JPH0798394A

JPH0798394A - 核燃料集合体構造

Info

Publication number: JPH0798394A
Application number: JP5344041A
Authority: JP
Inventors: John F Patterson; エフパターソンジヨン; George C Cooke; シークークジヨージ; Jack Yates; イエテスジヤツク; A Bjornard Trond; エイブジヨルナルドトロンド
Original assignee: Siemens Nuclear Power Corp
Current assignee: Framatome ANP Richland Inc
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-04-11
Also published as: FI935696A0; EP0605816A2; US5491733A; JP2003075573A; EP0605816A3

Abstract

(57)【要約】【目的】短縮形燃料棒の上方に設けることができ、燃
料棒に関する限界熱流束性能を改善する冷却材導管を提
供する。【構成】燃料集合体が短縮形燃料棒１２とこの棒の軸
線方向上方に配置された冷却材導管２４とを備え、この
導管は、燃料棒を囲み気体及び液体の二相混合物から成
る流体が囲い込まれた流路へ入るのを許す少なくとも一
つの入口孔３８と、この孔の上方に設けられた少なくと
も一つの出口孔４０とを有し、また流体中に存在する気
体の少なくとも一部を流体中に存在する液体から分離す
るために出口孔の上流で燃料棒及び導管のうちの一つに
取り付けられた分離装置を有する。また水力抵抗片、反
射上端キャップおよび冷却材偏向構造が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般に原子炉で用い
るための核燃料集合体の構造に関する。特にこの発明
は、軽水炉とりわけ沸騰水型原子炉又は加圧水型原子炉
で用いるための燃料棒又は冷却材導管に関する。冷却材
導管は短縮形燃料棒又は水棒又は水／燃料棒と共に又は
単に単独で利用することができる。それに加えてこの発
明は、隣接するサブチャネルからの及びサブチャネル間
の直交流を制限するための短縮形燃料棒の上のサブチャ
ネルに置かれた水力抵抗片に関する。それに加えてこの
発明は、少なくとも液体の一部と二相流の蒸気部分を分
離するための上端キャップを備えた短縮形燃料棒に関す
る。更にこの発明は、短縮形燃料棒の上のサブチャネル
内の水力抵抗を上昇させるための核燃料集合体の燃料棒
スペーサ内に置かれた冷却材偏向構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉中での核分裂により大量の熱及び
エネルギーが発生することが知られている。エネルギー
は細長い核燃料棒中で熱として発散する。一般に核燃料
集合体は核燃料集合体を形成するように群にまとめられ
た複数の核燃料棒を備える。この種の燃料集合体は上側
タイプレートと下側タイプレートとの間に支えられた複
数の細長い棒を備える。

【０００３】沸騰水型原子炉用燃料の設計では燃料集合
体内に短縮形燃料棒を含むことが知られている。即ち束
の中の燃料棒の幾つかは炉心中の或る中間高さで上部を
切断されている。これによりこの高さの上方には充填さ
れていない冷却材チャネルが残る。上部を切断された燃
料棒を設けることにより幾つかの重要な利益が得られ
る。例えば炉心の頂部に比べて炉心の底部で燃料の量が
増すことにより中性子経済上の利点が得られる。それに
より燃料サイクルコストの改善、運転停止余裕の増加、
圧力損の低減（基本的には流れ面積の増加のゆえである
が、しかし濡れ面の減少も圧力損を低減する）及び炉心
安定性の増加と共に、水対燃料比の軸線方向の一層の均
一性が達成される。なぜならば圧力損の低下は二相圧力
損が最も重要である束の頂部で起こるからである。

【０００４】短縮形燃料棒は、束の頂部での低減された
質量流束のゆえに限界熱流束が小さいという利益をもた
らすことができる。この利益は一般には得られない。そ
の重要な要因は、短縮形燃料棒の単なる上部切断が束の
中のその他のサブチャネルより少ない出力密度を有する
大きい開放されたサブチャネルを生じることであると考
えられる。このことはサブチャネルのエンタルピー上昇
の著しい不均一性を招く。

【０００５】ほかの正規のサブチャネル中の流れが、短
縮形燃料棒の上端部の上方で起こる束流れ面積の増加だ
けから期待されるものよりもより大きい要因により低減
されると効果的である。圧力損の増加を或る程度犠牲に
してこの問題を補償すべく、混合装置及び流れ剥離器が
利用されてきた。

【０００６】多数の短縮形燃料棒構造が以下に述べる従
来技術において実現されている。

【０００７】アメリカ合衆国特許第4664882 号明細書に
は、沸騰水型原子炉のための区分された燃料兼減速材棒
及び燃料集合体が記載されている。区分された棒は下側
の燃料領域と、沸騰水型原子炉炉心の通常減速不足とな
る上側部分を貫いて冷却材を通すための上側の減速材領
域とを有する。区分された棒は燃料束中の一つ以上の通
常の燃料棒と入れ代わる。

【０００８】アメリカ合衆国特許第2998367 号明細書に
は、軽水中に浸漬された短い燃料棒、中間長さの棒及び
炉心の全高さに延びる棒を備える炉心が記載されてい
る。

【０００９】アメリカ合衆国特許第4789520 号明細書に
は、燃料集合体内の圧力損を低減するために、別の燃料
棒に比べて短い燃料有効長部分をそれぞれ有する６本の
燃料棒を含む燃料集合体が一実施例として記載されてい
る。

【００１０】アメリカ合衆国特許第4957698 号明細書に
は、燃料集合体の上側領域中へボイドの比較的少ない冷
却水を優先的に振り向ける燃料設計が記載されている。
これにより比較的多くの燃料を燃料集合体の下部に置く
ことができる。この装置は集合体の上部で中性子の減速
を許すが、他方では下部に比較的多量の燃料を保持する
ように設計されている。下部で用いることができる比較
的多数の燃料棒は集合体中の線出力（出力ピーキング）
を低減する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、短
縮形燃料棒の上方に有利に設けることができ、この種の
装置を用いることにより得られる利益例えば改良された
燃料利用、安定性及び運転停止余裕の著しい低下なし
に、典型的な短縮形燃料棒に関する限界熱流束性能を改
善する冷却材導管構造を提供することにある。この発明
は、これらの棒に隣接するサブチャネルのために束の頂
部におけるサブチャネル出力に対して、サブチャネルの
流体抵抗の一層良好な適合を提供することにより、限界
熱流束性能を改善することを課題とする。束の頂部にお
ける活動流路エンタルピーすなわちボイド率の減少は、
この発明に基づく構造により達成されなければならな
い。この発明に基づく冷却材導管は短縮形燃料棒の上方
で用いることに制限されず、また冷却材導管は水棒又は
水／燃料棒の上方に又は単独で用いることができるよう
にしなければならない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題の解決のために
この発明は、沸騰水型原子炉燃料集合体の短縮形燃料棒
の上方に設けられ機械的にこれと結合された中空管を備
える導管構造を提供する。導管構造は囲い込まれた流路
を画成する少なくとも一つの壁部材を有する延長管を備
えることができ、延長管は短縮形燃料棒の軸線方向上方
に置かれるように短縮形燃料棒の一部に結合され、棒を
囲み当初は蒸気及び液体の二相混合物から成る流体の一
部が囲い込まれた流路に入るのを許す少なくとも一つの
入口孔と、この入口孔の上方に設けられた少なくとも一
つの出口孔とを備える。延長管は更に流体中に存在する
蒸気の少なくとも一部を流体中に存在する液体から分離
する装置を備えることができる。この構造は蒸気が燃料
集合体の上側活動部分を迂回することを許す。

【００１３】この分離の遂行のために、装置は蒸気が入
るのを許しながら液体の水を入口孔からそらせるか、又
は蒸気流が導管内部で上へ向かって流れ続けるのを許し
ながら水が導管の外へ向かうように強制することができ
る。

【００１４】一実施態様では、導管は移行部分と上側部
分とを備え、上側部分は下方の燃料棒の外周より大きい
外周を有する。入口孔は上側部分又は移行部分又は両者
に設けることができる。上側部分は断面が円形である必
要はないが、望ましくは円形であり下方の燃料棒より直
径が大きい。

【００１５】一つの形状では、導管が内部にドリル加工
された孔を有する円管であり、移行片は下側の短縮形燃
料棒と上側の延長管との機械的結合部を提供するにすぎ
ない。この装置は液体から蒸気を分離するための或る種
の性能を有する。なぜならば比較的大きい慣性のために
入口孔の方へ上向きに流れる液滴は蒸気ほど容易には孔
の中へ回り込まないからである。特に少量の流れだけが
延長管中へ取り込まれるときの欠点は、棒の表面上に存
在する液膜が比較的容易に孔の中へ引き込まれ、分離性
能が望まれるより低下することである。

【００１６】一実施態様では、蒸気から液体を分離する
装置が入口孔に並べて囲い込み領域の外側の壁の外側部
分に設けられる。分離装置は液体を入口孔からそらせ、
入口孔へ入る流体が比較的大きいパーセンテージの蒸気
から成るようにする。例えば装置は孔の上流でこれに隣
接して外壁から延びるＶ字形の部材から成ることができ
る。

【００１７】この発明による装置の燃料束中への組み込
みは、Ｖ字形部材又は液膜及び滴を入口孔からそらせる
ための別の装置の半径方向の大きさに寸法制限を課す
る。例えば束の組み立ては一般に下側タイプレート、タ
イロッド及びすべてのスペーサから成る骨格から始ま
る。そしてこの発明に基づく構造を含む残りの棒がスペ
ーサの孔を貫いて挿入される。この発明に基づく装置を
入れるこれらのセルのための孔の幅は上側管の外径より
僅かに大きいにすぎない。従って孔から液体をそらせる
装置の半径方向の大きさは、上側スペーサ中の孔の正方
形の包絡面以内に入るように制限される。一たびスペー
サを貫いて挿入されると、この発明による装置は取り囲
むサブチャネルに関して入口孔の最適な整列のために回
転を要求されるかもしれない。

【００１８】一実施態様は、中空な移行片（その底を除
いて中空である）中へ入口孔を設けることにより突出す
る部材の半径方向の大きさについての一層の融通性を得
ることができ、移行片が（突出する部材を含めないで）
上側の管の直径より小さい局部的な直径を有することを
示す。

【００１９】典型的な一実施態様は十分な分離性能を達
成する異なる装置を示す。液体偏向構造が入口孔の群の
上流（すなわち下方）に設けられ、この群のすべての孔
から液体をそらせるように働く。簡単にするには入口孔
が導管に設けられ移行接続片が偏向構造として働く。こ
の液体偏向装置は移行接続片の最小部分からの一つ以上
の突出部を備える。一般に接続具が上側管の直径まで広
がるので、頂部に少なくとも一つの突出部が存在する。
有効であるために突出部はその表面に合理的に鋭い方向
変化個所を有しなければならず、それにより突出部の面
に沿って半径方向外向きに流れる液膜が表面を離れ移行
接続片から半径方向に離れるように移動し続ける。

