(57)【要約】【課題】本発明は、原子力発電所内に配置される多数の細長型燃料棒（５）を保持するスペーサ、及び該スペーサを持つ燃料ユニットに関する。【解決手段】該スペーサは多数のセルを取り囲み、該セルはそれぞれ対応するセルの縦軸（ｘ）に平行に延びる燃料棒を受容する。各セルは上縁と下縁を含むスリーブ状部材（３２）から形成される。該スリーブ状部材は、内側に突出するとともに縦軸（ｘ）に略平行に延びて燃料棒（５）に当接しセルに受容される多数の当接面を有する。下縁（３４）と上縁（３３）は、縦軸（ｘ）に対し横から見ると、対応する前記当接面と位置合わせされた波頂（３６）と隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷（３７）とを有する波形を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所内に配置される多数の細長型燃料棒（５）を保持するスペーサであって、
前記スペーサ（３０）は多数のセル（３１）を取り囲み、前記セルはそれぞれ縦軸（ｘ）を有し、前記燃料棒が前記縦軸（ｘ）に平行に延びるように前記燃料棒（５）を受容するよう配置され、
各セル（３１）は上縁（３３）及び下縁（３４）を含むスリーブ状部材（３２）から形成され、
前記スリーブ状部材（３２）は多数の当接面（３５）を含み、前記当接面は前記縦軸（ｘ）に向かって内側に突出し、前記縦軸（ｘ）に略平行に延びて前記燃料棒（５）に当接し前記セル（３１）に受容され、
前記下縁（３４）は、前記縦軸（ｘ）に対し横から見ると、対応する前記当接面（３５）と位置合わせされた波頂（３６）と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷（３７）と、を含む波形を形成するスペーサにおいて、
前記上縁（３３）は、前記縦軸（ｘ）に対し横から見ると、対応する前記当接面（３５）と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷（３７）と、を含む波形を形成することを特徴とするスペーサ。
【請求項２】
請求項１に記載のスペーサにおいて、前記細長型当接面（３５）は前記上縁（３３）から前記下縁（３４）まで延びていることを特徴とするスペーサ。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載のスペーサにおいて、各スリーブ状部材（３２）は少なくとも４つの前記当接面（３５）を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記当接面のそれぞれは、前記縦軸（ｘ）に向かって内側に突出する隆線（３５）によって形成されることを特徴とするスペーサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は、前記スペーサ（３０）内において、前記上縁（３３）の前記波谷（３７）の１つと前記下縁（３４）の前記波谷（３７）の１つとの間を前記縦軸（ｘ）に平行に延びる接合領域に沿って互いに当接することを特徴とするスペーサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は溶接継手によって互いに永久接合されることを特徴とするスペーサ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のスペーサにおいて、前記上縁（３３）と前記下縁（３４）とのうちの少なくとも１つの前記接合領域において、前記溶接継手は、ヘリ溶接部を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）のほとんど全ては、スリーブ形状に曲げ成形されるシート状材料（６０）で製造されることを特徴とするスペーサ。
【請求項９】
請求項８に記載のスペーサにおいて、前記曲げ成形前の前記シート状材料（６０）は、前記シート状材料（６０）の第一端部近傍に第一接合部（６１）と、前記シート状材料（６０）の第二端部近傍に第二接合部（６２）と、を有し、前記曲げ成形後に前記第一端部が前記スリーブ状部材（３２）の前記第二端部に重ね合わされることを特徴とするスペーサ。
【請求項１０】
請求項８に記載のスペーサにおいて、前記第一接合部（６１）と前記第二接合部（６２）とは、少なくとも１つの溶接継手によって互いに永久接合されることを特徴とするスペーサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスペーサにおいて、前記溶接継手はスポット溶接部（６３）を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）のほとんど全ては、前記上縁（３３）及び前記下縁（３４）を含む波形に形成されるチューブ状材料で製造されることを特徴とするスペーサ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記縦軸（ｘ）方向に見た前記スリーブ状部材（３２）は、４つの略直交する長側面（４０）を有し、各長側面が前記当接面（３５）の１つを含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のスペーサにおいて、各長側面（４０）は前記上縁（３３）の前記波頂（３６）の１つと、前記下縁（３４）の前記波頂の１つと、を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項１５】
