(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料集合体が細長い多数の燃料棒を有し、これらの燃料棒が燃料集合体の下部に置かれた下側タイプレートと燃料集合体の上部に置かれた上側タイプレートとの間に支持され、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けて燃料棒の周りに冷却材／減速材を導くための外側チャネルが多数の燃料棒を取り囲み、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けてその中を通して冷却材／減速材を導くための少なくとも一つの壁を持った内側ウォータチャネルがあり、
燃料棒を位置決めし保持するための少なくとも一つのスペーサを有し、このスペーサが上側格子構造物と下側格子構造物から構成され、
上下の各格子構造物が、
（ａ）第１組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ平らな格子帯板と、
（ｂ）その中を燃料棒が貫通して延びその燃料棒に対して作用する矩形セルおよび正方形セルの格子を上側および下側格子構造物の各々に形成するために第１組の格子帯板と交差してかみ合わされている第２組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ上側および下側格子構造物内の同一形状を持った平らな格子帯板と、
（ｃ）互いに交差してかみ合わされている第１組および第２組の格子帯板の周りを延び第１組および第２組の格子帯板がそれに取り付けられ且つ複数のディンプルを有している周辺帯板とから構成され、
前記上側格子構造物と下側格子構造物の前記格子は同一の形状を持ち、
下側格子構造物および上側格子構造物が互いに平行に位置され、上側格子構造物における矩形のセルおよび正方形のセルの各セルが下側格子構造物における矩形のセルおよび正方形のセルと各々重なり合うように互いに９０°ずらして方向づけられ、上側格子構造物におけるセルおよび下側格子構造物におけるセルがそれらの中に位置されている燃料棒に共働して作用し、燃料棒を４つの側面において支持する
ことを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
【請求項２】
第１組の格子帯板が切欠きを有し、第２組の格子帯板が、燃料棒がその中を貫通して延びる矩形のセルおよび正方形のセルの格子を形成するために第１組の格子帯板の切欠きとかみ合う対応した切欠きを有していることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項３】
第１組の格子帯板の少なくとも一つが、周辺帯板における対応した凹所に結合する尖端を一端に有していることを特徴とする請求項２記載の燃料集合体。
【請求項４】
スペーサが、ステンレス鋼、ジルコニウム合金およびニッケル合金の金属群から選択された材料から成っていることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項５】
ニッケル合金がインコネルであることを特徴とする請求項４記載の燃料集合体。
【請求項６】
ニッケル合金が、原子炉運転温度においてインコネルと同じ弾性係数および降伏強さを有する熱処理可能なニッケル合金であることを特徴とする請求項４記載の燃料集合体。
【請求項７】
格子帯板が０．２５ｍｍの厚みを有していることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
【請求項８】
燃料集合体が細長い多数の燃料棒を有し、これらの燃料棒が燃料集合体の下部に置かれた下側タイプレートと燃料集合体の上部に置かれた上側タイプレートとの間に支持され、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けて燃料棒の周りに冷却材／減速材を導くための外側チャネルが多数の燃料棒を取り囲み、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けてその中を通して冷却材／減速材を導くための少なくとも一つの壁を備えた内側ウォータチャネルがあり、
燃料棒を位置決めし保持するための少なくとも一つのスペーサを有し、このスペーサが上側格子構造物と下側格子構造物から構成され、
上下の各格子構造物が、
（ａ）第１組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ平らな格子帯板と、
