(57)【要約】      （修正有）【課題】製造及び検査が簡易な原子炉燃料集合体の上部ノズルを提供する。【解決手段】上部ノズル１０１は、燃料集合体の案内シンブルを嵌入できるように構成された複数の第１開口部１０３と、冷却材を貫流させるように構成された、それぞれが第２及び第３冷却材孔１０４，１０５から成る複数の第２及び第３開口部を有するプレート部分１０２とを含む。第１及び第２冷却材孔１０４、１０５はそれぞれ異なる第１及び第２断面形状を有する。上部ノズル１０１及びプレート部分１０２は、例えば、第１及び第２孔１０４、１０５のような多数の構成部分が鋳放しであり、一体鋳造物から成ることが好ましい。冷却材孔１０４、１０５は１/８対称冷却材孔パターン１２９を構成することが好ましい。冷却材孔１０４、１０５が鋳放しであるから、冷却材孔１０４、１０５の間の結合部１０７を薄くすることによって冷却材の貫流面積を増大し、圧力損失を最小限にする。【選択図】  図５
2006300937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の燃料集合体において、
それぞれが通しの軸長と、第１端と、第２端を有する複数の細長い原子燃料棒と；
前記燃料棒の第２端の近傍に位置する下部ノズルと；
前記燃料棒の軸長に沿って上下方向に順次間隔を保ち、前記燃料棒を規則的な配列に保持する多数のほぼ横方向に広がる支持グリッドと；
前記支持グリッドに挿通されて前記燃料棒に沿って延びる複数の案内シンブルと；
燃料棒の第１端の近傍において案内シンブルに連結された上部ノズルから成り、前記上部ノズルが
前記燃料棒の軸線とほぼ直交し、それぞれがほぼ燃料棒の軸方向に延びるそれぞれが複数の少なくとも第１、第２、及び第３開口部を有するプレート部分を含み、
複数の第１開口部に前記案内シンブルの一部が嵌入し、
それぞれが複数の第２及び第３の開口部が冷却流体を通過させるため前記プレート部分を貫通する第１及び第２冷却材孔を構成し、第１及び第２冷却材孔がそれぞれ第１及び第２断面形状を有し、第１断面形状が第２断面形状とは異なる幾何形状であることを特徴とする前記燃料集合体。
【請求項２】
第１及び第２冷却材孔がプレート部分の中心を囲んで１/８対称となる冷却材孔パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記上部ノズル及びその前記プレート部分が一体鋳造物から成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項４】
少なくとも前記第１及び第２冷却材孔が前記一体鋳造物の鋳放し部分であることを特徴とする請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記複数の第１開口部が複数のボスであり、それぞれのボスが前記ボスから半径方向に外方へ延びる複数の結合部を含み、前記複数の結合部が前記第１及び第２冷却材孔を実質的に画定することを特徴とする請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記複数の結合部のそれぞれの結合部が前縁及び後縁を有し；前記複数の結合部のそれぞれの前縁及び後縁が少なくとも第１半径を画定するように融合していることを特徴とする請求項５に記載の燃料集合体。
【請求項７】
前記一体鋳造物が多数の壁をも含み、それぞれの壁が前記プレート部分の周縁において前記プレート部分からほぼ垂直に延び；前記第１冷却材孔が前記多数の壁のそれぞれから内方へ延びる複数の結合部によって実質的に画定されることを特徴とする請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項８】
第１冷却材孔がほぼ長円形の断面形状を有し；第２冷却材孔がほぼ三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項９】
前記プレート部分がほぼ正方形の横断面形状を有し；前記ほぼ長円形の第１冷却材孔が前記ほぼ正方形のプレート部分周縁の近傍に位置し；前記ほぼ三角形の第２冷却材孔が前記ほぼ長方形の第１冷却材孔の内側に位置することを特徴とする請求項８に記載の燃料集合体。