【００２０】液体及び蒸気の分離を促進する複数の形状
的特徴を備える二重突出移行接続片を利用することがで
きる。その形状的特徴は下記のとおりである。

【００２１】（１）下端部から移行接続片に沿って軸線
方向上向きに移動する直径の滑らかかつ緩やかな減少。
直径が減少しそして次に続く突出面が軸線方向から半径
方向へ全体的な流れの比較的大きい偏向を与える。直径
減少がゆっくりであるので、液膜は第１の突出部の上流
の表面に付着したままである。

【００２２】（２）液体の流れ方向が大きい半径方向成
分を有するように変化するとき、液膜が滑らかな湾曲し
た円弧形通路に追従するように第１の突出部が形作られ
ている。

【００２３】（３）第１の突出部は鋭い方向変化個所で
終わり小さい軸線方向大きさしか有しない（すなわち移
行片直径が再び減少する）。この直径の第２の減少が意
図的に行われ、それにより滑らかな接線方向に分離膜と
合流して再循環する蒸気を供給することにより、分離膜
の背後の再循環流が半径方向分離を促進するように働
く。膜は液滴及び蒸気の主な軸線方向流れと衝突する液
体の連続的な層として分離される。この衝突は一般に下
流の入口孔から半径方向にそれて液体を移動させるよう
に、軸線方向へ流れていた液滴へ外向きの半径方向運動
量を与える。

【００２４】（４）第２の突出は移行接続片が上側管の
直径を持つために外向きに張り出すときに起こる。

【００２５】この実施態様では、第１の突出部が移行接
続片の小さい直径部分の周囲に設けられたリング形のテ
ーパ付き円板の形をとる。別の解決法は、任意の一つの
位置で完全な３６０°の広がりを有するのではなく軸線
方向にずらした部分的な又は分割されたリングを用いる
ことである。この解決法は、層が滴に分裂し始めるとき
に蒸気が層を貫通しなければならないのとは対照的に、
液膜層の端を回る流れにより蒸気が入口孔へ向かって一
層容易に通過するのを許すことができる。

【００２６】入口孔に先立って蒸気から液体を分離する
別の解決法は、軸方向成分に加えて流れに周方向の又は
循環する成分を与えるために巻き付いた翼を用いること
である。液体は遠心力に応じて外向きに移動する傾向が
蒸気より強いので、流れに渦を巻く又はねじれる成分を
加えることは蒸気から液体を分離するための通常の方法
である。

【００２７】別の実施態様では、分離装置が導管の囲い
込まれた領域内に設けられる。例えば分離装置は二相混
合物へ遠心力を与える装置から成ることができる。所望
ならば液体から蒸気の一層完全な分離を達成するため
に、一方は導管の囲い込まれた領域内に設けられ他方は
導管の外壁部分上に設けられた少なくとも二つの分離装
置を用いることができる。

【００２８】それに加えてこの発明は、短縮形燃料棒及
び所定量の水力抵抗を持った水力抵抗片を備えた軽水炉
用燃料集合体構造を提供する。この抵抗片は短縮形燃料
棒の一端に接続され、外壁を画成する細長い連続体及び
短縮形燃料棒の横断面より実質的に少ない横断面を持
ち、この連続体は短縮形燃料棒の上に軸方向に配置され
る。

【００２９】またこの発明は、短縮形燃料棒部分と、二
相流の少なくとも一部の液体と蒸気を分離するための反
射上端キャップを備えた軽水炉用燃料棒を提供する。反
射上端キャップは短縮形燃料棒の上に軸方向に、短縮形
燃料棒の下流端と接触して配置される。反射上端キャッ
プは下方に向かって先細りになり、その後第二の直径に
向かって張り出し、その全周の回りの線の鋭い方向変化
個所で終わる直径を持った部分から成り、先細りと張り
出しは短縮形燃料棒の下流端から、半径方向内向きに、
次に外向きにそれに沿って流体が流れるようにするため
平滑な流路を作る。

【００３０】この発明の別の実施態様によれば、複数の
ほぼ平行な細長い燃料棒を持った原子炉燃料集合体のた
めに、冷却材偏向構造が提供される。冷却材偏向構造は
軸部分と張り出した偏向構造部分から成る。張り出した
偏向構造部分は、平滑で連続したトランペット形の外表
面を持つように、軸部分と一体的に形成される。冷却材
偏向構造は二相冷却材流の少なくとも一部の液体冷却材
を隣接する燃料棒に偏向するために原子炉燃料集合体に
取り付けられる。

【００３１】好ましい実施態様では、冷却材偏向構造は
冷却材偏向構造を燃料棒用スペーサに取り付けるための
装置を含む。取り付け装置は好ましくは偏向管を含み、
軸部分は偏向管に配置され、偏向管は更に冷却材偏向構
造に沿って二相冷却材流を導くためのものである。

【００３２】この実施態様によれば、原子炉用燃料集合
体は複数の細長い燃料棒と、これらの燃料棒を一定間隔
にほぼ平行に支持する装置を含み、支持装置はスペー
サ、冷却材偏向構造、及び冷却材偏向構造をスペーサに
取り付ける装置とを含む。冷却材偏向構造は細長い軸部
分と、平滑で連続したトランペット形の外表面を持つよ
うに軸部分と一体的に形成される張り出した偏向構造部
分を有する。偏向構造部分は鋭い方向変化個所の端部分
で終了する。冷却材偏向構造は二相冷却材流の少なくと
も一部の液体冷却材を隣接する燃料棒に偏向するための
ものである。

【００３３】好ましい実施態様では、核燃料集合体は冷
却材偏向構造の軸部分を取り付けるため、及び冷却材偏
向構造に沿って二相液体冷却材流を導くための偏向管を
含む取り付け装置を持つ。偏向管はスペーサに取り付け
られる。

【００３４】この発明による核燃料集合体の一つの配置
では、燃料集合体は短縮形燃料棒を含み、冷却材偏向構
造は短縮形燃料棒の下流に置かれる。

【００３５】この発明による核燃料集合体の別の配置で
は、冷却材偏向構造は隣接する燃料棒の間に配置され
る。

【００３６】

【実施例】次にこの発明に基づく複数の実施例を示す図
面により、この発明を詳細に説明する。

【００３７】この発明は、束の中に単独で、又は下側水
棒と共に、又は水及び燃料要素の複合棒と共に、又は短
縮形燃料棒と共に用いられる冷却材導管構造を提供す
る。

【００３８】最後の場合には、この装置は短縮形燃料棒
の利点を維持しながら限界熱流束性能を改善するために
特に有利である。従って冷却材導管は短縮形燃料棒の上
方に設けられる。導管は、その底部に一つ以上の入口孔
とその頂部に一つ以上の出口孔とを有する中空管延長部
を備えることができる。従って二相混合物である原子炉
冷却材の一部が中空管延長部の内側を通る。冷却材導管
付き燃料棒の構造のゆえに、管を囲む二相冷却材の蒸気
と液体の少なくとも部分的な分離が中空管延長部により
達成される。これにより比較的高い蒸気含有量を含む冷
却材が燃料集合体の上側の活動部分を迂回することがで
きる。

【００３９】この発明に基づく構造は、冷却材導管の外
側にかつこれに隣接して導管の無い短縮形燃料棒の場合
におけるよりもずっと小さい活動的な流れサブチャネル
を提供することにより、エンタルピー上昇不均衡分布問
題を軽減する。短縮形棒により起こる圧力損減少の重要
な部分を維持するために、冷却材導管は導管の内部に絶
縁された無活動の流路を提供する。冷却材導管は短縮形
燃料棒による圧力損低減の重要な部分を達成する。なぜ
ならば導管は短縮形燃料棒により得られる流れ面積増加
の大部分を提供するからである。

【００４０】冷却材導管は蒸気抽出装置として働くこと
ができる。特に冷却材導管の入口領域の形状を水からの
蒸気の重要な分離を達成するように形成することができ
る。それにより増加した蒸気含有量を含む冷却材が中空
導管内を流れ、他方では増加した液体の水含有量を含む
残りの冷却材が活動する流れチャネルを上昇し続ける。
増加した液体の水含有量を含む冷却材が一般に核燃料棒
の一層良好な冷却を可能にし、従って限界熱流束性能の
改善を可能にする。

【００４１】短縮形棒単独で又はこの発明に基づく冷却
材導管付きで、完全長形燃料棒を用いるのに比べて圧力
損の改善がこの種の棒の数及び棒の燃料部分の長さによ
り制御可能である。数又は長さのいずれを調節すべきか
についての取捨選択は有利な中性子的性能を生み出すよ
うに行われる。この発明に基づく冷却材導管は、冷却材
導管に流入する流量を調節するために冷却材導管内に流
れ孔を用いることにより圧力損の微調整を考慮する。

【００４２】図１及び図２には、この発明に基づく冷却
材導管及び短縮形燃料棒の組み合わせ体１０の一実施例
が示されている。図示のように棒の被覆１６の内部に設
けられた燃料部分１４を含む短縮形燃料棒１２が設けら
れている。短縮形燃料棒１２の上端部は絶縁体円板１８
を備えており、この円板はＡｌ₂ Ｏ₃ から作ると有利で
ある。

【００４３】また短縮形燃料棒１２は、この棒の端部２
２により収容されそこから延びる接続部材２０を備え
る。接続部材２０により延長管２４を有する冷却材導管
２３を短縮形燃料棒１２に結合し、燃料棒に対し軸線方
向に置くことができる。図示の有利な実施例では、水平
なピン２５が妥当な回転方向整列のために設けられてい
る。

【００４４】導管２３は図１に示された上側スペーサ２
２の付近まで、又は上側スペーサの上方の或る点まで
（図８参照）垂直に延びる。導管は上側タイプレート
（図示されていない）までの全道程を延びることがで
き、この場合には上側端部キャップ４１及び位置決めピ
ン４２のような上側端部を固定する装置が設けられる
（図８参照）。接続部材２０は小部品の集合体とするこ
とができる。機能についてはとりわけ接続部材２０は下
方の短縮形燃料棒１２のための上側端部キャップとして
働き、また短縮形燃料棒１２と冷却材導管２３との間の
機械的接続部として働くことができる。

【００４５】延長管２４は冷却材流路を形成する中空の
内部２６を備える。導管２３は一体に成形されるか又は
一体に結合された移行部分２８及び上側部分３０をも備
える。上側部分３０は短縮形燃料棒１２の外周より大き
い外周又は外径を有する。上側部分３０及び管２４の外
周は短縮形燃料棒１２の外周より大きいので、活動する
流れチャネルの間で比較的均一な半径方向エンタルピー
分布が達成される。

