JPH04231895A - スペーサを製造する方法及びスペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は核燃料束に関し、特に、
核燃料束用のスペーサに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉は個別燃料束で構成した燃料束列
を有する。これらの個別燃料束は複数の並置燃料棒を有
する。各燃料束は通例、燃料棒支持用の下側結合板と、
燃料棒を直立状に保つ上側結合板と、両結合板間で燃料
棒を囲む燃料束チャネルとを有する。水が下側結合板を
経て燃料束に流入し、燃料束を囲むチャネルにより燃料
棒の周囲の流路内を流れ、そして燃料束頂部から汽水混
合物として流出する。

【０００３】燃料束の組立てと輸送と使用中、個々の燃
料棒が長さ１６０　インチの燃料束に沿う並立位置から
移動する傾向がある。沸騰水型原子炉内に設置した燃料
棒を使用中、このような移動は望ましくない振動を引起
こし、設計核効率の達成を妨げる等、一般に望ましくな
い。

【０００４】燃料棒のこのような移動を防止するため、
５〜８個のスペーサを燃料束の長さに沿う選定高さで利
用する。これらのスペーサの機能は、燃料棒をチャネル
に対して拘束しかつ燃料束の全長に沿う燃料棒の設計並
置離間を保つことである。

【０００５】幾年にもわたって多種のスペーサが開発さ
れてきた。これらのスペーサは燃料棒に沿う流れの制御
に望ましいが、スペーサは中性子吸収材料製である。こ
の中性子吸収は燃料束内の燃料の核経済性と核効率を低
下させる。従って、スペーサにおける中性子吸収材の量
を最少に保ちしかもスペーサに所望の燃料棒離隔機能を
発揮させることが常に望まれる。

【０００６】先行技術のスペーサは２種の材料で作られ
るのが普通であった。一つの材料は、インタナショナル
・ニッケル社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎｉｃｋ
ｅｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ）の登録商標であるインコネル（
Ｉｎｃｏｎｅｌ　）という合金である。 これは鉄とクロムとニッケルの合金である。この合金は
強度と弾性が高く、理想的なばね材料である。残念なが
ら、この合金は比較的大きな中性子吸収断面積を有する
。

【０００７】スペーサを構成するもう一つの材料はジル
カロイである。ジルカロイはジルコニウムと少量の鉄、
錫、その他の合金用金属からなる合金である。この合金
は比較的小さな中性子吸収断面積を有するが、同程度の
材料特性をもたず、ばね材料としては不適当である。そ
の結果、ほとんどのジルカロイスペーサはそれらの構造
に組込まれたインコネルばねを有する。

【０００８】本発明は「クロスポイントスペーサ（ｃｒ
ｏｓｓ　ｐｏｉｎｔ　ｓｐａｃｅｒ）」と時々呼ばれる
先行技術スペーサの改良である。このスペーサはその構
造の大部分がジルカロイで作られ、インコネルばねは燃
料棒をスペーサの縦横列内の所望位置に押圧するのに役
立つ。

【０００９】クロスポイント（交差点）スペーサは、複
数の帯片によって連結された垂直整合管部材の格子で形
成されている。一体に固定された管と帯片は連続格子を
形成する。管部材は通例止め部を形成しており、これら
の止め部に対して燃料棒が押圧され得る。この格子は管
連結帯片に固定した個別ばね部材を有する。これらのば
ねは、スペーサを貫通する燃料棒を、円筒から一体に形
成された管止め部に押圧する。格子とその縦横列の管止
め部および帯片に固定されたばねとの組合せは、燃料束
内の複数の選定高さにおける燃料棒の均等離間を確実に
する。

【００１０】いわゆるクロスポイントスペーサは様々な
形状で提案されている。一形状では、燃料束内の全燃料
棒間の離間関係またはピッチが均等に保たれる。他の形
状では、個別燃料棒間の離間またはピッチが相異なる。 いずれの場合にも、ここに開示する改良されたスペーサ
組立て法を適用し得る。

