(57)【要約】【課題】原子炉の燃料集合体に用いる改良型グリッドを提供する。【解決手段】原子炉の燃料集合体に用いる改良型グリッドは、複数のセルを画定するために互いに格子状に連結される複数のストラップを有し、これらのストラップは比較的可撓性の高い複数のばねと比較的可撓性の低い複数のディンプルを有するように構成され、各セルはただ一対のばねとただ一対のディンプルを備える。ばね及びディンプルは、セル内の燃料棒またはシンブル管を係合する形状を備える。直接対向するばねと１つのディンプルとは、燃料棒またはシンブル管と係合する一対の対向支持部を構成し、各セルには２対の対向支持部がある。ばね及びディンプルの結合部は、圧力降下を最小限に抑えるように原子炉冷却材の流れ方向にほぼ垂直に延びる。【選択図】図８
2004037456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の燃料集合体に用いるグリッドであって、
グリッドは燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材を支持する構造を有し、
各円筒部材は外側表面を有し、
グリッドは複数のセルを画定するように格子状に相互連結された複数のストラップを有し、
各ストラップは少なくとも１つのセルの壁部を画定し、
各ストラップは一対のばね及び一対のディンプルを有し、
ばねはばね形状部を含むように成形されたばねプレートを有し、
ディンプルはディンプル形状部を含むように成形されたディンプルプレートを有し、
ばね形状部とディンプル形状部とはそれぞれ関連の円筒部材の外側表面の少なくとも一部に実質的に対応してそれと係合する構造を有し、
一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは互いに直接対向し、
一対のばねのうちの他方と一対のディンプルのうちの他方とは互いに直接対向する燃料集合体用グリッド。
【請求項２】
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは共に実質的に同一の高さと幅とを有する請求項１のグリッド。
【請求項３】
各ばねは一対のばね結合部を含み、
各ディンプルは一対のディンプル結合部を含み、
ばね結合部はディンプル結合部より一般的に高い可撓性を有する請求項１のグリッド。
【請求項４】
ばね結合部はディンプル結合部より小さい請求項３のグリッド。
【請求項５】
各ストラップには複数のスロットが形成され、
これらのスロットは一般的にストラップ部材を画定し、
これらのスロットはばね結合部及びディンプル結合部の近傍でばね結合部及びディンプル結合部の実質的に全長に沿って延びる請求項３のグリッド。
【請求項６】
各ストラップ部材はフレームを含み、
ばね及びディンプルはフレームから突出し、
各ストラップはストラップ軸を有し、
実質的に全部のストラップのストラップ軸はほぼ仮想グリッド平面内にあり、
各ばね結合部はフレームとばねプレートとの間を延びるばね結合部軸を含み、
各ディンプル結合部はフレームとディンプルプレートとの間を延びるディンプル結合部軸を含み、
ばね結合部軸とディンプル結合部軸とは全てグリッド平面にほぼ平行に向いている請求項１のグリッド。
【請求項７】
各ストラップはストラップ軸を含み、
ストラップ軸はほぼ仮想グリッド平面内にあり、
複数のストラップは複数の第１のストラップ、複数の第２のストラップ、複数の第３のストラップ及び複数の第４のストラップを含み、
第１及び第２のストラップはグリッド上において互い違いに且つ平行に配設され、
第３及び第４のストラップはグリッド上において互い違いに且つ平行に配設され、
第１及び第２のストラップは第３及び第４のストラップに対してほぼ垂直に配設され、
第１及び第３のストラップのばねはグリッド平面より上方にあり、
第２及び第４のストラップのばねはグリッド平面より下方にあり、
第１及び第３のストラップのディンプルはグリッド平面より下方にあり、
第２及び第４のストラップのディンプルはグリッド平面より上方にある請求項１のグリッド。
【請求項８】
原子炉の燃料集合体に用いるグリッドであって、
グリッドは燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材を支持する構造を有し、
各円筒部材は外側表面を有し、
グリッドは複数のセルを画定するように格子状に相互連結された複数のストラップを有し、
各ストラップはストラップ軸と複数のストラップ部材とを有し、
ストラップ軸は共にほぼ仮想グリッド平面内にあり、
各ストラップ部材はフレーム、ばね及びディンプルを含み、
ばね及びディンプルはフレームから突出し、
ばねはばねプレートと一対のばね結合部とを有し、
ディンプルはディンプルプレートと一対のディンプル結合部とを有し、
ばねは関連の円筒部材の外側表面の少なくとも一部と係合する構造を有し、
ディンプルは関連の円筒部材の外側部材の少なくとも一部と係合する構造を有し、
各ばね結合部はフレームとばねプレートとの間を延びるばね結合部軸を有し、
各ディンプル結合部はフレームとディンプルプレートとの間を延びるディンプル結合部軸を有し、
ばね結合部軸とディンプル結合部軸とは全てほぼグリッド平面に平行であり、
一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、
一対のばねのうちの一方及び一対のディンプルのうちの一方は互いに直接対向し、
一対のばねのうちの他方及び一対のディンプルのうちの他方は互いに直接対向する燃料集合体用グリッド。
【請求項９】
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは共に実質的に同一の高さと幅とを有する請求項８のグリッド。
【請求項１０】
ばね結合部はディンプル結合部より一般的に高い可撓性を有する請求項８のグリッド。
【請求項１１】
ばね結合部はディンプル結合部より小さい請求項８のグリッド。
【請求項１２】
各ばねプレートはばね形状部を含むように成形され、