【請求項１０】
前記ほぼ正方形のプレート部分が中心を有し；前記ほぼ長円形の第１冷却材孔及び前記ほぼ三角形の第２冷却材孔が前記プレート部分の中心周りに１/８対称の冷却材孔パターンを構成することを特徴とする請求項９に記載の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉に係わり、特に原子燃料集合体のための低圧力損失上部ノズルに係わる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子炉の炉心は多数の細長い燃料集合体により構成されている。従来、燃料集合体は長さ方向に間隔を保つグリッドによって規則的な配列に保持された複数の燃料棒を含む。グリッドは燃料棒の両端の上下に延びる多数の制御棒案内シンブルに取付けられる。燃料集合体両端の上部及び下部ノズルは案内シンブルに固定されている。燃料集合体上端の上部ノズルの下方アダプタプレートに開口を設けてあり、案内シンブルがこの開口に嵌入される。
【０００３】
例えば米国特許第４，７６２，６７６号（Gjertsen et al.)に記載されているように、燃料集合体上部ノズルのアダプタプレートは少なくとも下記の３つの設計条件を満たすように設計するのが従来の慣行である：アダプタプレート及び上部ノズルが所定の荷重の下で（例えば、重力の倍数）燃料集合体を持上げることができねばならないという構造上の条件；アダプタプレート及び上部ノズルが炉心から上方への燃料棒の跳出しを機械的に充分抑止できねばならないという燃料棒保持上の条件；及び、アダプタプレート及び上部ノズルには原子炉冷却材流が最小限の圧力損失で上部ノズルを通過できるのに充分な空きスペースが必要であるという熱伝達上の条件。
【０００４】
多くの公知上部ノズルは、別々に製造し、次いで、一体的に溶接した複数の高強度成分から成る多成分ノズル集合体を使用することによって第１の条件を満たす。例えば、米国特許第５，８１２，６２４号（Burfin et al.)参照。問題に直面するのは、どちらかといえば二律背反的な条件である第１及び第３条件をなんとか両立させようとする場合である。さらに問題を複雑にするのは、個々の燃料棒の上方にノズルの構造素子、例えば、結合部が存在するという工業的な条件を維持しなければならないという事実である。具体的には、アダプタプレートを貫流する冷却材の流量を極力大きくして圧力損失を最小限に抑えようとすると、アダプタプレートの冷却材孔を可能な限り小さくすることになり、孔と孔との間の結合部が狭くなり、アダプタプレートの完全性を危うくする恐れがある。逆に、堅牢なアダプタプレートの設計を可能にするためには、多くの場合、結合部の構造を厚くする必要があり、結果として、冷却材孔が小さくなり、圧力損失が増大する。
【０００５】
図１及び２は上記条件を満たそうと意図して設計された上部ノズルの代表的な例を示す。一般に、上部ノズル１は燃料集合体の案内管（図１及び２には図示しない）の端部を固定するための複数の円形孔３（図２）及び複数のほぼ長円形の水路孔４を有するアダプタプレート２を含む。アダプタプレート２の上方に、上部ノズル１はエンクロージュアウォール６を介してアダプタプレート２に固定された上部プレート５を含む。ノズル１は別々の成分であるアダプタプレート２、上部プレート５、及びエンクロージュアウォール６をそれぞれの周縁近傍で一体に溶接することによって製造される。構成成分２、５、６は燃料集合体の横断面に対応するほぼ正方形の横断面を有する。即ち、上部ノズル１は上部プレート５に溶接される前に機械加工された幾つかの成分（例えば、アダプタプレート２、エンクロージュアウォール６）を含む複数の成分から成る。
【０００６】