請求項１３又は１４のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記縦軸（ｘ）方向に見て前記スリーブ状部材（３２）は、４つの略直交する短側面（４１）を有し、各短側面が２つの前記長側面（４０）を接続するとともに前記上縁（３３）の前記波谷（３７）の１つの一部と、前記下縁（３４）の前記波谷（３７）の１つの一部と、を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は０．２４ｍｍ未満の材料厚さを持つことを特徴とするスペーサ。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は０．２０ｍｍ以下の材料厚さを持つことを特徴とするスペーサ。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は０．１８ｍｍ以下の材料厚さを持つことを特徴とするスペーサ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の、前記原子力発電所が冷却液流の再循環が可能なように設計され、前記スペーサが前記冷却液流中に位置するよう配置されたスペーサにおいて、前記スペーサ（３０）は、前記冷却液流に影響を与える少なくとも１枚の羽根を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項２０】
請求項９又は１９に記載のスペーサにおいて、前記羽根（７０）は前記第一接合部（６１）から延びる材料の一部（６４）から形成されることを特徴とするスペーサ。
【請求項２１】
請求項１９又は２０のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記スリーブ状部材（３２）は、前記上縁（３３）と前記下縁（３４）とのうちの少なくとも一方から延びるスリットを含み、前記スリットにより前記スリーブ状部材（３２）の一部が外側へ曲げられて前記羽根（７０）が形成されることを特徴とするスペーサ。
【請求項２２】
請求項２０又は２１のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記羽根（７０）は前記縦軸（ｘ）に対し傾斜していることを特徴とするスペーサ。
【請求項２３】
請求項１３又は１９に記載のスペーサにおいて、前記羽根（７０）は前記長側面（４０）の１つから外側に延びることを特徴とするスペーサ。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれかに記載のスペーサにおいて、前記縦軸（ｘ）方向に見て前記スペーサ（３０）は、略長方形を形成し、前記スペーサ（３０）の各側面に沿って延びる少なくとも２つの独立した外縁素子（５０）を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のスペーサにおいて、外側の前記スリーブ状部材（３２）が欠けているために長方形の４隅の１つが減らされ、前記スペーサ（３０）は、２つの前記側面及び前記の減らされた隅部に沿って延びる１つの独立した内縁素子（５１）を含むことを特徴とするスペーサ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のスペーサにおいて、前記内縁素子（５１）は羽根（５３）を含み、前記羽根が前記の減らされた隅部に位置し、上側及び前記スペーサ（３０）の中心に向かって内側へ傾斜していることを特徴とするスペーサ。
【請求項２７】
多数の細長型燃料棒（５）及び前記燃料棒を保持する多数のスペーサ（３０）を含む原子力発電所用の燃料ユニットであって、
前記スペーサ（３０）は多数のセル（３１）を取り囲み、前記セルはそれぞれ縦軸（ｘ）を有し、前記燃料棒が前記縦軸（ｘ）に平行に延びるように前記燃料棒（５）の１つを受容するよう配置され、
各セル（３１）は上縁（３３）及び下縁（３４）を含むスリーブ状部材（３２）から形成され、
前記スリーブ状部材（３２）は多数の細長型当接面（３５）を含み、前記当接面は前記縦軸（ｘ）に向かって内側に突出し、前記縦軸（ｘ）に略平行に延びて前記燃料棒（５）に当接し前記セル（３１）に受容され、
前記下縁（３４）は、前記縦軸（ｘ）に対し横から見ると、対応する前記当接面（３５）と位置合わせされた波頂（３６）と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷（３７）とを含む波形を形成する燃料ユニットにおいて、
