に燃料棒を装荷した後、燃料棒の被覆に圧力を加えるスペーサグリッドを採用する原子燃料集合体に係わる。
【公知技術の説明】
【０００２】
加圧水で冷却される原子力発電システムの一次側は隔離された閉回路を構成するが、この閉回路は有用なエネルギーを発生させるために二次側と熱交換関係にある。一次側は核分裂物質を含む複数の燃料集合体を支持する炉心内部構造を取り囲む原子炉容器と、熱交換蒸気発生器内の一次回路と、加圧器の内部容積と、加圧水を循環させるためのポンプおよび配管とより成り、配管は蒸気発生器およびポンプをそれぞれ独立に原子炉容器に接続する。蒸気発生器、ポンプおよび圧力容器に接続する配管系からなる一次側の各部分が一次側ループを形成する。
【０００３】
説明のため、図１は原子炉一次系の簡略図であり、この一次系は炉心１４を密閉する閉鎖ヘッド１２を備えたほぼ円筒状の圧力容器１０を含む。例えば、水のような液状原子炉冷却材がポンプ１６によって容器１０に注入されて炉心１４を通過するが、この炉心１４において熱エネルギーが吸収され、蒸気発生器と呼称される熱交換器１８へ放出され、熱交換器において熱が（図示しない）利用回路、例えば、蒸気で駆動されるタービン発電機へ移送される。次いで、冷却材はポンプ１６へ戻されて、一次ループを完成する。多くの場合、複数の上記ループが冷却材配管系２０を介して単一の原子炉容器１０に接続される。
【０００４】
図２に原子炉構造の１例を詳細に示す。平行に且つ垂直に同一空間内を延びる燃料集合体２２から成る炉心１４に加えて、説明の便宜上、その他の原子炉容器内部構造を下方内部構造２４と上方内部構造２６とに区分することができる。従来設計における下方内部構造の機能は、炉心コンポーネント、計測管を支持し、整列させ、案内し、圧力容器内の流れを方向付づけることである。上方内部構造は、（図面には簡略化のため２つだけ示す)燃料集合体２２の移動を抑制するかまたは二次的な移動抑制手段として機能するとともに、計測管および制御棒２８のようなコンポーネントを支持し、案内する。図２に例示する原子炉の場合、冷却材は１つまたは２つ以上の入口ノズル３０から原子炉容器１０に流入し、原子炉容器と炉心胴部３２の間の環状空間を流下し、１８０°向きを変えて下部プレナム３４に流入し、燃料集合体２２が載置されている下部支持板３７および下部炉心板３６を上昇し、集合体の間および周囲を流動する。設計によっては、下部支持板３７および下部炉心板３６の代わりに、下部支持板３７と同じ高さに、単一構造として下部コア支持板を使用する。コアおよび周辺領域３８を通過する冷却材流れは毎秒約２０フィートの速度で通常は毎分約４００、０００ガロンである。その結果発生する圧力降下および摩擦力は燃料集合体を上昇させる傾向があるが、この上昇移動は円形上部炉心板４０を含む上方内部構造によって抑制される。炉心１４を出た冷却材は上部炉心板４０の下側に沿って流れ、複数の開口４２から上向きに流動する。次いで、冷却材は１つまたは２つ以上の出口ノズル４４に向かって上方且つ半径方向に流動する。
【０００５】
上方内部構造２６は原子炉容器または容器ヘッドから支持することができ、上方支持集合体４６を含む。荷重は主として複数の支持カラム４８を介して上方支持集合体４６と上部炉心板４０の間で伝達される。支持カラムは選択された燃料集合体２２および上部炉心板４０の開口４２と整列してそれらの上方に位置する。
【０００６】
直線的に移動可能な制御棒２８は、駆動シャフト５０と、制御棒案内管５４によって上方内部構造２６を介して整列した燃料集合体２２内へ案内される中性子毒物棒のスパイダ集合体５２とを含むのが典型的な構成である。案内管は上方支持集合体４６に固定的に装着され、上部炉心板４０の上部にプレス嵌めされる割りピン５６により接続される。割りピンの構成は案内管の組込みおよび必要に応じた交換を容易にするものであり、特に地震や他の高荷重事故の状況で炉心の荷重が案内管５４でなく主として支持カラム４８により支えられるようにする。この支持カラムの構成は制御棒挿入に有害な影響を及ぼす恐れがある事故時における案内管の変形を遅らせるのに寄与する。
