(57)【要約】  本願で開示および特許請求する発明に基づくばね装置は、原子力設備に使用可能である。一実施態様において、ばね装置は、原子炉が低温時に、圧縮状態にあり、原子炉の上部炉心板と圧縮係合する複数のばねを含む。しかし、原子炉が高温になると、複数のばねのうちの１つが、自由な端部が未圧縮状態で、上部炉心板と係合しない自由状態になる。別の実施態様において、ばね装置は、同じく本願で開示および特許請求する発明に基づく、ばねパックのばねに下側から係合する１つ以上の当接体を含む支持装置を使用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力設備のばね装置（２０４）に使用可能な支持装置（２１８）であって、当該ばね装置は複数の細長いばね（２０８、２１２、２１６）を積み重ねて、端部（２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ）を当該原子力設備の燃料集合体（１０）の上部ノズル（１６）に固着した構成を有し、当該複数のばねは当該第１の端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板（４２）と係合し、当該上部ノズルおよび当該上部炉心板と係合する当該複数のばねは、当該原子力設備が運転時に低温状態と高温状態の間を推移すると変形して一つの圧縮状態と別の圧縮状態の間を推移し、当該支持装置は、
当該複数のばねのうち当該ばね装置から取り外した１つのばねの代替物として、当該複数のばねのうちの残りの多数のばねとともに積み重ねて、端部（２２０Ｄ）を当該上部ノズルに固着した板状の支持体（２２２）と、
当該端部から第１の距離（２５０）だけ離隔して当該支持体（２２２）に固着した当接体（２２６）を含む支台装置（２２４）とより成り、
当該当接体（２２６）は、当該支持体の表面から概して当該残りの多数のばねの方向へ第２の距離（２５４）だけ突出し、当該残りの多数のばねの当該一つの圧縮状態と当該別の圧縮状態の間の変形の少なくとも一局面において、当該残りの多数のばねの上の、当該端部と当該上部炉心板との係合位置の間の位置で当該残りの多数のばねと係合するように構成されていることを特徴とする支持装置。
【請求項２】
前記支台装置は、前記支持体に前記端部から別の第１の距離（３６２）だけ離隔して固着した別の当接体（３２７）をさらに含み、当該別の当接体は前記支持体の表面から概して前記残りの多数のばねの方向へ別の第２の距離（３６６）だけ突出し、前記残りの多数のばねの前記一つの圧縮状態と前記別の圧縮状態の間の変形の別の一局面において、前記残りの多数のばねの上の、前記端部と前記上部炉心板との係合位置の間の別の位置で前記残りの多数のばねと係合するように構成されていることを特徴とする、請求項１の支持装置。
【請求項３】
請求項２の支持装置であって、
前記別の第１の距離が前記第１の距離より大きいこと、および
前記別の第２の距離が前記第２の距離より大きいこと
のうち少なくとも１つに該当する支持装置。
【請求項４】
前記別の第１の距離が前記第１の距離より大きく、かつ前記別の第２の距離が前記第２の距離より大きいことを特徴とする、請求項２の支持装置。
【請求項５】
請求項２の支持装置であって、
前記残りの多数のばねは低温状態では前記一つの圧縮状態にあり、高温状態では前記別の圧縮状態にあり、
前記当接体および前記別の当接体は、前記残りの多数のばねの前記一つの圧縮状態と、前記一つの圧縮状態と前記別の圧縮状態の間の中間的な圧縮状態の間の変形時に、前記残りの多数のばねと同時に係合するように構成されていること
を特徴とする支持装置。
【請求項６】
前記残りの多数のばねの前記中間的な圧縮状態と前記別の圧縮状態の間の変形時に、前記当接体は前記残りの多数のばねと係合し、前記別の当接体は前記残りの多数のばねと係合しないように構成されていることを特徴とする、請求項５の支持装置。
【請求項７】
原子力設備（６）で使用する構成のばね装置（２０４）であって、当該ばね装置は、
多数の細長いばね（２０８、２１２、２１６）と、
板状の支持体（２２２）および当該支持体の上に位置する支台装置（２２４）から成る支持装置（２１８）とから成り、