前記上縁（３３）は、前記縦軸（ｘ）に対し横から見ると、対応する前記当接面（３５）と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷（３７）とを含む波形を形成することを特徴とする燃料ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して軽水型原子力発電所、特に沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）又は圧力水型原子炉（ＰＷＲ）において多数の燃料棒を保持するスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
より具体的には、本発明は原子力発電所内に配置される多数の細長型燃料棒を保持するスペーサに関する。該スペーサは多数のセルを取り囲み、該セルはそれぞれ縦軸を持ち、燃料棒が縦軸に平行に延びるように燃料棒を受容するよう配置されている。各セルは上縁と下縁を含むスリーブ状部材から成る。該スリーブ状部材は、縦軸に向かって内側に突出するとともに縦軸に略平行に延びて燃料棒に当接しセルに受容される多数の細長型当接面を含む。該下縁は、縦軸に対し横から見ると、対応する前記当接面と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷と、を有する波形を形成する。
【０００３】
また、本発明は多数の細長型燃料棒及び該燃料棒を保持する多数のスペーサを有する原子力発電所用の燃料ユニットに関する。該スペーサは多数のセルを取り囲み、該セルはそれぞれ縦軸を持ち、前記燃料棒の１つを縦軸に平行に延びるように受容するよう配置されている。各セルは上縁と下縁を含むスリーブ状部材から成る。該スリーブ状部材は、縦軸に向かって内側に突出するとともに縦軸に略平行に延びて燃料棒に当接しセルに受容される多数の細長型当接面を有する。該下縁は、縦軸に対し横から見ると、対応する前記当接面と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷と、を有する波形を形成する。
【０００４】
前述したタイプの原子力発電所用の原子炉では、多数の細長型燃料ユニットが原子炉の炉心に配置されている。各燃料ユニットには多数の細長型燃料棒が含まれる。各燃料棒には細長型被覆管、及び該被覆管内に積み重ねられた多数の燃料ペレットが含まれる。燃料ユニット内の燃料棒は、燃料ユニットの長さに沿って配置された多数のスペーサ、例えば６乃至１０個のスペーサによって、保持されている。各スペーサは燃料棒を受容するセルを画成する。このようにスペーサは燃料ユニット内の正しい位置に燃料棒を保持し、原子炉運転中に燃料棒間の一定相互距離を確実に保つ機能を持つ。
【０００５】
沸騰水型原子炉では、燃料棒は通常ケーシング、いわゆるボックス内に封入されている。各ボックス内には比較的多数の燃料棒が含まれ、該ボックスはこれら燃料棒とともにいわゆる燃料アセンブリを形成する。該燃料アセンブリは、原子炉の炉心から出し入れ可能になっている。各燃料アセンブリは、１つ又は複数の燃料ユニットを含むことができる。特許文献１では、そのような燃料ユニットを１つ有する燃料アセンブリが開示されており、特許文献２では、そのような燃料ユニットを４つ有する燃料アセンブリが開示されている。
【０００６】
炉心は、冷却剤と減速剤の両方の役割を果たす冷却液中に浸されている。冷却液は、通常水である。燃料ユニット及び燃料棒は、通常原子炉内において略垂直に設けられる。冷却液は、通常下から上へ流れる。原子炉では、適切な燃料棒冷却を維持することが重要である。沸騰水型原子炉では、燃料棒の上部でかなりの割合の冷却液（水）が蒸気に変化してしまっており、該上部において適切な冷却を得ることが特に肝要である。従って、燃料アセンブリの上部では、冷却液が２相状態で広がっており、液相状態の一部は膜となって燃料アセンブリの様々な場所、とりわけ燃料棒の表面、スペーサ、及びケーシングの内側に流れ、また一部は水滴となって蒸気流内を流れる。燃料棒の表面上の冷却液膜が保たれない場合、燃料棒上に孤立した蒸気層が形成される。これは急激な温度上昇、いわゆるドライアウトにつながり、被覆管の不具合を引き起こす可能性がある。
【０００７】
スペーサの設計は冷却液の流れに影響し、従って燃料棒の冷却にも影響を与える。冷却液を燃料棒側へ偏向させるため、スペーサに偏向部材を設けることは知られている。そのような偏向部材は、その使用程度が過ぎるとスペーサの圧力降下係数が大幅に増加してしまう欠点がある。蒸気の割合は、燃料アセンブリの上部において最も高い。燃料アセンブリの上部におけるこの蒸気の高い比率のため、この部分においては燃料アセンブリの下部においてよりも圧力降下が高くなることが多い。燃料アセンブリの上部と下部の間の圧力降下差が大きいほど、炉心が不安定になる危険性が高まる。燃料アセンブリに適切な安定特性を与えるため、燃料アセンブリの上部において圧力降下が低いことが目指される。