（ｂ）その中を燃料棒が貫通して延びその燃料棒に対して作用する矩形セルおよび正方形セルの格子を上側および下側格子構造物の各々に形成するために第１組の格子帯板と交差してかみ合わされている第２組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ平らな格子帯板とから構成され、
前記上側格子構造物と下側格子構造物の前記格子は同一の形状を持ち、
スペーサが更に、上側格子構造物を形成する格子帯板の周りを延びこれに取りつけられおよび下側格子構造物を形成する格子帯板の周りを延びこれに取りつけられた共通の周辺帯板を有し、
下側格子構造物および上側格子構造物が互いに平行に位置され、上側格子構造物における矩形のセルおよび正方形のセルが下側格子構造物における矩形のセルおよび正方形のセルと各々重なり合うように互いに９０°ずらして方向づけられ、上側格子構造物におけるセルおよび下側格子構造物におけるセルがそれらの中に位置されている燃料棒に共働して作用し、燃料棒を４つの側面において支持することを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
【請求項９】
第１組の格子帯板が切欠きを有し、第２組の格子帯板が、燃料棒がその中を貫通して延びる矩形のセルおよび正方形のセルの格子を形成するために第１組の格子帯板の切欠きとかみ合う対応した切欠きを有していることを特徴とする請求項８記載の燃料集合体。
【請求項１０】
第１組の格子帯板の少なくとも一つが、周辺帯板における対応した凹所に結合する尖端を一端に有していることを特徴とする請求項９記載の燃料集合体。
【請求項１１】
スペーサがステンレス鋼、ジルコニウム合金およびニッケル合金の金属群から選択された材料から成っていることを特徴とする請求項８記載の燃料集合体。
【請求項１２】
ニッケル合金がインコネルであることを特徴とする請求項１１記載の燃料集合体。
【請求項１３】
ニッケル合金が、原子炉運転温度においてインコネルと同じ弾性係数および降伏強さを有する熱処理可能なニッケル合金であることを特徴とする請求項１１記載の燃料集合体。
【請求項１４】
格子帯板が０．２５ｍｍの厚みを有していることを特徴とする請求項８記載の燃料集合体。
【請求項１５】
燃料集合体が細長い多数の燃料棒を有し、これらの燃料棒が燃料集合体の下部に置かれた下側タイプレートと燃料集合体の上部に置かれた上側タイプレートとの間に支持され、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けて燃料棒の周りに冷却材／減速材を導くための外側チャネルが多数の燃料棒を取り囲み、
燃料集合体の下部から燃料集合体の上部に向けてその中を通して冷却材／減速材を導くための内側ウォータチャネルがあり、
燃料棒を位置決めし保持するための少なくとも一つのスペーサを有し、このスペーサが上側格子構造物と下側格子構造物から構成され、
上下の各格子構造物が、
（ａ）第１組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ平らな格子帯板と、
（ｂ）その中を燃料棒が貫通して延びその燃料棒に対して作用する矩形セルおよび正方形セルの格子を上側および下側格子構造物の各々に形成するために第１組の格子帯板と交差してかみ合わされている第２組の互いに平行で真っ直ぐであり、かつ平らな格子帯板とから構成され、
前記上側格子構造物と下側格子構造物の前記格子は同一の形状を持ち、
スペーサが更に、上側格子構造物を形成する格子帯板の周りを延びこれに取りつけられおよび下側格子構造物を形成する格子帯板の周りを延びこれに取りつけられた共通の周辺帯板を有し、この共通の周辺帯板が複数の突起を有し、
下側格子構造物および上側格子構造物が互いに平行に配置され、上側格子構造物における矩形および正方形のセルの各々が下側格子構造物における矩形および正方形のセルと各々重なり合うように互いに９０°ずらして方向づけられ、第１組の格子帯板の群および第２組の格子帯板の群からの所定の格子帯板が選択セルの中の燃料棒を支持し、この所定の格子帯板が前記選択セルの中に補助サポートを形成するための片持ばね舌片を形成するようにされていることを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
【請求項１６】
第１組の格子帯板が切欠きを有し、第２組の格子帯板が、燃料棒がその中を貫通して延びる矩形セルおよび正方形セルの格子を形成するために第１組の格子帯板の切欠きとかみ合う対応した切欠きを有していることを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体。
【請求項１７】
第１組の格子帯板が周辺帯板における対応した凹所に結合する尖端を一端に有していることを特徴とする請求項１６記載の燃料集合体。
【請求項１８】