当該多数のばねと当該支持体とはそれらを次々に積み重ねて、端部（２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄ）を当該原子力設備の燃料集合体（１２）の上部ノズル（１６）に固着した構成であり、当該多数のばねは当該端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板（４２）と係合するように構成され、当該上部ノズルおよび当該上部炉心板と係合する当該複数のばねは、当該原子力設備が運転時に低温状態と高温状態の間を推移すると変形して一つの圧縮状態と別の圧縮状態の間を推移し、
当該支台装置はさらに、当該端部から第１の距離（２５０）だけ離隔して当該支持体に固着された当接体（２２６）を含み、当該当接体は、当該支持体の表面から概して当該多数のばねの方向に第２の距離（２５４）だけ突出し、当該多数のばねの当該一つの圧縮状態と当該別の圧縮状態の間の変形の少なくとも一局面において、当該多数のばねの上の、当該端部と当該上部炉心板との係合位置の間の位置で当該多数のばねと係合するように構成されていることを特徴とするばね装置。
【請求項８】
原子力設備（６）で使用する構成のばね装置（１０４）であって、当該ばね装置は、
次々に積み重ねて、第１の端部（１２０、１４８、１６４）を当該原子力設備の燃料集合体（１０）の上部ノズル（１６）に固着した複数の細長いばね（１０８、１１２、１１６）から成り、
当該原子力設備が低温状態の時、一つの圧縮状態にある当該複数のばねはそれぞれ、当該第１の端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板（４２）と圧縮係合し、
当該原子力設備が高温状態の時、
別の圧縮状態にある当該複数のばねの一部（１０８、１１２）はそれぞれ、当該上部炉心板と圧縮係合し、
当該複数のばねのうちの１つのばね（１１６）は、当該第１の端部とは反対側の第２の端部（１６８）が未圧縮状態で、当該上部炉心板と係合しない自由状態にあること
を特徴とするばね装置。
【請求項９】
前記複数のばねのうちの別のばね（１０８）は、前記第１の端部の反対側に前記上部ノズルと係合する尾部（１４０）を有し、当該尾部は概して前記上部炉心板との係合位置からさらに前記第１の端部から離れる方向に延び、前記ばねは前記第２の端部に隣接する開口（１７２）を有し、当該尾部は当該開口に摺動自在に受容されることを特徴とする、請求項８のばね装置。
【請求項１０】
前記自由状態にある前記ばねの前記第２の端部は前記燃料集合体とは係合しないことを特徴とする、請求項９のばね装置。
【請求項１１】
前記複数のばねのうちの一つのばね（１１６）は、前記複数のばねのうちのその他のばねに比べて前記上部ノズルの比較的近くに配置されていることを特徴とする、請求項８のばね装置。
【請求項１２】
前記自由状態にある、前記複数のばねのうちの一つのばね（１１６）の前記第２の端部は、前記複数のばねのうちの前記その他のばねから離隔していることを特徴とする、請求項８のばね装置。
【請求項１３】
前記自由状態にある、前記複数のばねのうちの一つのばね（１１６）は実質的に一定の厚さを有することを特徴とする、請求項８のばね装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願で開示および特許請求する発明は概して原子力発電機器に関し、具体的には、原子力設備の原子炉の燃料集合体に使用可能な押さえばね装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉は、関連技術分野でよく知られている。加圧水型原子炉の一例を、図１に略示するとともに、以下に詳述する。図１の加圧水型原子炉は、同図に参照番号４６で示す押さえばね一式を使用する。また、押さえばね一式の別例を、図６に参照番号２００で示す。押さえばねパックは、燃料装置に対して重力とは別の垂直下向きの力を加えることにより、加圧状態の冷却材の流れの上向きの抗力にさからって、当該燃料装置を下部炉心支持板の上に保持することを目的とする。
【０００３】