各ディンプルプレートはディンプル形状部を含むように成形され、
ばね形状部及びディンプル形状部は１つの円筒部材の外側表面にほぼ対応してそれと係合する構造である請求項８のグリッド。
【請求項１３】
各ストラップには複数のスロットが形成され、
これらのスロットは一般的にストラップ部材を画定し、
これらのスロットはばね結合部及びディンプル結合部の近傍でばね結合部及びディンプル結合部の実質的に全長に沿って延びる請求項８のグリッド。
【請求項１４】
複数のストラップは複数の第１のストラップ、複数の第２のストラップ、複数の第３のストラップ及び複数の第４のストラップを含み、
第１及び第２のストラップはグリッド上において互い違いに且つ実質的に平行に配設され、
第３及び第４のストラップはグリッド上において互い違いに且つ実質的に平行に配設され、
第１及び第２のストラップは第３及び第４のストラップに対してほぼ垂直に配設され、
第１及び第３のストラップのばねはグリッド平面より上方にあり、
第２及び第４のストラップのばねはグリッド平面より下方にあり、
第１及び第３のストラップのディンプルはグリッド平面より下方にあり、
第２及び第４のストラップのディンプルはグリッド平面より上方にある請求項８のグリッド。
【請求項１５】
原子炉に用いる燃料集合体であって、
燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材と、
少なくとも第１のグリッドとより成り、
少なくとも第１のグリッドは格子状に相互連結されて複数のセルを画定する複数のストラップを含み、
円筒部材はセル内に配設され、
各ストラップは複数のストラップ部材を含み、
各ストラップ部材は突出するばねと突出するディンプルとを有し、
ばねはばねプレートと一対のばね結合部とを有し、
ディンプルはディンプルプレートと一対のディンプル結合部とを有し、
ばね結合部及びディンプル結合部は全て円筒部材の縦方向に対してほぼ横断する方向に延び、
一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは互いに直接対向し、
一対のばねのうちの他方と一対のディンプルのうちの他方とは互いに直接対向する燃料集合体。
【請求項１６】
円筒部材の縦方向にほぼ平行な方向で測定すると、一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは共に実質的に同じ高さを有する請求項１５の燃料集合体。
【請求項１７】
ばね結合部はディンプル結合部より一般的に高い可撓性を有する請求項１５のグリッド。
【請求項１８】
円筒部材の縦方向にほぼ平行な方向で測定すると、ばね結合部はディンプル結合部より短い請求項１７のグリッド。
【請求項１９】
各ストラップには複数のスロットが形成され、
これらのスロットは一般的にストラップ部材を画定し、
これらのスロットはばね結合部及びディンプル結合部の近傍でばね結合部及びディンプル結合部の実質的に全長に沿って延びる請求項１５のグリッド。
【請求項２０】
ばねプレートはばね形状部を含むように成形され、
ディンプルプレートはディンプル形状部を含むように成形され、
ばね形状部及びディンプル形状部は円筒部材に実質的に対応してそれと係合する形状を有する請求項１５のグリッド。
【請求項２１】
燃料棒とシンブル管のうち少なくとも一方を含む複数の円筒部材を支持する構造を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、
格子状に相互連結されて複数のセルを画定する複数のストラップを有し、
各ストラップは上流端縁部を有し、
各ストラップは下流端縁部を有し、
上流端縁部と下流端縁部とは互いにほぼ反対側に位置し、
各ストラップは複数のストラップ部材を含み、
各ストラップ部材は少なくとも１つのセルの壁部を画定し、
各ストラップ部材は突出するばねを有し、
各ストラップ部材は突出するディンプルを有し、
ばねとディンプルとは関連のストラップ部材に形成された１つの溝の少なくとも一部の互いに反対側にあり、
この溝は上流端縁部と下流端縁部との間のほぼ中間点にある原子炉の燃料集合体用グリッド。
【請求項２２】
各パネルは一対のばね結合部を有し、
各ディンプルは一対のディンプル結合部を有し、
ばね結合部はディンプル結合部より一般的に高い可撓性を有する請求項２１のグリッド。
【請求項２３】
ばね結合部はディンプル結合部より小さい請求項２２のグリッド。
【請求項２４】
各ストラップには複数のスロットが形成され、
これらのスロットは一般的にストラップ部材を画定し、
これらのスロットはばね結合部及びディンプル結合部の近傍でばね結合部及びディンプル結合部の実質的に全長に沿って延びる請求項２２グリッド。
【請求項２５】
各ストラップ部材はフレームを含み、
ばね及びディンプルはフレームから突出し、
各ストラップはストラップ軸を有し、
実質的に全部のストラップのストラップ軸はほぼ仮想グリッド平面内にあり、
各ばね結合部はフレームとばねプレートとの間を延びるばね結合部軸を含み、
各ディンプル結合部はフレームとディンプルプレートとの間を延びるディンプル結合部軸を含み、
ばね結合部軸とディンプル結合部軸とは全てグリッド平面にほぼ平行に向いている請求項２１のグリッド。
【請求項２６】
各ストラップはストラップ軸を含み、
ストラップ軸はほぼ仮想グリッド平面内にあり、
複数のストラップは複数の第１のストラップ、複数の第２のストラップ、複数の第３のストラップ及び複数の第４のストラップを含み、
第１及び第２のストラップはグリッド上において互い違いに且つ実質的に平行に配設され、
第３及び第４のストラップはグリッド上において互い違いに且つ実質的に平行に配設され、
第１及び第２のストラップは第３及び第４のストラップに対して実質的に垂直に配設され、
第１及び第３のストラップのばねはグリッド平面より上方にあり、
第２及び第４のストラップのばねはグリッド平面より下方にあり、
第１及び第３のストラップのディンプルはグリッド平面より下方にあり、