このような上部ノズルに関連する欠点の１つは冷却材の貫流面積を最大にできない点にある。具体的には、アダプタプレート２を機械加工することによって、冷却材を流動させるための１方向だけの流路スロット４を形成している。こうして幾つかのほぼ長円形の流路スロット４が存在する。図示のように、形成されるスロットパターンは１/２対称に過ぎないから、水理学的挙動を最適化することにはならず、構造的に能率が悪い。具体的には、結合部７が厚く、例えば、輸送、運転、及び事故の際にアダプタプレート２中に不均一な応力分布が発生する。より具体的には、上記構造を採用する結果として、好ましくない湾曲が生じ、さもなければ、取り込み位置（例えば、シンブルの位置）から結合部７を介してノズル１の周縁に至る散発的な荷重経路が発生する。さらに他の欠点として、例えば、流路に流入する冷却材の流入損失を軽減することによって上部ノズル１の圧力損失を改善するためには、それぞれの流路スロット４に２次的な機械加工（例えば、面取りやバリ取り）を施す必要がある。機械加工されたそれぞれの面は必要な寸法及び公差を有するから、ノズル１の製造及び検査が複雑になる。
【０００７】
従って、原子燃料集合体の上部ノズルには改良の余地がある。
【発明の概要】
【０００８】
上記及びその他の目的は構造的に最適化され、製造し易く、優れた水理学的挙動を示すように設計された上部ノズルに係わる本発明によって達成される。
【０００９】
本発明の１つの観点として、ノズルは原子炉の燃料集合体のためのノズルである。燃料集合体はそれぞれが通しの軸長と、第１端と、第２端を有する複数の細長い原子燃料棒と、燃料棒の第２端の近傍に位置する下部ノズルと、燃料棒の軸長に沿って上下方向に順次間隔を保ち、燃料棒を規則的な配列に保持する多数のほぼ横方向に広がる支持グリッドと、支持グリッドに挿通されて前記燃料棒に沿って延びる複数の案内シンブルを含む。ノズルは燃料棒の軸線とほぼ直交し、それぞれがほぼ燃料棒の軸方向に延びるそれぞれが複数の少なくとも第１、第２、及び第３開口部を備えたプレート部分を含む。複数の第１開口部は案内シンブルの一部がこれに嵌入するように構成され、それぞれが複数の第２及び第３の開口部は冷却流体を通過させるため前記プレート部分を貫通する第１及び第２冷却材孔を構成し、第１及び第２冷却材孔がそれぞれ第１及び第２断面形状を有し、第１断面形状が第２断面形状とは異なる幾何形状である。
【００１０】
ノズル及びそのプレート部分は一体の鋳造物から成る。少なくとも第１及び第２冷却材孔は一体の鋳造物の鋳放し部分である。複数の第１開口部が複数のボスであり、それぞれのボスがボスから半径方向に外方へ延びる複数の結合部を含み、複数の結合部が第１及び第２冷却材孔を実質的に画定する。複数の結合部のそれぞれは前縁及び後縁を有し前記、複数の結合部のそれぞれの前縁及び後縁は少なくとも第１半径を画定するように融合する。一体鋳造物は多数の壁をも含み、それぞれの壁がプレート部分の周縁においてプレート部分からほぼ垂直に延び、第１冷却材孔が多数の壁のそれぞれから内方へ延びる複数の結合部によって実質的に画定される。
【００１１】
上記結合部構造及び開口部構造は最適のノズル構造を構成する。即ち、結合部はビーム素子として作用して、燃料の操作、運転及び事故発生の際にノズルに作用する構造荷重を配分する点間直接荷重伝達経路を提供する。構造を最適化した結果として、結合部を薄く形成して冷却材孔の貫流面積を広げ、圧力損失を軽減できるという追加の利点が得られる。
【００１２】
ガセットはプレート部分を強化し、アダプタプレートの支持されていない範囲を効果的に縮小することによって、結合部を薄くすることをさらに容易にする。本発明のさらに他の利点として、ノズルの作用部分が大部分に亘って鋳放しであり、もし必要があるとしても、２次的な機械加工を最小限にできることにある。
【００１３】
第１冷却材孔はほぼ長円形の断面形状を有し、第２冷却材孔はほぼ三角形の断面形状を有する。プレート部分はほぼ正方形の横断面形状を有し、ほぼ長円形の第１冷却材孔がほぼ正方形のプレート部分周縁の近傍に位置し、ほぼ三角形の第２冷却材孔がほぼ長方形の第１冷却材孔の内側に位置する。ほぼ正方形のプレート部分は中心を有し、ほぼ長円形の第１冷却材孔及びほぼ三角形の第２冷却材孔はプレート部分の中心周りに１/８対称の冷却材孔パターンを構成する。
【００１４】