関連技術分野で一般に理解されているように、加圧された冷却材の流れは原子力設備が低温状態の時（例えば起動時や停止直前時）に密度が最大であるため、燃料装置にはたらく当該流れの垂直上向きの抗力は原子炉が低温の時最大である。原子炉が高温になると、冷却材の密度が比較的小さくなるため、燃料装置にはたらく垂直上向きの抗力は比較的小さくなる。しかし、主としてジルコニウム合金から成る燃料装置は、中性子照射を受けると膨張する。また、燃料装置の材料であるジルコニウム合金の熱膨張係数は、原子炉格納容器の材料であるステンレス鋼の熱膨張係数より小さい。さらに、押さえばねパックは、中性子照射を受けると、ばねが緩み、ばね力が低下する。経時的には、燃料の初期装填時に低温状態が存在し、原子炉を最初に起動すると低温状態の液圧力が発生する。その後、燃料と炉心構造物の間の熱膨張率の差によって押さえ力が減少し、高温状態の液圧力がかかったあと、さらに運転時の中性子照射による影響（すなわち、燃料構造物の膨張および照射によるばね力の低下）が現れる。
【０００４】
したがって、ばねパックが燃料装置に加える下向きの圧縮荷重を全体としてみると、複合的な要因が関係することがわかる。そのため、構成部品の供用期間全体を通じて常に適当な下向きの力を燃料装置に与えるばねパックの開発は難航している。例えば、押さえ力が不十分な場合、燃料集合体が下部炉心支持板から離昇し、通常時および事故時の燃料の挙動に悪影響を与える。そのような燃料集合体の離昇は、燃料棒を含む燃料装置構成部品の損傷や、制御棒クラスタ集合体（ＲＣＣＡ）の挿入障害などを引き起こすおそれがある。一方、押さえ力が大きすぎると、燃料集合体がゆがんで、取扱い時の損傷、水ギャップの増加とそれに伴うピーキング係数の変化、および制御棒の不完全挿入（ＩＲＩ）が発生する可能性がある。したがって、押さえ力を望ましい範囲に保つ必要があるが、そうすることは前述の複合的な荷重の問題により容易ではないので、改善策が望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
本願で開示および特許請求する発明に基づくばね装置は、原子力設備で使用可能である。一実施態様において、ばね装置は、原子炉が低温状態の時に、圧縮状態にあり、原子炉の上部炉心板と圧縮係合する複数のばねを含む。しかし、原子炉が高温状態になると、複数のばねのうちの１つが、自由な端部が未圧縮状態で、上部炉心板と係合しない自由状態になる。別の実施態様において、ばね装置は、同じく本願で開示および特許請求する発明に基づく、ばねパックのばねに下側から係合する１つ以上の当接体を含む支持装置を使用する。
【０００６】
したがって、本願で開示および特許請求する発明の一側面は、原子力設備で使用可能な改良型ばね装置を提供することである。
【０００７】
本願で開示および特許請求する発明の別の側面は、一般的にばねと燃料集合体の間に配置され、当該ばねと圧縮係合して、ばねの性能を高める１つ以上の当接体を有する支持装置を備えたばね装置を提供することである。
【０００８】
本願で開示および特許請求する発明の別の側面は、原子炉の上部炉心板との圧縮係合が原子炉の温度に依存する複数のばねを備えた別のばね装置を提供することである。
【０００９】
したがって、本願で開示および特許請求する発明の一側面は、原子力設備のばね装置に使用可能な改良型支持装置を提供することであり、当該ばね装置は複数の細長いばねを積み重ねて、端部を当該原子力設備の燃料集合体の上部ノズルに固着した構成を有し、当該複数のばねは当該第１の端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板と係合し、当該上部ノズルおよび当該上部炉心板と係合する当該複数のばねは、当該原子力設備が運転時に低温状態と高温状態の間を推移すると変形して一つの圧縮状態と別の圧縮状態の間を推移する。当該支持装置は、当該複数のばねのうち当該ばね装置から取り外した１つのばねの代替物として、当該複数のばねのうちの残りの多数のばねとともに積み重ねて、端部を当該上部ノズルに固着した構成の板状の支持体と、当該端部から第１の距離だけ離隔して当該支持体に固着した当接体を含む支台装置とより成り、当該当接体は、当該支持体の表面から概して当該残りの多数のばねの方向へ第２の距離だけ突出し、当該残りの多数のばねの当該一つの圧縮状態と当該別の圧縮状態の間の変形の少なくとも一局面において、当該残りの多数のばねの上の、当該端部と当該上部炉心板との係合位置の間の位置で当該残りの多数のばねと係合するように構成されていると一般的に言える。
【００１０】