第２及び第４のストラップのディンプルはグリッド平面より上方にある請求項２１のグリッド。
【請求項２７】
ばねはばね形状部を含むように成形されたばねプレートを有し、
ディンプルはディンプル形状部を含むように成形されたディンプルプレートを有し、
ばね形状部及びディンプル形状部は円筒部材の外側表面の少なくとも一部に実質的に対応してそれと係合する構造を有する請求項２１のグリッド。
【請求項２８】
一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは互いに直接対向し、
一対のばねのうちの他方と一対のディンプルのうちの他方とは互いに直接対向する請求項２１のグリッド。
【請求項２９】
一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは共に実質的に同一の高さと幅とを有する請求項２８のグリッド。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
本発明は一般的に原子炉に関し、さらに詳細には、加圧水型原子炉の改良型グリッド及びかかるグリッドを使用する燃料集合体に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
大抵の加圧水型原子炉の炉心は、多数の細長い燃料集合体より成る。これらの燃料集合体では、複数の燃料棒が、燃料集合体の長さ方向に沿って軸方向に離隔し、燃料集合体の複数の細長いシンブル管に固着された複数のグリッドにより、整然としたアレイ状に保持されている。シンブル管は通常、制御棒または計測手段を受容する。燃料集合体の両端部にある上部及び下部ノズルは、燃料棒の端部のわずかに上方及び下方へ延びるこれらの案内シンブル管に固定されている。
【０００４】
当該技術において周知のように、グリッドは、炉心内における燃料棒の間隔を維持し、燃料棒の振動を防止し、燃料棒に横方向支持を与え、また、ある程度、燃料棒が縦方向に移動しないように摩擦保持する。従来設計のグリッドの１つのタイプは、複数のストラップを互いに差し込むことにより、それぞれが別個に燃料棒及びシンブル管を受容する、多数の、ほぼ正方形のセルより成る鶏卵容器状の構成である。シンブル管は、その構成によるが、燃料棒を受容するセルと同じサイズのセルに受容されるか、または互いに差し込まれるストラップにより画定される比較的大型のシンブルセルに受容される。
【０００５】
公知のグリッドのストラップは、各セルが比較的可撓性の一対のばねと、４つまたはそれ以上の比較的剛性のディンプルとを有する構成であり、ばね及びディンプルは互いに差し込まれるストラップの金属から外方に突出するように形成されている。各セルのばね及びディンプルは、セルを貫通する燃料棒またはシンブル管と係合する。グリッドの外側ストラップは、互いに固着されて内側ストラップを取り囲むことにより、グリッドに強度と剛性を付与する。
【０００６】
グリッド及びストラップの特定の形状にもよるが、各ストラップは、原子炉内で水が混合され易くして燃料棒と水との間の対流熱交換を促進する１またはそれ以上の混合翼を有する。原子炉は水が各燃料集合体をほぼ垂直上方に流れるように設計されているため、混合翼は水の混合を促進するが、水が翼に当たるためにグリッドに力及びトルクがかかる。このようにグリッドに力及びトルクがかかると、グリッドにより燃料棒に応力または振動が加わる。
【０００７】
当該技術分野では、原子炉の運転時に、原子炉内の高温、高圧及び高い流体速度によりグリッドと燃料棒との間に振動が発生する傾向があることも知られている。グリッドは燃料セル内で燃料棒を支持するため、それらの間のかかる振動により燃料棒が擦過する可能性がある。このような擦過が十分に過酷であると、燃料棒が破壊されて原子炉内の水の核汚染が発生する。従って、ばね及びディンプルがグリッドと燃料棒との間の擦過による摩耗を最小限に抑えるように設計された改良型グリッドを提供することが望ましい。
【０００８】
当該技術分野において知られているように、かかるグリッドのストラップは通常、ジルカロイまたは原子炉内の原子環境に適合する他のかかる材料のような公知の材料で製造される。しかしながら、ジルカロイは原子環境に長期間さらされると膨張する傾向があり、かかる膨張の程度は金属成形作業により加工硬化したストラップ領域で大きいことが知られている。かかる膨張により燃料集合体の寸法安定性が損なわれるため、かかる改良型グリッドも燃料集合体の寸法安定性を促進し維持するものであることが望ましい。さらに、かかる改良型グリッドは熱−水力学的性能が優れており、製造コストが低いのが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
上記に鑑みて、原子炉の燃料集合体に用いる改良型グリッドは、複数のセルを画定するように格子状に相互連結された複数のストラップを有し、これらのストラップは比較的可撓性の高い複数のばねと比較的可撓性の低い複数のディンプルを有するように構成され、各セルはただ一対のばねとただ一対のディンプルを備える。ばね及びディンプルは、セル内の燃料棒またはシンブル管を係合する形状を備える。直接対向するばねと１つのディンプルとは、燃料棒またはシンブル管と係合する一対の対向支持部を構成し、各セルには２対の対向支持部がある。ばね及びディンプルの結合部は、圧力降下を最小限に抑えるように原子炉冷却材の流れ方向にほぼ垂直に延びる。
【００１０】
従って、本発明の１つの局面によると、燃料棒との間の擦過による摩耗を減少させるように構成された原子炉の燃料集合体用改良型グリッドが提供される。
【００１１】
本発明の別の局面によると、燃料棒に対応する形状部を有するように成形されたばね及びディンプルを備えたかかるグリッドが提供される。
【００１２】
本発明の別の局面によると、原子炉を通過する冷却材の圧力降下を減少させるように構成されたばね及びディンプルを備えたかかるグリッドが提供される。
【００１３】