【００４６】移行部分２８はほぼ一定の外周を有する下
側部分３２を備え、またその上方のテーパ部分３４を備
える。テーパ部分３４及び下側部分３２は一体に形成さ
れるか又は一体に取り付けられている。下側部分３２は
短縮形燃料棒１２の外周にほぼ等しい外周を有する。移
行部分２８の外周はテーパ部分３４中で上側部分３０が
始まる個所まで増加する。移行部分２８の端部に、液体
膜を冷却材導管付き燃料棒１０の外側表面から剥離する
のを助けるように働く鋭い方向変化個所３６を設けるの
が有利である。

【００４７】図２に示すように、導管２３は移行部分２
８中に複数の入口孔３８を備えることができる。入口孔
３８は流体が延長管２４の内部２６へ入るのを許す。有
利な実施例では四つの入口孔３８が設けられている。一
つの入口孔３８が冷却材導管付き燃料棒１０を囲む四つ
のサブチャネルのそれぞれと整列している。

【００４８】延長管２４の上側部分には出口孔４０（図
１参照）が設けられている。これらの出口孔は図８に示
すように管周囲を囲む孔の群とすることができる。出口
孔４０を経て流体は延長管２４により画成された囲い込
み領域２６から出る。

【００４９】延長管２４の基本部分は円形又は正方形又
は開放された内部を形成する別の形とすることができ
る。延長管表面は、スペーサ２２、２５との機械的な連
結及び上側部分３０又はもし存在すれば上側端部キャッ
プ４１との係合を容易にするために、或る高さに局部的
な凹み４５を有することができる。

【００５０】この発明に基づく装置は、導管２３の内部
で原子炉冷却材の上向き流れを可能にするために、延長
管２４又は移行部分２８に入口孔３８を有しまた出口孔
４０を有する。導管の内部２６へ流れを導入するか又は
そこから流れを排出するために、導管の長さにわたり補
助孔を設けることができる。孔は単に図１に示された延
長管２４の頂部４８におけるような導管の開放端とする
こともできる。

【００５１】下側の短縮形燃料棒１２と上側の管２４と
の機械的接続はこの発明の望ましい構成であるがしかし
必須の構成ではない。結合部が存在しないときは、中空
管２４が短縮形棒１２の上方に置かれ、底で管の内部の
領域中へ流れを導入しまた頂で流れを排出するための装
置を有する。この発明に基づく装置が短縮形棒に接続さ
れるときも又はされないときも、スペーサは横方向の拘
束を確実にする。下方で短縮形棒に接続されていないと
きは、この発明に基づく装置の垂直方向の拘束はスペー
サ又は上側タイプレートにより提供される。例えば固定
耳を管の外面上に付け加えるか、又はもし管が４５°回
転させられるとしかるべき位置に固定され再び回転しな
ければ垂直に移動できないように、管を一つ以上のスペ
ーサ高さにおいて局部的に凹ますことができる。簡単な
形では中空管は短縮形燃料棒の軸線方向上方に置かれ、
さもなければ大きい開放されたサブチャネルとなる領域
中に流体抵抗を加えるために働く。流体抵抗の追加はサ
ブチャネルの流れを減らし、それにより従来技術（すな
わち短縮形燃料棒を含む燃料束）のエンタルピー上昇不
均衡分布問題を修正する装置を提供する。この発明に基
づく簡単な中空管形式によれば、管の上端部又は下端部
（又は両端部）は管に流入する液体の水及び蒸気の流量
についての制御を行うような方法で変形できる。移行片
及び管の側面の孔は有っても無くてもよい。

【００５２】図２に示された実施例では液体偏向構造５
０が設けられている。図２では液体偏向構造５０が入口
孔３８に並置されて移行部分２８から外向きに延びる。
図示の実施例では液体偏向構造５０はＶ字形の囲いを有
する。もちろん別の形及び構造を液体偏向を引き起こす
ために用いることができる。

【００５３】液体偏向構造５０は図示のように、表面に
近い二相混合物中の滴のような液体並びに表面上の液膜
が入口孔３８からそらされ、他方では蒸気５４が入口孔
３８に入るのを許すように構成及び配置されている。液
体偏向構造５０は短縮形棒１２の表面を上方に流れる液
膜を入口孔３８の下方で迂回させかつ孔から離れるよう
にそらせる。液体偏向構造５０はまた、冷却材導管付き
燃料棒１０の表面近くで入口孔へ向かって進む蒸気及び
液体滴の流れのための障害物を提供する。この障害物は
滴よりも蒸気の方が一層容易に乗り越えられる。このこ
とは延長管２４の内部２６へ流れ込む流体の蒸気質量率
を最大にする。蒸気を延長管２４へ流入させそれゆえ延
長管２４の出口孔４０又は４８で流出させることによ
り、所望の減速及び束圧力損を達成するために延長管２
４の内部に十分な流れを維持しながら、放射性燃料棒の
冷却に利用できる液体を最大にすることができる。

【００５４】液体偏向構造５０は延長管２４の入口孔３
８で液体からの少なくとも或る程度の蒸気分離を提供す
る。これにより短縮形燃料棒１２の燃料部分の直後で二
つの相の分離を達成することができる。

【００５５】移行部分２８に関する延長管２４の上側部
分３０の直径又は寸法の増加もまた、束中への燃料装填
容量を困難にすることなく流れ入口孔３８のすぐ近くに
液体偏向構造５０又は別の突出部を置くことができるよ
うにすることにより、流れを分離する入口の設計を容易
にする。例えば図２に示すように液体偏向構造５０は延
長管２４の外周を越えて突出しない。従って冷却材導管
の装填は困難にならない。

【００５６】前記のようにこの発明によれば、棒の外面
上の液膜の剥離を助けるために、移行部分２８が上向き
に移動するにつれて増加する直径を有し鋭い方向変化個
所３６により終わるのが有利である。補助的な膜剥離装
置は、表面上の液流を最小にするために中空管２４の長
さにわたり備えることができる。管延長部２４は一番上
のスペーサで上部を切断するか、又は冷却材導管１０を
離れる流れの流体抵抗を最小にするために、最後のスペ
ーサの上方の多数の出口孔付き上側タイプレートまで続
けることができる（図８参照）。

【００５７】図３には、この発明に基づく冷却材導管付
き燃料棒１１０の別の実施例が示されている。この実施
例では入口孔１３８がこの発明に基づく装置の移行部分
１２８に設けられている。この実施例では孔１３８が移
行部分１２８のテーパ部分１３４の下方の下側部分１３
２に設けられている。図示のようにこの実施例では複数
の入口孔１３８が相前後して設けられている。各孔１３
８は孔に並べて設けられた液体偏向構造１５０を備え
る。ここでも構造１５０は孔１３８に入る液体を制限す
る。その他は、冷却材導管１１０は図１及び図２に示さ
れた実施例に類似している。

【００５８】もし必要な減速及び束圧力損を達成すべく
冷却材導管付き燃料棒内の十分な流れを達成するために
必要であれば、相前後して複数の入口孔１３８を設ける
ことによりこれらの孔は大きい合計入口流孔面積を提供
する。

【００５９】図４及び図５には、この発明に基づく冷却
材導管２１０の別の実施例が示されている。この実施例
では延長管２２４により画成され囲い込まれた内部２２
６中に、構造２２７が二相混合物中の蒸気から水滴を分
離するために設けられている。一たび分離されると、分
離された水の少なくとも一部を限界熱流束性能を高めな
がら隣接する燃料棒の表面へ移動させることができる。
この目的のために孔２４０が分離された水の隣接する燃
料棒への移動を促進すべく延長管２２４の長さに沿って
設けられている。

【００６０】蒸気から水を分離するための構造２２７
は、図５に示すように二相混合物へ遠心力を与えるため
の装置とすることができる。図５に示す実施例では装置
は延長管の壁に形成された案内羽根構造２２７を備え
る。

【００６１】図６及び図７には、冷却材導管付き燃料棒
３１０の別の実施例が示されている。この実施例では液
体から蒸気を分離するための構造３２７は、延長管３２
４により画成された内部３２６に設けられたねじられた
帯板である。図４と同様に、分離された水は隣接する燃
料棒への水の移動を促進する一つ以上の導孔を通って出
る。

【００６２】図４ないし図７に示す遠心力を与えるため
の内部装置に加えて、水滴の塊状化を引き起こす別の装
置及び表面を用いることができる。例えばスペーサを用
いることができる。方向又は輪郭の急激な変化を引き起
こす表面は重力、表面張力及びその他の自然力を介して
分離を促進することができる。

【００６３】図８及び図９には、冷却材導管の別の実施
例が示されている。この実施例では中央の外向きに張り
出した部分４１５を有する接続具／移行片４１４が設け
られている。短縮形燃料棒４１２は軸線方向にその上に
冷却材導管４１６を支持する。入口孔４２７が延長管４
１６の下端部に設けられている。接続具／移行片４１４
は液体の水と蒸気の分離を行う。液膜４６２は短縮形棒
４１２の表面を上向きに移動し、接続具／移行片４１４
の表面上に至る。一たび移行片４１４上に来ると、この
膜は移行片の直径部分４６４ａの減少により内向きの方
向４６４へもたらされ、そこで半径方向外向きの方向４
６５へ急激に方向転換させられる。表面輪郭の鋭い方向
変化個所４６６は膜を分離させ、液体の水の薄い層４６
８として半径方向外向きの方向へ流れ続けさせる。水の
液体層４６８とこれに接近する液滴４７０は互いに衝突
し、半径方向外向きの運動量が液滴４７０へ与えられ、
それにより分離装置の下流で液体４８１が半径方向外向
きに移動し、他方では蒸気４８２は入口孔４２７の方向
へ内向きに移動する。移行片４１４の外向きに張り出し
た部分４１５の上方の部分４７４では直径が再び減少す
るので、液体の分離された層４６８の後ろに自然に生じ
る渦流４７６が、膜分離点すなわち方向変化個所４６６
で比較的垂直な方法ではなくむしろ比較的平行な方法で
分離された層４６８と交差する。移行片４１４の第２の
外向きに張り出した部分４７８はすべての残りの液体に
対し処理を繰り返す。もし最初の外向きに張り出した部
分４１５が存在しないならば、第２の外向きに張り出し
た部分４７８が液体を外向きに入口孔４２７からそらせ
る主な装置となる。