【０００７】
図３は参照符号２２で総括的に指示する燃料集合体２２を上下方向に短縮された形で示す立面図である。燃料集合体２２は加圧水型原子炉において使用されるタイプのものであり、下端に下部ノズル５８を含む骨格構造を有する。下部ノズル５８は原子炉の炉心領域において下部炉心支持板６０上に燃料集合体２２を支持する（図２では下部炉心支持板６０に参照符号３６を付してある）。燃料集合体２２の骨格構造は下部ノズル５８のほかに、上端にある上部ノズル６２と、下部ノズル５８と上部ノズル６２の間を長手方向に延びて両端部をこれら両ノズルに固定された多数の案内管またはシンブル５４とを含む。
【０００８】
燃料集合体２２は、案内シンブル５４（案内管とも呼称される）に沿って軸方向に間隔を保って取り付けられ、横方向へ延びる複数のグリッド６４と、横方向に間隔を保ち、グリッド６４によって支持され、整然と配列された細長い燃料棒６６とを含む。図３では見えないが、グリッドは従来型で、直交関係にかみ合う４本のストラップの隣接する内面がほぼ正方形の支持セルを画定し、セルを貫通する燃料棒６６を互いに横方向に間隔を保って支持する卵箱パターン構造を有する。従来設計では多くの場合、支持セルを形成するストラップの対向壁にばねとディンプルとが打抜きにより形成される。ばねとディンプルとは支持セル内に半径方向に延び、それらの間に燃料棒を捕捉し、燃料棒の被覆に圧力を作用させることによって燃料棒を定位置に固定する。また、集合体２２の中心には、下部ノズル５８と上部ノズル６２の間を延びて、これら両ノズル５８，６２に取り付けられる計測管６８がある。各部品をこのように配置することで、燃料集合体２２は部品の集合体を損傷させることなく取扱うことができる一体的構造を形成する。
【０００９】
上述したように、集合体２２中の燃料棒６６の配列は燃料集合体の全長に沿ってグリッド６４によって間隔を保つように保持される。各燃料棒６６は複数の原子燃料ペレット７０を含み、両端が上下の端栓７２、７４によって密閉される。ペレット７０は上部端栓７２と積重ねたペレットの頂部との間に設けたプレナムばね７６によって積重ねた状態に維持される。核分裂物質から成る燃料ペレット７０は原子炉の反応エネルギーを発生させる。ペレットを取り囲む被覆は核分裂副生成物が冷却材中に浸入して原子炉システムを汚染するのを防止する隔壁として機能する。
【００１０】
核分裂プロセスを制御するため、燃料集合体２２中の所定位置に配置された案内シンブル５４内を多数の制御棒７８が往復移動可能である。具体的には、上部ノズル６２の上方に位置する棒クラスタ制御機構８０が制御棒７８を支持する。制御機構は、半径方向に延びる複数のフルークまたはアーム５２を有し、内側に螺条が形成された円筒状のハブ部材８２を備えている。それぞれのアーム５２は、すべて公知の態様で、制御棒機構８０が、制御棒ハブ８０に連結されている制御棒駆動シャフト５０の駆動力により、制御棒を案内シンブル５４内で上下動させることにより、燃料集合体２２中での核分裂プロセスを制御するように、制御棒７８と互いに連結されている。
【００１１】
既述のように、燃料集合体には、燃料棒の重量を超え、燃料棒および燃料集合体に大きい力を印加する液圧力がかかり易い。これに加えて、多くのグリッドのストラップの上面に位置する混合翼によって炉心中の冷却材に有意な乱流が発生し、これが燃料棒被覆から
