特許 7573025 チューブグリッドセル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】チューブグリッドセル

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/356 20060101AFI20241017BHJP

   G21C 3/334 20060101ALI20241017BHJP

   G21C 1/06 20060101ALI20241017BHJP

【ＦＩ】

G21C3/356 200

G21C3/334

G21C1/06

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022523286

(86)(22)【出願日】2020-10-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-18

(86)【国際出願番号】 EP2020079590

(87)【国際公開番号】W WO2021094066

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-08-18

(31)【優先権主張番号】19208774.0

(32)【優先日】2019-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】504446548

【氏名又は名称】ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】リツニチェンコ オレクシイ

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－２２１８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０３８３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ ３／００－ ３／６４

Ｇ２１Ｃ ２１／００－２１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のチューブグリッドセルを含み、原子炉内の燃料バンドル（８）内に複数の細長い燃料棒（６）を保持することを意図したグリッドアセンブリ（４）のためのチューブグリッドセル（２）であり、チューブグリッドセル（２）は、円筒形であり、本質的に円形の断面と、長手方向軸Ａに沿った細長い延長部とを有し、長さＬを有し、軸Ａは、通常使用中に本質的に垂直方向を有する、チューブグリッドセル（２）であって、
－チューブグリッドセルは、燃料棒（６）を受け入れるように構成された頂部開口（１２）および底部開口（１４）を画定する管状のハウジング壁を備えるセルハウジング（１０）を備え、
－セルハウジング（１０）は、長手方向軸Ａに沿って、下方部分（１６）と、上方部分（１８）と、上方部分と下方部分との間に配置された中間部分（２０）とを備え、
－中間部分（２０）は、各々半径方向内向きの延長部を有する２対の支持部材（２２）を備え、前記対の一方は、中間部分（２０）の上部に近接して配置され、前記対の他方は、中間部分（２０）の下部に近接して配置され、各対の支持部材（２２）は、軸Ａに垂直な同じ平面に配置され、軸Ａに沿って見て約１２０°離れて配置され、一方の対の支持部材（２２）は、他方の対の支持部材（２２）の上方に配置され、中間部分（２０）は、半径方向内向きに弾性力を生成するように構成された弾性部材（２４）をさらに備え、弾性部材は、支持部材の対の前記平面の間に、支持部材（２２）の平面から本質的に等しい距離に配置され、軸Ａに沿って見て支持部材から約１２０°離れて位置し、
上方部分（１８）および下方部分（１６）は、それぞれ、０．１Ｌよりも大きく、０．３Ｌよりも小さい、すなわち０．１Ｌ＜Ｌ１（Ｌ２）＜０．３Ｌである軸Ａに沿った長さＬ１およびＬ２を有し、中実のハウジング壁を備え、中実のハウジング壁は、軸Ａに沿ってハウジング壁から延びる突起である溶接部材を有し、均一な厚さを有し、開口、くぼみ、または突出部を有しておらず、上方部分および下方部分の中実のハウジング壁は、互いに溶接された複数のチューブグリッドセルから構成されるグリッドアセンブリの横方向特性を改善し、溶接は、上部および下部で行われることを特徴とする、チューブグリッドセル（２）。

【請求項2】

上方部分（１８）および下方部分（１６）の各々は、隣接するグリッドセルを互いに取り付けるときに、溶接、例えばレーザ溶接のために構成された所定数の溶接部材（２６）を備える、請求項１に記載のチューブグリッドセル（２）。

【請求項3】

４つまたは６つの溶接部材（２６） を備える、請求項１または２に記載のチューブグリッドセル（２）。

【請求項4】

前記支持部材（２２）は、冷却剤が通過することを可能にする開放構造を軸Ａに沿って長手方向に備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のチューブグリッドセル（２）。

【請求項5】

前記支持部材（２２）は、軸Ａに垂直な平面内で弓形の形状を有し、その端部の各々がハウジング壁の内面に取り付けられる、請求項１～４のいずれか１項に記載のチューブグリッドセル（２）。

【請求項6】

中間部分（２０）の筒状のハウジング壁には、支持部材（２２）および弾性部材（２４）が配置される位置に開口が設けられる、請求項１～５のいずれか１項に記載のチューブグリッドセル（２）。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の複数のチューブグリッドセル（２）を備えるグリッドアセンブリ（４）。