【００６４】移行片４１４の底での最初の直径減少部分
４６４ａは滑らかにされているので、液膜が意図した分
離個所すなわち方向変化個所４６６に到達するまで、液
膜は表面に付着したままである。張り出し部分に先立っ
て直径が減少するので、張り出し部分は主な流れに対し
て比較的大きい正面面積を与え、それゆえに流れと比較
的大きい相互作用を有する。意図した分離個所４６６の
上流で鋭い凹状の隅の中に捕らえることにより流れる膜
を妨げないように、外向きに張り出した表面はまっすぐ
ではなくむしろ丸められた又は湾曲した円錐面又はテー
パ面とされる。図９に示すように移行片は導管の下方の
垂直軸線を中心とする回転面である。これは製造が容易
であるが、丸い部分以外の部分、例えば方形の部分もお
そらく満足な方法で働くであろう。また張り出し部分を
相互に軸線方向に移動した複数の断片に分割することも
できる。

【００６５】図８及び図９に示す実施例では、液体の水
と蒸気とを分離する機能を果たす接続具／移行片４１４
は短縮形燃料棒４１２の一方の端に取り付けられ、他方
の端で冷却材導管４１６に接続される。短縮形燃料棒と
冷却材導管との間の機械的接続装置として機能すること
のほかに、接続具／移行片は短縮形燃料棒の上端キャッ
プとしても作用することができる。

【００６６】この発明の更に別の実施例では、反射上端
キャップ２２０１は、図２２に示すように、短縮形燃料
棒に接続される。反射上端キャップは接続具／移行片及
び／もしくは冷却材導管のいずれをも使用せずに短縮形
燃料棒に接続されている。反射上端キャップは鋭い方向
変化個所で切り捨てられる張り出し部分を有する。冷却
材／減速材は燃料集合体を通り、短縮形燃料棒に沿って
流れるので、液膜は短縮形燃料棒の表面に形成される。
液膜は短縮形燃料棒の上に向かって、反射上端キャップ
の上まで移動し、その後周囲の燃料棒に向けられる。軽
水炉の場合、二相流の中で上向きに流れる液滴は、周囲
の燃料棒に向かって移動するにつれて、連続する液膜層
と衝突し、半径方向外向きの運動量が付与され、液膜層
と共に周囲の燃料棒に衝突する。反射上端キャップはこ
うして周囲の燃料棒の表面上もしくは表面近くの液体冷
却材／減速材の量を増加させる一方、蒸気は短縮形燃料
棒の最上部の上の大きな開口サブチャネルに流れる。

【００６７】図２２に示す反射上端キャップ２２０１
は、図９に示した鋭い方向変化個所４６６の上流から短
縮形燃料棒４１２にかけての接続具／移行片４１４の部
分に該当する。図２２は反射上端キャップ２２０１を示
し、図９と図２２の各々対応する部材は同じ符号を付さ
れている。反射上端キャップ２２０１は短縮形燃料棒４
１２に接続され、この実施例では冷却材導管が付いてい
ない。

【００６８】図２２に示すように、単一の張り出し部分
４１５は鋭い方向変化個所４６６の所で切り捨てられ、
液膜４６２は短縮形燃料棒４１２の表面を上に向かっ
て、反射上端キャップ２２０１の表面上まで移動する。
一度反射上端キャップの上に達すると、液膜４６２は直
径４６４ａの減少により半径方向内向きの方向４６４に
向けられ、それから急激に外向きの方向４６５に方向転
換させられる。表面輪郭の鋭い方向変化個所４６６は液
膜４６２を反射上端キャップ２２０１から分離させ、液
体の水の薄い層４６８として周囲のサブチャネルと燃料
棒に向かって半径方向外向きの方向に流れ続けさせる。
水の液体層４６８とこれに接近する液滴４７０は互いに
流れの中で衝突し、半径方向外向きの運動量が液滴４７
０へ与えられ、反射上端キャップ２２０１の下流で、液
体４８１が周囲の燃料棒２２２０及び周囲のサブチャネ
ルに向かって半径方向外向きに移動し、一方で蒸気４８
２が反射上端キャップの上の大きな開口サブチャネルに
集まる。水滴との衝突後、層４６８はもはや連続層とし
て存在せず壊れ始め、それによって蒸気が層の裂け目を
通り反射上端キャップの上の大きな開口サブチャネルに
向かうことができるようになる。

【００６９】渦流２２１０が層４６８の後ろに形成さ
れ、鋭い方向変化個所４６６で平行するように層４６８
と交差する。周囲の燃料棒２２２０の上への液体の動き
及び棒のまわりの液体の動き、及び短縮形燃料棒の上の
大きな開口サブチャネルへの蒸気の集中及び周囲の燃料
棒の表面から遠ざかる蒸気の集中は、結果として周囲の
燃料棒の表面の上及び近くの流れにエンタルピーの減少
を引き起こす。

【００７０】反射上端キャップを持った短縮形燃料棒の
燃料集合体への挿入及び／もしくは集合体からの除去を
容易にするため、また燃料集合体の組立を容易にするた
め、反射上端キャップの外側の最大直径はそれに接続さ
れる短縮形燃料棒の最大直径を越えないことが望まし
い。前述したように、短縮形燃料棒４１２の表面を上向
きに流れる液膜４６２が薄い連続層としてキャップの表
面から分離するために、反射上端キャップは鋭い方向変
化個所４６６で終わる外向きに張り出した部分４１５を
持っている。液膜４６２を薄い連続層としてキャップの
表面から分離させると共に、燃料集合体への燃料棒の装
入を容易にするため、反射上端キャップの形状は、外向
きに張り出した部分４１５の上流での直径減少部分４６
４ａ及び鋭い方向変化個所４６６を含む。

【００７１】実際上の問題として図１ないし図３、図８
及び図９に示された実施例に関して、冷却材導管入口孔
での水からの蒸気の分離は１００％未満である。すなわ
ち１００％の蒸気が冷却材導管の内部へ流れ込むことは
ない。それゆえにもし望ましいならば、図１ないし図
３、図８、図９に示した構成と図４ないし図７に示した
構成とを結合することができる。従って液体偏向装置は
延長管の外壁上に置かれているが、図４ないし図７に示
した実施例で述べたように、補助的な流れ分離装置を冷
却材導管内に設けることもできる。

【００７２】接続具／移行片の別の実施例が図１０ない
し図１５に示されている。これらの実施例は冷却材導管
の下部に取り付けるために単独で用いるか、又は短縮形
燃料棒１２へ冷却材導管４１６を取り付けるために図８
に示したように用いることができる。すべてのこれらの
実施例は水棒又は水／燃料棒などへ冷却材導管４１６を
取り付けるために用いることができる。

【００７３】図１０は、ほぼ中実の接続移行部分５０６
の軸線方向上方に取り付けられた中空の多孔管部分５０
４を有する移行／接続具５００を示す。中空管部分５０
４は冷却材導管４１６内にはめ込まれた頂のソケット部
分５１０を備えることができる。ソケット部分５１０は
頂開放端部５１２を有する。接続部分５０６はその下方
の棒に対する機械的な挿入及び接続のための底のソケッ
ト部分５１６を有する。移行部分５０６は上向き方向へ
のテーパ５２０を有し、細長い首部分５２２は中空管部
分５０４との交差部に鋭い方向変化個所５２６を備えた
鋭い拡張部５２４で終わる。移行部分５０６は図９に示
された移行部分４１４の下半部と同様に働く。

【００７４】図１０は内部に通じる複数の孔５３０を有
する中空管部分５０４を示す。孔５３０は単に円筒管壁
の周囲を囲む孔とすることができる。孔５３０は円筒形
の突出枠５３４又は斜めに切られた突出枠５３６を有す
ることができる。これらの突出枠５３４、５３６又はこ
れらの枠の変形例を所望であれば他の実施例に適用する
ことができる。

【００７５】図１１に示された移行／接続具６００は、
螺旋形のフィン６０２が接続部分６０４の周囲に取り付
けて巻かれていることを除いて、図１０に示された移行
／接続具５００とほぼ同じである。接続部分６０４は第
１のテーパ６０８、首部分６１０、及び接続部分６０４
とその上方の中空の多孔付き管部分６２０との間の交差
部で、鋭い方向変化個所６１４となって終わる鋭い拡張
部６１２を備える。移行／接続具６００は図１０のソケ
ット５１０に似た開放頂部ソケット６２２を備える。底
のソケット部分６２６は下方の棒に接続するために設け
ることができる。

【００７６】移行／接続具の別の実施例が図１２に移行
／接続具７００として示されている。この実施例は図１
０及び図１１と似ており、その上端部に開放された頂部
ソケット７０４をまたその下端部に機械的な接続ソケッ
ト７０６を備える。移行／接続具７００はほぼ中空であ
る。螺旋形の隆起部７０８は移行／接続具７００の細長
い首部７１０の周りに形成されるか又は巻き付けられて
いる。孔７１２が螺旋形の隆起部７０８に沿って配置さ
れている。細長い首部分７１０は上側端部では鋭い拡張
部７２０となって終わり、下側端部ではテーパ７２２と
なって終わる。孔７１２は中空の首部分７１０の中へ連
通し、そこで蒸気は、細長い首部分７１０を経て上方へ
そして開放された頂部ソケット７０４から出てその上に
配置された冷却材導管４１６（図示されていない）の中
へ運び込むことができる。

【００７７】移行／接続具８００の別の実施例が図１３
に示されている。この実施例ではほぼ中空の首部分８０
２は、その上方の冷却材導管４１６（図示されていな
い）中へはめ込むための開放された頂部ソケット部分８
０４を有する。底のソケット８０６は下方の棒との機械
的な相互接続のために設けられている。鋭い拡張部８０
８及び中空の首部分８０２への鋭い方向変化個所８１０
がソケット８０６に隣接している。この実施例では正方
形として示された複数の孔８１６が設けられている。各
孔８１６の上方には、細長い首部分８０２の表面へ向か
って上向きの方向へ細くなる錐形の凹所８２０が存在す
る。

【００７８】移行／接続具９００の別の実施例が図１４
に示されている。この実施例では、上方に開放頂部を備
える頂部ソケット９０４を有する多孔付き中空管部分９
０２が、テーパ付き首部分９１０から突出して配置され
た複数の螺旋形翼９０８を有する接続部分９０６の軸線
方向上方に取り付けられている。テーパ付き首部分９１
０はその底から中央領域へ次第に細くなり、そしてその
後中空管部分９０２まで次第に太くなる。取り付けソケ
ット９１４が首部分９１０の下方に設けられている。中
空管部分９０２は、その内側で上向きにそして頂部ソケ
ット９０４から出てその上に取り付けられた冷却材導管
４１６（図示されていない）の中へ進むために、蒸気の
流入用孔９２０を備える。

【００７９】接続部分９５０の別の実施例が図１５に示
されている。この実施例では図９に示す接続具４１４が
引き伸ばされ、上向きに流れる液表面膜を分離する装置
が隆起９５２である。