本発明の別の局面によると、ストラップが複数のばね及びディンプルを含むように成形され、ばね及びディンプルがそれぞれ実質的に同じ高さ及び幅を有し、各ばねとそれと直接対向するただ１つのディンプルとがグリッドのセル内で燃料棒を支持する直接対向する対の支持手段を構成するかかるグリッドが提供される。
【００１４】
本発明の別の局面によると、熱−水力学的性能が改善されたかかるグリッドが提供される。
【００１５】
本発明の別の局面によると、製造コストが低いかかるグリッドが提供される。
【００１６】
本発明の別の局面によると、グリッドが組み込まれる燃料集合体の寸法安定性を改善するかかるグリッドが提供される。
【００１７】
本発明の別の局面によると、上述した特徴部分のうちの１またはそれ以上を組み込んだ改良型グリッドを有する改良型燃料集合体が提供される。
【００１８】
従って、本発明の１つの局面によると、原子炉の燃料集合体に用いるグリッドであって、グリッドは燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材を支持する構造を有し、各円筒部材は外側表面を有し、グリッドは複数のセルを画定するように格子状に相互連結された複数のストラップを有し、各ストラップは少なくとも１つのセルの壁部を画定し、各ストラップは一対のばね及び一対のディンプルを有し、ばねはばね形状部を含むように成形されたばねプレートを有し、ディンプルはディンプル形状部を含むように成形されたディンプルプレートを有し、ばね形状部とディンプル形状部とはそれぞれ関連の円筒部材の外側表面の少なくとも一部に実質的に対応してそれと係合する構造を有し、一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは互いに直接対向し、一対のばねのうちの他方と一対のディンプルのうちの他方とは互いに直接対向する燃料集合体用グリッドが提供される。
【００１９】
本発明の別の局面によると、原子炉の燃料集合体に用いるグリッドであって、グリッドは燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材を支持する構造を有し、各円筒部材は外側表面を有し、一般的な性質として、グリッドは複数のセルを画定するように格子状に相互連結された複数のストラップを有し、各ストラップはストラップ軸と複数のストラップ部材とを有し、ストラップ軸は共にほぼ仮想グリッド平面内にあり、各ストラップ部材はフレーム、ばね及びディンプルを含み、ばね及びディンプルはフレームから突出し、ばねはばねプレートと一対のばね結合部とを有し、ディンプルはディンプルプレートと一対のディンプル結合部とを有し、ばねは関連の円筒部材の外側表面の少なくとも一部と係合する構造を有し、ディンプルは関連の円筒部材の外側部材の少なくとも一部と係合する構造を有し、各ばね結合部はフレームとばねプレートとの間を延びるばね結合部軸を有し、各ディンプル結合部はフレームとディンプルプレートとの間を延びるディンプル結合部軸を有し、ばね結合部軸とディンプル結合部軸とは全てほぼグリッド平面に平行であり、一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、一対のばねのうちの一方及び一対のディンプルのうちの一方は互いに直接対向し、一対のばねのうちの他方及び一対のディンプルのうちの他方は互いに直接対向する燃料集合体用グリッドが提供される。
【００２０】
本発明の別の局面によると、原子炉に用いる燃料集合体であって、その一般的な性質は、燃料棒及びシンブル管のうちの少なくとも１つを含む複数の円筒部材と、少なくとも第１のグリッドとより成り、少なくとも第１のグリッドは格子状に相互連結されて複数のセルを画定する複数のストラップを含み、円筒部材はセル内に配設され、各ストラップは複数のストラップ部材を含み、各ストラップ部材は突出するばねと突出するディンプルとを有し、ばねはばねプレートと一対のばね結合部とを有し、ディンプルはディンプルプレートと一対のディンプル結合部とを有し、ばね結合部及びディンプル結合部は全て円筒部材の縦方向に対してほぼ横断する方向に延び、一対のばねと一対のディンプルとが各セル内に延び、一対のばねのうちの一方と一対のディンプルのうちの一方とは互いに直接対向し、一対のばねのうちの他方と一対のディンプルのうちの他方とは互いに直接対向する燃料集合体が提供される。
【００２１】
本発明の別の局面によると、燃料棒とシンブル管のうち少なくとも一方を含む複数の円筒部材を支持する構造を備えた原子炉の燃料集合体用グリッドであって、格子状に相互連結されて複数のセルを画定する複数のストラップを有し、各ストラップは上流端縁部を有し、各ストラップは下流端縁部を有し、上流端縁部と下流端縁部とは互いにほぼ反対側に位置し、各ストラップは複数のストラップ部材を含み、各ストラップ部材は少なくとも１つのセルの壁部を画定し、各ストラップ部材は突出するばねを有し、各ストラップ部材は突出するディンプルを有し、ばねとディンプルとは関連のストラップ部材に形成された１つの溝の少なくとも一部の互いに反対側にあり、の溝は上流端縁部と下流端縁部との間のほぼ中間点にある原子炉の燃料集合体用グリッドが提供される。
【好ましい実施例の説明】
【００２２】
図１は、略示した原子炉４に取り付けた燃料集合体１０の一例を示す。燃料集合体１０の下部ノズル１２は、原子炉４の炉心領域の下部炉心支持プレート１４上に燃料集合体１０を支持する。原子炉４は、炉心支持プレート１４上に複数の燃料集合体１０を有する加圧水型原子炉である。燃料集合体１０の骨格構造は、下部ノズル１２だけでなく、上端部の上部ノズル１６と、下部ノズル１２と上部ノズル１６との間を縦方向に延びて該ノズルに両端部を連結された多数の細長い案内管またはシンブル管１８を有する。
【００２３】
燃料集合体１０はさらに、シンブル管１８に沿って軸方向に離隔し該シンブル管に取り付けられた複数の横方向グリッド２０と、グリッド２０により横方向に離隔支持された細長い燃料棒２２の整然としたアレイとを有する。図１に示す燃料集合体１０の一例は、中心部において下部ノズル１２と上部ノズル１６との間を延びる計測管２４を有する。燃料集合体１０は、このように部品が配列されると、それらの部品を損傷することなく取り扱うことが容易な一体的なユニットを形成する。