本発明の他の観点として、原子炉用の燃料集合体は、それぞれが通しの軸長と、第１端と、第２端を有する複数の細長い原子燃料棒と、燃料棒の第２端の近傍に位置する下部ノズルと、燃料棒の軸長に沿って上下方向に順次間隔を保ち、燃料棒を規則的な配列に保持する多数のほぼ横方向に広がる支持グリッドと、支持グリッドに挿通されて燃料棒に沿って延びる複数の案内シンブルと、燃料棒の第１端の近傍において案内シンブルに連結された上部ノズルから成り、上記の望ましい構造及びこれに関連する属性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
説明の便宜上、原子燃料集合体の上部ノズルに適用した場合について本発明を説明するが、本発明が提案する一体鋳造、１/４対称冷却材孔パターン、低圧力損失、及び鋳放し構造は、例えば、原子燃料集合体の下部ノズルにも適用できる。
【００１６】
ここで使用する方向に関する文言、例えば、上、下、上部、下部、左、右、及びこれらの派生語は図示のエレメントの方向に関する文言であり、特に断らない限り、特許請求の範囲を制限するものではない。
【００１７】
ここで使用する語“鋳放し(as-cast)”とは最初の製造ステップで既に実質的に仕上がりの状態にある構成部品を意味する。換言すれば、この構成部品は鋳造しただけで２次的な機械加工を施さなくても所要の最終製品と使用できる。
【００１８】
２つ以上の部分が“連結している”という場合、これらの部分が直接連結しているか、または１つまたは２つ以上の中間部分を介して連結していることを意味する。
【００１９】
“数”という語は１、または１よりも多い数（即ち、複数）を含む。
【００２０】
燃料集合体
図面、特に図３には、垂直方向寸法を短くして、燃料集合体を立面図で示し、集合体には一括して参照番号１０を付してある。燃料集合体１０は加圧水型原子炉に使用されるタイプであり、その下端に下部ノズル１２を含む構造である。下部ノズル１２は（図示しないが）原子炉の炉心域における下方炉心支持板１４上に燃料集合体１０を支持する。燃料集合体１０の基本構造は下部ノズル１２のほかに、上端に（詳しくは後述する）本発明の上部ノズル１０１及び多数の案内管または案内シンブル１８をも含み、案内シンブル１８は上下方向に延び、その上下端が下部及び上部ノズル１２、１０１に固定されている。
【００２１】
燃料集合体１０は案内シンブル１８に沿って軸方向に順次間隔を保って案内シンブル１８に取付けられた複数の横方向に広がるグリッド２０と、横方向に間隔を保ってこれらグリッド２０に支持され、規則的に配列された細長い燃料棒２２をも含む。集合体１０はまた、その中心に配置されて下部及び上部ノズル１２、１０１間に延設されてこれら両ノズル１２、１０１に取付けられた計装管２４をも有する。構成部分がこのように配置されているから、燃料集合体１０は構成部分を損傷することなく都合よく取り扱うことのできる一体的なユニットを形成する。
【００２２】
既に述べたように、燃料集合体１０に含まれる燃料棒２２は、燃料集合体の全長に沿って順次間隔を保つグリッド２０によって互いに間隔を保った関係に保持される。それぞれの燃料棒２２は原子燃料ペレット２６を含み、上下端プラグ２８、３０によって両端を閉塞されている。ペレット２６は上端プラグ２８とペレット・スタックの頂部との間に介在するプレナム・スプリング３２によって積層状態に保たれている。核分裂性物質から成る燃料ペレット２６は原子炉の反応による電力を発生させる。水またはホウ素含有水の液状減速材/冷却材が下方炉心板１４の複数の流入口から燃料集合体へ圧送される。燃料集合体１０の下部ノズル１２は冷却材を案内シンブル１８内、また、集合体の燃料棒２２に沿って上方へ流動させることにより、発生する熱を抽出して有用な仕事を生み出す。
【００２３】
核分裂プロセスを制御するため、燃料集合体１０の所定位置に配置されている案内シンブル１８内で多数の制御棒３４が往復動する。具体的には、上部ノズル１０１の上方に配置された棒クラスタ制御集合体３６が制御棒３４を支持している。制御集合体は内側に螺条を有する円筒部材３７を有し、円筒部材３７の外側には放射状に張出した複数のフルークまたはアーム３８が形成されている。すべて公知であるが、制御棒集合体３６を操作することにより、案内シンブル１８内で制御棒を上下移動させて燃料集合体１０における核分裂プロセスを制御することができるように、それぞれのアーム３８が制御棒３４と相互に連結されている。以下に述べる改良型上部ノズル１０１以外はいずれも公知である。