【００８０】図１０ないし図１５に示された接続具／移
行片のための実施例は、図４ないし図７の実施例と組み
合わせて用いることもでき、従って移行／接続片又は冷
却材導管の外面及び内面上に液体偏向装置を備えること
もできる。

【００８１】この発明に基づく冷却材導管は短縮形燃料
棒と関連づけられる必要はない。この発明は水棒又は水
と燃料要素の各種の組み合わせと共に用いることができ
る。一つ以上の冷却材導管を備える束は水棒、水チャネ
ルなどと共にこれらの導管を用いることができる。冷却
材導管の入口高さは、液体冷却材から分離しようとする
利用可能な蒸気の存在するような束の活動する長さに沿
って任意の高さに置くことができる。冷却材導管束は設
計をすべて同一とする必要がない複数の個別の冷却材導
管を含むことができる。例えば束の中の個々の冷却材導
管は異なる入口高さを有してもよい。入口及び出口孔の
形は変更することができる。入口は例えば丸い孔、方形
の孔又は別の規則的又は不規則な形の孔である。導管の
表面は、液体からの蒸気の分離を高めるか又は圧力損を
減らすために、入口の付近で凹ますことができる。

【００８２】前述したように、冷却材導管は、冷却材導
管の外側にもしくはこれに隣接して、導管の付いていな
い短縮形燃料棒の場合よりはるかに小さい活性流れサブ
チャネルを設けることによって、エンタルピー上昇の分
布不全を低減させる。

【００８３】本発明の別の実施例によれば、所定量の軸
方向に分布した水力抵抗が短縮形燃料棒の上に挿入さ
れ、位置づけられる。本発明の別の実施例では、短縮形
燃料棒の上の開かれたスペースに連合する燃料集合体の
流れ領域における増加を維持する一方で、隣接するサブ
チャネルから、またサブチャネル間の直交流を制限する
ために、燃料集合体内の水力抵抗のより均一な分布を達
成するため、このような所定量の軸方向に分布した水力
抵抗表面を持つ水力抵抗片が燃料集合体の短縮形燃料棒
の上に置かれる。水力抵抗片の軸方向に分布する水力抵
抗表面の横断面は有限であるが、それは短縮形燃料棒の
上の流れ領域を著しく減少させることはなく、それによ
って炉心の上部において水の燃料に対する割合を増加さ
せるという目的を維持する。

【００８４】水力抵抗片の形状及び表面領域は特別な水
力抵抗を達成するため、またこうして例えば、短縮形燃
料棒を形成するために除去される燃料棒部分の水力抵抗
に接近させるために選択的に選ばれる。それに加えて、
水力抵抗片の長さは望ましい水力抵抗特性に応じて選ぶ
ことができる。水力抵抗片は燃料集合体のどの高さにも
置くことができ、最も重要なことに限界熱流速が最初に
発生する高さの上流にある高さに置かれる。限界熱流速
が最初に発生する高さは活性燃料の上部の下で、通常は
最上部のスペーサのすぐ上流である。理想的には、横断
面もしくは水力抵抗片の体積に対する表面領域の割合
は、流れ領域の減少を最小にして望ましい水力抵抗を達
成するために最大にされるべきである。

【００８５】水力抵抗片により加えられる水力抵抗は、
燃料棒の濡れた表面により生じる水力抵抗と同じタイプ
である摩擦抵抗である。水力抵抗片により与えられる水
力抵抗量は、各軸の高さでの水力抵抗片の濡れた全周に
比例する。

【００８６】短縮形燃料棒は、全長形燃料棒だけを含む
燃料集合体に比べて良好な減速材と燃料の軸比例を達成
するため、沸騰水型原子炉で使用され、圧力低下の低減
を達成することができる。各短縮形燃料棒の上に、一部
で短縮形燃料棒の横断面の欠如から生じる減少した水力
抵抗を持ったサブチャネルがある。短縮形燃料棒と短縮
形燃料棒の場所を囲む４つの流れサブチャネルで占めら
れるスペースは、一つの大きな開口スペースまたは短縮
形燃料棒の上のサブチャネルを形成する。大きなサブチ
ャネルは全長形燃料棒により形成される他の冷却材流れ
サブチャネルより大きい。増加した質量流束率は大きな
サブチャネルに発生し、その結果として減少した質量流
束率は周囲のサブチャネルに発生する。大きなサブチャ
ネルへのまた大きなサブチャネルからの直交流は特に、
（ａ）短縮形燃料棒の上部のすぐ上にある大きなサブチ
ャネルの開始点、及び（ｂ）短縮形燃料棒の上のスペー
サ位置で発生する。このような直交流は液膜を隣接する
周囲の全長形燃料棒から涸渇させることができる。伝
熱、及び特にバーンアウトはこのような直交流によって
逆に影響されることがある。

【００８７】図１６は短縮形燃料棒１６１２の上部に置
かれた水力抵抗片１６０１を示す。図１７ａは水力抵抗
片を持たない燃料集合体の下部に短縮形燃料棒を持った
燃料集合体の一部の内部を見た横断面図であり、２４本
の全長形燃料棒１６１４を示している。この例において
集合体の下部に配置された短縮形燃料棒はこの図では見
ることができない。短縮形燃料棒は通常燃料集合体の底
から典型的に集合体の長さの１／２から３／４の点まで
伸びるが、如何なる長さでも良く、燃料集合体の高さに
沿ってならどこに置くこともできる。燃料集合体の最上
部に置かれなければ、短縮形燃料棒の上に減少した水力
抵抗を持った大きなサブチャネルがある。水力抵抗の減
少は横断面の欠如、濡れた表面、及び短縮形燃料棒の熱
源から生じる。

【００８８】図１７ａの燃料棒列に示される４つの隣接
する全長形燃料棒１６１４を図１７ｂに示す。横断面Ａ
を持った燃料棒１６１４の間のサブチャネルは一つのサ
ブチャネルのための燃料集合体を通って上昇する流れ領
域である。図１７ｃは図１７ｂの燃料棒列の一部の斜視
図であり、燃料集合体の軸方向の高さに沿って伸びる一
つのサブチャネルを示す。典型的に、隣接する燃料棒と
共に、各燃料棒はサブチャネル流れ領域と称される横断
面Ａを持つサブチャネルを形成する。図１７ａに示す列
の短縮形燃料棒の上の大きなサブチャネル中の全流れ領
域は、短縮形燃料棒の代わりに全長形燃料棒が使用され
ていたなら存在したであろう４つのサブチャネル流れ領
域Ａに短縮形燃料棒を加えた横断面領域である。この大
きなサブチャネルのための全流れ領域が図１７ａにおい
てＢとして示されている。ほとんどの燃料集合体を代表
するように、図１７ａ、ｂ、及びｃに示す列において、
冷却材は下から上に、一般的には燃料集合体の軸方向の
高さに沿って各サブチャネルの中を流れる。

【００８９】熱源の除去、横断面流れ領域の増加、及び
短縮形燃料棒の使用による濡れた表面領域の喪失は、他
の周囲のサブチャネルから大きなサブチャネルへの冷却
材の流れ及び質量流束の増加へと導く。このように、短
縮形燃料棒の上部のすぐ上から始まる開かれた流れ領域
の開始点で、他の周囲のサブチャネルから増加した直交
流が発生する。図１７ａに示した列において、大きなサ
ブチャネルへの直交流は、大きなサブチャネルをつなぎ
合わせる８つのサブチャネルから発生する。このような
直交流は短縮形燃料棒の上の大きなサブチャネル内の流
れを増加させるばかりでなく、それに付随して周囲のサ
ブチャネル内の冷却材の流れと質量流束を減少させる。

【００９０】本発明によれば、水力抵抗片１６０１は短
縮形燃料棒の上の大きなサブチャネルに水力抵抗を付加
し、そうでなければ低い水力抵抗の故にサブチャネルに
引き寄せられるであろう隣接するサブチャネルからの流
れを減少させる。従って、隣接するサブチャネルからの
望ましくない直交流を減少させることによって、多くの
流れがこれらの隣接するサブチャネル内で利用できるよ
うに残され、それにより燃料集合体の限界熱流速を向上
させる。短縮形燃料棒の上のサブチャネル内の水力抵抗
片の挿入及び位置づけからの水力抵抗は、燃料集合体を
横切り軸方向並びに半径方向に、均一なまたは選択的に
可変性の水力抵抗を達成する。

【００９１】限界熱流速性能は短縮形燃料棒の上の大き
なサブチャネルの中の流れ率を制限する抵抗を持つ水力
抵抗片を使用することにより、短縮形燃料棒を含まずに
形成されるサブチャネルに発生するのと同じようにサブ
チャネル力に比例するように改善される。短縮形燃料棒
の上のサブチャネルに水力抵抗を加えることは、燃料集
合体の限界熱流速性能を向上させるが、それに関連する
結果として燃料集合体の圧力低下が増加する。圧力低下
の増加が望ましくない場合、あるいは許容できない場
合、それは例えば燃料棒の直径を約１から２％減少させ
ることによって相殺できる。

【００９２】図１６において短縮形燃料棒の上部に接続
されている水力抵抗片１６０１は、十字形の横断面を形
成するように配置されている本体１６０３から伸びる壁
１６０２を有する。図１８は図１７ａに示す燃料集合体
の内部の横断面図であるが、短縮形燃料棒の上部に固定
された十字形の横断面水力抵抗片１６０１の付いたもの
である。図１８は壁１６０２が燃料棒と平行であるよう
に置かれ、燃料棒の列と支柱に対して斜めになるように
置かれた水力抵抗片を示す。水力抵抗片は壁１６０２が
燃料棒の列と支柱に平行であるか、もしくは他の角度で
あるように、回転することができるし、もしくはそのよ
うな方向に向けることができる。

【００９３】水力抵抗片はその長さに沿って不変もしく
は可変の横断面を持つことができる。図１６に示したも
のに加えて、不変の横断面の例としては壁１９０２、本
体１９０３、端プレート１９０４を備えた十字形（図１
９ａ）、壁１９１１と本体１９１２を備えた星形片１９
１０（図１９ｂ）、及び平形ストリップ１９２０（図１
９ｃ）等である。水力抵抗片は捻れたリボン片１９２１
（図２０）を形成するため回転可能な平形片（図１９
ｃ）の横断面を持つことができる。同様に、図１６、１
９ａ及び１９ｂに示す横断面を持つ水力抵抗片は各々、
更にその水力抵抗を増加させるために中心軸のまわりで
回転することができる。例えば、図１６に示す捻れた片
１６０１によって、４つの螺旋形の羽根がその表面に形
成される。図１９ａ及び１９ｂに示す水力抵抗片の輪郭
の１つかそれ以上の内側の角は各々図１９ｄ及び１９ｅ
に示すような凹形状１９０５、１９１５を持つことがで
きる。このような凹形状はより厚い液膜を支持し、それ
によって燃料集合体の燃料に対する水の割合を増加させ
る。