【００２４】
上述したように、燃料集合体１０内の燃料棒２２のアレイは、燃料集合体１０の長さ方向に離隔したグリッド２０により互いに離隔した関係に保持される。各燃料棒２２は複数の燃料ペレットを収納し、上部端栓２８及び下部端栓３０により両端部を閉じられている。燃料ペレットは核分裂性物質より成り、原子炉４の反応エネルギーを発生させる。
【００２５】
水またはホウ素を含む水のような液状減速材／冷却材は、下部炉心プレート１４の複数の流れ開口を介して上方に燃料集合体１０へ向けて圧送される。燃料集合体１０の下部ノズル１２を通過する冷却材は、シンブル管１８を介して、また燃料集合体の燃料棒２２に沿って、上方に流れることにより、燃料集合体で発生する熱を抽出して有用な仕事をする。
【００２６】
核分裂プロセスを制御するための多数の制御棒３４は、燃料集合体１０の所定位置にあるシンブル管１８内を往復運動可能である。詳述すると、上部ノズル１６の上方に位置する棒クラスター制御機構３６は制御棒３４を支持する。制御機構３６は、半径方向に延びる複数のアーム３８を備え内側に螺設部を有する円筒部材３７を備えている。各アーム３８は制御棒３４に連結されているため、制御機構３６は、全て公知の態様で、制御棒３４をシンブル管１８内を垂直方向に移動させることにより燃料集合体内の核分裂プロセスを制御することができる。
【００２７】
本発明の改良型グリッド２０の１つを図２に示す。このグリッド２０は、複数の第１のストラップ４２（図３）、複数の第２のストラップ４６（図４）、複数の第３のストラップ５０（図５）及び複数の第４のストラップ５４（図６）を有する。第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４は、互いに差し込まれて格子を形成するため、ほぼ正方形の複数のセル５８が画定される。各セル５８は、一本の燃料棒２８またはシンブル管１８を受容するように構成されている。燃料棒２２及びシンブル管１８は、一般的に知られた構成の細長い円筒部材であることがわかる。
【００２８】
図３に最もよく示されるように、第１のストラップ４２はそれぞれ、ジルカロイまたは原子環境に適合する他の適当な材料製の細長い板状部材である。第１のストラップ４２はそれぞれ、互いに反対側の上流端縁部６２ａ及び下流端縁部６６ａを有する。図３では、上流端縁部６２ａを第１のストラップ４２の底部に、また下流端縁部６６ａを上部に示す。原子炉４は加圧水型原子炉であり、冷却材は原子炉４内を垂直上方に流れるため、第１のストラップ４２を通って垂直上方に流れる冷却材は、上流端縁部６２ａを通過した後下流端縁部６６ａを通過することがわかる。従って、図３は、原子炉４の燃料集合体１０に装着されるグリッド２０に使用される第１のストラップ４２を立面図で示す。
【００２９】
以下においてさらに詳述するが、図３及び６から、第１のストラップ４２と第４のストラップ５４とは互いに垂直鏡像関係にある点を除きほぼ同一であることがわかる。同じことは第２のストラップ４６と第３のストラップ５０（図４及び５）についても言える。しかしながら、第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４は、下流端縁部６６から延びる混合翼または他のかかる構造（図示せず）を備えるように構成されていることがわかる。そのため、第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４は、図３−６には詳示しないが、それぞれ異なる設計である。
【００３０】
図３からわかるように、第１のストラップ４２は、互いに離隔し上流端縁部６２ａ及び下流端縁部６６ａの両方に沿って延びる複数の溶接タブ７０ａを有する。さらに、第１のストラップ４２に平行離隔関係に形成された複数のスロット７４ａは、第１のストラップ４２の縦方向を横断する方向に向いている。スロット７４ａは、上流端縁部６０ａの溶接タブ７０ａを貫通した後、第１のストラップ４２の上流端縁部６２ａと下流端縁部６６ａとの間の点まで延びることがわかる。図３はさらに、各スロット７４ａの終点と下流端縁部６６ａとの間を延びる仮想線８２ａを示す。
【００３１】
スロット７４ａと関連の仮想線８２ａとは共に、第１のストラップ４２上に複数のストラップ部材７８ａを画定する。各ストラップ部材７８ａは、一対の隣接スロット７４ａと関連の仮想線８２ａとの間にあって、上流端縁部６２ａと下流端縁部６６ａとの間を延びる材料部である。
【００３２】
各ストラップ部材７８ａには、第１のばね溝８６ａ、第２のばね溝９０ａ及びディンプル溝９４ａが形成されていることがわかる。第１及び第２のばね溝８６ａ、９０ａはほぼＵ字形であるが、ディンプル溝９４ａはほぼ真直ぐであることがわかる。さらに、第１及び第２のばね溝８６ａ、９０ａ及びディンプル溝９４ａは全て、全体として一対のスロット７４ａの間に位置することがわかる。
【００３３】
従って、各ストラップ部材７８ａは、ばね９８ａ、ディンプル１０２ａ及びフレーム１０６ａを含むことがわかる。ばね９８ａは、第１のばね溝８６ａと第２のばね溝９０ａとの間に画定され、ディンプル１０２ａは第２のばね溝９０ａとディンプル溝９４ａとの間で画定される。ばね９８ａ及びディンプル１０２ａは共にフレーム１０６ａから延びることがわかる。フレーム１０６ａはスロット付き部分１１０ａとスロットなし部分１１４ａとを含むものとして定義されるが、スロット付き部分１１０ａはディンプル溝９４ａと上流端縁部６２との間を延び、スロットなし部分１１４ａはスロット付き部分１１０ａとは反対側で下流端縁部６６ａに隣接している。フレーム１０６ａはさらに、ストラップ部材７８ａの両側において、各スロット７４ａと、第１及び第２のばね溝８６ａ、９０ａの端部との間を延びるストラップ部材７８ａの部分及び各スロット７４ａと、ディンプル溝９４ａの端部との間を延びるストラップ部材７８ａの部分を含む。