本願で開示および特許請求する発明の別の一側面は、原子力設備で使用する構成の改良型ばね装置を提供することである。当該ばね装置は、多数の細長いばねと、板状の支持体および当該支持体上の支台装置から成る支持装置とを含み、当該多数のばねと当該支持体とは次々に積み重ねられて、それらの端部が当該原子力設備の燃料集合体の上部ノズルに固着され、当該多数のばねは当該端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板と係合するように構成され、当該上部ノズルおよび当該上部炉心板と係合する当該多数のばねは、当該原子力設備が運転時に低温状態と高温状態の間を推移すると変形して一つの圧縮状態と別の圧縮状態の間を推移し、当該支台装置はさらに、当該端部から第１の距離だけ離隔して当該支持体に固着された当接体を含み、当該当接体は、当該支持体の表面から概して当該多数のばねの方向に第２の距離だけ突出し、当該多数のばねの当該一つの圧縮状態と当該別の圧縮状態の間の変形の少なくとも一局面において、当該多数のばねの上の、当該端部と当該上部炉心板との係合位置の間の位置で当該多数のばねと係合するように構成されていると一般的に言える。
【００１１】
本願で開示および特許請求する発明の別の一側面は、原子力設備で使用する構成の改良型ばね装置を提供することである。当該ばね装置は、次々に積み重ねて、第１の端部を当該原子力設備の燃料集合体の上部ノズルに固着した複数の細長いばねから成り、当該原子力設備が低温状態の時、一つの圧縮状態にある当該複数のばねはそれぞれ、当該第１の端部から離れた位置で当該原子力設備の上部炉心板と圧縮係合し、当該原子力設備が高温状態の時、別の圧縮状態にある当該複数のばねの一部はそれぞれ、当該上部炉心板と圧縮係合し、当該複数のばねのうちの１つのばねは、当該第１の端部とは反対側の第２の端部が未圧縮状態で、当該上部炉心板と係合しない自由状態にあると一般的に言える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本願で開示および特許請求する発明の詳細を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００１３】
【図１】従来型ばねパックを有する原子力設備の加圧水型原子炉を例示する図である。
【００１４】
【図２】図１の原子炉に使用可能な、本願で開示および特許請求する発明の第１の実施態様に基づく改良型ばね装置であって、当該原子炉が高温状態の時のばね装置を示す図である。
【００１５】
【図３】原子炉が高温状態と低温状態の間の状態の時のばね装置を示す点を除き、図２に類似する図である。
【００１６】
【図４】原子炉が低温状態の時のばね装置を示す点を除き、図２、３に類似する図である。
【００１７】
【図５】図１の従来型ばねパックおよび図２〜４の改良型ばね装置の荷重・たわみ曲線を示すグラフである。
【００１８】
【図６】図１の原子炉に使用可能な別の従来型押さえばね一式を示す図である。
【００１９】
【図７】図１の原子炉が高温状態の時の、本願で開示および特許請求する発明の第２の実施態様に基づく改良型ばね装置を示す図であるが、当該改良型ばね装置は、当該原子炉に使用可能な同じく本願で開示および特許請求する発明に基づく支持装置を含んでいる。
【００２０】
【図８】原子炉が低温状態の時のばね装置および支持装置を示す点を除き、図７に類似する図である。
【００２１】
【図９】図１の原子炉が高温状態の時の、本願で開示および特許請求する発明の第３の実施態様に基づく改良型ばね装置を示す図であるが、当該改良型ばね装置は、当該原子炉に使用可能な同じく本願で開示および特許請求する発明に基づく別の支持装置を含んでいる。
【００２２】
【図１０】原子炉が低温状態の時のばね装置を示す点を除き、図９に類似する図である。
【００２３】
【図１１】図６の従来型ばねパック、図７、８の改良型ばね装置、および図９、１０の改良型ばね装置の荷重・たわみ曲線を示す別のグラフである。
【００２４】
本願で使用する同じ参照番号は、同様の部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、原子力設備６のブロック表示した原子炉４に装填された燃料集合体１０の一例を略示する。燃料集合体１０のさまざまな構成要素および／またはその他の構成要素のうちの１つ以上を、原子炉４の炉心内部構造物１４、４２と呼ぶことができる。
【００２６】