【００９４】この発明の別の実施例によれば、水力抵抗
片は可変横断面を持つことができ、更に短縮形燃料棒の
上のサブチャネル内に軸方向により多量のもしくはより
少量の水力抵抗を選択的に位置づけることができる。こ
のような水力抵抗片の例を図１９ｆに示す。水力抵抗片
１９５０は短縮形燃料棒１９６０の上に置かれ、本体１
９５１と可変幅Ｗ₁、Ｗ₂、Ｗ_nの壁１９５２を持つ。
短縮形燃料棒のすぐ下流では、壁１９５２の幅Ｗ₁が選
択され、水力抵抗片１９５０の水力抵抗がピークの直交
流速度を制限する。より低い水力抵抗を提供するために
は壁１９５２の狭い幅Ｗ₂が選択される。このような低
い水力抵抗は典型的に、燃料集合体のスペーサ間の位置
に対応する水力抵抗片１９５０の軸の高さに亙って配置
される。幅Ｗ_nは高い水力抵抗を持つために選択され、
スペーサの高さに対応するように水力抵抗片１９５０の
軸の長さに沿って配置される。

【００９５】軸方向に分布する水力抵抗の所定量の決定
は、短縮形燃料棒及び全長形燃料棒の列の特別な構成に
照らして行われる。当業界で普通の技術を持つ人なら特
別な構成のために望まれる水力抵抗値もしくは水力抵抗
量を決定でき、上述したような方法で上述したようにこ
の発明の目的を達成するために、水力抵抗片の長さに沿
って望ましい水力抵抗値を分布させることができるであ
ろう。

【００９６】特別な構成もしくは横断面を持つ水力抵抗
片の水力抵抗を更に増加させるために、水力抵抗片の壁
もしくは外表面に孔及び／もしくは突出部分を加えるこ
とができる。図２１に示すように、孔１６０４及び突出
部分１６０５は水力抵抗片の壁１６０２に付けられる。
それに加えて、水力抵抗片の表面は水力抵抗を増すため
に粗面化することもできる。

【００９７】この発明の前述の実施例において、水力抵
抗は短縮形燃料棒の頂上に、短縮形燃料棒と冷却材導出
燃料棒の間、もしくは冷却材導出棒の上部に形成される
ようにされる。

【００９８】この発明の更に別の実施例では、冷却材偏
向構造の形態での水力抵抗は前述の実施例と同じよう
に、短縮形燃料棒の上の大きなサブチャネルの中に置か
れる。しかし、前述の全ての実施例とは異なり、水力抵
抗は短縮形燃料棒もしくは冷却材導出燃料棒のいずれに
も形成されない。これらのものに形成されないことによ
り、水力抵抗の選択された軸方向の位置付けが可能とな
る。このような位置付けは、水力抵抗片、反射上端キャ
ップ、もしくは冷却材導出燃料棒のいずれをも短縮形燃
料棒に固定する必要なしに、短縮形燃料棒の上に発生す
る水力抵抗の不均衡を是正するために使用できる。短縮
形燃料棒もしくは冷却材導出燃料棒に固定されないこと
による付加的な利点は、短縮形燃料棒もしくは冷却材導
出棒から水力抵抗の追加が望まれる燃料集合体内の特別
な高さまでの大きなサブチャネル内で、追加される水力
抵抗が軸方向に広がる必要がないことである。

【００９９】この実施例では、水力抵抗は燃料棒がスペ
ーサの高さまで広がる場合、燃料棒によって占められる
であろうスペーサ内の位置に形成される。こうして、冷
却材偏向構造は短縮形燃料棒の上に形成される大きなサ
ブチャネルの中の燃料棒スペーサに置かれる。偏向構造
はサブチャネル内を周囲の燃料棒に向かって、もしくは
隣接する流れサブチャネルに向かって流れる液体と蒸気
の二相混合物の液体部分の向きを変えるように形成され
る。好適な実施例では、冷却材偏向構造は短縮形燃料棒
により形成される１つかそれ以上の大きなサブチャネル
の上のスペーサに配置されており、冷却材偏向構造は短
縮形燃料棒を含まない集合体の場合と同様にスペーサ内
のどこにでも置くことができる。

【０１００】反射上端キャップ、冷却材導出棒及び水力
抵抗片の実施例の場合と同様に、冷却材偏向構造は水力
抵抗の増加を提供することに加え、液体を二相流から分
離する機能も果たす。短縮形燃料棒の下流に置かれた場
合、偏向構造は液体を偏向する手段を提供するだけでな
く、短縮形燃料棒の上のサブチャネル内の過度の流れ速
度を低減させ、また短縮形燃料棒の上のサブチャネル
間、及び特にスペーサの高さの隣接するサブチャネル間
の直交流を低減させる水力抵抗も提供する。

【０１０１】冷却材偏向構造は鋭い方向変化個所の所で
切り捨てられる張り出し部分を持つ。冷却材／減速材が
燃料集合体及びスペーサを通って流れるにつれて、液膜
は偏向構造の軸の表面に形成される。液膜は偏向構造の
軸を上に向かって、張り出し部分の上まで移動し、それ
から周囲の燃料棒の方向に向けられる。軽水炉の場合、
二相流内の上向きに流れる液滴は周囲の燃料棒に向かっ
て移動する時に連続する液膜層と衝突し、半径方向外向
きの運動量が付与され、液膜層と共に周囲の燃料棒に衝
突する。冷却材偏向構造はこうして周囲の燃料棒の表面
上及び表面近くの液体冷却材／減速材の量を増加させる
一方、蒸気は冷却材偏向構造の上の大きな開放サブチャ
ネルに流れ込む。

【０１０２】図２３に示すように、冷却材偏向構造２３
０１はスペーサ２３５０内、及び燃料棒２３１０間、及
び短縮形燃料棒２３３０の上に置かれ、固定される。偏
向構造軸２３０３は鋭い方向変化個所２３０７で切り捨
てられる張り出し部分２３０５を持つ。偏向管２３０９
は水力抵抗を加える一方で偏向構造軸に沿って流れを導
く作用をする。更に軸２３０３が取り付けられる構造物
としても作用する。軸２３０３は図２３において管２３
０９に固定されているように示されているが、軸２３０
３は管２３０９を使用せずにスペーサ２３５０に固定す
ることもできる。図２３は偏向管２３０９内に偏向構造
軸２３０３を固定するピン２３１１、２３１３を示す。
張り出し部分２３０５と鋭い方向変化個所２３０７は偏
向管２３０９の下流端を越えて広がる。偏向管２３０９
は溶接等の永久的な結合によってスペーサ２３５０に固
定される。しかし短縮形燃料棒へのアクセスのため取り
外しができるように、管２３０９を取り外し可能にスペ
ーサに固定することが望ましい。このような非永久的固
定には、管２３０９をスペーサ内の開口部の位置にはめ
込むように構成することが含まれる。

【０１０３】単一の張り出し部分２３０５は鋭い方向変
化個所２３０７の位置で切り捨てられ、液膜は軸２３０
３の表面に示される。張り出し部分２３０５によって軸
２３０３の表面を上に向かって移動する液膜２３１４は
半径方向外向きに方向が変えられる。表面輪郭中の鋭い
方向変化個所２３０７は張り出し部分２３０５上の液膜
２３１５を張り出し部分から分離させ、周囲のサブチャ
ネル及び燃料棒に向けて半径方向外向きに液体の水２３
１６の薄い層として流れ続けさせる。水２３１６の液層
及び近付いてくる液滴２３１７は流れの中で衝突し、半
径方向外向きの放射運動量が液滴に付与され、冷却材偏
向構造の下流で液体の水２３１６の層と（半径方向外向
きの運動量が付与された）水滴２３１８が周囲の燃料棒
２３１０及び周囲のサブチャネルに向けて半径方向外向
きに移動し、一方で蒸気２３１９は冷却材偏向構造の上
の大きな開放サブチャネルに集まる。水滴との衝突後、
層２３１６はもはや連続せず崩れ始め、それによって蒸
気が崩れた層を通って冷却材偏向構造の上の大きな開放
サブチャネルへと通過することを可能にする。

【０１０４】図２３に示した冷却材偏向構造は図２２に
示した反射上端キャップ２２０１と同じ輪郭を持ち、ま
た図９に示した接続具／移行片４１４の一部と同じ輪郭
を持つ。しかしながら、冷却材偏向構造は反射上端キャ
ップ２２０１（図２２）及び接続具／移行片（図９）と
同じような直径の減少は持たない。

【０１０５】上記の実施例に対する種々の変更及び修正
の可能性は当業者にとって明らかである。この種の変形
及び修正はこの発明の趣旨及び範囲から逸脱することな
くかつ付随する利点を減少させることなく行うことがで
きる。それゆえにこの種の変更及び修正は請求の範囲に
含まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に基づく冷却材導管及び短縮形燃料棒
の一実施例の立面図である。

【図２】図１に示す冷却材導管の一実施例の部分破断要
部拡大図である。

【図３】この発明に基づく冷却材導管の別の実施例の部
分破断要部拡大図である。

【図４】この発明に基づく冷却材導管の別の実施例の部
分破断要部拡大図である。

【図５】図４に示す冷却材導管の切断線Ｖ−Ｖによる断
面図である。

【図６】この発明に基づく冷却材導管の別の実施例の要
部拡大縦断面図である。

【図７】図６に示す冷却材導管の切断線VII −VII によ
る断面図である。

【図８】この発明に基づく冷却材導管及び短縮形燃料棒
の別の実施例の立面図である。

【図９】図８に示す冷却材導管の入口領域の拡大立面図
である。

【図１０】この発明に基づく移行／接続片の一実施例の
立面図である。

【図１１】この発明に基づく移行／接続片の異なる実施
例の立面図である。

【図１２】この発明に基づく移行／接続片の異なる実施
例の立面図である。

【図１３】この発明に基づく移行／接続片の異なる実施
例の立面図である。

【図１４】この発明に基づく移行／接続片の異なる実施
例の立面図である。

【図１５】この発明に基づく移行／接続片の異なる実施
例の立面図である。

【図１６】短縮形燃料棒の最頂部に置かれた水力抵抗片
の立面図である。

【図１７】ａは燃料集合体の内部を覗いた横断面図、ｂ
はａに示した集合体の一部の拡大図、ｃはｂの燃料棒列
の一部の燃料集合体の軸の高さに沿った立面図である。

【図１８】図１７ａに示した燃料集合体の内部の横断面
図である。

【図１９】水力抵抗片の幾つかの配列の横断面図及び立
面図である。

【図２０】捻れたリボンを形成するために回転した図１
９ｃの抵抗片の横断面図である。

【図２１】孔と突出部分を持った水力抵抗片の立面図で
ある。

【図２２】短縮形燃料棒に接続される反射上端キャップ
の拡大立面図である。

【図２３】燃料棒集合体の核燃料棒スペーサ内に置かれ
る冷却材偏向構造の側面立面図である。

【符号の説明】

１２、４１２、４６１２、１９６０、２３３０短縮形
燃料棒２３、１１０、４１６冷却材導管２４、２２４、３２４延長管３８、１３８、４２７、５３０、７１２、８１６、９２
０入口孔４０、４８出口孔５０、１５０、２２７、３２７、４１４、５００、６０
０、７００、８００、９００、９５２分離装置４１４接続具／移行片４６６、５２６、６１４、２３０７方向変化個所１６０１、１９５０水力抵抗片１６１４全長形燃料棒２２０１反射上端キャップ２３０１冷却材偏向構造