【００３４】
第１のストラップ４２はストラップ軸１１８ａを有するが、このストラップ軸１１８ａはその上を縦方向に延び、ディンプル溝９４ａに平行な第２のばね溝９０ａの部分にほぼ沿った位置にある。従って、ばね９８ａとディンプル１０２ａとは、ストラップ軸１１８ａの両側にあることがわかる。従って、第１のストラップ４２がグリッド２０に組み込まれ、このグリッド２０が原子炉４０に装填される燃料集合体１０に組み込まれると、ばね９８ａはディンプル１０２ａの垂直上方に位置する。以下において詳述するように、ばね９８ａとディンプル１０２ａとは、フレーム１０６ａから互いに反対方向で外方に突出するように成形されている。
【００３５】
ばね９８ａとディンプル１０２ａとは、第２のばね溝９０ａの互いに反対側にある。また第２のばね溝９０ａは、上流端縁部６２ａと下流端縁部６６ａとのほぼ中間点に位置することがわかる。ばね９８ａとディンプル１０２ａとは第２のばね溝９０ａを共有すると言えるため、第１のストラップ４２の高さ、即ちストラップ軸１１８ａに関する横方向の距離が比較的小さくなるように成形することが可能であり、このため材料を節約し原子炉４の運転時における圧力降下を減少することができる。
【００３６】
図４からわかるように、第２のストラップ４６は第１のストラップ４２と多数の類似点を有するが、幾つかの相違点がある。第２のストラップ４６は、互いに反対側にある一対の上流端縁部６２ｂ及び上流端縁部６６ｂと共に、上流端縁部６２ｂ及び下流端６６ｂの両方から延びる複数の溶接タブ７０ｂを有することがわかる。スロット７４ｂは、上流端縁部６２ｂから延びて複数のストラップ部材７８ｂを画定する。スロット７４ｂはディンプル溝９４ｂのほぼ近傍で終端し、第１及び第２のばね溝８６ｂ、９０ｂはディンプル溝９４ｂと上流端縁部６２ｂとの間に位置することがわかる。ばね８９ｂは第１のばね溝８６ｂと第２のばね溝９０ｂとの間に画定され、ディンプル１０２ｂは第２のばね溝９０ｂとディンプル溝９４ｂとの間で画定され、また、ばね９８ｂ及びディンプル９８ｂは、フレーム１０６ｂから延びることがわかる。
【００３７】
図５からわかるように、第３のストラップ５０は第１のストラップ４２と多くの類似点を有するが相違点も幾つかある。第３のストラップ５０は、互いに反対側にある一対の上流端縁部６２ｃ及び下流端縁部６６ｃと共に、上流端縁部６２ｃ及び下流端縁部６６ｃの両方から延びる複数の溶接タブ７０ｃを有することがわかる。スロット７４ｃは、下流端縁部６６ｃから延びて複数のストラップ部材７８ｃを画定する。スロット７４ｃはディンプル溝９４ｃのほぼ近傍で終端し、第１及び第２のばね溝８６ｃ、９０ｃはディンプル溝９４ｃと下流端縁部６６ｃとの間にあることがわかる。ばね９８ｃは第１のばね溝８６ｃと第２のばね溝９０ｃとの間に画定され、ディンプル１０２ｃは第２のばね溝９０ｃとディンプル溝９４ｃとの間に画定され、また、ばね９８ｃ及びディンプル１０２ｃはフレーム１０６ｃから延びることがわかる。
【００３８】
第３のストラップ５０はさらに、ディンプル溝９４ｃと平行な第２のばね溝９０ｃの部分を貫通するストラップ軸１１８ｃを有する。第３のストラップ５０の場合、ディンプル１０２ｃはばね９８ｃの垂直下方に位置する。
【００３９】
図６からわかるように、第４のストラップ５４は第１のストラップ４２と多数の類似点を有するが、相違点も幾つかある。第４のストラップ５４は、互いに反対側にある一対の上流端縁部６２ｄ及び下流端縁部６６ｄと共に、上流端縁部６２ｄ及び下流端縁部６６ｄの両方から延びる複数の溶接タブ７０ｄを有することがわかる。スロット７４ｄは、下流端縁部６６ｄから延びて複数のストラップ部材７８ｄを画定する。スロット７４ｄは第１のばね溝８６ｄのほぼ近傍で終端し、第１のばね溝８６ｄ及び第２のばね溝９０ｄはディンプル溝９４ｄと上流端縁部６２ｄとの間にあることがわかる。ばね９８ｄは第１のばね溝８０ｄと第２のばね溝９０ｄとの間に画定され、ディンプル１０２ｄは第２のばね溝９０ｄとディンプル溝９４ｄとの間に画定され、また、ばね９８ｄ及びディンプル１０２ｄはフレーム１０６ｄから延びることがわかる。
【００４０】
第４のストラップ５４はさらに、ディンプル溝９４ｄと平行な第２のばね溝９０ｄの部分を貫通するストラップ軸１１８ｄを有する。第４のストラップ５４の場合、ディンプル１０２ｄはばね９８ｄの垂直上方に位置する。
【００４１】
図７から最もよくわかるように、第１のストラップ４２と第２のストラップ４６とは、グリッド２０上において、互い違いに且つ平行に配置される。同様に、第３のストラップ５０と第４のストラップ５４とは、グリッド２０上において、互い違いに且つ平行に配置される。さらに、第１及び第２のストラップ４２、４６は、第３及び第４のストラップ５０、５４に対してほぼ垂直に配向される。第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４の配置構成をこのようにすると、ストラップ軸１１８は、第２のばね溝９０の指示部分を貫通し図２の紙面にほぼ平行な仮想グリッド平面１８２（図９及び１０）を画定する。前の段落からわかるように、用語「ストラップ軸１１８」は集合的にストラップ軸１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄを意味し、また、用語「第２のばね溝９０」は集合的に第２のばね溝９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄを意味するが、同様な集合用語は他でも使用されていることがわかる。
【００４２】
図９及び１０から最もよくわかるように、ばね９８及びディンプル１０２はフレーム１０６から互いに反対方向に突出する。図３の第１のストラップ４２の例では、そのばね９８ａは全て同一方向に突出し、そのディンプル１０２ａは全てそれとは反対の同一方向に突出する。他の構成のグリッド２０（図示せず）では、異なるストラップ部材７８ａのばね９８ａはフレーム１０６ａから反対方向に突出するが、一般的に、任意特定のストラップ部材７８ａのディンプル１０２ａはそのばね９８ａとは反対の方向に突出することがわかる。