【００２４】
鋳造された低圧力損失上部ノズル
既に述べたように、（例えば、図１及び２の上部ノズル１のような）公知の燃料集合体の上部ノズルは（特に図２から明らかなように）冷却材を流動させるためのスロットが１方向貫流スロットに限定され、多数の機械加工部品を溶接しなければならないから、水理学的、構造的性能を最適化することができない。従って、上部ノズルの構造的、水理学的及び経済的効率を改善するためには、ノズル部品数及びノズルを製造するのに必要な工程数を減らすことが極めて望ましい。
【００２５】
本発明は、燃料集合体１０（図１）を固定するだけでなく、ノズル１０１の構造的一体性を維持しながら製造を簡略化し、水理学的性能を改善し（例えば、‘６２４特許の上部ノズルのような公知の上部ノズルが直面する圧力損失を軽減する）、上部ノズル１０１の製造コストを軽減するように構成された上部ノズル１０１に係わる。
【００２６】
図４−７に示すように、上部ノズル１０１は燃料棒２２の軸線に対してほぼ直交方向に延び、それぞれが複数の少なくとも第１、第２及び第３開口部１０３、１０４、１０５が形成されているプレート部分１０２を含む。開口部１０３、１０４、１０５はすべてほぼ燃料棒２２（図３）の軸方向に延びていることが好ましい。複数の第１開口部１０３は図３に示すように案内シンブル１８の一部（例えば、頂部）が嵌入されるように形成されている。具体的には、第１開口部１０３に属するそれぞれの開口部はほぼ円形の断面を有し、その孔径及び形状は図２との関連で既に述べた円形開口部３とほぼ同じである。本発明の複数の第１開口部１０３も図２との関連で既に述べた円形開口部３とほぼ同様にプレート部分１０２に配列される。このようにすれば、本発明の上部ノズル１０１は既存の案内シンブル１８（図３）の構成と容易に適合する。
【００２７】
それぞれが複数の第２及び第３開口部はプレート部分１０２を貫通して冷却流体の流路を画定する第１及び第２冷却材孔１０４、１０５を構成する。すべてが同一の断面形状（例えば、長円形）を有する図３の１方向冷却材孔４と異なり、本発明の第１及び第２冷却材孔１０４、１０５は互いに異なるそれぞれ第１及び第２断面形状を有する。具体的には、図４−６に示すように、本発明の第２複数の開口部または第１冷却材孔１０４はそれぞれほぼ長円形の断面形状を有し、第３複数の開口部または第２冷却材孔１０５はそれぞれほぼ三角形の断面形状を有する。即ち、ここで“異なる形状”とは幾何的形状は同じだがサイズが異なる開口だけでなく、全く異なる幾何的条件をも指す。本発明の冷却材孔パターン１２９（図５）は、上述のようにノズル１０１の点間直接荷重経路構造を最適化したことの副産物的結果である。
【００２８】
具体的には、点間荷重配分及びこれに関連する上部ノズル１０１の最適化された構造は本発明の鋳造結合部１０７及びガセット１２３の構成によって得られたものである。さらに詳しくは、図４、６及び（後述する)図７に示すように、例えば、燃料の操作、運転または事故発生の際にノズル１０１に荷重が加わる取り込み位置（例えば、第１開口部１０３のボスにおけるシンブルの位置）からノズル１０１の周縁（例えば、壁１１５、１１７、１１９及び１２１（図４）の１つ）に至る直接荷重経路が得られるように結合部１０７を配置する。従って、荷重を上部ノズル１０１全体に効果的に配分することができる。プレート部分１０２の支持されていない範囲を効果的に縮小するため側壁１１５、１１７、１１９及び１２１から張出しているガセット１２３の存在と相俟って極めて堅牢且つ構造的に最適化された上部ノズル１０１が得られる。具体例として、ノズルの構造を改良することによって結合部１０７を薄く形成することができ、結果として冷却材孔１０４、１０５の貫流面積を増大することができる。
【００２９】