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１６】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２０】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２１】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジヨージシークークアメリカ合衆国 99352 ワシントンリツチランドマツカーサーストリート 132 (72)発明者ジヤツクイエテスアメリカ合衆国 99352 ワシントンリツチランドバーチアヴエニユー 1807 (72)発明者トロンドエイブジヨルナルドアメリカ合衆国 99352 ワシントンリツチランドエプリルループ 1727

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】短縮形燃料棒と、囲い込まれた流路を画
成する壁部材を有し短縮形燃料棒の軸線方向上方に配置
された導管とを備え、この導管は、燃料棒を囲み気体及
び液体の二相混合物から成る流体が、囲い込まれた流路
へ入るのを許すための少なくとも一つの入口孔と、入口
孔の上方に設けられた少なくとも一つの出口孔とを有
し、また流体中に存在する気体の少なくとも一部を流体
中に存在する液体から分離するために出口孔の上流で燃
料棒及び導管のうちの一つに取り付けられた装置を備え
ることを特徴とする軽水炉用核燃料集合体構造。
【請求項２】分離装置が、囲い込まれた流路の外側の
壁部材の外部に設けられることを特徴とする請求項１記
載の構造。
【請求項３】分離装置が、壁部材の外部から延び入口
孔に並べて設けられた少なくとも一つの部材から成るこ
とを特徴とする請求項１記載の構造。
【請求項４】分離装置が、囲い込まれた流路内に設け
られることを特徴とする請求項１記載の構造。
【請求項５】分離装置が二相混合物へ遠心力を与える
装置から成ることを特徴とする請求項４記載の構造。
【請求項６】分離装置が少なくとも一つの案内羽根か
ら成ることを特徴とする請求項４記載の構造。
【請求項７】分離装置がねじられた帯板から成ること
を特徴とする請求項４記載の構造。
【請求項８】少なくとも二つの分離装置、すなわち囲
い込まれた流路内に設けられた一つの装置及び囲い込ま
れた流路の外側の壁部材の外部に設けられた一つの装置
を備えることを特徴とする請求項１記載の構造。
【請求項９】導管がこの導管の残りの部分の外周より
小さい外周を有する部分を備え、入口孔が小さい外周を
備える部分に設けられることを特徴とする請求項１記載
の構造。
【請求項１０】分離装置が燃料棒と導管との間に配置
された移行部分から成り、移行部分がその周囲を囲む一
つの線で鋭い方向変化個所となって終わるテーパ部分か
ら成ることを特徴とする請求項１記載の構造。
【請求項１１】移行部分が中央部分に外向きに張り出
したリングを備えることを特徴とする請求項１０記載の
構造。
【請求項１２】移行部分が、第１の直径を有し減少し
た直径へ下向きに次第に細くなりその後第２の直径へ外
向きに張り出す部分から成り、テーパ及び張り出しが、
移行部分から半径方向内向きに次いで外向きに移行部分
に沿って流体の流れを進ませる滑らかな流路を作り出す
ことを特徴とする請求項１０記載の構造。
【請求項１３】移行部分が燃料棒に軸線方向に導管を
取り付ける構造的接続部から成ることを特徴とする請求
項１０記載の構造。
【請求項１４】短縮形燃料棒と、囲い込まれた流路を
画成する少なくとも一つの壁部材を有する延長管とを備
え、延長管が短縮形燃料棒の軸線方向上方に配置される
ように短縮形燃料棒の一部へ結合され、延長管がこの延
長管の下端部に少なくとも一つの入口孔とこの入口孔の
上方に設けられた少なくとも一つの出口孔とを備え、延
長管が更に入口孔に並べて壁の外面から延びる表面部材
を備え、燃料棒が蒸気及び液体の二相混合物から成る流
体により囲まれ、表面部材は二相混合物に含まれる液体
の少なくとも一部が入口孔から入るのを防止するように
構成かつ配置されていることを特徴とする軽水炉用燃料
棒。
【請求項１５】外面から延びる表面部材がほぼＶ字形
であることを特徴とする請求項１４記載の燃料棒。
【請求項１６】延長管は一方が他方の上方にあるよう
にほぼ整列させられた少なくとも二つの入口孔と二つの
部材とを備え、第１の部材はその一部が第１の入口孔の
下方に置かれるように設けられ、第２の部材はその一部
が第２の入口孔の下方に置かれるように設けられること
を特徴とする請求項１４記載の燃料棒。
【請求項１７】囲い込まれた流路が気体を液体から分
離する装置を備えることを特徴とする請求項１４記載の
燃料棒。
【請求項１８】延長管の下端部がこの延長管の残りの
部分の外周より小さい外周を有する部分を備え、入口孔
が小さい外周を備える部分の上に設けられることを特徴
とする請求項１４記載の燃料棒。
【請求項１９】延長管の長さの大部分が短縮形燃料棒
の外周より大きい外周を有することを特徴とする請求項
１４記載の燃料棒。
【請求項２０】短縮形燃料棒と、囲い込まれた流路を
画成する壁部材を有する延長管と、延長管に軸線方向に
整列して一体に取り付けられた移行部分及び上側部分と
を備え、延長管が短縮形燃料棒の軸線方向上方へ来るよ
うに短縮形燃料棒の一部に結合され、上側部分が短縮形
燃料棒の外周又は移行部分の外周より大きい外周と、移
行部分上に設けられて流体が囲い込まれた流路に入るの
を許す少なくとも一つの入口孔と、入口孔の上方に壁部
材を貫いて設けられた出口孔と、流体内に含まれる液体
を入口孔からそらせる装置とを有し、表面部材が入口孔
に並べて延長管の外壁上に設けられることを特徴とする
軽水炉用燃料棒。
【請求項２１】流れ偏向用表面部材が外面から延びほ
ぼＶ字形であることを特徴とする請求項２０記載の燃料
棒。
【請求項２２】延長管は一方が他方の上方にあるよう
にほぼ整列させられた少なくとも二つの入口孔と二つの
表面部材とを備え、第１の表面部材はその一部が第１の
入口孔の下方に置かれるように設けられ、第２の表面部
材はその一部が第２の入口孔の下方に置かれるように設
けられることを特徴とする請求項２０記載の燃料棒。
【請求項２３】囲い込まれた流路が蒸気を液体から分
離する装置を備えることを特徴とする請求項２０記載の
燃料棒。
【請求項２４】流れ偏向用部材はこれが上側部分の外
周より大きい距離までは外壁から延びないように設けら
れかつ配置されていることを特徴とする請求項２０記載
の燃料棒。
【請求項２５】気体及び液体の二相流体混合物により
囲まれた冷却材導管が、囲い込まれ軸線方向に貫通する
流路を画成し若干量の流体が貫通流入するのを許す少な
くとも一つの入口孔とこの入口孔の軸線方向上方に設け
られた少なくとも一つの出口孔とを備える壁部材と、出
口孔から出る若干量の流体の液体含有量を低減するため
に出口孔の上流で壁部材に取り付けられた装置とから成
ることを特徴とする軽水炉用冷却材導管。
【請求項２６】入口孔及び出口孔のうちの一つが囲い
込まれた流路の開放された軸線方向端部から成ることを
特徴とする請求項２５記載の冷却材導管。
【請求項２７】液体含有量低減装置が、壁部材の軸線
方向下方に取り付けられ壁部材の周囲に等しい第１の周
囲を有する上側部分を備える移行部分から成り、上側部
分が第１の周囲より小さい第２の周囲を有する下側部分
へ下向きに次第に細くなることを特徴とする請求項２５
記載の冷却材導管。
【請求項２８】下側部分が第２の周囲から外向きに張
り出したリング部分へ下向きに続けて周囲を増加し、リ
ング部分がその後に下向きの方向へ次第に細くなり第３
の周囲へ至ることを特徴とする請求項２７記載の冷却材
導管。
【請求項２９】下側部分が下向きに第２の周囲から第
３の周囲へ周囲を増し、テーパ及びその後の周囲の増加
が上向きの方向へ滑らかな凹状の流路を形成し、壁部材
に隣接する第１の周囲で鋭い方向変化個所となって終わ
ることを特徴とする請求項２７記載の冷却材導管。
【請求項３０】液体含有量低減装置が、壁部材の軸線
方向下方に取り付けられ移行部分に沿って上向きに通過
する流体に遠心運動を与えるための少なくとも一つの螺
旋形翼を備える移行部分から成ることを特徴とする請求
項２５記載の冷却材導管。
【請求項３１】移行部分が中空管部分から成り、螺旋
形翼がその周囲に巻かれ、螺旋形翼が中空管部分内へ貫
通する複数の孔を備え、これらの孔が流れに関して中空
管と連通し、中空管が流れに関して壁部材の少なくとも
一つの入口孔と連通することを特徴とする請求項３０記
載の冷却材導管。
【請求項３２】（ａ）少なくとも一つの短縮形燃料棒
と複数の一般にほぼ平行に配置された細長い燃料棒が一
定間隔の平行な列で配置され、（ｂ）燃料棒と少なくとも一つの短縮形燃料棒を、
（１）減速材／冷却材をその間に導くために燃料棒間に
縦に広がる流れサブチャネルと、（２）短縮形燃料棒の
上及びこれに隣接する燃料棒の間に置かれ、減速材／冷
却材をそれらの間に導く大きく縦に伸びる横断面流れ領
域を持つ流れサブチャネルとを形成するために一定間隔
に支持する装置が設けられ、（ｃ）大きく縦に伸びる流れサブチャネルの横断面流れ
領域を実質的に減少させることなく、大きく縦に伸びる
流れサブチャネルの水力抵抗を上昇させるため、大きく
縦に伸びる流れサブチャネルに置かれた水力抵抗片が設
けられ、この抵抗片は縦に伸びる流れサブチャネルと大