【００４３】
図７及び８から最もよくわかるように、各ばね９８はばねプレート１２２及び一対のばね結合部１２６を有するように成形されている。ばねプレート１２２は、円筒部材、即ち１つのシンブル管１８または燃料棒２２の外側表面に順応してそれと係合するよう成形された弓形のばね形状部１３０を有するように成形されている。
【００４４】
ばね結合部１２６は、ばねプレート１２２の両側からフレーム１０６へ延びる。各ばね結合部はその上を縦方向に延びるばね結合部軸１３２（図３）を有し、ばね結合部軸１３２はグリッド平面１８２とほぼ平行なことがわかる。
【００４５】
ディンプル１０２は、それらがディンプルプレート１３４及び一対のディンプル結合部１３８を含み、ディンプルプレートが弓状のディンプル形状部１４２を有するように成形され、ディンプル結合部１３８がディンプルプレート１３４の両側からフレーム１０６へ延びるという点で同一構成である。ディンプル形状部１４２はほぼ弓状であり、円筒部材、即ち、１つのシンブル管１８または燃料棒２２に順応してそれと係合するよう構成されている。各ディンプル結合部１３８は、その上を縦方向に延びるディンプル結合部軸１４４（図３）を有するが、ディンプル結合部軸１４４はグリッド平面１８２及びばね結合部軸１３２とほぼ平行なことがわかる。
【００４６】
ばね形状部１３０及びディンプル形状部１４２と円筒部材との係合部分は、その円筒部材に沿って約１５乃至２５°の範囲のアークを形成する。
【００４７】
図８からわかるように、各セル５８は、一般的に、相互連結された４つのストラップ部材７８により画定される。詳述すると、２つのばね９８と２つのディンプル１０２とが各セル５８内に突出する。ばね９８の１つとディンプル１０２の１つとは、直接対向する一対の支持手段として協働することにより円筒部材を所与の方向で支持する。本明細書中の用語「直接対向する」、「対向する」またはその活用表現は、構造部が互いに反対方向に作用するか、対向するように存在するか、基準に関してほぼ同じ高さかまたはほぼ同じ影響範囲内にあるか、もしくは他の態様では両方が拮抗または対向関係にあることを意味する。
【００４８】
従って、図９からわかるように、図示の円筒部材１７８と係合するばね９８とディンプル１０２とは円筒部材１７８に沿う同じ縦方向位置にあり、円筒部材１７８の互いに反対側で同じ垂直位置にある、即ち、グリッド平面１８２に対して同じ高さを有する。かくして、上述のばね９８とディンプル１０２とは、図９の紙面にほぼ平行な平面において円筒部材１７８を支持する一対の対向支持手段を構成する。
【００４９】
図１０のばね９８及びディンプル１０２についても同じことが言える。しかしながら、図１０のばね９８とディンプル１０２とはストラップ軸１１８により画定されるグリッド平面１８２の下方にあるが、図９のばね９８とディンプル１０２とはグリッド平面１８２の垂直上方にあることがわかる。しかしながら、特定のグリッド２０の構成に応じて、任意所与のセル５８内にある２対の支持手段は、本発明の範囲から逸脱することなく、グリッド平面の上方または下方に位置する。
【００５０】
ばね９８及びディンプル１０２は共に可撓性を備えるため、各対の支持手段の間に介在する円筒部材１７８は所与の平面内で保持される。しかしながら、ばね９８はディンプル１０２と比べると高い可撓性を有することがわかる。この点に関しては、図３−６からわかるように、第１及び第２のばね溝８６、９０はほぼＵ字形であるため、ばね結合部１２６はディンプル結合部１３６より比較的小さい。詳述すると、図３からわかるように、ばね結合部１２６は第１及び第２のばね溝８６、９０の対向する端部８６´と９０´との間を延びるが、ディンプル結合部１３８はディンプル溝９４と第２のばね溝９０の平行部分９０″との間全体を延びる。ばね結合部１２６がディンプル結合部１３８より小さく、さらにフレーム１０６との接触面積が小さいため、ばね９８はディンプル１０２より高い可撓性を有する。
【００５１】
スロット７４は、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８の近傍にあり、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８のほぼ全長に沿って延びている。スロット７４は、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８の近傍をそれらのほぼ全長にわたって延びるため、ばね９８及びディンプル１０２の可撓性を増加させるように作用し、その結果、円筒部材１７８と係合するように構成されたばね９８及びディンプル１０２の柔軟性が増加する。グリッド２０の組立てに際して、第１及び第２のストラップ４２、４６のスロット７４ａ、７４ｂを第３及び第４のストラップ５０、５４のスロット７４ｃ、７４ｄと係合した後、対応する溶接タブ７０を互いに溶接して定位置に固定することがわかるが、スロット７４は、可撓性をさらに増加させるためにかかる係合に必要な長さよりもさらに深くする。
【００５２】
スロット７４の幅は、原子環境内で通常生じるストラップの膨張の一部を吸収するため第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４の厚さよりも大きくする。かくして、スロット７４の幅を比較的大きくするとグリッド２０の寸法安定性が増加するが、その理由は、グリッド２０の部品の膨張がある程度比較的幅広のスロット７４により吸収されるからである。
【００５３】
図９及び１０からわかるように、ばねプレート１２２は全て線１６２で示す高さを有し、ディンプルプレート１３４は全て線１６６で示す高さを有する。ばねの高さ１６２は、ディンプルの高さ１６６にほぼ等しいことがわかる。同様に、図８からわかるように、ばねプレート１２２はばね形状部１３０により支持されるばね接触長さを有し、ディンプルプレート１３４はディンプル形状部１４２により支持されるディンプル接触長さを有する。ばね接触長さは、ディンプル接触長さとほぼ等しい。ばね接触長さとディンプル接触長さとがこのように等しい理由の少なくとも一部は、図示の実施例ではばねプレート１２２の幅とディンプルプレート１３４の幅とがほぼ等しいことによる。