本発明の上部ノズル１０１における冷却材孔１０４、１０５の配列及び形状は、例えば、図２の上部ノズル１とは著しく異なる。即ち、図２の上部ノズル１における冷却材流路スロット４は、既に述べたように、１/２対称流路スロットパターンに配列されており、流路スロット４（図２）はそれぞれ１方向に向けられている（例えば、図２の斜視図から見て左右方向）。このような方向性は冷却材孔４を機械加工するのに好都合であり、３５年にも亘ってこのアプローチが採用されてきたが、冷却材の貫流面積を広げるには限界があり、従って、水理学的挙動（例えば、ノズルにおける圧力損失）を最適化しない。この設計では、２次的な機械加工、例えば、流路４に流入する冷却材の取り入れ量損失を軽減するため、（図示しない）１つまたは２つ以上の面取りした面を導入する必要がある。従って、本発明の上部ノズル構造とは異なり、上記の公知構造は構造的に非効率的であり、性能の点でも製造の点でも非効率的である。即ち、これまでに開発された製造技術（例えば、高品質ロストワックス鋳造法）を改良するには不向きである。
【００３０】
これに反して、図５の実施例の場合、上部ノズル１０１はほぼ正方形のプレート部分１０２の中心１２７を囲んで１/８対称の冷却材孔パターン１２９を提供する。上部ノズル１０１の水理学的挙動が改善されるのは主として本発明によって結合部１０７を薄くすることができ、その結果、冷却材貫流面積が広くなるからであるが、対称性を高くすることでも冷却材の流れを均一化し、ノズル１０１の出口における低圧力損失のような水理学的挙動が改善される。より具体的には、本発明のノズル１０１の４つの対称象限の孔１０４、１０５を通って冷却材がほぼ均等に流動する。４つの象限はすべて同じであるから、低対称性ノズルにおいて現れ、冷却材がアダプタプレート２（図２）を貫流する際に辿ろうとするとノズル（例えば、図２の上部ノズル１）中に差圧を発生させる低抵抗流路は殆ど存在しない。
【００３１】
図４−６に示す実施例では、ほぼ長円形の第１冷却材孔１０４がほぼ正方形のプレート部分１０２の周縁近傍に位置し、ほぼ三角形の第２冷却材孔１０５が第１冷却材孔１０４よりも内側、プレート部分１０２の中心１２７寄りに位置する。尚、図４−６に示す冷却材孔の配列パターンは本発明の上部ノズル１０１の代表的な実施例におけるパターンに過ぎない。例えば、冷却材孔１０４、１０５が本発明の範囲を逸脱することなく異なる形状（例えば、正方形、矩形、円形）、（図示しないが）異なる構成を有することも可能である。さらにまた、３つ以上の異なるタイプまたは形状の冷却材孔を採用することもできる。また、本発明は、ここに図示、説明するような１７×１７燃料配列の実施例のほか、種々の燃料配列にも適用できる。
【００３２】
改善された点間荷重配分及び冷却材孔パターン１２９やこれらに関連する利点のほか、本発明の上部ノズル１０１は幾つかの追加の利点を提供する。具体的には、上部ノズル１０１は、機械加工された別の構成成分を上部プレート５（図１）及びエンクロージュアウォール６（図１）に溶接しなければならない上部ノズルの公知の設計とは異なり、一体的な部分としてのプレート部分１０２を含む一体鋳造物から成る。第１及び第２冷却材孔１０４、１０５を含む上部ノズル１０１の多くの構成部分はノズル１０１の鋳放し構成部分である。換言すると、本発明の上部ノズル１０１はその表面の大部分が機械加工を施さなくても仕上がり状態の鋳放しである一体鋳造物である。従って、本発明の上部ノズル１０１を効率的に且つ経済的に製造するには公知のまたは適当な鋳造技術（例えば、ロストワックス鋳造法）を利用すればよい。ここでは上部ノズル１０１がステンレス鋼の一体鋳造物であると想定しているが、公知のまたはその他の材料を使用することもできる。鋳造は本発明の１/８対称冷却材孔パターン１２９やその他の有益な構成部分、例えば、（詳しくは後述する）結合部１０７とガセットが融合したものの形成に好都合である。具体的には、鋳造はこれら有益な構成部分の殆どすべてを実質的には単一の製造工程で形成することを可能にし、公知技術が必要としたような事後の機械加工（例えば、面取り加工）や溶接作業が殆ど不要となる。
【００３３】