【０００８】
スペーサには様々な種類が複数存在する。例えば、シートを交差させたスペーサ、支持点を持つ開放型素子とバネ部材とからセルが形成されるスペーサ、溶接により互いに合わされたスリーブ状部材から成るスペーサなどがある。現在使われているスペーサは通常ジルコニウム基合金（ジルカロイ）、ニッケル基合金（インコネル）、これら合金の組み合わせ、あるいはステンレス鋼から製造される。本発明はスリーブ状部材から成るスペーサに関する。
【０００９】
冒頭で定義した種類のスペーサは特許文献２に開示されており、この公知のスペーサは前述したセルを形成する溶接スリーブを含む。各スリーブは下縁と上縁を含む。上縁が平面に対し平行なのに対し、下縁は波頂と波谷を持つ波形を成している。この下縁の設計の目的は、冷却液内に生じ得る残滓がスペーサ内に取り残されるのを防いで、燃料棒の損耗を抑えることにある。
【００１０】
特許文献３では、沸騰水型原子炉用のスリーブスペーサが開示されている。各スリーブは、スリーブ内を貫通して延びる燃料棒に当接する内側向きの突起を有する。該突起はスリーブの長さの一部程度の長さしかない。また、一例として、各スリーブは下端が斜角になっている。別の例として、各スリーブは下端が波形を成している。
【００１１】
特許文献４では、沸騰水型原子炉用の別のスリーブスペーサが開示されている。ここでは、円筒形のスリーブに、上方に延びる三角形又は長方形の突起を有する上部下流端が設けられている。該スリーブの下端は直線的な外観を持つ。また、各スリーブは内側向きの突起を有する。該突起はスリーブの長さの一部程度の長さしかなく、スリーブ内を貫通して延びる燃料棒に当接する。
【００１２】
特許文献５では、更に別の、略円筒形のスリーブを持つスリーブスペーサが開示されている。該スペーサは、スペーサの外周を取り囲むバンドによって結束されている。各スリーブは内側向きの比較的短い突起を有する。該突起はバネ素子とともに、スリーブ内を貫通して延びる燃料棒に対する当接点を形成する。一実施例として、下縁と上縁の両方を、波頂と波谷を含む波形にすることができる。上縁の波頂は下縁の対応する波谷に位置合わせされた外観を持つ。
【００１３】
スペーサを設計する際には、複数の異なる要件を考慮に入れなければならない。これらの要件は、少なくとも部分的には相反する。
１）スペーサは、燃料棒の撓みや振動を軽減し、発電所事故や地震等の場合にも大きな熱的力や動水力に耐え得る、十分な、機械的強度を持つものとする。
２）スペーサは、燃料棒の軸寸法及び半径寸法の変化に耐え得るものでなければならない。
３）スペーサは、燃料棒の局部的な損耗や不具合の危険性を最小限にとどめるため、燃料棒に対し十分な当接面を持たせなければならない。
４）スペーサは、中性子吸収を最小限にとどめるため、最低限度の材料量で設けるものとする。
５）スペーサは、最小流動抵抗及び低圧力降下を実現する設計とする。
６）スペーサは、冷却液内で生じ得る残滓がスペーサ内に取り残されて燃料棒を損耗させることがない設計とする。
７）スペーサは、適切な冷却液の攪拌によって燃料棒を適切に冷却する設計とする。
８）スペーサは、比較的簡単で低廉な方法で製造されるものとする。
【特許文献１】特許第７２２５２９１号公報
【特許文献２】米国特許第５，８７５，２２３号明細書
【特許文献３】特開平０６−１４８３７０号公報
【特許文献４】特開平０７−２２５２９１号公報
【特許文献５】米国特許第５，３３１，６７９号明細書
【特許文献６】国際公開第０２／０３３９４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、燃料棒の撓みや振動を軽減して大きな熱的力や動水力に耐える機械的強度を持ち、燃料棒の軸寸法及び半径寸法の変化に耐えるスペーサを提供することを目的とする。
【００１５】
更に、燃料棒の局部的な損耗や不具合の危険性を最小限にとどめるため、燃料棒に対して広い当接面を持つスペーサを提供することを目的とする。
【００１６】
更に、中性子吸収を最小限にとどめるため、必要とする材料の量が少ないスペーサを提供することを目的とする。
【００１７】
更に、低流動抵抗を実現するスペーサを提供することを目的とする。
【００１８】
更に、燃料棒の適切な冷却を確実なものとするスペーサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的は、冒頭で定義したスペーサによって達成される。該スペーサは、上縁が、縦軸に対し横から見ると、対応する前記当接面と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷と、を有する波形を形成することを特徴とする。
【００２０】