【００１１】また、いわゆる旋回羽根を組込んだスペー
サの構造も公知である。この構造では、ねじった材料片
が、スペーサを通流する水と蒸気を部分的に分離する機
能を果たす。そのねじれは少なくとも９０度程度であり
、しばしば１８０　度〜３６０　度程度である。さらに
詳述すると、スペーサの旋回羽根部を通って上昇する水
と蒸気には回転モーメントが与えられる。水は外方に投
出されて燃料棒に当たり、そこで蒸気がより高い効率で
発生し得る。上昇中の汽水混合物内の蒸気はもっと中央
の流路をたどる。このようないわゆる旋回羽根を組込ん
だスペーサの一例は、「スペーサ格子と一体の旋回羽根
（Ｓｗｉｒｌ　Ｖａｎｅｓ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｗｉｔ
ｈ　Ｓｐａｃｅｒ　Ｇｒｉｄ　）」と題した１９８９年
３月１４日付の米国特許出願第３２３０７５号に記載さ
れている。

【００１２】

【発明の概要】チャネル内に閉じ込めた複数の燃料棒を
複数のスペーサにより平行並立関係に保つような核燃料
束用の改良スペーサとその改良製法を開示する。各スペ
ーサは燃料束内に上側および下側結合板間の選定高さに
配置される。本スペーサは、燃料棒間に隔置した管部材
に堅固な材料帯片を溶接して連続スペーサ格子を形成す
るようにしたスペーサの一種である。本改良は、別々の
正常に整合した平行な第１組と第２組の格子部材から断
面積の少ない別々の上側および下側格子を形成すること
である。一方の格子はスペーサの頂部用として形成され
、他方の格子はスペーサの底部用として形成される。 燃料棒間に隔置した管部材を両格子の連結に用いる。管
部材自体に切欠きを設ける。これらの切欠きは管部材の
上部で上側格子を受け、下部で下側格子を受けるように
設けられる。両格子は切欠き付き管部材にはめ込まれ、
例えば溶接により管の頂部と底部に固定されて一体スペ
ーサ構造体を形成する。その後、管部材内を横切って存
在する格子の過剰材料をドリルにより管部材から除いて
過剰な中性子吸収材を除く。その結果、開示のスペーサ
が得られ、連結された両格子部材はスペーサの頂部と底
部に延在し、従来の単一連続格子より材料が少ない。同
時に、さもなくば組立てが困難な部材の組立てが簡単に
なる。相隔たる燃料棒間のピッチが異なる燃料束に本ス
ペーサを適用する備えがなされる。また、いわゆる旋回
羽根をある格子位置で管部材の代わりに組込むことも開
示する。

【００１３】

【発明の目的と特徴と利点】本発明の目的は、核燃料束
で用いるクロスポイントスペーサを製造する簡単な技術
を開示することである。本発明のこの特徴によれば、対
をなす上側および下側格子を、向かい合う金属帯片の正
常に整合した平行配列により構成する。これらの上側お
よび下側格子を管部材に固定すると、管部材は上下両格
子間の連結部をなすように機能する。各管部材の上下両
端部に切欠きを形成し、これらの切欠きに両格子をはめ
込む。その後、両格子を管部材の切欠きに固定する。上
下両格子部材の固着後、各管部材内のきりもみをして余
分な中性子吸収材料を除く。

【００１４】開示されたスペーサ構造の利点は、スペー
サに比較的少量のジルカロイ材料を用いることである。 スペーサは、その垂直連結部材となる管部材相互間の深
さ全部にわたって延在する中実格子で構成されてはいな
い。その代わり、上下両格子部材はスペーサの厚さの一
部だけに延在する。開示されたスペーサ構造の中間域で
はスペーサは開いている。その結果、比較的少量の中性
子吸収材が存在する。

【００１５】本発明の他の目的は、開示されたスペーサ
構造を利用して当該技術において公知の型の可変ピッチ
スペーサを形成することである。本発明のこの特徴によ
れば、上下両格子は異なるピッチをもって形成される。 ９×９本燃料棒縦横列においてここで用いる好適ピッチ
変化では、各々が９本の燃料棒からなる８つの小群が中
央水棒の周りに配設される。小群の個別燃料棒は第１の
比較的狭い間隔を有する。小群相互間の間隔は第２の比
較的大きな寸法をもつ。従って、その結果生じるスペー
サは、相隔たる燃料棒間のピッチが可変の燃料設計に適
合する。

【００１６】本発明の他の目的は、旋回羽根をスペーサ
構造体に組込むことである。本発明のこの特徴によれば
、幾つかの管部材の代わりにねじり金属帯片を設ける。 ねじり金属帯片はそれぞれの上部と下部で協働し開示さ
れた格子構造と一体となる。

