(57)【要約】【課題】  沸騰水型原子炉用燃料集合体で、蒸気の捕集性能および排出性能を高め、燃料集合体内のボイド率を低減することができるようにする。【解決手段】  燃料集合体は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒３と、相互に上下方向の間隔をあけて配列され、燃料棒３を水平方向に支持する複数個のスペーサ４ａ、４ｂと、を有する。燃料棒３の間を冷却水が上向きに流れる。燃料棒３に平行に、且つ上下方向に相互に間隔をあけて並ぶように、水平方向の少なくとも１箇所に配置され、スペーサ４ｂの一部に支持され、上下端が開放された筒状の複数の蒸気導出管５と、蒸気導出管５に上下方向にはさまれた位置に配置され、蒸気導出管５を支持するスペーサ４ｂとは異なるスペーサ４ａに支持され、その上方の蒸気導出管５に流入する冷却水を旋回させる旋回流発生部材６と、を有する。【選択図】  図１
2007024708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
相互に上下方向の間隔をあけて配列され、前記複数の燃料棒を少なくとも水平方向に支持する複数個のスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に、且つ上下方向に相互に間隔をあけて並ぶように、水平方向の少なくとも１箇所に配置され、前記複数のスペーサの一部に支持され、上下端が開放された筒状の複数の蒸気導出管と、
前記複数の蒸気導出管に上下方向にはさまれた位置に配置され、前記蒸気導出管を支持するスペーサとは異なるスペーサに支持され、その上方の蒸気導出管に流入する冷却水を旋回させる旋回流発生部材と、
を有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項２】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、少なくとも一部の外側面にらせん状の凹凸が設けられた蒸気導出管を有すること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項３】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、下端近くが下方に向けて次第に広がる形状の蒸気導出管を有すること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項４】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、上端近くが上方に向けて次第に広がる形状の蒸気導出管を有すること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項５】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放された蒸気導出管を有し、
前記蒸気導出管の上端近くで上方に延びる複数個の蒸気導出管タブが周方向に並んで配置され、これらの蒸気導出管タブが上方に向けて外側に曲げられていること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項６】
前記複数の蒸気導出管タブは同じ向きにねじられていること、を特徴とする請求項５記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項７】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持する少なくとも１個のスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放された蒸気導出管を有し、
前記蒸気導出管を支持する前記スペーサは、当該蒸気導出管が貫通する筒状のセルを有し、そのセルの上端近くで上方に延びる複数個のセルタブが周方向に並んで配置され、これらのセルタブが上方に向けて外側に曲げられていること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項８】
前記複数のセルタブは同じ向きにねじられていること、を特徴とする請求項７記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項９】
相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、
を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、表面の少なくとも一部に超撥水加工がなされた蒸気導出管を有すること、
を特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項１０】
前記上端近くが上方に向けて次第に広がる形状の蒸気導出管の前記上端近くの内面から離れた内側に当該内面に沿って配置されて当該内面との間に環状流路を形成する筒状の液膜排出板をさらに有すること、を特徴とする請求項４記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項１１】
前記環状流路の下端近くでその環状流路の半径方向の幅が下方に向かって厚くなるように、前記液膜排出板の下端近くの半径方向外側の直径が下方に向かって小さくなるように形成されていること、を特徴とする請求項１０記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項１２】
前記液膜排出板の下端の高さ位置は、前記蒸気導出管の上端近くで上方に向けて次第に広がる形状の部分の下端の高さ位置に一致すること、を特徴とする請求項１０または請求項１１記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【請求項１３】
前記複数の燃料棒は、それぞれが正方格子状に配列された複数のサブバンドルを配列して形成し、前記蒸気導出管は、前記サブバンドル同士の境界に配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰水型原子炉用燃料集合体に関し、特に、ボイド率低減のための機構を備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、燃料棒内に装填された核燃料の核反応による発熱により燃料集合体内部を通る冷却材（軽水）は加熱され、蒸気が発生する。この蒸気を局部的に高速で排出させることが可能であれば、断面平均のボイド率（液体と蒸気とからなる冷却材全体に対する蒸気の体積存在割合）が減少し、水密度は増加する。通常の沸騰水型原子炉では、ボイド率の増加に対して核反応度が減少する、つまり、ボイド反応度係数が負となるように設計されているため、水密度が増加すれば、核反応度が増加することになり、たとえば核分裂物質の濃縮度を低下させることができる、あるいは、同じ核分裂物質の量であれば、燃焼期間を増加させることができるなどの効果がある。また、ボイド率が減少すると、気液二相流圧力損失が低減できるため、ポンプ動力の低減や、二相流動の安定性を増加させることができ、また、燃料棒周辺流路の液相が増加するため、除熱性能も向上する効果がある。