このようなスペーサにおいて、スリーブ状部材は、このようにスリーブ状部材内を貫通して延びる燃料棒に対し長い当接線を確保すべく、軸方向に長く伸張する当接面を持つ。該当接線は、特にスリーブ状部材の長さと重さに対応して長くなっている。このように当接を長くすることで、燃料棒の被覆管の損耗が抑えられる。更に、このようなスリーブ状部材はそれぞれ、当接面及び波頂においてより各当接面の各側面つまり波谷において伸張の程度が大幅に短くなっており、当接面はほとんど全てのスリーブ状部材において上縁から下縁まで効果的に延びている。加えて、このような設計により、当接面の後側が半径方向に内側及び外側に移動できるようなスリーブ状部材の可撓性が得られると同時に、当接面が放射面の中心点を中心に回動可能になる。従って、スリーブ状部材によって燃料棒のある程度の傾斜が許容されている。その結果、燃料棒の外側方向への撓みや燃料棒の軸寸法及び／又は半径寸法の変化があっても、当接面の全長に沿って燃料棒に対し均等な当接が得られる。また、下縁の波形によっても、スペーサ内に生じ得る残滓が取り残されて燃料棒を損耗させる危険性が軽減される。
【００２１】
本発明の一実施例において、各スリーブ状部材は少なくとも４つの前記当接面を含む。
【００２２】
本発明の別の実施例において、前記当接面はそれぞれ縦軸に向かって内側に突出する隆線から成る。
【００２３】
本発明の更に別の実施例において、スリーブ状部材は、スペーサ内において上縁の前記波谷の１つと下縁の前記波谷の１つの間を縦軸に平行に延びる接合領域に沿って互いに当接する。有利な方法として、スリーブ状部材を溶接継手によって互いに永久接合し、上縁と下縁のうちの少なくとも１つの前記接合領域において、前記溶接継手はヘリ溶接部（ｅｄｇｅ  ｗｅｌｄ）を有しても良い。
【００２４】
本発明の更に別の実施例において、ほとんど全てのスリーブ状部材がスリーブ形状に曲げ成形されるシート状材料から製造される。このようなシート状材料は、例えばバンド形状であり、簡単に成形されて上縁と下縁に沿って所望の形状に形成することができる。そのような成形作業後、シート状材料をスリーブ形状に曲げ成形することができる。有利な方法として、前記の曲げ成形前のシート状材料において、シート状材料の第一端部近傍に第一接合部を、シート状材料の第二端部近傍に第二接合部を設け、前記曲げ成形後に第一端部をスリーブ状部材の第二端部に重ね合わせても良い。好ましくは、第一接合部と第二接合部が１つの溶接継手、例えば少なくとも１つのスポット溶接部によって互いに永久接合される。
【００２５】
本発明の更に別の実施例において、ほとんど全てのスリーブ状部材が上縁と下縁を含む波形に形成されたチューブ状材料から製造される。従って、この実施例では、チューブ状材料を従来の方法で適切な長さに切断して上縁と下縁を適切な形状に形成するところから始まる。
【００２６】
本発明の更に別の実施例において、縦軸方向に見てスリーブ状部材は４つの略直交する長側面を持ち、各長側面には前記当接面の１つが含まれる。このような長側面によってスリーブ状部材、特に燃料棒に当接する当接面に適切な弾性が与えられる。各長側面には上縁の前記波頂の１つと下縁の前記波頂の１つとが含まれても良い。更に、有利な方法として、縦軸方向に見てスリーブ状部材が４つの略直交する短側面を持ち、各短側面が２つの前記長側面を接続し、上縁の前記波谷の１つの一部と下縁の前記波谷の１つの一部を含む。前記縁部は略直線状で縦軸に直交しても良く、このような縁部は隣接するスリーブ状部材の対応部分に溶接されるのに適している。
【００２７】
本発明の更に別の実施例において、スリーブ状部材は０．２４ｍｍ未満、好ましくは０．２０以下、更に好ましくは０．１８ｍｍ以下の材料厚さを持つ。このような薄い材料厚さによって、２つの大きな利点、つまりスペーサの材料の量が少ないことによる中性子吸収の低減、及びスペーサ内の流動抵抗が低いことによる原子炉内の圧力降下の低減が得られる。薄い材料厚さによって前述したスリーブ状部材の可撓性が実現するとともにスリーブ状部材の硬さが軽減し、燃料ユニットの実装において燃料棒の導入が円滑になる。
【００２８】
原子力発電所は冷却液流の再循環が可能なように設計され、スペーサはこの冷却液流中に位置するよう配置される。本発明の更に別の実施例において、スペーサは冷却液流に影響を与える少なくとも１枚の羽根を含んでも良い。こうした影響には、少なくとも１つの隣接する燃料棒の方向へ冷却液流を誘導すること、及び／又は冷却液中において乱流を作り出すことが含まれる。これにより適切な冷却が確実に行なわれ、ドライアウトが防止される。有利な方法として、前記羽根を第１接合部から延びる材料の一部から形成する。このような羽根は、スリーブ状部材の製造及びシート状材料のスリーブ状部材への曲げ成形に際し簡単な方法で設けて良い。この曲げ成形作業に際し、羽根を適切な角度に曲げることもできる。一方、上縁と下縁のうちの少なくとも一方から延びるスリットをスリーブ状部材に設けることもできる。このスリットにより、前記羽根を形成するスリーブ状部材の一部を外側に曲げることができる。有利な方法として、前記羽根を縦軸に対し傾斜させる。更に、前記羽根は前記長側面の１つから外側へ適切に延びるようにしても良い。