【請求項8】

請求項７に記載の少なくとも２つのグリッドアセンブリ（４）を備える燃料バンドル（８）。

【請求項9】

請求項８に記載の少なくとも１つの燃料バンドル（８）を備える原子炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、グリッドアセンブリ内に配置されるチューブグリッドセル（ｔｕｂｅ ｇｒｉｄ ｃｅｌｌ）に関する。グリッドアセンブリ（ｇｒｉｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、原子炉、より具体的には沸騰水型原子炉または加圧水型原子炉のための核燃料バンドルを対象とする。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子炉および加圧水型原子炉用の燃料バンドルが知られている。燃料バンドル（ｆｕｅｌ ｂｕｎｄｌｅ）は、その長さに沿ってグリッドアセンブリによって位置決めされ支持された複数の直立平行燃料棒を含む。作動中、冷却剤は、燃料バンドルの上方にある下部燃料バンドル構造要素を通って燃料バンドルに流入し、上部構造要素から燃料バンドルを出る。

【0003】

燃料棒は、長く、細長く、可撓性である。冷却力学の下では、これらのロッドは振動を受け、互いに摩耗接触する。その結果、いわゆるスペーサグリッドアセンブリ（本明細書ではチューブグリッドアセンブリと称される）が、燃料棒を燃料バンドルに沿ってその設計された並列関係内に維持するために利用される。

【0004】

燃料棒支持特徴を有するグリッドセルは、非円形断面を有し、スタンピングされたばねおよびディンプルを有するストラップによって形成されるか、または「フェルール設計」として知られる、形成された燃料棒支持特徴を有するチューブから形成される、異なる核燃料設計において現在使用されている。このいわゆる「フェルール設計」の一例が特許文献１に開示されている。

【0005】

フェルールスペーサ内のフェルールは、典型的には、フェルールの一方の側に対をなす停止部を有し、フェルールの他方の側に燃料棒付勢ばねを有する個別のシリンダを構成する。フェルールの内径は燃料棒の外径を上回り、その結果、燃料棒は、ばねによって付勢されるとフェルールに対して中心に置かれる。フェルールがマトリックス内で一緒に保持されると、燃料棒の剛性で非常に満足のいく間隔がもたらされる。

【0006】

別の関連文献は、軽水原子炉、より詳細には沸騰水型原子炉または加圧水型原子炉のための核燃料バンドルのためのスペーサ、およびスペーサを備える核燃料バンドルを開示する特許文献２である。燃料バンドルは、バンドルに沿って互いに間隔を空けて配置された多数のスペーサによって保持され固定された細長い要素のバンドルを含む。スペーサは、細長い要素を相互に固定するためのいくつかのセルを備える。冷却剤は、通常垂直に配置された燃料バンドルの下方から上方へ流れ、核反応中に、アセンブリ内に配置された細長い要素を冷却するように適合される。

【0007】

さらに別の文献は、混合スペーサタイプを使用する燃料バンドル設計を開示している特許文献３である。

【0008】

特許文献４は、固定支持体およびばね手段を有する管状スリーブの形態のスペーサを記載する。４つの支持体があり、そのうちの２つは上面に配置され、２つは下面に配置され、支持体対の間の中間の板ばねと共に、燃料棒との５つの接触点を形成する。スリーブは、スペーサを形成するためにグリッド（格子）状に配置することができる。

【0009】

特許文献５は、燃料スペーサとして使用される管状フェルールを記載する。この構成は、フェルールの頂部および底部における２対の突出部からなる。突出部の間には、切欠きに配置されたループばねがあり、そのため燃料棒が５点接触を有する。フェルールは、スペーサを形成するために互いにスポット溶接することができる。溶接スポットは、フェルールの上部および底部に位置する。

【0010】

特許文献６は、フェルールの中へ内向きに延在する２つの上部止め具および２つの下部止め具を有するフェルールと、スロットに挿入されたばねとからなるスペーサを記載する。ばねは、別個の構成要素であり、フェルール壁と一体ではない。

【0011】

特許文献７は、管状フェルールからなるスペーサグリッドを記載する。個々のフェルールは、２対の支持部材と、燃料棒との５点接触を提供するための弓形ばねとを有する。

【0012】

特許文献８は、スペーサグリッドが４つのアーチと、各燃料棒に接触する１つのばね部材とを有する、５つの接触点を達成するための代替構成を示す。

【0013】

特許文献９は、円筒状の部材と燃料棒を保持する板ばねを取り付けるためのＵ字形のノッチとからなる水棒を支持するための円形セルを開示する。

【0014】

特許文献１０は、沸騰水型原子炉の核燃料バンドルに適用される一体型ジルカロイばねを有するスペーサに関する。

【0015】

既知のチューブグリッドセルおよびグリッドアセンブリの多くは高品質基準を満たすが、セル剛性の改善および低い水力抵抗を提供しながら、既存の設計よりも良好な横方向特性を達成することに関して改善の余地が依然として存在する。したがって、本発明によるチューブグリッドセルおよびグリッドアセンブリの目的は、既存の設計よりも良好な横方向特性を有し、改善されたグリッドアセンブリ剛性および低い水力抵抗を有する、改善されたチューブグリッドセルおよびグリッドアセンブリを達成することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【文献】米国特許第５３７１７６８号