スペーサがステンレス鋼、ジルコニウム合金およびニッケル合金の金属群から選択された材料から成っていることを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体。
【請求項１９】
ニッケル合金がインコネルであることを特徴とする請求項１８記載の燃料集合体。
【請求項２０】
ニッケル合金が原子炉運転温度においてインコネルと同じ弾性係数および降伏強さを有し熱処理可能であることを特徴とする請求項１８記載の燃料集合体。
【請求項２１】
格子帯板が０．２５ｍｍの厚みを有していることを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体。
【請求項２２】
選択セルの中における燃料棒を支持する所定の格子帯板と反対側において周辺帯板にディンプルが配置されていることを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は原子炉の燃料集合体に関し、特にスペーサあるいはスペーサ格子に関する。一般にスペーサあるいはスペーサ格子は燃料集合体の長手方向に沿って所定の間隔を隔てて置かれ、燃料棒を横方向に支え、燃料棒相互の間隔を保ち且つ燃料棒を固定位置に維持するために使用される。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の炉心は核燃料を含み、この核燃料は燃料集合体にまとめられている燃料棒の形をしている。燃料集合体の群は核分裂反応を制御できる炉心を形成するためにマトリックスに配置されている。
【０００３】
各燃料棒は例えば直径が約０．４インチで長さが８〜１５フィートの細長い部材であり、一般に被覆管によって包囲されている燃料ぺレットの積層体の形をした燃料を含んでいる。縦方向に延びる複数の部材を一緒にまとめて燃料集合体を形成する燃料棒は、二つの平行な終端プレート即ち上側タイプレートと下側タイプレートによって支持されている。これらのプレートは普通は相互にタイロッドあるいは別の構成要素によって結合されている。
【０００４】
また各燃料集合体あるいは束は非燃料支持部材も含んでいる。例えば核分裂率を制御する制御棒の通路を形成する案内管、炉心内計装用の計装管、スペーサ捕捉棒、燃料集合体内における中性子減速を修正するためのウォータロッドを含んでいる。互いに隣接する燃料棒間の間隔は冷却材および／または減速材がその中を循環する流れチャネルを形成する。軽水炉においては冷却材および減速材は水である。燃料集合体における燃料棒の横方向の支えおよび相互間隔の維持はスペーサあるいはスペーサ格子によって行われている。
【０００５】
加圧水形原子炉、沸騰水形原子炉、高温ガス冷却形原子炉あるいは他の形式の原子炉であろうとなかろうと、燃料集合体あるいは燃料棒束は、燃料棒を固定位置に維持し、全く振動しないようにし、通常状態および他の運転状態において燃料棒の反りあるいは横方向への変位を阻止する機能を有している。更に、燃料棒を固定位置に維持することによって、本来の冷却および中性子減速が達成できる。燃料集合体あるいは燃料棒束において燃料棒を固定位置に維持する働きをし、これによって本来の燃料冷却を容易にする装置はスペーサである。
【０００６】
横支えをするスペーサあるいはスペーサ格子は一般に燃料棒の種々の軸方向膨張を許すように設計されている。スペーサ格子内に組み込まれたばねはスペーサ格子に対して燃料棒が若干滑動できるようにするために利用されている。設計によってはスペーサ格子は、照射中における燃料棒の軸方向長さの僅かな変化を吸収するために軸方向に少しだけ自由に動けるようにされる。
【０００７】
スペーサが燃料棒並びに燃料集合体の構造部材に固く結合されていると、燃料棒の成長および隣接する燃料棒の熱膨張による軸方向の相対運動が、局所的に燃料棒を歪めたり曲げたりするおそれがある。
【０００８】
スペーサは規則的な間隔を隔てて位置決めされることによって、燃料集合体の長て方向に沿って燃料棒間の間隔が維持される。スペーサはジルコニウム基合金板、あるいはしばしばインコネルまたはステンレス鋼で作られ、種々の複雑な形状の多数の帯板で構成され、手作業で正確に組み合わされ、続いて溶接あるいはろう付けされる。スペーサは一般に卵を詰める枠の形をし、各スペーサセルは所望の棒間隔を維持するためにディンプルおよび／またはばねのような形状を有している。時々、管類の短い区域がその縁の部分に沿って他の管と溶接されるのに利用されている。従ってばねおよびディンプルは燃料棒をその本来の横方向位置に維持する。しかし照射の影響下においては、燃料棒ピッチ（即ち棒間間隔）の望ましくない変化が生じ、燃料棒とスペーサとの間に隙間あるいは空間を生じ、燃料棒および／またはスペーサ格子が振動してしまう可能性を増大する。そのような隙間、燃料棒ピッチの変化および振動は燃料棒に摩耗腐食および破損を生じさせる。更に燃料が照射されたとき、燃料棒は「クリープダウン」として知られている収縮あるいは縮径を生ずる。このクリープダウンは燃料棒被覆管とスペーサとの間に隙間を生じ、燃料棒に摩耗腐食を生ずるかそれを助長する。