【００１７】本発明の他の目的と特徴と利点は、添付図
面と関連する以下の説明からさらに明かとなろう。

【００１８】

【実施例の記載】図１は燃料束Ｂを示す。この燃料束は
上側結合板４２と下側結合板４０を有し、下側結合板４
０は先端片Ｎを介して沸騰水型原子炉に連結する。この
構造例では、個々の燃料棒Ｌが、結合棒としても知られ
る幾つかのねじ付き燃料棒により両結合板と連結してい
る。

【００１９】チャネル２５が燃料棒群の周囲に設けられ
ている。チャネル２５は、先端片Ｎからの流体流が下側
結合板４０を通って流入しそして上側結合板４２を経て
流出するように流れを導く。原子炉の運転中、蒸気が燃
料束組立体内で発生する。

【００２０】ここに示した特定燃料棒には幾つかの部分
長燃料棒３０が含まれている。本スペーサ設計は全長お
よび部分長燃料棒とともに利用できるものであることを
理解されたい。

【００２１】わかりやすいように、図示の燃料束ではチ
ャネルの１部を取り除いてスペーサＳ１，Ｓ２が露出し
ている。代表的な燃料棒構造では約５〜８個のこのよう
なスペーサを用いることを理解されたい。既に述べたよ
うに、先行技術は多種のスペーサを包含する。いわゆる
「クロスポイント」スペーサの改良が本発明の主題であ
る。従来の典型的なクロスポイントスペーサを図２に示
す。

【００２２】図２は９×９燃料配列に対する従来のクロ
スポイントスペーサ構造を示す。様々な密集度の燃料棒
配列、例えば、８×８、９×９、１０×１０燃料棒配列
に本発明のスペーサ構造を適用し得ることを理解された
い。

【００２３】図２に示した燃料棒配列では、一連の管部
材Ｃ’が、深さいっぱいに第１格子部材５１と第２格子
部材５２とにより連結されている。格子部材５１は格子
部材５２と直交している。通例、組立ては個々の部材５
１、５２を個々の管部材Ｃ’の外側に溶接することによ
りなされる。

【００２４】構造体全周にバンドＤが設けられ、スペー
サの外周を取巻いている。

【００２５】スペーサの一部を破断してスペーサ構造を
示してある。

【００２６】本発明の目的は図２の構造より簡単なスペ
ーサ構造を開示することである。また、スペーサの簡単
な組立て法を開示する。

【００２７】図３は管部材Ｃを示す。管部材Ｃは横切欠
き６０と縦切欠き６１を有する。これらの切欠き６０、
６１はそれぞれ、載置された格子部材を完全に受入れる
深さを有する。

【００２８】管部材Ｃの上方に、分解された状態で格子
部材の構造が示されている。横部材６２が上向き切欠き
６４をもつように示され、同様に、縦部材６３が下向き
切欠き６５をもつように示されている。

【００２９】組立ては分解図から明らかである。詳述す
ると、横部材６２を、切欠き６４、６５を向かい合わせ
た状態で縦部材６３と向かい合わせる。所望寸法の格子
、例えば、図４に示す格子Ｇを形成する。

【００３０】２つの格子、すなわち、上側格子Ｇ１と下
側格子Ｇ２を形成する。これらの上下両格子をそれぞれ
スペーサの上部と下部に固定する。

【００３１】管部材Ｃは頂部に横溝６０と縦溝６１が切
欠き状に形成され、底部にも同様な横溝６０と縦溝６１
が形成されている。これらの溝または切欠きに頂部格子
Ｇ１およびそれと同様の底部格子Ｇ２をそれぞれはめ込
む。このはめ込みが終わると、管部材Ｃと格子Ｇ１、Ｇ
２の半剛性構造が図４に示すように形成される（この部
分平面図には格子Ｇ１だけを示してある）。

【００３２】組立て後、両格子部材が管の切欠きにはま
り込んでいる位置５（図４）に溶接部を形成する。

【００３３】この段階のスペーサは半剛性構造体を形成
することがわかるであろう。横方向と縦方向の格子部材
は、それぞれの切欠きへのはめ込みにより固定し合う。 この相互固定の特徴により、格子部材は適正位置に保持
される。両格子は管部材と係合して管部材を適正位置に
保持する。従来の構造と異なり、スペーサ部品を溶接の
ために位置づける治具は必要でない。

【００３４】その後、包囲バンド片Ｎ１、Ｎ２を溶接等
により両格子に固定する。ここに示した特定バンド構造
では、バンドの両半分が７１、７２の箇所で、代表的な
場合、突合せ溶接により接合される。