燃料集合体１０に含まれる下部ノズル１２は、燃料集合体１０を原子炉４の炉心領域の下部炉心支持板１４上に支持する。この原子炉４は、複数の燃料集合体１０が炉心支持板１４上に配置された加圧水型原子炉である。燃料集合体１０の構造躯体は、下部ノズル１２に加えて、上端部の上部ノズル１６と、多数の細長い案内管またはシンブル管１８とを有する。これらのシンブル管は、下部ノズル１２と上部ノズル１６の間を縦方向に延び、両端部がそれらのノズルに接続されている。
【００２７】
燃料集合体１０はさらに、シンブル管１８に軸方向に離隔して取り付けられた複数の横方向グリッド２０と、当該グリッド２０により横方向に離隔して支持される細長い燃料棒２２の整列アレイとを有する。また、図１に例示する燃料集合体１０の中心部には、下部ノズル１２と上部ノズル１６の間を延びる計装管２４が配置されている。このような部品の構成および配置により、燃料集合体１０は、構成部品を損傷することなく容易に取り扱うことができる一体型ユニットを形成する。
【００２８】
上述したように、燃料集合体１０の燃料棒２２は、燃料集合体１０の長手方向に離隔する複数のグリッド２０により、互いに離隔した関係に保持される。各燃料棒２２は複数の原子燃料ペレットと、両端部を閉じる上部端栓２８および下部端栓３０とを有する。核分裂性物質より成る燃料ペレットは、原子炉４の核反応によるエネルギーの発生源である。
【００２９】
水やホウ素含有水などの液体の減速材／冷却材は、下部炉心支持板１４の複数の流れ開口３２を上向きに貫流して燃料集合体１０に達するように圧送される。そのような流れを、参照番号３３Ａ、３３Ｂで示す多数の矢印により表す。本願に用いる表現「多数の」およびその変化形は、広義には、ゼロを除き１を含む任意の数量を指す。燃料集合体１０の下部ノズル１２を通った冷却材は、シンブル管１８を上向きに貫流するとともに燃料集合体の燃料棒２２に沿って流れ、燃料棒中で発生する熱を吸収して有用な仕事を発生させる。
【００３０】
核分裂プロセスを制御するには、燃料集合体１０の所定位置にあるシンブル管１８を往復移動可能な多数の制御棒３４を使用する。具体的には、上部ノズル１６の上方に配置された棒クラスタ制御機構３６により制御棒３４を支持させる。この制御機構３６は、内部にねじ溝のある円筒状部材３７から複数のアーム３８が放射状に延びる構成である。各アーム３８は制御棒３４に相互に接続されているため、制御機構３６を作動させると、すべて公知の態様で、制御棒３４をシンブル管１８内で垂直方向に移動させ、燃料集合体１０の核分裂プロセスを制御することができる。
【００３１】
原子炉４はさらに、燃料集合体１０を挟んで下部炉心支持板１４の反対側に位置する上部炉心支持板４２を含む。各燃料集合体１０は、一般的に４つのばねパックより成る複数の押さえばね４６を有し、そのうち燃料集合体１０の前面（すなわち紙面の手前側）にある１つのばねパックを図１に示す。図示しないその他のばねパックは、燃料集合体１０の左側、右側および背後にある。上部炉心支持板４２が押さえばね４６の頂部の上に位置するとき、押さえばね４６は少なくとも若干圧縮された状態にあり、燃料集合体１０に図１で垂直下向きの圧縮力を印加する。そのような下向きの圧縮力は、矢印３３Ａ、３３Ｂで示す冷却材の流れにより燃料集合体１０にはたらく抗力が当該燃料集合体１０を下部炉心支持板１４から離昇させるのを防ぐ。
【００３２】
本願で開示および特許請求する発明の第１の実施態様に基づく改良型ばね装置１０４を、図２〜４に示す。ばね装置１０４は参照番号１０８、１１２、１１６で示す複数のばねから成り、各ばねは図２〜４に示す長さおよび厚さと、図２〜４の紙面に垂直方向の幅とを有する細長い板ばねである。これらのばねは、合金７１８のような材料または目的に適う他の適当な材料から作られる。ばね１０８、１１２、１１６は積み重ねて、燃料集合体１０の上部ノズル１６に固着される。
【００３３】
図２〜４からわかるように、ばね１０８は他のばね１１２、１１６の上方に位置し、その第１の端部１２０は燃料集合体１０の上の台座１２４に固定されるが、ばね１１２、１１６も同様に台座１２４によって燃料集合体１０に固定されている。ばね１０８には屈曲部１２８があり、この屈曲部１２８の上の係合位置１３２で上部炉心板４２と係合する。ばね１０８はさらに、屈曲部１２８の終点にある棚部１３６から延びる比較的幅の狭い尾部１４０を有する。この尾部１４０は、燃料集合体１０の上部ノズル１６の内面と係合するラッチ構造一式を含む。
【００３４】