【０００９】
スペーサは細い部材であり、最小の横断面積を有していなければならない。理想的にはスペーサは減速材および冷却材の流れに対して何等妨害せず、一方では所望の横方向の強度を備えている。しかし実際のスペーサは流れ領域を減少し、また流れ抵抗を増大し、冷却材流を制限し、望ましくない圧力降下を生ずる。従ってスペーサの特別な形状によっては、局所的あるいは非局所的な望ましくない流れ分配、制限あるいはゆがみを生ずるかこれを助長する。
【００１０】
例えばスペーサの製造は、個々の部品の成形およびスペーサ格子を形成するための組立およびこれらの部品の溶接に大きな労力を必要とする。これらの多数の作業は自動化が可能である。しかしスペーサの製造、組立および結合を自動化しても、複雑なデザインのために高い製造費用および点検費用が生ずる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冷却材流を妨げるようなスペーサの横断面積を最小にすることによって、各燃料棒の周りの冷却材の有効な流れ領域を最大にすることにある。
【００１２】
更に本発明の課題は、スペーサの設計によってスペーサの組立を単純化することにある。
【００１３】
本発明の別の課題は、上述した利点を備えたスペーサを、一般のスペーサよりも安価に製造し、試験し、点検し、同時に全般的に品質および信頼性を増大することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこれらの課題は、燃料棒を位置決めし保持するためのスペーサを有している燃料集合体において、そのスペーサが上側格子構造物と下側格子構造物から構成され、上下の各格子構造物が、第１組の互いに平行な真っ直ぐな平らな格子帯板と、その中を燃料棒が貫通して延びその燃料棒に対して作用する矩形セルの格子を形成するために第１組の格子帯板と交差してかみ合わされている第２組の互いに平行な真っ直ぐな平らな格子帯板と、互いに交差してかみ合わされている第１組および第２組の格子帯板の周りを延び第１組および第２組の格子帯板がそれに取り付けられ且つ多数のディンプルを有している周辺帯板とから構成され、下側格子構造物および上側格子構造物が互いに平行に配置され、上側格子構造物における矩形の各セルが下側格子構造物における矩形の各セルと重なり合うように互いに９０°ずらして方向づけられ、上側格子構造物におけるセルおよび下側格子構造物におけるセルがそれらの中に配置されている燃料棒に共働して作用し、燃料棒を４つの側面において支持することによって解決される。
【００１５】
【実施例】
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１における沸騰水形原子炉の燃料集合体１０は９本×９本の配列で細長い燃料棒１２を有している。これらの燃料棒１２には核燃料ペレットが詰められている。燃料棒１２は下側タイプレート１４と上側タイプレート１６との間に支持されている。燃料棒１２は本発明に基づく簡易形スペーサ格子１８を貫通している。この図には２つの簡易式スペーサ格子１８しか示されていない。簡易式スペーサ格子１８は燃料集合体１０の全長にわたって燃料棒１２を中間支持し、燃料棒１２の相互間隔を維持し、燃料棒の横方向の変位を阻止している。各簡易式スペーサ格子１８は２つの格子構造物即ち上側格子構造物１８ａと下側格子構造物１８ｂとを含んでいる。これら上下の格子構造物１８ａ、１８ｂは機構的には同形をし、互いに平行に位置しているが、後述するように燃料集合体の内部において互いに９０°ずらされて配置されている。燃料棒１２の配列の中央に内側ウォータチャネル４４が設けられている。内側ウォータチャネル４４は中央の３本×３本の燃料棒と置き換えられている。燃料棒１２およびスペーサ格子１８は外側チャネル１１で取り囲まれている。特に９本×９本の燃料棒を配列した実施例が示されているが、これは単に例示として選択されているに過ぎない。本発明は当該技術者において他の形式の沸騰水形原子炉燃料集合体に対しても、あるいは図１に示されていない燃料棒の配列に対しても適用できる。本発明は、それに限定されないが８本×８本、１０本×１０本、１１本×１１本の燃料棒の配列にも、燃料棒の一部の長さがウォータロッド／管／チャネル／並びに他の非燃料支持構成要素で置き換えられているものにも適用できる。
【００１７】