冷却材への熱移動を促進する。燃料棒の運動を抑制しなければ、実質的な流れ力と乱流とにより燃料棒の被覆に深刻なフレッティイング腐食が生じる恐れがある。燃料棒の被覆にフレッティイング腐食が発生すると、被覆が破れ、冷却材が燃料棒内の放射性副生成物に露出する恐れがある。さらにまた、燃料棒が燃料集合体内に最初に装荷され、支持セルに挿入され、ばねとディンプルとによって挟持される時、被覆の表面が損傷して、腐食を促進し、燃料棒の被覆が破損する可能性がある。
【００１２】
従って、燃料集合体の製造時に被覆を傷つけずに燃料棒を燃料集合体内に制約し支持する改良された支持手段が望ましい。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は上記目的を、下部ノズルと上部ノズルの間に支持され、細長い原子燃料棒の長手方向寸法に沿った軸方向長さを有し、平行配列された複数の原子燃料棒を支持するための改良型原子燃料集合体を提供することによって達成する。上部ノズルと下部ノズルの間に、原子燃料棒の軸方向長さに沿って相前後するように複数の互いに間隔を保つ改良された支持グリッドを配置し、支持グリッドの支持セル内のそれぞれの原子燃料棒の周面の軸方向部分を少なくとも部分的に取り囲むことによって原子燃料棒間の横方向間隔を維持する。本発明の改良型支持グリッドは、原子燃料棒を取り囲む４本の隣接ストラップの交差部において支持セルを画定する複数の直交ストラップを有する卵箱構造のベースグリッドから形成される。４本の隣接するストラップの交差部間における各ストラップの長さが対応する支持セルの壁を形成する。係止支持スリーブは、原子燃料棒を支持する支持セルの少なくとも１つ、好ましくはすべてに嵌入し、挿入された原子燃料棒を、原子燃料棒との間に僅かな間隙があるようにゆるく受容する第１位置と、原子燃料棒に側方から圧力を作用させて原子燃料棒を軸方向および半径方向に制約する第２位置とを有し、第１位置と第２位置の間で原子燃料棒の軸を中心として回転可能である。
【００１４】
１つの実施形態では、ベースグリッドの少なくとも１面の壁が係止支持スリーブの壁と協働して、係止支持スリーブの回転を制約する。係止支持スリーブの回転を制約する手段を支持セルの少なくとも１面の壁に設けた雄または雌係止部材のいずれか一方と係止支持スリーブの少なくとも１面の壁に設けた雄または雌係止部材の他方とで形成することができる。雄および雌係止部材をそれぞれ突起と孔とで構成し、整列状態において突起が孔に嵌入するように寸法設定することができる。係止支持スリーブを第２位置まで回転させる時に係止支持スリーブの回転を制約する手段は、係止支持スリーブが第２位置にある時に支持セルに対する係止支持スリーブの軸方向相対移動をも制約するのが好ましい。支持セルに対する係止支持スリーブの軸方向移動を制約する手段は軸方向の熱膨張または照射に起因する膨張を制約しないことが望ましい。
【００１５】
１つの実施形態において、係止支持スリーブは半径方向外方へほぼ丸く膨らんだ隅部と、これら隅部間に広がる壁を有するほぼ四辺形の断面形状を有するスリーブである。隅部がストラップ間の交差部とほぼ整列する第１位置から、隅部が隣接するストラップの交差部間の支持セル壁の中央部とほぼ整列する第２位置へ係止支持スリーブを回転させると、係止支持スリーブの少なくとも２面の壁が半径方向内方へ移動して対応の燃料棒に側方から力を加えて燃料棒の軸方向移動を制約するように係止支持スリーブの円周方向の輪郭を形成する。好ましくは、係止支持スリーブを第２位置に向かって回転させると、係止支持スリーブの４面の壁すべてが半径方向内方へ湾曲して対応の燃料棒に側方から力を加え、燃料棒の軸方向移動を制約する。係止支持スリーブの少なくとも１つの壁が半径方向内方へ湾曲すると、係止支持スリーブはその全高に亘って燃料棒と接触することが望ましい。
【００１６】