【００２９】
本発明の更に別の実施例において、縦軸方向に見てスペーサは略長方形を成し、少なくとも２つの独立した外縁素子を含む。該外縁素子はスペーサの各側面に沿って延びる。このような縁素子によってスペーサの強度を向上させ、スリーブ状部材を結束することができる。また、有利な方法として、冒頭で述べたケーシング内への燃料ユニットの導入を円滑にし、原子力発電所の運転中にケーシングの内壁に流体減衰（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｄａｍｐｉｎｇ）を起こすために、配置される表面を、縁素子によって提供することができる。
【００３０】
本発明の更に別の実施例において、外側のスリーブ状部材が１つ欠けているため、前記４隅のうちの１つが減らされている。スペーサは前記側面の２つ及び前記減らされた隅部に沿って延びる１つの独立した内縁素子を含む。該内縁素子は、前記減らされた隅部に位置するとともに上側及びスペーサの中心に向かって内側に傾斜する羽根を含んでも良い。
【００３１】
上記目的は冒頭で定義した燃料ユニットによっても達成され、該燃料ユニットは、上縁が、縦軸に対し横から見ると、対応する前記当接面と位置合わせされた波頂と、隣接する２つの前記当接面の間に位置する波谷を有する波形を形成することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明について、添付の図面を参照に様々な実施例に基づき以下に更に詳細に説明する。
【００３３】
図１は原子炉１を有する原子力発電所を概略的に示す。原子炉１は炉心を取り囲む原子炉容器２を含む。炉心３は多数の燃料アセンブリ４を含み、各燃料アセンブリ４内には多数の燃料棒５が含まれる（図２及び図３参照）。各燃料棒５は被覆管と、被覆管内に封入された燃料ペレット（図示せず）を積み重ねた核燃料とを含む。原子力発電所内では、この場合は水である冷却液が循環し、冷却液は核燃料内の核反応によって加熱される。冷却液は炉心３を通過して各燃料アセンブリ４内に流入し、各燃料棒５に接触する。冷却液から熱エネルギーを得るため、加熱された冷却液は第一連結部１０を介して発電所１１へ送られる。発電所１１はタービン及びコンデンサを含んでも良い。冷却された冷却液は第二連結部１２を介して原子炉に送り戻される。原子炉１は沸騰水型（ＢＷＲ）でも良く、その場合冷却液は炉心３内で気化し蒸気となって発電所１１に送られ蒸気タービンを駆動する。原子炉１は圧力水型（ＰＷＲ）でも良く、その場合冷却液は気化されずに発電所１１の熱交換器に送られ、タービンを含む別の回路内の媒体を気化させる。
【００３４】
図２は沸騰水型原子炉用の燃料アセンブリ４を概略的に示す。この開示された実施例では、燃料アセンブリ４は４つの燃料ユニット２０を含む。各燃料ユニット２０は複数の燃料棒５を含み、ボックス２１内の各々の空間に配置される。これらの空間と４つの燃料ユニット２０の間には冷却液流路が延びている。各燃料ユニット２０は多数のスペーサ３０、例えば６乃至１０個のスペーサ３０によって結束されている。この基本的設計を持つ燃料アセンブリ４は冒頭で述べた特許文献２に開示されている。
【００３５】
図３は圧力水型原子炉用の燃料アセンブリ４を概略的に示す。燃料アセンブリ４は複数の燃料棒５を含む燃料ユニット２０を有する。通常、燃料アセンブリ４は上部タイプレート２５、下部タイプレート２６、及び多数の導管２７を含む。導管２７はタイプレート２５、２６間を延び、タイプレート２５、２６を接続する。また、導管２７は制御棒（図示せず）を受容するように配置されても良い。燃料ユニット２０内の燃料棒５は多数のスペーサ３０、例えば６乃至８個のスペーサ３０によって結束されている。また、燃料ユニット２０は公知の方法によってスペーサ３０を介し導管２７に接続されている。
【００３６】
スペーサ３０の設計及び製造について、図４乃至１３を参照しながら更に詳細に説明する。図４乃至１３に開示の実施例において、スペーサ３０は４つの燃料ユニット２０を含む沸騰水型原子炉１の燃料アセンブリ４用のものである。ただし、本発明は４以外の数、例えば１つの燃料ユニットを持つ沸騰水型原子炉の燃料アセンブリにも適用できる。また、本発明は圧力水型原子炉１の燃料アセンブリ４（図３参照）にも適用できる。
【００３７】
スペーサ３０は多数のセル３１を取り囲む。各セル３１は、原子炉１内に燃料ユニット２０が配置されると略垂直に延びる縦軸ｘ（図６参照）を持つ。このような各セル３１はそれぞれ、開示された実施例において、燃料棒５が縦軸ｘに平行に延びるように燃料棒５を受容するよう配置されている。
【００３８】