図２に示すスペーサ格子１８の上側格子構造物１８ａは外側チャネル１１が省かれ内側ウォータチャネル４４が部分的に省かれて斜視図で示されている。燃料棒はその３本を除いてすべて省かれ、それら３本の燃料棒も分り易くするために短くして示されている。
【００１８】
スペーサ格子１８のそれぞれ上下の格子構造物１８ａ、１８ｂ（図３）は平行な２組の格子帯板で構成されている。即ち図２に示されている上側格子構造物１８ａは、格子帯板２０ａと格子帯板２２ａを交差しかみ合わせて形成されている。各格子帯板２０ａおよび格子帯板２２ａはそれぞれ図４（Ａ、Ｃ）に示されているように平らな細長い帯板で作られている。格子帯板２０ａ、２２ａはそれぞれ切欠き２４ａ、２６ａを備えている。格子帯板２０ａ、２２ａが矩形の開口あるいはセル３０ａ、３２ａ、３４ａの格子を形成するために組み立てられるとき、それらの切欠き２４ａ、２６ａは互いにぴったりかみ合わされる。燃料棒はそれらの各セル３０ａ、３２ａ、３４ａを貫通して延びる。帯板２０ａ、２２ａはそれらの交差個所の上縁あるいは下縁またはその両方において溶接されるか別の方式で固定され、あるいは溶接あるいは接着を省くことができる。各格子帯板２０ａ、２２ａの両端は尖端４０ａを有している。これらの尖端４０ａは、互いに交差しかみ合わされている一組の格子帯板２０ａ、２２ａの周りを延びている周辺帯板４２ａにある対応した凹所４６ａに正確にはまり込むように形成されている。図２において内側ウォータチャネル４４を形成するために、中央の９個のセルを構成する格子帯板２０ａ、２２ａの部分が省かれている。
【００１９】
燃料棒支持セル３０ａは断面正方形をしている。支持セル３０ａの各側壁の内のり幅は燃料棒の外径に相応している。セル３０ａの各側壁は燃料棒に接触し、これによってそれを支持している。
【００２０】
燃料棒支持セル３２ａは断面矩形をしている。支持セル３２ａの内のり幅も燃料棒の外径に相応している。セル３２ａの長い方の内側壁は燃料棒に接触し、これによって燃料棒を支持している。支持セル３２ａの短い方の壁は燃料棒の外径に接触しない。
【００２１】
セル３４ａは断面正方形をし、それを包囲している４個の矩形セル３２ａの壁によって形成されている。セル３４ａの壁は燃料棒の外径より長く、従ってセル３４ａを通過する燃料棒に接触しない。
【００２２】
図８には分り易くするためにほとんどの燃料棒を省いて上側格子構造物１８ａが横断面図で示されている。図２および第８に示されているように、各燃料棒支持セル３０ａはそれを通過する燃料棒を４つの側面で支持するが、燃料棒支持セル３２ａはそれを通過する燃料棒をそのセル３２ａの両側の２つの側面でのみ支持する。セル３４ａは燃料棒を支持せず、それが接触せずにセルを通過することを許している。セル３２ａおよびセル３４ａを通過する燃料棒は、これによって上側格子構造物１８ａにおいて４つのすべての側面で支持されず、それぞれ下側格子構造物１８ｂの支持セル３２ｂおよび支持セル３０ｂの中にそれぞれ支持される。従ってこれらの各セル内における燃料棒は各スペーサ格子１８によって４つのすべての側面で支持される。
【００２３】
上側格子構造物１８ａの４個のコーナーにある支持セル３６ａおよび半分の最外側あるいは周辺の支持セル３８ａは周辺帯板４２ａに形成されているディンプル４８ａを有している。これらのディンプル４８ａは各コーナー支持セルおよび周辺支持セルにおいて燃料棒を支持する働きをする。図５に示されているように、上側格子構造物１８ａの各コーナー支持セル３６ａは燃料棒を支持する格子帯板と反対側に支持突起４８ａを有している。これによって各コーナー支持セル３６ａにおける燃料棒は両側の側面で支持されている。半分の周辺支持セル３８ａはそれぞれ帯板２０ａと反対側に支持突起４８ａを有している。
【００２４】
上述したように下側格子構造物１８ｂは機構的に上側格子構造物１８ａと同形をしている。下側格子構造物１８ｂの各構成要素は上側格子構造物１８ａにおけるものと同じである。上側格子構造物の各構成要素を下側格子構造物のものと区別するために、各構成要素がそれぞれ上側格子構造物あるいは下側格子構造物に位置しているかを表すためにそれらに「ａ」あるいは「ｂ」を付してある。スペーサ格子１８は互いに平行に位置する上側格子構造物１８ａと下側格子構造物１８ｂから構成され、上側格子構造物１８ａは内側のウォータチャネル４４（図２、図３、図８、図９参照）によって形成されている軸線を中心として下側格子構造物１８ｂに対して９０°回転してずらされている。
【００２５】