【文献】欧州特許第０７６９７８４号

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００８０９８８号

【文献】米国特許第５２６３０７１号

【文献】米国特許第５３３１６７９号

【文献】米国特許第５０６９８６４号

【文献】米国特許第３８０１４５２号

【文献】米国特許第３６６４９２４号

【文献】特開平０１－２１２３９４号公報

【文献】米国特許第５３６１２８８号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記の目的は、独立請求項によるチューブグリッドセルおよびグリッドアセンブリによって達成される。

【0018】

好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0019】

提案された解決策は、既存の設計よりも良好な横方向特性を与え、改善されたセル剛性および低い水力抵抗（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を提供する。

【0020】

本発明によれば、チューブグリッドセルは、１つの「リーフ」ばねと、１２０°離れて配置され、ばねの上下に位置する２対の水平支持部材とを有する円形断面を備え、燃料棒を支持するための５点接触システムを提供する。グリッドアセンブリ内のチューブグリッドセルは、セルハウジングの上部および下部に溶接されて、燃料ロッド間に三角形（ｔｒｉａｎｇｕｌａ）または正方形（ｓｑｕａｒｅ）のピッチを有するグリッドを形成する。

【0021】

上部支持部材の上方および下部支持部材の下方の２つの中実の上方部分および下方部分は、チューブセルの幾何学形状全体と併せて、潜在的な側方衝撃力による単セル燃料棒支持特徴への衝撃を最小限にする、隣接するセル間の剛性接触面積を提供する。これは、既存の設計と比較してグリッドアセンブリの横方向特性を改善する提案されたチューブセルの利点の１つである。

【0022】

セル設計の別の利点は、改善されたセル剛性特性を有する安定した５接触点燃料棒支持システムを提供する板ばねおよび水平ディンプルである。さらに、チューブセルから作られたグリッドは、グリッド水力抵抗を低減し、燃料熱水力特性（ｆｕｅｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を改善する閉塞（ｂｌｏｃｋａｇｅ）を最小限に抑えている。

【0023】

したがって、本明細書に提示されるチューブグリッドセルおよびグリッドアセンブリは、以下を達成する：－チューブグリッドセルは、潜在的な横方向の衝撃力による単セル燃料棒支持特徴部への衝撃を最小限に抑える幾何学的形状を有する。それにより、グリッドアセンブリの横方向の特性および横方向の衝撃下で燃料棒間の横方向の間隔を維持する能力は、既存の設計と比較して改善される。－セルの改善された剛性特性は、５接触点燃料棒支持システムを提供するために板ばねおよび水平ディンプルを備えるセル設計によって達成される。－グリッドアセンブリの設計は、グリッド水力抵抗（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低減し、燃料熱水力特性（ｆｕｅｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を改善する閉塞（ｂｌｏｃｋａｇｅ）を最小限に抑える。これは、部分的に、支持部材の開放構造によるものである。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態によるチューブグリッドセルを概略的に示す側面図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態によるチューブグリッドセルを概略的に示す軸Ａに沿った図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態によるチューブグリッドセルの２つの斜視図を示す。

【図4】図４は、本発明のロッド間に三角形ピッチを有する一実施形態によるチューブグリッドアセンブリを上方から見た図である。

【図5】図５は、本発明の正方形格子配列（ｓｑｕａｒｅ ｌａｔｔｉｃｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を有する別の実施形態によるチューブグリッドアセンブリを上から見た図である。

【図6】図６は、本発明によるグリッドアセンブリを有する燃料棒バンドルの概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

チューブグリッドセル、ならびにグリッドアセンブリおよび燃料バンドルを、添付図面を参照してここで詳細に説明する。図面全体を通して、同じまたは同様のアイテムは同じ参照符号を有する。さらに、アイテムおよび図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を説明することに重点が置かれている。

【0026】

次に、図１および図２を参照して、チューブグリッドセル２を詳細に説明する。チューブグリッドセル２は、複数のチューブグリッドセルを含むグリッドアセンブリ４（図４、図５参照）内に取り付けられるように構成され、原子炉内の燃料棒バンドル８（図６参照）内に複数の細長い燃料棒６を保持するように意図されている。チューブグリッドセル２は円筒形であり、本質的に円形の断面と、長手方向軸Ａに沿った細長い延長部とを有し、長さＬを有し、軸Ａは通常の使用中に本質的に垂直方向を有する。