【００３５】図５は完成スペーサを示す斜視図である。 最終段階として最後の管部材Ｃｘから余剰材料を除くド
リルビットＤを示す。同様な管部材から全ての余分な材
料を同様に除いてあることを理解されたい。

【００３６】完成スペーサを見ればわからように、材料
の量が最少である一体構造体が作られている。詳述する
と、上側格子Ｇ１と下側格子Ｇ２が管部材Ｃにより互い
に連結されている。同時に、突合せ溶接された包囲バン
ドＮは最少量の寄生的中性子吸収材料をもつ一体スペー
サ構造体を形成している。

【００３７】図６は図５に示したスペーサ構造と同じも
のを示す平面図である。このスペーサ構造では、収容さ
れた燃料棒Ｌ相互間の可変ピッチが示されている。

【００３８】詳述すると、図６の燃料棒は９×９配列状
に配置されている。この９×９配列には、各群が９本の
燃料棒からなる８つの棒群が含まれ、Ｅ１〜Ｅ８で表さ
れている。

【００３９】各群の燃料棒は第１の比較的狭い距離８０
だけ相隔たる。棒群相互間の棒間隔は比較的大きい。例
えば、群Ｅ３と群Ｅ４間の棒間隔を８２で示す。このよ
うな燃料設計の理論的核効率を説明することは本発明の
目的ではないが、本スペーサ製造技術とその結果生じる
スペーサ構造がこのような可変ピッチに対処し得るもの
であることは理解されよう。

【００４０】同様に、バンドＮは改変可能である。図示
のように、バンドＮは流れ転向用の上側タブ９０を含み
、これらのタブは当該技術において公知である。

【００４１】図７Ａと図７Ｂは代替構造を示す。詳述す
ると、管部材Ｃの幾つかの代わりに、いわゆる旋回羽根
Ｓが設けられる。旋回羽根Ｓには連続上側格子部材１０
０が含まれ、格子Ｇ１の一体部分を形成する。

【００４２】全ての旋回羽根Ｓは管部材Ｃの片側におい
て垂下して部材１０１、１０２、１０３で終わりかつ管
部材または円筒Ｃの反対側において部材１０４、１０５
等で終わっている。これらの部材は間隙１１０により相
隔てられている。

【００４３】旋回羽根部材１０１〜１０５はそれぞれ上
側連続格子部材１００に対して　３６０°ねじられる。 その後、個別部材１０１、１０２、１０３は一体の線形
底部格子部材１２０に形成される。この一体格子部材に
は適当な直交切欠き６１が形成され、従ってその結果生
じた連続格子部材１２０が下側格子Ｇ２と係合する。す
なわち、開示の旋回羽根構造は上側格子Ｇ１と下側格子
Ｇ２の形成に一体的に関与する。上述から、この製造技
術とスペーサの具体例は、ねじり角を　２７０°、　１
８０°、９０°にするなど、様々な改変を可能にするも
のであることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰水型原子炉用の核燃料束で、ここに開示し
たようなスペーサを利用するものの斜視図である。

【図２】従来の「クロスポイント」スペーサの斜視図で
あり、このスペーサは従来の内部格子の連続内部構造が
見えて理解できるように一部を破断してある。

【図３】上側格子と、その下にある切欠き付き管部材の
製法を示す斜視図であり、この管部材は上側格子を受入
れてスペーサ部材の上部の相互固定構造を形成するもの
である。

【図４】管部材内の余剰材料を除去する前の、開示した
格子とスペーサの構造の概略平面図である。

【図５】管部材のうちの一つの内部から余剰材料をきり
もみにより除去しつつある完成スペーサの斜視図である
。

【図６】図２〜図５に例示した方法により構成された可
変ピッチクロスポイントスペーサの図であり、この場合
の各格子は所望可変ピッチを得るために非対称的に構成
されている。

【図７】図７Ａは旋回羽根をスペーサ構造体に組込んだ
図５の可変ピッチクロスポイントスペーサの部分平面図
である。図７Ｂは図７Ａのスペーサの一部分を構成する
旋回羽根列の詳細図である。