さらに他の実施形態では、支持セルの壁の軸方向の高さがこれと対応する係止支持スリーブの壁の高さよりも大きい。好ましくは、支持セルの余剰の高さを利用し、係止支持スリーブを貫通する燃料棒の通路からは外れた係止支持スリーブの少なくとも１面の壁の下方部分に取り外し可能なストッパを設ける。係止支持スリーブが第１位置にある時、このストッパによって係止支持スリーブを軸方向に支持させる。好ましくは、取り外し可能なストッパは、支持セルの２面の、望ましくは対向する２面の壁の下方部分に形成された孔を貫通し、これらの孔によって支持される位置決めバーである。好ましい実施形態として、取外し可能なストッパを燃料棒通路の両側に１本ずつ設けた少なくとも２本の位置決めバーである。
【００１７】
本発明は燃料集合体の長手方向寸法に沿って軸方向を有する細長い原子燃料集合体骨格構造に燃料棒を装荷する方法をも含む。燃料棒集合体骨格構造は下部ノズルと、一端が下部ノズルに取り付けられ、軸方向上方へ延び、横方向に互いに間隔を保つ複数のシンブル管と、燃料棒配列体が燃料集合体骨格構造に挿入された後、シンブル管の他端に取り付けられた上部ノズルを含む。複数の互いに間隔を保つ支持グリッドがシンブル管の軸方向長さに沿って相前後するように配置され、シンブル管の少なくとも幾つかに取付けられている。支持グリッドはその支持セル内においてそれぞれの燃料棒の周面の軸方向部分を少なくとも部分的に囲むことによって燃料棒間の横方向間隔を維持する。支持グリッドはその少なくとも１つが、互いに直交して原子燃料棒を囲むそれぞれ４本ずつの隣接ストラップの交差部に支持セルを画定する複数の直交ストラップを有する卵箱構造のベースグリッドから成る。４本の隣接ストラップの交差部間のストラップ長さがそれぞれの支持セルの壁を形成する。係止支持スリーブは支持セルの少なくとも一部に嵌入させることができ、第１位置において、対応する原子燃料棒を、燃料棒との間に僅かな間隙があるようにゆるく受容し、第２位置において燃料棒に側方の圧力を作用させて該燃料棒に荷重をかけ軸方向移動を制約し、第１位置と第２位置との間で燃料棒の軸を中心として回転可能であるように構成されている。本発明の方法は、一般的に、軸方向に整列するすべての係止支持スリーブを第１位置に維持し、燃料集合体骨格構造内における軸方向離隔位置にあるそれぞれの係止支持スリーブを介して燃料集合体に燃料棒を完全に挿入し；燃料集合体骨格構造に燃料棒を完全に挿入した後、燃料棒を取り囲む係止支持スリーブを第２位置へ移動させることによって燃料を装荷して燃料棒に側方から圧力を加えるステップを含む。
【００１８】
好ましくは、装荷ステップが係止支持スリーブを、支持セルを中心に４５°回転するステップを含む。１つの実施形態において、係止支持スリーブは半径方向外方へ膨らむ丸みを帯びたほぼ四辺形の断面形状を有するスリーブであり、回転ステップが対応する膨らみ内に延出するフィンガと梃子アームとを有する工具で係止支持スリーブの２つの隣接隅部を捕捉し、梃子アームを回転させて係止支持スリーブを支持セル内で回転させるステップを含む。望ましくは、回転ステップが工具を利用して支持グリッドの下側から係止支持スリーブにアクセスするステップを含む。
【００１９】
他の実施形態では、本発明の方法が係止支持スリーブを第２位置に係止るステップを含む。望ましくは、燃料棒を完全に挿入するステップの前に、挿入時に燃料棒が占める通路から外れた支持セルの下方部分に取外し可能な位置決めバーを挿入し、支持セル内の第１位置へ係止支持スリーブを挿入するステップを含む。この実施形態において、本発明の方法は係止支持スリーブを第２位置へ移動させた後、支持セルから位置決めバーを取り外すステップをも含む。
【００２０】