各セル３１は上縁３３及び下縁３４を含むスリーブ状部材３２（図６乃至９参照）から形成される。また、スリーブ状部材３２は、セル３１内を貫通して延びる燃料棒５に当接するよう構成された４つの細長型当接面を有する。これら当接面は略平面や曲面、例えば隆線３５のように様々に設計できる。開示された実施例では、縦軸ｘに向かって内側に突出するとともにセル３１内を貫通して延びる燃料棒５に対し突出する上記４つの隆線３５から当接面が形成されている。各隆線３５は、スリーブ状部材３２の略全長に沿って上縁３３から下縁３４まで縦軸ｘに略平行に延びている。隆線３５が燃料棒に向かって突出しているため、隆線３５近傍において燃料棒５とスリーブ状部材との間に比較的広い隙間が形成される。このため適切な冷却が確実に行なわれる。
【００３９】
縦軸ｘに対し横から見ると、上縁３３及び下縁３４は波頂３６及び波谷３７を含む波形を形成している。上縁３３の波頂３６は下縁３４の対応する波頂３６、及び対応する隆線３５と位置合わせされている。上縁３３の波谷３７は下縁の対応する波谷３７と位置合わせされている。波谷３７は２つの隣接する隆線３５の間に位置する。
【００４０】
軸ｘの縦方向に見ると、各スリーブ状部材３２は略直交する４つの長側面４０を持つ。各長側面４０には隆線３５の１つが含まれる。従って、各長側面４０には上縁３３の波頂３６の１つと下縁３４の波頂３６の１つが含まれる。更に、縦軸ｘ方向に見ると、各スリーブ状部材３２は略直交する４つの短側面４１を持つ。各短側面４１は２つの長側面４０を接続する。従って、縦軸ｘ方向に見ると、各スリーブ状部材３２は八角形の基本形を成している（図７参照）。ただし、この基本形は変更可能で、例えばスリーブ状部材３２は、より円筒形に近い形又はより正方形に近い形を取ることができる。各短側面４１は、上縁３３の波谷３７の１つの一部と下縁３４の波谷３７の１つの一部を含む。これらの部分は略直線状で縦軸ｘに直交している。
【００４１】
スリーブ状部材３２は、図５に示されるように、スペーサ３０内において２つの隣接する各スリーブ状部材３２の短側面４１によって形成される接合領域に沿って互いに当接している。従って、この接合領域は、上縁３３の波谷３７の１つの前記一部と下縁３４の波谷３７の１つの前記一部の間を縦軸ｘに平行に延びている。更に、スリーブ状部材３２は溶接継手によって互いに永久接合されている。このような溶接継手はそれぞれ、上縁３３及び下縁３４のうちの少なくとも１つの前記接合領域においてヘリ溶接部を含む。好ましくは、このようなヘリ溶接部は上縁３３及び下縁３４の両方に設けられる。この場合、ヘリ溶接部は両側の波谷３７に位置するため、互いに比較的近い距離にある。これは、強度の点から見て有利である。略直線状のこの部分はこのようなヘリ溶接部を用いるのに適している。
【００４２】
縦軸ｘ方向に見ると、スペーサ３０は略正方形を形成している（図５参照）。スペーサ３０は、スペーサ３０の各側面に沿って延びる少なくとも２つの独立した外縁素子５０を含む。このような外縁素子５０の１つが図１０及び図１１に更に詳細に開示されている。また、スペーサ３０は、スペーサ３０の２つの側面に沿って延びる１つの独立した内縁素子５１を含む。内縁素子５１は図１２及び図１３に更に詳細に開示されている。従って、縁素子５０、５１はスペーサ３０に強度を与えスペーサ３０の外表面５２を提供する非閉鎖型つまり開放型のフレームを形成する。この外表面５２によってボックス２１内への燃料ユニット２０の導入が円滑に行なわれ、ボックス２１の内壁に流体減衰が起こる。フレームが３隅において開放されているため、これら隅部においてスリーブ状部材３２は弾性的に外側に移動できる。図４から明らかなように、縁素子５０、５１は縦方向つまり縦軸ｘに平行に、スリーブ状部材３２よりも長く延びている。特に、縁素子５０、５１は波頂３６の高さに位置するスリーブ状部材３２の上縁から上方へかなりの距離分延びている。
【００４３】
図５から明らかなように、外側のスリーブ状部材３２が１つ欠けているため、スペーサ３０の４隅のうちの１つが減らされている。この隅部を減らした目的は、ボックス２１内を通る中央水路用の空間を作り出すことにある。内縁素子５１はこの減らされた隅部周りに延びている。従って、内縁素子５１はボックス２１内において中央水路に向かって内側向きになっている。また、内縁素子５１は、前記減らされた隅部に位置して上側及びスペーサ３０の中心に向かって内側に傾斜する羽根５３を含む。
【００４４】
スリーブ状部材３２は、合金Ｘ−７５０、７１８、６５０、６９０、６００等のニッケル基合金で製造される。スリーブ状部材３２は、様々な種類のジルカロイ合金等のジルコニウム基合金、ステンレス鋼、あるいはこれら合金の組み合わせでも製造できる。ただし重要な点は、スリーブ状部材３２の材料厚さが０．２４ｍｍ未満、０．２０ｍｍ以下、もしくは０．１８ｍｍ以下と薄いことである。
【００４５】