【００５４】
このように、ばね９８とディンプル１０２とは円筒部材１７８に対してほぼ同じ表面接触面積を有し、かかる表面接触面積は公知設計のグリッドより大きい。さらに、ばねの高さ１６２とディンプルの高さ１６６とは比較的大きいため、原子炉４の運転時における円筒部材の耐振性が改善される。
【００５５】
原子炉４を流れて燃料棒２２と接触する冷却材は、燃料棒２２とほぼ平行な方向に流れることがわかる。図８からわかるように、ばね結合部１２６は、ばねプレート１２２からフレーム１０６へ原子炉４の冷却材の流れにほぼ垂直な方向に延びる。同様に、ディンプル結合部１３８は、ディンプルプレート１３４からフレーム１０６へ原子炉４の冷却材の流れにほぼ垂直な方向に延びる。このように、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８は、せいぜい公称圧力降下を発生させるにすぎないばね先端部１４６（図９及び１０）及びディンプルの先端部１５０を提供する以外は原子炉４の冷却材の流れに干渉しない。実際、図８からわかるように、ばね９８は、そのばね９８とフレーム１０６との間にばね流れチャンネル１５４を提供するように構成されている。同様に、ディンプル１０２は、そのディンプル１０２とフレーム１０６との間にディンプル流れチャンネル１０８を提供するように構成されている。この点において、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８はそれぞれグリッド平面１８２にほぼ平行な方向に延びるため、ばね結合部１２６及びディンプル結合部１３８がグリッド平面１８２にほぼ垂直な方向またはそれに斜めの方向に延びる場合と比べると圧力降下が実質的に減少することがわかる。このように圧力降下が減少すると、それに応じて原子炉４の熱−水力学的性能が改善される。
【００５６】
各ストラップ部材７８をばね９８及びディンプル１０２をそれぞれ１個づつ備えるように構成すると、各ストラップ部材７８の支持手段が原子炉４内で圧力降下を発生させるばね先端部１４６及びディンプル先端部１５０は実質的にただ１個にすぎないことがわかる。さらに、各ストラップ部材７８にただ１個のディンプル１０２を設けると、協働する複数対のディンプルを備えた公知のストラップ部材で必要であった各対のディンプルの同一平面性に関するチェックが不要になるが、その理由は、本発明の各ストラップ部材７８にはディンプル１０２がただ１個あるにすぎないからである。このように手間が減少するため、グリッド２０のコストがそれに応じて低下する。さらに、任意のストラップ部材７８のばね９８とディンプル１０２とは垂直方向に隣接し、それらの間にフレーム１０６の部分が含まれないという有利な点があるため、第１、第２、第３、第４のストラップ４２、４６、５０、５４は、公知のストラップよりも比較的狭く構成することができ、このように使用材料を少なくすると、グリッド２０の製造コストがさらに低下することがわかる。
【００５７】
ばねプレート１２２をばね形状部１３０を有するように、またディンプルプレート１３４をディンプル形状部１４２を有するように構成すると、ばね９８及びディンプル１０２は比較的大きい表面積で燃料棒２０と係合できる。当業者であればわかるように、ばね９８及びディンプル１０２が燃料棒２２と係合するため、それらの間に発生する応力が燃料棒２２の被覆から擦過により材料を除去する結果、燃料棒２２とばね９８及びディンプル１０２との間にさらに擦過が生じないような十分な接触面積が存在するようになる。ばね９８及びディンプル１０２をばね形状部１３２及びディンプル形状部１４２を有するように構成すると、ばね９８及びディンプル１０２は燃料棒２２の外側表面に実質的に順応しそれに対応するように既に構成されているため、このような擦過が迅速に阻止されるようになる。従って、ばね９８及びディンプル１０２の順応性により燃料棒２２の擦過の程度が減少し、これにより燃料棒２２上の流れにより生じる振動の影響が減少する。
【００５８】
かくして、本発明の改良型グリッド２０は、熱−水力学的性能が改良され、燃料集合体１０の寸法安定性を改善し、その結果燃料棒２２の擦過が減少し、公知のグリッドより低いコストでの製造が可能なことがわかる。従って、グリッド２０を組み込む燃料集合体１０は同様な特徴を有し、同様な利点を備えることがわかる。
【００５９】
本発明の特定実施例を詳細に述べたが、当業者は、本願の開示全体に鑑みてそれら詳細事項に対する種々の変形例及び設計変更を想到できることがわかるであろう。図示説明した特定の構成は例示的であって本発明の範囲を限定するものでなく、この範囲は頭書の特許請求の範囲及びその全ての均等物の全幅を享受すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に従って、略示し予め短くした燃料集合体を含む原子炉を示す部分断面概略立面図である。
【図２】本発明のグリッドの上面図である。
【図３】グリッドの一部を示す前立面図である。
【図４】グリッドの別の部分を示す前立面図である。
【図５】グリッドの別の部分を示す前立面図である。
【図６】グリッドの別の部分を示す前立面図である。
【図７】図２の一部を示す拡大図である。
【図８】図７の一部を示す拡大図であり、円筒部材を仮想線で示す。
【図９】図８の線９−９に沿う断面図である。
【図１０】図８の線１０−１０に沿う断面図である。
【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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【外国語明細書】
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