ばね１１２も同様に、第１の端部１４８が台座１２４に固定されている。ばね１１２はさらに、第１の端部１４８の反対側の第２の端部１５２の近くに開口１５６を有する。この開口１５６に尾部１４０が摺動自在に受容される。さらに、ばね１１２は、開口１５６に隣接する係合位置１６０でばね１０８の棚部１３６と係合するため、このばね１１２はばね１０８を介して上部炉心板４２と圧縮係合する。
【００３５】
ばね１１６も同様に、第１の端部１６４、その反対側の第２の端部１６８、さらに、第２の端部１６８の近くにあって尾部１４０を摺動自在に受容する開口１７２を有する。ばね１１６には、開口１７２の近くに、ばね１１２の下側と係合可能な係合位置１７６があり、このため、ばね１１６は、図４に示すように、ばね１１２およびばね１０８を介して上部炉心板４２と圧縮係合できる。
【００３６】
図２〜４に示すように、ばね１１６は燃料集合体１０の上部ノズル１６と係合する第１の部分１８０、第１の部分１８０とは反対側の第２の部分１８４、さらに第１の部分と第２の部分との間の屈曲部１８８を有すると言える。例示する実施態様のばね１１６は、製造コストが最小になるように厚さがほぼ一定である。第１の部分１８０は長さ１９０を有すると言える。
【００３７】
一般的に、図２は、原子炉４が高温状態の時のばね装置１０４を示すが、ばね１１６の第２の端部１６８と、ばね１１２の第２の端部１５２の下側の間に間隔１９４がある。したがって、図２の高温状態下では、ばね１１６は、第１の端部１６４のみが燃料集合体１０の上部ノズル１６に固定され、第２の端部１６８は上部炉心板４２と係合せず、上部ノズル１６とも未係合の自由状態にある。すなわち、原子炉４が高温状態の時の図２の自由状態において、ばね１１６は、上部炉心板４２と係合せず、第２の端部１６８の開口１７２にばね１０８の尾部１４０が摺動自在に受容されるにとどまる、たわみのない自由状態にある。
【００３８】
一方、図４は、原子炉４が低温状態の時（例えば起動時や停止直前の時）のばね装置１０４を示す。そのような低温状態において、ばね１０８、１１２は引き続き上部炉心板４２に圧縮係合しているが、ばね１１６は、ばね１１２の下面と圧縮係合し、ばね１０８の棚部１３６も圧縮係合するため、上部炉心板４２とも圧縮係合することがわかる。
【００３９】
図３は、図２の原子炉４が高温状態にある時と図４の原子炉４が低温状態にある時の間の遷移点を表す。したがって、図３は、ばね１１６が上部炉心板４２と圧縮係合している状態（図４）と、ばね１１６が未圧縮の自由状態（図２）の間の点を表している。
【００４０】
図５のグラフにおいて、参照番号１９８で示す複数のデータ点はばね装置１０４の圧縮力とたわみの関係をプロットしたものである。さらに、複数のデータ点１９６は図１に示す押さえばね４６の荷重とたわみの関係をプロットしたものである。図５から分かるように、データ点１９８は、ばね装置１０４のたわみ値が高めの時は、圧縮力が若干高めであるが、これは、図４に略示するような原子炉４が低温状態の時に起こる。一方、図５のデータ点１９８が示す圧縮力は、たわみ値が約０．５００〜１．２５０インチの範囲にある原子炉４の高温状態の時は、データ点１９６が示す圧縮力より小さい。
【００４１】
前述のように、原子炉４の低温運転と高温運転の間の遷移段階では、押さえばねによって燃料集合体１０にはたらく圧縮荷重は多くの複合的要因の影響下にある。所与の原子炉では、そうした要因に左右され、圧縮力が原子炉の高温運転時に過大に、および／または低温運転時に過小になるという問題がある。改良型ばね装置１０４をそのような原子炉へ実装するとメリットが得られるが、その理由は、図５に示すように、高温運転時に圧縮力が減少し、低温運転時に圧縮力が若干増加するためである。
【００４２】
また、長さ１９０と間隔１９４を変えてばね１１６のさまざまな圧縮性能特性を変えることにより、所与の原子力設備（原子力設備６はその一例に過ぎない）の具体的な要求に合う特有の荷重・たわみ性能を発揮させることができる。図３の遷移状況が起こる温度より低い温度の時に限りばね１１６が上部炉心板４２と圧縮係合するようにばね装置１０４を構成すると、有利なことに、高温時の圧縮力の低減だけでなく低温時の圧縮性能を改善することができる。
【００４３】