第一の方法として、スリーブ状部材３２はシート状材料でシートバンド６０の形状に製造される（図８及び図９参照）。シートバンド６０は上記の材料厚さを持つ。製造過程においてシートは例えば打ち抜きによって図８及び図９に開示の形状を持つシートバンド６０へと形成される。その後、シートバンド６０はスリーブ形状に曲げ成形される。この曲げ成形前のシートバンド６０において、シートバンド６０の第一端部近傍に第一接合部６１が、シートバンド６０の第二端部近傍に第二接合部６２が設けられている。シートバンド６０は曲げ成形後に第一接合部６１が第二接合部６２に重ね合わされるように曲げ成形される。曲げ成形後、接合部６１、６２は例えば２つの該部６１、６２を貫通する２つのスポット溶接部６３（図６参照）のような形の溶接継手を用いて互いに接合される。シートバンド６０は材料厚さが薄いため、スリーブ状部材３２の総材料量も少なく保たれ、流動抵抗に悪影響を及ぼすこともなく、上記の重なりは許容できる。この方法を用いるとスリーブ状部材３２の製造は非常に簡単で、上縁３３及び下縁３４は簡単な方法で開示された波形に形成される。別の利点として、縦軸ｘの方向に見たスリーブ状部材３２の外周寸法が簡単に変更できる。通常スペーサ内のスリーブ状部材３２には直径の異なるスリーブ状部材３２が含まれるため、この点は重要である。
【００４６】
スペーサの製造において、異なるシートバンド６０がこのように上記方法で曲げ成形される。有利な方法として、スペーサ３０を正確に実装する作業中にスリーブ状部材３２を結束しておくため、曲げ成形を経た各シートバンド６０を１つ又は複数の上記スポット溶接部６３によって溶接する。ただし、このスポット溶接部６３は、スペーサ３０を正確に実装する作業の間の、例えばロウ付けなどの幾分一時的な接合に代えることも可能である。その後スリーブ状部材３２はスペーサ３０内の所定位置において固定部品等内に配置される。そしてスリーブ状部材３２は波谷３７の前記部分に沿って上記ヘリ溶接部によって互いに溶接される。有利な方法として、ヘリ溶接部をレーザ溶接や電子ビーム溶接によって溶融溶接しても良い。
【００４７】
また、前述のヘリ溶接部による溶接の間、シートバンド６０を保持する固定部品内に、曲げ成形したシートバンド６０を直接、つまりシートバンド６０の接合部６１、６２を接合することなく、配置することも可能である。
【００４８】
そして縁素子５０、５１を前述の固定部品等内のスリーブ状部材３２に対して配置し、前記ヘリ溶接部の取り付けの際にスリーブ状部材３２に溶接しても良い。また、最初にスリーブ状部材３２を互いに溶接してから縁素子５０、５１を取り付けて溶接することも可能である。
【００４９】
第二の方法として、スリーブ状部材３２は前述の材料厚さを持つチューブ状材料から製造される。チューブ状材料は適切な寸法に切断してから上縁３３及び下縁３４を開示の波形に形成することができる。開示の隆線は加圧工程によって得ても良く、又は元のチューブ状材料に設けても良い。
【００５０】
燃料ユニット２０内の少なくとも幾つかのスペーサ３０は冷却液流に影響を及ぼす１つ又は複数の羽根７０を含む。このような羽根７０があることで、冷却液が例えば隣接する少なくとも１つの燃料棒５に向かう方向に誘導されたり、冷却液流中に乱流が生じたりする。有利な方法として、このような羽根７０を、第一接合部６１から延びる材料の一部６４（図８参照）で形成する。このような羽根７０は、羽根７０が長側面４０の１つから外側に延びて縦軸ｘに対し傾斜するように第一接合部６１の外側の材料の一部６４を折り線７１に沿って外側に曲げることで簡単に製造できる。
【００５１】
別の実施例によると、スリーブ状部材３２は、上縁３３及び／又は下縁３４から延びるスリット（図８参照）を含んでも良い。スリットにより、羽根７０を形成するシートバンド６０又はチューブ状材料の一部を外側へ曲げることができる。このような羽根７０の形成方法は、特許文献６でも開示されている。
【００５２】
本発明は開示された実施例に限定されず、以下の請求の範囲内において変更や変形が可能である。例えば、波形の中には、純粋な洞波、方形波、三角波、及びこれら形状の組み合わせといった想像し得るあらゆる波形が含まれていて良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】原子力発電所を概略的に示す。
【図２】４つの燃料ユニットを持つ、沸騰水型原子炉用の燃料アセンブリを概略的に示す。
【図３】１つの燃料ユニットを持つ、圧力水型原子炉用の燃料アセンブリを概略的に示す。
【図４】燃料ユニットのスペーサの側面図を示す。
【図５】図４のスペーサの上面図を示す。
【図６】図４のスペーサのスリーブ状部材の側面図を示す。
【図７】図６のスリーブ状部材の上面図を示す。
【図８】図６のスリーブ状部材を形成するシート状材料の側面図を示す。
【図９】図８のシート状材料の上面図を示す。
【図１０】図４のスペーサの外縁素子の側面図を示す。
【図１１】図１０の外縁素子の上面図を示す。
【図１２】図４のスペーサの内縁素子の側面図を示す。
【図１３】図１２の内縁素子の上面図を示す。
【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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【国際調査報告】
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