各燃料棒１２はスペーサ格子１８によって４つの側面で支持されている。燃料集合体の内部に位置する第１群の燃料棒は上側格子構造物１８ａにおけるセル３０ａおよび下側格子構造物１８ｂにおけるセル３４ｂを通過している。各燃料棒はそれぞれ上側格子構造物１８ａの支持セル３０ａの中に４つの側面で支持されているが、下側格子構造物１８ｂにおけるセル３４ｂの中では支持されていない。その第２群の燃料棒は上側格子構造物１８ａの支持セル３２ａの中で両側の側面で支持され、また下側格子構造物１８ｂの支持セル３２ｂの中に両側の側面で支持されている。上側格子構造物１８ａのセル３４ａを通過する第３群の燃料棒は下側格子構造物１８ｂの支持セル３０ｂにおいて４つの側面で支持されている。
【００２６】
上側格子構造物１８ａの各コーナーの支持セル３６ａの場合と同様に、下側格子構造物１８ｂにおける各コーナーの支持セル３６ｂは、コーナー支持セル内で燃料棒を支持している格子帯板と反対側にディンプル４８ｂを有している。燃料集合体の各コーナーにおける燃料棒は４つの側面で２個のディンプル４８ａ、４８ｂおよび上下の格子構造物の格子帯板２０ａ、２０ｂによって支持されている。上側格子構造物１８ａの各周辺セル３８ａの場合と同様に、下側格子構造物１８ｂにおける各周辺支持セル３８ｂは、周辺セル内に燃料棒を支持する格子帯板と反対側に支持突起を有している。燃料集合体において各周辺セルの中に位置する燃料棒は４つの側面で周辺帯板にある支持突起によって、一方の格子構造物（例えば上側格子構造物）および第２の（例えば下側の）格子構造物の互いに平行な２つの格子帯板と一緒に、あるいは一方の格子構造物の互いに交差する３つの格子帯板と一緒に支持されている。（図１０参照）。
【００２７】
図９は図１におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った燃料集合体の横断面図であり、分り易くするためにほとんどの燃料棒を省いて下側格子構造物１８ｂを示している。各燃料棒は下側格子構造物１８ｂにおけるセルを貫通している。上側格子構造物１８ａのセル３４ａを貫通して延びるこれらの燃料棒は４つの側面で、下側格子構造物１８ｂの燃料棒支持セル３０ｂによって支持されている。同様に、上側格子構造物１８ａを貫通して延びる燃料棒は２つの側面で、上側格子構造物１８ａの燃料棒支持セル３２ａによって支持され、下側格子構造物１８ｂの燃料棒支持セル３２ｂによって両側の側面で支持されている。そして上側格子構造物１８ａのセル３４ａを支持されずに貫通して延びる燃料棒は、下側格子構造物１８ｂの燃料棒支持セル３０ｂによって４つの側面で支持されている。
【００２８】
上側格子構造物１８ａのセルと下側格子構造物１８ｂのセルとの重なりは図１０における横断面図に示されている。燃料集合体の各燃料棒はそれぞれ４つの側面で支持されている。各燃料棒の４つの側面における支持は、（ａ）上側格子構造物における燃料棒支持セル３０ａによって、あるいは（ｂ）下側格子構造物における燃料棒支持セル３０ｂによって、あるいは（ｃ）上側格子構造物における燃料棒支持セル３２ａと下側格子構造物における燃料棒支持セル３２ｂとによって、または（ｄ）上側格子構造物１８ａのコーナーの燃料棒支持セル３６ａと下側格子構造物１８ｂのコーナーの燃料棒支持セル３６ｂとによって、または（ｅ）上側格子構造物の周辺燃料棒支持セル３８ａと下側格子構造物の周辺燃料棒支持セル３８ｂとによって行われる。
【００２９】
図１１は、３本の燃料棒の支持、即ち上側格子構造物１８ａの支持セル３０ａによる支持（１）、支持セル３２ａと支持セル３２ｂとによる支持（２）および下側格子構造物１８ｂの支持セル３０ｂによる支持（３）を示しているスペーサ１８の斜視図である。
【００３０】
図１２に示す別の実施例においては、共通周辺帯板４３が周辺帯板４２ａ、４２ｂと置き換えられている。上側格子構造物および下側格子構造物は、図１２に示されているように上側格子構造物から下側格子構造物まで垂直に延びている共通の周辺帯板４３によって互いに結合されている。４つの各コーナーの燃料棒支持セルは、それぞれ各コーナーの燃料棒を支持するために共通の周辺帯板４３から形成されている２個の支持用ディンプル４８ａ、４８ｂを有している。周辺燃料棒支持セル３８ａの半分および周辺燃料棒支持セル３８ｂの半分はそれぞれ、周辺セル内における各燃料棒を支持するために共通の周辺帯板４３から形成されている支持ディンプル４８ａ、４８ｂを有している。
【００３１】
図１〜図１１に示されている実施例においては、２個の格子構造物即ち上側格子構造物１８ａおよび下側格子構造物１８ｂは一緒に結合されていない。スペーサ格子は、燃料棒あるいはスペーサが損傷しないように、燃料棒の軸線に対して大きく回転することを許してはならない。そのような回転は燃料棒の異なった軸方向の成長によって、あるいは燃料集合体の操作中において生ずる。大きく離れた２つの（燃料棒の軸線に対して垂直な）平面において燃料棒と接触する点を有するスペーサは、一般にそのような回転に対して抵抗する。図１〜図１１に示されている実施例の分離形格子構造物１８ａ、１８ｂはそのような抵抗を有していないが、そのような回転を阻止するために内側ウォータチャネル４４に結合されている。２つの格子構造物を共通の周辺帯板４３によって１つの共通の構造物に結合することによって、図１２に示されているこの実施例はその要件を回避し、大きく離れた２つの平面で燃料棒を接触することによって、スペーサ格子とウォータチャネルとの直接的な連結を許すか、両者の滑り接触を許している。