好ましい実施形態を例にとって、本発明の詳細を添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明を利用できる原子炉システムの簡略図である。
【図２】図２は本発明を利用できる原子炉容器および内部コンポーネントを一部断面図で示す立面図である。
【図３】図３は燃料集合体を一部断面図で、且つ理解を容易にするため一部破断し、上下方向に短縮して示す立面図である。
【図４】図４は本発明の卵箱構造のベースグリッドの斜視図である。
【図５】図５は本発明の係止支持スリーブの斜視図である。
【図６ａ】図６ａは第１位置を占めるように支持セル内に挿入された本発明の係止支持スリーブを、係止支持スリーブを第２位置まで回転させるため係止支持スリーブに挿着された本発明の工具と共に示す斜視図である。
【図６ｂ】図６ｂは図６ａに対応する平面図である。
【図７ａ】図７ａは本発明の支持セルを、第２位置において燃料棒を取り囲む係止支持スリーブと共に示す断面図である。
【図７ｂ】図７ｂは本発明の工具を配置した状態で示す図７ａと同様の断面図である。
【図８】図８は本発明の支持セルを、第１位置を占めるように挿入され、本発明の工具および支持バーによって位置固定された係止支持スリーブと共に斜め上から見た斜視図である。
【図９】図９は係止支持スリーブを第１の位置に支持する位置決めバーを加えた図８と同様の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は原子炉用の新規の燃料集合体、特に原子燃料集合体のための改良型スペーサグリッドの設計を提供する。改良型グリッドは、図４に示すように、大ざっぱには卵箱構造のベース支持グリッドから形成され、このベース支持グリッド９０は２組の互いに平行に間隔を保つストラップ８４，８６を互いに公知の態様で直交するようにかみ合わせ、外側ストラップ８８で取り囲んだものである。直交するストラップ８４、８６、および外側列の場合には外側ストラップ８８がそれぞれ４本の隣接するストラップの交差部において、原子燃料棒を囲む支持セル９４を画定する。ストラップの長手方向寸法に沿って４本の隣接するストラップの交差部間に画定されるそれぞれのストラップの長さが支持セル９４の壁９６を形成する。燃料棒を支持するそれぞれのベースグリッドの支持セル９４は燃料棒係止支持スリーブを有することが好ましく、この係止支持スリーブの好ましい実施形態を図５に示し、参照符号９２を付した。基本的には、係止支持スリーブ９２は燃料棒を支持する支持セル９４の少なくとも幾つかに嵌入し、支持セル９４内でスリーブ９２が第１位置を占めている時には、スリーブ９２がこれに挿入される原子燃料棒をゆるく受容する。この第１位置を占める時、係止支持スリーブと燃料棒の間には僅かな間隙があるから、燃料棒を公知のスプリンググリッドに装荷する際に従来のように引っ掻き傷、摩耗、その他の損傷が生じることがない。グリッドのそれぞれに燃料棒を完全に挿入し、最終的に燃料集合体の骨格構造内に配置した後、係止支持スリーブ９２を支持セル９４内で第２位置に回転させ、少なくとも１面の側壁９８を半径方向内方へ押圧することによって燃料棒に側方から力を加え、燃料棒が軸方向および半径方向に移動するのを防止する。スリーブ９２はベースグリッド９０に熔接しないから、スリーブ９２を軸方向の異なる熱膨張および照射に起因する膨張を示す多様な材料または合金から製造することができる。
【００２３】
好ましい実施形態では、係止支持スリーブは半径方向外方に膨らんだ丸みのある隅部１００と、膨らみ隅部１００間に延びる側壁９８とを有する。図示のように、係止支持スリーブ９２は、隅部１００がストラップ８４、８６の交差部とほぼ整列する第１位置から隅部１００が直交ストラップ８４、８６の交差部間に広がる支持セル９４の壁９６の中央部とほぼ整列する第２位置へ回転させると、係止支持スリーブ９２の壁９８の少なくとも２面が半径方向内方へ湾曲して対応の燃料棒に側方から力を加えることにより、燃料棒を装荷された軸方向位置に保持するように構成されている。