特に図６及び７から明らかなように、複数の第１開口部は図示のように好ましくはプレート部分１０２と一体に鋳造された複数のボス１０３を含む。それぞれのボス１０３はボスから外方へ放射状に張出して実質的に第１及び第２冷却材孔１０４、１０５を画定する複数の結合部１０７を含む。結合部１０７のそれぞれは前縁１０９及び後縁１１１を有する。結合部１０７を、これらが取付けられている構造（例えば、ボス１０３及び壁１１５）に対して少なくとも前縁及び後縁１０９、１１１において融合させることによって、ノズル１０１の水理学的損失を誘発したり、応力集中領域を発生させたりする鋭角的な隅部のような急激に変化する領域を実質的に無くする。ノズル１０１の融合を含む性質は鋳造によって得られる全体的な効率以外の利点である。
【００３４】
図面に従って説明する実施例においては、結合部１０７の前縁及び後縁１０９、１１１を少なくとも１つの第１半径１１３（図７）を画定するように１つまたは２つ以上の曲線によって融合させる。このような半径１１３の正確な寸法及び形状は本発明を制限するものではない。また、結合部１０７の融合された部分は２つ以上の半径を含んでもよいし、半径を有する円弧状以外の徐々に変化する形状であってもよい。上部ノズル１０１の結合部１０７は（図７の斜視図で見て）左右両縁、両面、及び第１開口部１０３のボス、壁１１５、１１７、１１９、１２１（図４及び５）、または他の結合部１０７(例えば、図４及び５を参照）でも融合されている。同様に、プレート部分１０２の周縁近傍においてほぼ長円形の第１冷却材孔１０４を画定する結合部１０７はこれら結合部が内方へ張出す基端である壁１１５、１１７、１１９，１２１（図４及び５）との交差部において融合されている。
【００３５】
図７に最もよく示すように、壁（例えば、１１５）から内方へ張出す結合部１０７を融合させることによって少なくとも１つの第２半径を有するガセット１２３を画定する。ガセット１２３は壁１１５に沿って（図７の斜視図で見て)下方に延び、プレート部分１０２の支持されていない範囲を事実上少なくすることによって結合部１０７のサイズの縮小を可能にする。これによって上部ノズル１０１の一体鋳造は公知の溶接される上部ノズル（例えば、図１及び２の上部ノズル１）に匹敵する強度と剛度を達成する。但し、ガセット１２３は公知の形状を呈するものであってもよいし、第２半径１２５とは異なる半径を有するように融合形状のものであってもよい。また、第２半径１２５の正確な寸法及び形状が本発明を制限するものではない。壁（例えば、１１５）との交差角度が小さくなるように融合する半径であればよい。
【００３６】
上述したように、上部ノズル１０１の一体鋳造性は上記鋳放しの利点のそれぞれを可能にして、製造の容易さと上部ノズル１０１の経済的効率とを一段と改善する。また、公知技術と比較して結合部１０７を薄くすることができるため、冷却材孔１０４、１０５の貫流面積を広げ、上部ノズル１０１の水理学的挙動を改善することができる。具体的には、公知の結合部（例えば、図２を参照）よりも２５％以上薄くすることができ、プレート部分１０２の１/８対称冷却材流動パターン１２９は有効貫流面積を公知の１方向孔パターンよりも約１５％広げることができると期待される。
【００３７】
有効な冷却材貫流面積を広げることによって、本発明の上部ノズル１０１は上部ノズル１０１の出口領域における圧力損失を軽減する。改善された圧力損失を利用することによって、例えば、多数の中間冷却材混合グリッドによって圧力損失が増大することが知られている新しい燃料設計において、既存の燃料集合体１０（図３）の損失係数を維持することができる。例えば、当業者の間で次世代型燃料と呼ばれている或る新設計の燃料は多数の中間冷却材混合グリッドを有し、これが圧力損失を増大させることになる。本発明の上部ノズル１０１は圧力損失が低いから、この中間グリッドに起因する圧力損失を補償することができる。
【００３８】