【００３２】
更に別の実施例（図１３〜図２１）において片持ばね舌片２８ａ、２８ｂが、燃料棒のクリープダウンおよび／または帯板２０ａ、２２ａの弛緩により生ずる振動を阻止するためにすべての燃料棒支持セルの中で燃料棒を補助的に横方向に支持する。そのような振動は燃料棒を腐食させ、点検からの早期休止を生ずる。たとえ全部のセルが、燃料棒の外径と同じ内のり幅を有する燃料棒支持セルであって、これが燃料棒と接触し支持することを許す燃料棒支持セルであっても、片持ばね舌片は格子帯板のものより低いばね定数を有している。荷重されていない位置において、各ばね舌片２８ａ、２８ｂは図１６（Ｂ、Ｄ）に示されているように燃料棒支持セル内に配置され、角度を付けられている。ばね舌片２８ａは帯板２０ａの本体２１ａおよび帯板２２ａの本体２３ａに対して角度αを成してそれに一体成形されている。片持ばね舌片２８は、図１６（Ｅ、Ｆ）に示されているように燃料棒支持セルの中に燃料棒を位置させることによって真っ直ぐな位置に押圧される。各ばね舌片２８ａは格子帯板と垂直に一致しており、ばね舌片２８ａはこの格子帯板からほとんど「蔭」あるいは抵抗形状を生ぜず、冷却材／減速材の流れに対して最小の制限をもって延びている。
【００３３】
スペーサ１８の液圧抵抗は、薄い材料から成る格子帯板、片持ばね舌片および周辺帯板によって一層減少される。スペーサ１８の上述の形状と組み合わせた細い材料の利用は、冷却材／減速材の流れに対する突出領域を最小にする。構造物の材料は熱処理可能なニッケル合金、ステンレス鋼あるいはジルコニウム合金である。スペーサ格子１８が原子炉運転温度において高い弾性係数および降伏強さを有し、約１０ミル（１ミル＝１／１０００インチ）の厚みをした熱処理可能なニッケル合金で作られていることが有利である。例えば１９６８年１１月発行の文献「ソサイエティ・オブ・オートモチブ・エンジニアス・アエロスペース・マテリアル・スペシフィケーション（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ）」Ｎｏ．５５９６  Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  Ｃに記載されているインコネルおよび好適にはインコネル７１８を使用すれば有利である。
【００３４】
スペーサ集合体は仮想地震事故中に生ずる横揺れあるいは横荷重に耐えることができなければならない。そのような荷重は典型的には、交差溶接点間あるいは継手間におけるスペーサ帯板構成要素の局所的なバックリング（例えばユーラー・コラム・バックリング（Ｅｕｌｅｒ  ｃｏｌｕｍｎ  ｂｕｃｋｌｉｎｇ）  ）を生ずる。そのような仮想事故の後、スペーサによって維持されている燃料棒間の間隔は、冷却材がそれらの間を自由に通過できないようなところまで減少されないようにしなければならない。
【００３５】
そのような荷重に抵抗することに加えて、本発明は非常に大きな強度・重量比を有している。スペーサ格子１８の格子帯板２０、２２はねじれ無しにすべて真っ直ぐに延びており、それらの交差点間に妨害物を有していない。その結果、本発明に基づくスペーサ格子１８に偏心コラム効果も応力上昇も生じない。加えて、コラムバックリング理論に応じてバックリングが生ずることが予期される場所における強度は、本発明の第３の実施例の片持ばね舌片によって増大されている。公知のスペーサは、燃料棒を支持するために一般的なディンプルおよびばねスロットの利用に頼っているので、偏心を生じおよびまたは応力が上昇する。更にインコネル好適には熱処理済みの高ニッケル合金は原子炉運転温度において非常に高い弾性係数と降伏強さを有しており、本発明のスペーサに大きなコラムバックリング抵抗を与える。
【００３６】
従来のスペーサに比べての上述の利点に加えて、本発明に基づくスペーサ格子は次の理由から製造費用が安いという利点がある。即ち（ａ）別個のばねを使用しなくても良い。（ｂ）非常に少数の種類の部品しか使用しない。（ｃ）各部品が単純で安価なスタンピング工具および成形工具によって作れる。（ｄ）真っ直ぐな帯板の利用は交差スロット間隔の精確さだけで燃料棒間の間隔を制御することを許し、これは制御を非常に容易にし、完成スペーサ集合体の点検費用を非常に安価にする。
【００３７】