その他の変形例についても自明である。例えば、原子炉４が低温時に２つ以上のばねが上部炉心板４２と係合し、原子炉４が高温時に係合が解除されるようにしてもよい。同様に、原子炉４が高温時に、３つ以上のばねが上部炉心板４２との係合を持続するようにしてもよい。その他の例も想定できる。
【００４４】
別の既知のばねパックを図６に略示する。図６に示す４つのばねを一式とする押さえばね２００は、図１の押さえばね４６に類似する。ただし、図６の押さえばね一式２００は４つのばねから成るのに対し、押さえばね一式４６は３つのばねのみから成る。３つのばねから成る設計と４つのばねから成る設計は関連技術分野でよく知られており、本願で教示する利点はそうした構成のいずれにも適用することができる。
【００４５】
本願で開示および特許請求する発明の第２の実施態様に基づく改良型ばね装置２０４を、図７、８に略示する。ばね装置２０４は、ばね装置２０４の最下段のばねの代わりに支持装置２１８を設けた点を除き、押さえばね一式２００に類似する。すなわち、図７に示すように、ばね装置２０４は、ばね２０８、ばね２１２、ばね２１６に加えて支持装置２１８から成ると言える。ばね装置２０４は、押さえばね一式２００の最下段のばねを取り外し、その代わりに支持装置２１８を取り付けて形成できると言える。あるいは、ばね装置２０４は、３つのばね２０８、２１２、２１６および支持装置２１８を構成要素として形成できると言える。
【００４６】
支持装置２１８は、板状の支持体２２２と、当該支持体２２２の上に位置する支台装置２２４とを含むと言える。例示する実施態様では、支持体２２２の上に支台装置２２４のある支持装置２１８を一体的にステンレス鋼の塊から機械加工により形成する。例示する実施態様において、支台装置２２４は、支持体２２２の上に位置する当接体２２６を含む。
【００４７】
図７に示すように、ばね２０８、２１２、２１６はそれぞれ第１の端部２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃを有し、支持体２２２も同様に第１の端部２２０Ｄを有する。第１の端部２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄは、台座２２１によって（図１の）燃料集合体１０の上部ノズル１６に固着される。ばね２０８、２１２、２１６自体は押さえばね４６に類似するが、このことについては、ばね２０８は細長い板ばねであり、第１の端部２２０Ａの反対側の屈曲部２２８の上に係合位置２３２があることがわかる。屈曲部２２８の終点にある棚部２３６から比較的幅の狭い尾部２４０が延びるが、この尾部２４０の屈曲部２２８とは反対側にあるラッチが燃料集合体１０の上部ノズル１６の下側に係合する。尾部２４０は、ばね２１２、２１６に形成された開口に摺動自在に受容される。
【００４８】
図７からわかるように、当接体２２６は支持体２２２の第１の端部２２０Ｄから第１の距離２５０だけ離れている。当接体２２６は、支持体２２２の上面から、概して燃料集合体１０から離れ、概してばね２１６へ向かう方向へ第２の距離２５４だけ突出している。当接体２２６は、原子炉４が高温状態（例えば図７に略示する状態）の時にも、低温状態（例えば図８に略示する状態）の時にも、ばね２１６とその上の係合位置２５８で係合する。他の実施態様では、原子炉４の所与の温度で、または原子炉４の構成機器の供用期間中の或る特定の時期に、当接体２２６とばね２１６の係合が解除されるように第１の距離２５０および第２の距離２５４を調整することができる。ただし、例示する実施態様では、当接体２２６は常にばね２１６と係合する。当接体２２６のサイズと形状も同様に、そうした目的に合わせて変えることができる。
【００４９】
図７、８からわかるように、原子炉４が図７の高温状態から図８の低温状態に遷移すると、ばね２１６は当接体２２６と圧縮係合し、ばね２１２、２０８も同様に、互いに、また、ばね２１６と圧縮係合して、当接体２２６と圧縮係合することになる。当接体２２６が、第１の端部２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃとその反対側の端部の間の係合位置２５８でばね２０８、２１２、２１６と係合するように当接体２２６を第１の端部２２０Ｄから離隔させることにより、ばね装置２０４のたわみ特性を押さえばね一式２００とは異なるように構成することができる。例えば、図１１は、押さえばね一式２００の圧縮荷重とたわみとの関係を示す一連のデータ点を参照番号２９６で表す。同様に、別の一連のデータ点２９８は、改良型ばね装置２０４の圧縮荷重とたわみの関係を表す。各たわみ値における、改良型ばね装置２０４の圧縮荷重は、図６の押さえばね一式２００の圧縮荷重（点２９６）より大きい。したがって、ばね装置２０４は、高温状態と低温状態の両方で高めの圧縮荷重が望ましい、原子炉４や他の原子炉などに使用すると有利である。