既に述べたように、ノズル表面の大部分及びプレート部分の結合部１０７はすべて鋳放し仕上げされている。即ち、ノズル１０１を仕上げるのに必要な機械加工は最小限であり、生産コストが軽減される。さらにまた、プレート部分はツーリング鋳造されているから、水理学的に最適化することにより、圧力損失を一定化し、完全に無くすることはできなくても幾何的な製品保証検査を軽減し、製造コスト及びその結果としての製品コストを軽減することができる。また、図７から明らかなように、ボスを囲む第１開口部１０３の（図７の斜視図で見た）頂面の平面を結合部１０７の頂面の平面よりも高くするかまたはこの平面から乖離させる。従って、所要の局部厚さを得るための表面研削のような機械加工が必要な場合、それぞれの結合部１０７を機械加工することなく（図７の斜視図で見た）頂面及び底面及び関連の平面をそれぞれのボス１０３の位置において容易にアクセスすることができる。結合部１０７を機械加工するとすれば、鋳放され、融合された結合部１０７によって実現される水理学的利点を損なうことになる。本発明の結合部の鋳放され、融合された前縁及び後縁はノズルの損失係数をさらに低下させ、従って、従来広く採用されている研削面に対する改良である。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明の上部ノズル１０１は構造的に最適化され、しかも比較的簡単な、従って公知のノズル構成と比較して経済的な一体的な鋳造部品を提供する。
【００４０】
本発明の特定の実施態様を以上に詳述したが、開示内容に照らして当業者なら細部に種々の変更を試みることができるであろう。従って、ここに開示する具体例は飽くまでも説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではなく、本発明の範囲は後記の請求項全体及びその等価物によって定義される。
【００４１】
本発明の詳細を、添付図面に示す好ましい実施態様を例に取って以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】公知の多成分溶接型上部ノズルの、図２の１−１線における側断面図である。
【図２】図１の公知上部ノズルの俯瞰図である。
【図３】本発明の鋳放し低圧力損失上部ノズルを使用する燃料集合体の一部断面で示す立面図であり、煩雑になるのを避けるため一部破断して垂直方向寸法を縮小してある。
【図４】図３の鋳放し低圧力損失上部ノズルの頂部の斜視図であり、ノズルの鋳放し且つ融合されたガセットの形態を示す。
【図５】図３の鋳放し低圧力損失上部ノズルの底部の斜視図であり、ノズルの１/８対称冷却材孔パターンを示す。
【図６】図３の鋳放し低圧力損失上部ノズルの部分拡大斜視図であり、ノズルの１/４対称冷却材孔パターン、鋳放しアーム及びボスの形態を示す。
【図７】図６の７−７線における切取り内部図であり、ノズルの鋳放し結合部の融合された前縁及び後縁を示す。
【図８】図７の８−８線における断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１     上部ノズル
２     アダプタプレート
３     円孔
４     長円孔
５     上部プレート
６     エンクロージュアウォール
７     結合部
１０   燃料集合体
１２   下部ノズル
１４   支持板
１８   案内シンブル管
２０   直交グリッド
２２   燃料棒
２４   計装管
２６   燃料ペレット
２８   上端
３０   下端
３２   プレナム・スプリング
３４   制御棒
３６   制御装置
３７   円筒部材
３８   アーム
１０１ 上部ノズル
１０２ プレート部
１０３ 第１孔
１０４ 第１冷却材孔
１０５ 第２冷却孔
１０７ 結合部
１０９ 前縁
１１１ 後縁
１１３ 第１孔
１１５ 壁
１１７ 壁
１１９ 壁
１２１ 壁
１２３ ガセット
１２５ 第２半径
１２７ 中心
１２９ 冷却材孔パターン
【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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【外国語明細書】
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