きく縦に伸びる流れサブチャネルとの間の直交流を制限
するため、短縮形燃料棒の上に軸方向に配置され実質的
に燃料棒に平行して伸びる本体を持つとともに小さな横
断面と大きな表面を持ち、（ｄ）水力抵抗片を少なくとも一つの短縮形燃料棒に接
続する接続装置が設けられることを特徴とする原子炉燃
料集合体。
【請求項３３】（ａ）短縮形燃料棒、（ｂ）所定量の水力抵抗を持った水力抵抗片であって、
この抵抗片は短縮形燃料棒の端に接続され、外壁を画成
する細長い連続体を持ち、短縮形燃料棒の横断面より実
質的に小さな横断面を持ち、本体は短縮形燃料棒の上に
軸方向に配置される水力抵抗片とを備えることを特徴と
する軽水炉用核燃料集合体構造。
【請求項３４】水力抵抗片は、所定量の水力抵抗が水
力抵抗片の長さに亙って軸方向に均一に分布される長さ
を持つことを特徴とする請求項３３記載の構造。
【請求項３５】所定量の水力抵抗が水力抵抗片の幅に
沿って半径方向に均一に分布されることを特徴とする請
求項３４記載の構造。
【請求項３６】水力抵抗片の横断面が十字形であるこ
とを特徴とする請求項３５記載の構造。
【請求項３７】複数の水力抵抗片が短縮形燃料棒に固
定されることを特徴とする請求項３５記載の構造。
【請求項３８】（ａ）短縮形燃料棒、（ｂ）複数の細長い燃料棒、（ｃ）燃料棒及び短縮形燃料棒を、（１）燃料棒と短縮
形燃料棒の間に縦に伸び、減速材／冷却材を導くため所
定の横断面流れ領域を持った流れサブチャネルと、
（２）短縮形燃料棒の上にまたこれに隣接する燃料棒間
に大きく縦に伸びる流れサブチャネルで、燃料棒と短縮
形燃料棒の間に縦に伸びる流れサブチャネルの横断面流
れ領域、及び減速材／冷却材をそれらの間に導くため短
縮形燃料棒の横断面を含む所定の横断面流れ領域を持つ
流れサブチャネルと、を形成するため一定間隔を開けた
実質的に平行な関係に配置する装置、（ｄ）大きく縦に伸びる流れサブチャネルの横断面流れ
領域を実質的に減少させることなく、短縮形燃料棒の上
にある大きく縦に伸びる流れサブチャネルの水力抵抗を
上昇させるため、大きく縦に伸びる流れサブチャネルに
実質的に燃料棒と平行に置かれた水力抵抗片であって、
この抵抗片は少なくとも一つの外壁を画成する細長い連
続体を持ち、本体は短縮形燃料棒の上に大きく縦に伸び
る流れサブチャネルの中に軸方向に配置され、大きく縦
に伸びる流れサブチャネルの横断面流れ領域の増加を維
持するため、短縮形燃料棒の横断面より実質的に小さな
横断面を持ち、隣接するサブチャネルからの及びサブチ
ャネル間の直交流を制限するため、大きく縦に伸びる流
れサブチャネル内で、燃料集合体の軸方向の高さに亙っ
て所望の水力抵抗分布を達成するための表面領域を持つ
水力抵抗片、（ｅ）水力抵抗片を短縮形燃料棒に接続する接続装置と
から成ることを特徴とする原子炉燃料集合体。
【請求項３９】水力抵抗片は多角形の横断面を持つこ
とを特徴とする請求項３８記載の燃料集合体。
【請求項４０】多角形は矩形の立体であることを特徴
とする請求項３９記載の燃料集合体。
【請求項４１】水力抵抗片は十字形の横断面を持つよ
うに配置された複数の外壁を持つことを特徴とする請求
項３８記載の燃料集合体。
【請求項４２】水力抵抗片は星形の横断面を持つよう
に配置された複数の外壁を持つことを特徴とする請求項
３８記載の燃料集合体。
【請求項４３】少なくとも一つの壁が端キャップを持
つことを特徴とする請求項４１記載の燃料集合体。
【請求項４４】本体に突出部分を含むことを特徴とす
る請求項３８記載の燃料集合体。
【請求項４５】本体の壁に孔を含むことを特徴とする
請求項３８記載の燃料集合体。
【請求項４６】大きく縦に伸びる流れサブチャネル内
の水力抵抗の変化する選択的配置を達成するため、横断
面は本体の長さに沿って軸方向に変化することを特徴と
する請求項３８記載の燃料集合体。
【請求項４７】（ａ）核燃料を含む短縮形燃料棒部分
が下流端を持ち、（ｂ）二相流のうち少なくとも一部の
液体と蒸気を分離するための反射上端キャップが短縮形
燃料棒の上に軸方向に、短縮形燃料棒の下流端と接触す
るように配置され、反射上端キャップは、下向きに減少
した直径に向かって先細りになり、その後第二の直径に
向かって張り出し、その全周の回りの線の鋭い方向変化
個所で終了する直径を持つ部分を含み、先細りと張り出
しは流体をそれに沿って、半径方向内向きに、次に短縮
形燃料棒の下流端から外向きに流れるようにする平滑な
流路を形成することを特徴とする軽水炉用核燃料集合体
の燃料棒。
【請求項４８】（ａ）短縮形燃料棒、（ｂ）複数個の
一般に実質的に平行に配置された細長い燃料棒、短縮形
燃料棒、及び一定間隔の平行する関係に配置された複数
の燃料棒、（ｃ）燃料棒と短縮形燃料棒を一定間隔の平
行する関係に支持する装置、（ｄ）二相流のうち少なく
とも一部の液体と蒸気を分離するための反射上端キャッ
プであって、このキャップは短縮形燃料棒の上に軸方向
に、短縮形燃料棒の下流端と接触するように配置され、
下向きに減少した直径に向かって先細りになり、その後
第二の直径に向かって張り出し、その全周の回りの線の
鋭い方向変化個所で終了する直径を持つ部分を含み、先
細りと張り出しは流体をそれに沿って、半径方向内向き
に、次に短縮形燃料棒の下流端から外向きに流れるよう
にする平滑な流路を形成する反射上端キャップ、（ｅ）
反射上端キャップを短縮形燃料棒に接続する接続装置と
を備えることを特徴とする原子炉燃料集合体。
【請求項４９】複数の実質的に平行な細長い燃料棒を
持った原子炉燃料集合体用冷却材偏向構造であって、
（ａ）軸部分と、（ｂ）平滑で連続したトランペット形
の外表面を持つように軸部分と一体的に形成される張り
出した偏向構造部分とから成り、この部分は鋭い方向変
化個所の端部分で終了し、（ｃ）冷却材偏向構造は二相
冷却材流の少なくとも一部の液体冷却材を隣接する燃料
棒に偏向するため原子炉燃料集合体に取り付けられるこ
とを特徴とする原子炉燃料集合体用冷却材偏向構造。
【請求項５０】冷却材偏向構造を燃料棒用スペーサ内
に取り付けるための装置を含むことを特徴とする請求項
４９記載の冷却材偏向構造。
【請求項５１】取り付け装置は偏向管を含み、軸部分
は偏向管に配置され、偏向管は冷却材偏向構造に沿って
二相冷却材流を導くためのものであるであることを特徴
とする請求項５０記載の冷却材偏向構造。
【請求項５２】軸部分は第一の直径を持った細長い部
分であり、端部分は第一の直径より大きな第二の直径を
有することを特徴とする請求項４９記載の冷却材偏向構
造。
【請求項５３】（ａ）複数の細長い燃料棒、（ｂ）燃
料棒を一定間隔の実質的に平行する関係に支持する装置
であって、この装置は燃料棒のためのスペーサを含む装
置、（ｃ）細長い軸部分、及び平滑で連続したトランペ
ット形の外表面を持つように軸部分と一体的に形成され
る張り出した偏向構造部分を持つ冷却材偏向構造であっ
て、この偏向構造部分は鋭い方向変化個所の端部分で終
了し、二相冷却材流の少なくとも一部の液体冷却材を隣
接する燃料棒に偏向するものである冷却材偏向装置、
（ｄ）冷却材偏向構造をスペーサに取り付ける装置とか
ら成ることを特徴とする原子炉燃料集合体。
【請求項５４】取り付け装置は冷却材偏向構造の軸部
分を取り付け、二相冷却材流を冷却材偏向構造に沿って
導くための偏向管を含み、偏向管はスペーサに取り付け
られることを特徴とする請求項５３記載の燃料集合体。
【請求項５５】短縮形燃料棒を含み、冷却材偏向構造
は短縮形燃料棒の下流に置かれることを特徴とする請求
項５３記載の燃料集合体。
【請求項５６】冷却材偏向構造は隣接する燃料棒の間
に配置されることを特徴とする請求項５３記載の燃料集
合体。
【請求項５７】少なくとも一つの短縮形燃料棒と燃料
棒スペーサを含む複数の細長い実質的に平行な燃料棒を
持つ原子炉燃料集合体において、（ａ）細長い軸部分、
及び平滑で連続したトランペット形の外表面を持つよう
に軸部分と一体的に形成される張り出した偏向構造部分
を含む冷却材偏向構造であって、この部分は鋭い方向変
化個所の端部分で終了し、二相冷却材流の少なくとも一
部の液体冷却材を隣接する燃料棒に偏向するものであ
り、（ｂ）冷却材偏向構造を短縮形燃料棒の下流にある
スペーサに取り付ける装置から成ることを特徴とする原
子炉燃料集合体。
【請求項５８】取り付け装置は冷却材偏向構造を取り
付け、二相冷却材流を冷却材偏向構造に沿って導くため
の偏向管を含み、軸部分は偏向管内に固定するように配
置され、偏向管は燃料棒スペーサに取り付けられること
を特徴とする請求項５７記載の燃料集合体。
【請求項５９】複数の細長い実質的に平行な燃料棒
と、燃料棒スペーサを持つ原子炉燃料集合体において、
（ａ）軸部分、及び平滑で連続したトランペット形の外
表面を持つように軸部分と一体的に形成される張り出し
た偏向構造部分を含む冷却材偏向構造であって、この偏
向構造部分は鋭い方向変化個所の端部分で終了し、前記
冷却材偏向構造は二相冷却材流の少なくとも一部の液体
冷却材を隣接する燃料棒に偏向するものであり、（ｂ）
冷却材を隣接する燃料棒の間にあるスペーサに取り付け
る装置から成ることを特徴とする原子炉燃料集合体。
【請求項６０】取り付け装置は冷却材偏向構造を取り
付け、二相冷却材流を冷却材偏向構造に沿って導くため
の偏向管を含み、軸部分は偏向管内に固定するように配
置され、偏向管は燃料棒スペーサに取り付けられること
を特徴とする請求項５９記載の燃料集合体。