【００５０】
なお、第１の距離２５０および第２の距離２５４を変えることにより、ばね装置に望ましい任意の荷重・たわみ特性を実現することができる。例えば、第２の距離２５４を変えずに、第１の距離２５０を大きくするのが望ましい場合がある。その他の変形例についても自明である。
【００５１】
本願で開示および特許請求する発明の第３の実施態様に基づく改良型ばね装置３０４を、図９、１０に略示する。ばね装置３０４は、ばね装置３０４が当接体をもう一つ有する点を除き、ばね装置２０４に類似する。すなわち、ばね装置３０４は、３つのばね３０８、３１２、３１６と、支持装置３１８とを次々に積み重ね、第１の端部を燃料集合体１０の上部ノズル１６に固着したものである。支持装置３１８は、支持体２２２に類似する支持体３２２と、支台装置３２４とを含む。支台装置３２４は、当接体３２６および当接体３２７を含む。例示する実施態様において、当接体３２６は第１の端部３２０から第１の距離３５０だけ離れており、支持体３２２の上面からばね３１６の方向へ第２の距離３５４だけ突出する。当接体３２６は、ばね３１６の上の第１の係合位置３５８でばね３１６と係合するため、ばね３０８、３１２とも係合することになる。例示する実施態様において、当接体３２６とばね３０８、３１２、３１６の間のそのような係合は、原子炉４が高温状態（例えば図９に略示する状態）の時にも、低温状態（例えば図１０に略示する状態）の時にも起こる。
【００５２】
しかし、当接体３２７は、第１の端部２０から別の第１の距離３６２だけ離れており、支持体３２２の上面から概してばね３１６の方向へ別の第２の距離３６６だけ突出する。この別の第１の距離３６２は第１の距離３５０より大きく、この別の第２の距離３６６は第２の距離３５４より大きいが、他の実施態様では必ずしもそうである必要はない。当接体３２７は、ばね３１６の上の別の係合位置３７０でばね３１６と係合するため、ばね３０８、３１２とも係合することになる。
【００５３】
図９、１０からわかるように、当接体３２７は、図９の高温位置においてばね３０８、３１２、３１６と未係合であるが、ばね３０８、３１２、３１６が図９の高温位置から図１０の低温位置へ遷移すると、ばね３０８、３１２、３１６と係合するようになる。当接体３２７もばね３０８、３１２、３１６と圧縮係合するので、ばね装置３０４の荷重・たわみ性能がさらに変化する。
【００５４】
図１１にさらに示すように、別の一連のデータ点３９９は、改良型ばね装置３０４の荷重・たわみ特性を表す。データ点３９９を見ると、ばね装置３０４は、ばね装置２０４と比べて、圧縮力が低温運転時（例えばたわみが約１．４インチ超）大きいが、高温運転時（例えばたわみが０．２５〜１．４インチ）には小さいことがわかる。したがって、ばね装置３０４の導入が望ましいのは、低温状態での圧縮力の改善が最重要で、高温での圧縮力の若干の改善は二義的な設備であると考えられる。図１１はまた、ばね装置２０４はむしろ、高温時および低温時の両方の性能の向上が望まれる設備に導入するのが望ましいことを示唆している。この点に関して、第１の距離３５０、３６２および第２の距離３５４、３６６を特定の設備の要求に応じて変えると、特定の設備に適した荷重・たわみ性能曲線および応答が得られることがわかる。その他の変形例についても自明である。
【００５５】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何ら制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物である。
【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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【国際調査報告】
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