【0027】

チューブグリッドセルは、燃料棒６（図４参照）を受け入れるように構成された頂部開口１２および底部開口１４（図３参照）を画定するセルハウジング１０を備える。

【0028】

セルハウジング１０は、長手方向軸Ａに沿って、下方部分１６と、上方部分１８と、上方部分と下方部分との間に配置された中間部分２０とを備える。下方部分および上方部分は、図３に示すように、中間部分に関して対称的に配置されてよい。

【0029】

中間部分２０は、各々半径方向内向きの延長部を有する２対の支持部材２２を備え、前記対の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｓａｉｄ ｐａｉｒｓ）は中間部分２０の上部に近接して配置され、前記対の他方（ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｏｆ ｓａｉｄ ｐａｉｒｓ）は中間部分２０の下部に近接して配置される。

【0030】

各対の支持部材２２は、軸Ａに垂直な同一平面上に配置され、互いに約１２０°離れて位置し、一方の対（ｏｎｅ ｐａｉｒ）の支持部材２２は、他方の対（ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｐａｉｒ）の支持部材２２の上方に配置される。

【0031】

中間部分２０にはまた、燃料棒を支持するために半径方向内向きに弾性力を発生させるように構成された弾性部材２４が設けられている。弾性部材は、支持部材の対の前記両平面の間に、支持部材２２の両平面から本質的に等しい距離に配置される。弾性部材２４は、軸Ａに沿って見て支持部材から約１２０°離れて配置される。弾性部材は、ハウジング壁に取り付けられ、内側に弓形形状を示す板ばねの形状を有してよい。燃料棒６がグリッドセルに挿入されると（図４の中央セルを参照）、弾性部材２４は、燃料棒を支持部材２２に対して半径方向内向きに付勢するように構成される。

【0032】

上方部分１８および下方部分１６は、それぞれ、０．１Ｌよりも大きく０．３Ｌよりも小さい、すなわち０．１Ｌ＜Ｌ１（Ｌ２）＜０．３Ｌである軸Ａに沿った長さＬ１およびＬ２を有する。一実施形態では、Ｌ１およびＬ２は等しい。さらに、上方部分および下方部分には、均一な厚さを有し、開口、くぼみまたは突起がない中実のハウジング壁が設けられている。

【0033】

上方部分および下方部分の中実のハウジング壁は、互いに溶接された複数のチューブグリッドセルから構成されるグリッドアセンブリの横方向特性を改善する。溶接は、例えばレーザ溶接によって上方部分および下方部分で行われる。

【0034】

一実施形態によれば、上方部分１８および下方部分１６の各々は、隣接するグリッドセルを互いに取り付けるときに溶接するように構成された所定数の溶接部材２６を備える。好ましくは、各溶接部材は、軸Ａに沿ってハウジング壁から延びる突起である。

【0035】

好ましくは、チューブグリッドセル２は、４つまたは６つの溶接部材を備える。

【0036】

４つの溶接部材２６が各上方部分１８および下方部分１６に設けられる場合、チューブグリッドセルは、有利には、図５に示すようにグリッドアセンブリ内に正方格子（ｓｑｕａｒｅ ｌａｔｔｉｃｅ）状に配置される。

【0037】

代わりに、６つの溶接部材２６が各上方部分１８および下方部分１６に設けられる場合、チューブグリッドセルは、有利には、図４に示すようにグリッドアセンブリ内に三角形アレイ（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ａｒｒａｙ）に配置される。

【0038】

図４および図５では、グリッドアセンブリのわずかな部分のみが示されていることに留意されたい。

【0039】

実施形態によれば、支持部材２２は、軸Ａに沿った長手方向に開放構造を備え、冷却剤が容易に通過できるようにする。好ましくは、支持部材は、軸Ａに垂直な平面内で弓形形状（ｂｏｗ－ｌｉｋｅ ｓｈａｐｅ）を有し、その端部の各々がハウジング壁の内面に取り付けられる。

【0040】

さらに別の実施形態によれば、中間部分の管状のハウジング壁は、支持部材および弾性部材が配置される位置に開口を備える（例えば、図３参照）。

【0041】

本発明はまた、上記で定義された複数のチューブグリッドセル２を備えるグリッドアセンブリ４に関する。複数のチューブグリッドセルは、有利には、三角形アレイ（図４参照）にまたは正方格子（図５参照）に配置される。

【0042】

さらに、本発明は、燃料棒６のバンドルをしっかりと保持するように配置された少なくとも２つのグリッドアセンブリ４を備える燃料バンドルアセンブリ８に関する。４つのグリッドアセンブリを備える例示的な燃料バンドル８が図６に概略的に示されている。

【0043】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。さまざまな代替形態、修正形態、および均等物が使用され得る。したがって、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】