【００２４】
図５から明らかなように、係止支持スリーブ９２は隅部１００から半径方向外方へ突出する突起１０２を有する。突起は図５、図６ａおよび図６ｂに示してある。図６ａはベー
スグリッド９０の支持セル９４をセルの上方から見た斜視図であり、係止支持スリーブ９２が支持セル９４の中心に収まり、支持セル９４内で係止支持スリーブ９２を回転させるため本発明が利用する工具１０６と係合状態にある。係止支持スリーブ９２は、膨らみ隅部１００がストラップ８４、８６の交差部とほぼ整列して係止支持スリーブ９２の側壁９８と図示しない燃料棒との間に遊嵌を可能にする間隙を残す第１位置で示されている。図６ａおよび図６ｂは、支持セル９４内で係止支持スリーブ９２を回転させるのに使用される本発明の工具１０６を係合させた係止支持スリーブ９２を示す。工具１０６は梃子アーム１０８を備えているが、この梃子アーム１０８は膨らみの内側から隅部１００の膨らみ部分に嵌入する形状の遠隔端部を有する２本のフィンガ１１２を備えた横方向へ広がるウィング１１０に取付けられている。操作が困難な場所、例えば、シンブル管５４の周りなどでの４５°の回転を容易にするため、工具に可撓性の取手を設けてもよい。工具１０６を隅部１００に係合させると、係止支持スリーブ９２を支持セル９４内で回転させることができる。係止支持スリーブ９２を隅部１００が隣接ストラップ８４、８６の交差部の間に広がる支持セル９４の壁９６の中央部とほぼ整列する第２位置にまで４５°回転させると、突起１０２が支持セル壁９６に形成されている孔１０４と係合して、正常操作条件下で係止支持スリーブがそれ以上回転するのを防止する。但し、何らかの理由で燃料棒の係止状態を解く必要が生じた場合には、工具１０６によって係止支持スリーブ９２を回転させて突起１０２と孔１０４との係合を解くことができる。従って、孔１０４に嵌入した突起１０２は支持スリーブを第２位置に係止して軸方向移動とそれ以上の回転を制約する一方、係止支持スリーブ９２と支持セル９４との間に軸方向の膨張差があってもこれを許容する。また、係止支持スリーブ９２を支持セル９４に固定するために上記以外の手段を採用して同じ目的を達成することができる。例えば、好ましい実施態様ではないが、突起を支持セル９４の壁から半径方向内方へ突出させ、係止支持スリーブ９２の隅部１００に対応の孔を設けることもできる。
【００２５】
図７ａは支持セル９４内を第２位置まで回転して燃料要素１１４を側壁９８に接触した状態で捕捉している係止支持スリーブ９４の平面図である。膨らみ隅部１００は中央のフラット部分１１６と、その両側に位置してやや傾斜した周辺部１１８と、半径方向内方へ湾曲して側壁９８につながる接続ストラップ１２０とを有する丸みのある外周を有する。膨らみ隅部を（図６ａおよび図６ｂに示すように）支持セル９４の隅部内にゆるく嵌着する第１位置から支持セル９４の側壁９６の中央部分へ回転させると、支持セル９４の側壁９６が先ず膨らみ隅部１００のやや傾斜した部分１１８と係合し、この部分１１８が係止支持スリーブ９８の側部を半径方向内方へ移動させて、燃料棒１１４の被覆に圧力を加える。係止支持スリーブをさらに支持セル９４の側壁９６の中央部分に向かって回転させると、膨らみ隅部のフラット部分１１６が側壁９６とスナップ係合することにより突起１０２が孔１０４と係合して係止支持スリーブ９２が第２位置に係止される。こうして側壁９８はその全長に亘って燃料棒１１４の被覆に密着するため、燃料棒が燃料集合体内に軸方向および半径方向に固定される。好ましい実施形態では、４面の側壁９８がすべて燃料棒１１４の被覆と係合するが、本発明の思想は係止支持スリーブ９２の互いに対向する２面の側壁９８を燃料棒１１４と係合させる形態にも採用することができる。