【符号の説明】

Ｂ　　燃料束 Ｌ　　燃料棒 Ｓ１　　スペーサ Ｓ２　　スペーサ Ｃ　　管部材 ６０　　切欠き（横溝） ６１　　切欠き（縦溝） ６２　　横部材 ６３　　縦部材 ６４　　上向き切欠き ６５　　下向き切欠き Ｇ１　　上側格子 Ｇ２　　下側格子 Ｓ　　旋回羽根 １００　　上側格子部材 １２０　　下側格子部材

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料束内に垂直方向に整合されて縦横
   列をなす燃料棒を並立離間関係に保つスペーサであって
   、格子により相互に連結された複数の垂直管部材を有す
   る種類のスペーサを製造する方法において、上側および
   下側格子部材を設け、各格子部材が前記燃料束内の前記
   燃料棒の垂直方向と平行に垂直方向に整合した主面をも
   つ複数の金属帯片からなり、両格子部材は前記スペーサ
   を貫通する個別燃料棒を支承する間隙域を画成する縦横
   列の交差部材を形成する段階と、縦横列の管を設け、前
   記縦横列の管は前記燃料束内で前記燃料棒と垂直方向に
   整合しそして前記燃料棒相互間の間隙位置に配置される
   段階と、前記管の上端と下端に前記上下両格子を受ける
   切欠きを設ける段階と、両格子を前記縦横列の管にそれ
   らの上側切欠きと下側切欠きの所で向かい合わせる段階
   と、両格子を前記管に固定して前記スペーサ用の一体格
   子構造体を形成する段階とからなる方法。
2. 【請求項２】　　前記固定段階後に前記管をきりもみし
   て前記管内から余剰格子材料を除去する段階を包含する
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　両格子の前記交差部材縦横列は均等で
   ある、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　両格子の前記交差部材縦横列は可変ピ
   ッチのものである、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記の縦横列に設ける管部材は相異な
   る直径の管部材を含む、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記上側および下側格子部材を設ける
   前記段階において、両格子部材の各々のために第１組の
   平行整合格子部材を設け、前記第１組の格子部材が前記
   燃料棒と平行に整合した主面を有しそして前記燃料棒の
   縦列相互間の間隙通路を通るべく相隔たるようにする段
   階と、両格子部材の各々のために第２組の平行整合格子
   部材を設け、前記第２組の格子部材が前記燃料棒と平行
   に整合した主面を有しそして前記燃料棒の横列相互間の
   間隙通路を通るべく相隔たるようにする段階と、前記第
   １および第２組の格子部材のうちの少なくとも１組の格
   子部材に対して、両格子部材を向かい合わせた時に残り
   の組の格子部材と係合するための切欠きを設ける段階と
   、前記第１および第２組の格子部材を向かい合わせて前
   記上側および下側格子を製造する段階とを包含する請求
   項１記載の方法。
7. 【請求項７】　　複数の旋回羽根を設け、これらの設置
   ずみ旋回羽根が前記設置ずみ上側および下側格子と向か
   い合わせる上側および下側部材を含むようにする段階と
   、前記旋回羽根を前記設置ずみ上側および下側格子間に
   挿入する段階と、前記旋回羽根を前記上側および下側部
   材において両格子に固定して前記旋回羽根を前記燃料束
   内の前記燃料棒とほぼ平行に配置する段階とを包含する
   請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】　　燃料束内に縦横列の燃料棒を並立離間
   関係に保つスペーサであって、上側および下側格子部材
   と、縦横列の管部材とからなり、両格子部材はそれぞれ
   、前記燃料束内の前記縦横列の燃料棒の垂直方向と平行
   に垂直方向に整合した主面をもつ複数の金属帯片からな
   り、両格子部材は前記スペーサを貫通する個別燃料棒を
   支承する間隙域を画成する縦横列の交差部材を形成して
   おり、前記縦横列の管は前記燃料束内で前記燃料棒と垂
   直方向に整合しそして前記燃料棒相互間の間隙位置に配
   置されており、前記管は上側および下側切欠きを画成し
   ており、両格子は前記管部材の前記切欠きにはめ込まれ
   そして前記管部材に固定されており、両管部材は内部に
   格子構造をもたず、従って、スペーサを構成する上側お
   よび下側格子間に格子材料が介在しないようになってい
   るスペーサ。
9. 【請求項９】　　両格子の前記交差部材縦横列は均等で
   ある、請求項８記載の発明。
10. 【請求項１０】　　両格子の前記交差部材縦横列は可変
    ピッチのものである、請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】　　前記上側および下側格子を連結する
    複数の旋回羽根部材を含む請求項８記載の構造。