以上本発明の有利な実施例を図示し説明したが、当該技術者において、本発明の技術思想および請求の範囲を逸脱することなしに種々に変更できることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却材流を妨げるようなスペーサ横断面積が最小である原子炉燃料集合体のスペーサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくスペーサを使用している沸騰水形原子炉の燃料集合体の縦断面図。
【図２】図１に示されているスペーサの上側格子構造物において、燃料棒、内側ウォータチャネルおよび外側チャネルを省略した状態の斜視図。
【図３】下側格子構造物においてほとんどの燃料棒並びに外側チャネルを省略した状態の斜視図。
【図４】上側格子構造物の一部を形成する格子帯板を示し、その図Ａはその一方の帯板の側面図、図Ｂは図ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図Ｃは他方の帯板の側面図、図Ｄは図ＣにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面図、図Ｅおよび図Ｆは格子帯板によって支持されているスペーサ格子内における荷重された状態の燃料棒の側面図。
【図５】コーナーの燃料棒支持セルおよび周辺燃料棒支持セルを含んでいる図２におけるＶ−Ｖ線に沿った上側格子構造物の部分平面図。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った支持突起の断面図。
【図７】上側格子構造物の周辺を延びる周辺帯板の一部斜視図。
【図８】燃料棒スペーサ格子の上側格子構造物の図１におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図。
【図９】燃料棒スペーサ格子の上側格子構造物の図１におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図。
【図１０】上側格子構造物の一部分と下側格子構造物の一部分との重なりを示している図１におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図１１】上下の両格子構造物における燃料棒支持セル内における複数の燃料棒の支持を示しているスペーサ格子の斜視図。
【図１２】上下の格子構造物を結合する単一の共通の外側周辺帯板を持っているスペーサ格子の実施例の斜視図。
【図１３】本発明に基づくスペーサの異なった実施例を採用した沸騰水形原子炉の燃料集合体の縦断面図。
【図１４】燃料棒を支持するために用意されている片持ばね舌片を含んでいる上側格子構造物を示している図１３におけるスペーサ集合体の斜視図。
【図１５】片持ばね舌片を含んでいる下側格子構造物を示している図１３におけるスペーサ集合体の斜視図。
【図１６】図１３におけるスペーサの上側格子構造物の格子帯板を示し、その図Ａは一方の帯板の側面図、図Ｂは図ＡにおけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図Ｃは他方の帯板の側面図、図Ｄは図ＣにおけるＤ−Ｄ線に沿った断面図、図Ｅおよび図Ｆは格子帯板および支持格子帯板から延びている片持ばね舌片によって支持されているスペーサ格子内における荷重状態の燃料棒の側面図。
【図１７】コーナーの燃料棒支持セル、周辺燃料棒支持セルおよび片持ばね舌片を含んでいる図１４におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った上側格子構造物の部分平面図。
【図１８】上側格子構造物を示している図１３におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った断面図。
【図１９】下側格子構造物を示している図１３におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面図。
【図２０】上側格子構造物の部分と下側格子構造物の部分との重なりを示している図１３におけるＸＸ−ＸＸ線に沿った断面図。
【図２１】上下の両格子構造物内に燃料棒支持セルおよび片持ばね舌片による複数の燃料棒の支持を示している図１３における実施例の斜視図。
【符号の説明】
１０    沸騰水形原子炉燃料集合体
１２    燃料棒
１４    下側タイプレート
１６    上側タイプレート
１８    スペーサ格子
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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