【００２６】
係止支持スリーブ９２が支持セル９４内の第１位置を占める時、係止支持スリーブ９２は支持セルの中心にゆるく収まるため、係止支持スリーブが支持セル９４から脱落するのを防止する支持手段を設ける必要がある。図８および図９は、そのために利用できる手段の１例を示す。図８は、工具１０６が係止支持スリーブ９２を支持セル９４の内部の定位置で支持する、支持セル９４を横倒しにした状態で示す斜視図である。図９は図８の構成を支持セル９４の底部から見た斜視図である。図９から明らかなように、図８および図９に示す構成では、軸方向における係止支持スリーブ９２の高さは支持セル９４の壁の高さよりもやや低い。従って、燃料棒の通路からはずれた支持セル９４の下方部分の横方向位置において支持セル９４の対向側壁９６に設けた孔１２４に位置決めバー１２２を挿入す
ることができる。従って、係止支持スリーブ９２が第１位置を占める時、位置決めバー１２２により係止支持スリーブ９２が軸方向に支持される。但し、係止支持スリーブ９２を支持セル９４内に支持するために他の手段を採用することができる。例えば、支持セル９４の下端にある側壁９６の部分を内方へ曲げることによって支持手段として作用させることができる。但し、係止支持スリーブを第２位置へ回転させ、突起１０２をこれに対応する孔１０４と整列させることによって固定した後に、位置決めバー１２２を取り外すことで、中性子経済に影響を及ぼす金属量を減少させ、冷却材流れに対する障害を軽減できるから、位置決めバー１２２が好ましい。
【００２７】
本発明は、軸方向が燃料集合体の長手方向寸法に沿う細長い燃料集合体の骨格構造であって、下部ノズルと、一端が下部ノズルに取り付けられ、燃料棒配列体が骨格構造に挿入された後に他端に取り付けられる上部ノズルに向かって軸方向上方へ延びる、横方向に互いに間隔を保つ複数のシンブル管と、シンブル管の軸方向長さに沿って相前後するように配置され、シンブル管の少なくとも幾つかに取付けられた複数の支持グリッドとを有する燃料集合体の骨格構造に燃料棒を装荷する方法をも含む。支持グリッドは支持セル内においてそれぞれの燃料棒の周面の軸方向部分を少なくとも部分的に取り囲むことによって燃料棒間の横方向間隔を維持する。支持グリッドはその少なくとも１つは、互いに直交して原子燃料棒を取り囲むそれぞれ４本ずつの隣接ストラップの交差部に支持セルを画定する複数の直交ストラップを有する卵箱構造のベースグリッドから成り、４本の隣接ストラップの交差部間のストラップ長さがそれぞれの支持セルの壁を形成する。係止支持スリーブは、燃料要素または燃料棒を支持する支持セルの好ましくはそれぞれに嵌入させて、第１位置において、これに挿通される燃料棒をゆるく受容する。ベースグリッドに対する第２位置において、係止支持スリーブは側方から燃料棒に圧力を加えて燃料棒の移動を軸方向に制約するが、係止支持スリーブは第１位置と第２位置との間で回転可能である。この方法は、軸方向に整列するすべての係止支持スリーブを第１位置に維持し、燃料棒が挿入される燃料集合体の骨格構造内の軸方向離隔位置にあるそれぞれの係止支持スリーブを介して燃料集合体に燃料棒を完全に挿入し、燃料集合体骨格構造に燃料棒を完全に挿入した後、燃料棒を取り囲む係止支持スリーブを第２位置へ移動させることによって燃料を装荷して燃料棒に側方から圧力を加えるステップを含む。
【００２８】
装荷ステップは係止支持スリーブ９２を、支持セル９４を中心に４５°回転するステップを含むことが好ましい。好ましい実施形態においては、係止支持スリーブ９２は半径方向外方へ膨らんだ丸みを帯びたほぼ四辺形の断面形状を有するスリーブであり、回転ステップは対応する膨らみの内部に延出するフィンガ１１２と梃子アーム１０８とを有する工具１０６により係止支持スリーブ９２の少なくとも２つの隣接隅部を捕捉するステップを含む。回転ステップにおいて、梃子アームを回転させて係止支持スリーブ９２を支持セル９４内で回転させるステップを含む。好ましくは、工具１０６を利用して支持セル９４の下側から係止支持スリーブ９２にアクセスすることによって、支持セル９４の上側に延びる冷却材攪拌翼の損傷を回避する。
【００２９】
本発明の方法は係止支持スリーブを第２位置に係止するステップをも含むことが好ましい。１つの実施形態として、本発明の方法は燃料棒を完全に挿入するステップの前に、燃料棒１１４が占める通路から外れた支持セル９４の下方部分に取外し可能な位置決めバーを挿入し、支持セル９４内の第１位置へ係止支持スリーブ９２を挿入するステップを含む。この後者の実施形態は係止支持スリーブ９２を第２位置へ移動させた後、支持セル９４から位置決めバー１２２を取り外すステップをも含む。
【００３０】
それぞれの係止支持スリーブ９２には４個または８個のディンプルまたは突起１０２が、またベースグリッド９０のそれぞれの支持セル９４には４個または８個の切り欠き１０４が存在するから、係止支持スリーブは回転させた後は軸方向にも半径方向にも係止され
る。また、回転ステップの後、係止支持スリーブ９２の、特に膨らみ隅部１００の形状により、係止支持スリーブ９２と燃料棒１１４の間に予荷重がかかる。一列ずつ燃料棒を装荷し、スリーブを係止することができる。一列ずつ装荷する際に集合体を湾曲させるような横方向の荷重は存在しないから、組立て時に燃料棒を特定のパターンで装荷する必要はない。最初に、任意の場所に単一の燃料棒を装荷すればよい。ベースグリッド９０の材料および材質（例えば、横方向の材質）は係止支持スリーブ９２よりも半径方向の膨張が小さく、従って、燃料集合体が照射された後でも燃料棒１１４と係止支持スリーブ９２の間に現実に接触状態が維持されるように選択する。係止支持スリーブ９２の材料および形状は、燃料棒１１４に向かっての照射による膨張が比較的大きく、燃料棒と係止支持スリーブ９２の間の荷重を増大するように選択する。適当な照射膨張特性を付与するには、スリーブ９２の材料としてインコネルを使用することができる。この材料の中性子に対する弱点を軽減するには、スリーブがインコネル製であるなら、このスリーブに孔または切り欠きを形成すればよい。
【００３１】
従って、本発明の支持グリッドは燃料棒装荷の過程で起こり易い引っ掻き傷、摩耗などの表面損傷を避けながら燃料棒を装荷することを可能にする。燃料サイクルが終わった後でも、現実に予荷重が維持される。係止支持スリーブは全長に亘って燃料棒と線接触することにより、接触面積を最大に保ってフレッティングによる磨耗を軽減する。原子炉の運転中に燃料棒から浮き上がる支持部材は皆無であり、輸送中、横方向の激しい荷重に曝されても、燃料棒は中心に復帰する。さらにまた、本発明のグリッドは、その部品における打抜き加工部分の数が少なく、複雑度も軽微であるため、製造コストが軽減される。従来のグリッドと同様にベースグリッドのストラップの頂部に混合翼を設けることによって冷却材の混合を促進することができる。
【００３２】
本発明の具体的な実施形態を以上に説明したが、当業者には明らかなように、開示内容に照らして開示されている細部に種々の変更を加えることができる。従って、開示された特定の実施形態は飽くまでも説明のためのものであり、後記の請求項およびその等価物によって定義される本発明の範囲を制限するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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