【０００３】
このような効果を得るために、蒸気を局所的に高速で排出させる構造の従来例として、特許文献１および特許文献２がある。
【特許文献１】特開平５−８７９６４号公報
【特許文献２】登録特許第２６０９０２９号公報
【特許文献３】特開２００４−９３４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されている例では、単に蒸気排出ロッドに横穴を設けるものであって、蒸気排出ロッドへの蒸気流入量が少なく、蒸気を局所的に高速で排出させることは困難である。また、特許文献２の図５から図１５にあるように旋回流を与えるのみの構造の場合には、蒸気と液相が接しているため蒸気を局所的に高速で排出させる効果は小さい。なお、特許文献２において、燃料集合体の部分長燃料棒の下流部分の全てにわたり、ねじり板を配置する構造が開示されているが、このようにねじり板を加工精度よく製造することは困難であり、また、二相流中に長尺のねじり板を設けることは流力振動が発生するおそれが考えられ、現実的な構造とは言いがたい。
【０００５】
また、発明者らは、特許文献３において、疎密配列型の燃料集合体において除熱性能向上のための発明として、蒸気排出ロッドを設けた燃料集合体を発明している。この例では、燃料集合体流路中の軸方向１断面のみで蒸気導出を行なうのみであった。蒸気の発生は発熱部全長にわたっており、一断面のみの蒸気導出では核的なメリットは限定されてしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、沸騰水型原子炉用燃料集合体で、蒸気の捕集性能および排出性能を高め、燃料集合体内のボイド率を低減することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するものであって、本発明の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、相互に上下方向の間隔をあけて配列され、前記複数の燃料棒を少なくとも水平方向に支持する複数個のスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に、且つ上下方向に相互に間隔をあけて並ぶように、水平方向の少なくとも１箇所に配置され、前記複数のスペーサの一部に支持され、上下端が開放された筒状の複数の蒸気導出管と、前記複数の蒸気導出管に上下方向にはさまれた位置に配置され、前記蒸気導出管を支持するスペーサとは異なるスペーサに支持され、その上方の蒸気導出管に流入する冷却水を旋回させる旋回流発生部材と、を有すること、を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、少なくとも一部の外側面にらせん状の凹凸が設けられた蒸気導出管を有すること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明のさらに他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、下端近くが下方に向けて次第に広がる形状の蒸気導出管を有すること、を特徴とする。
【００１０】
また、本発明のさらに他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、上端近くが上方に向けて次第に広がる形状の蒸気導出管を有すること、を特徴とする。
【００１１】
また、本発明のさらに他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放された蒸気導出管を有し、前記蒸気導出管の上端近くで上方に延びる複数個の蒸気導出管タブが周方向に並んで配置され、これらの蒸気導出管タブが上方に向けて外側に曲げられていること、を特徴とする。
【００１２】
また、本発明のさらに他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持する少なくとも１個のスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放された蒸気導出管を有し、前記蒸気導出管を支持する前記スペーサは、当該蒸気導出管が貫通する筒状のセルを有し、そのセルの上端近くで上方に延びる複数個のセルタブが周方向に並んで配置され、これらのセルタブが上方に向けて外側に曲げられていること、を特徴とする。
【００１３】
また、本発明のさらに他の一つの態様は、相互に水平方向の間隔をあけて配列され、上下方向に延びる複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒の中間部を少なくとも水平方向に支持するスペーサと、を有し、前記複数の燃料棒の間を冷却水が上向きに流れるように構成された沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒に平行に配置されて前記スペーサに支持され、上下端が開放され、表面の少なくとも一部に超撥水加工がなされた蒸気導出管を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、沸騰水型原子炉用燃料集合体で、蒸気の捕集性能および排出性能を高め、燃料集合体内のボイド率を低減することができるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の種々の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
まず、図１〜図３を用いて、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第１の実施形態を説明する。この沸騰水型原子炉用燃料集合体は、図に示すように、複数の燃料棒３が鉛直向きに配置され、正方格子状に配列され、下部タイプレート１と上部タイプレート２で上下端を保持されている。下部タイプレート１と上部タイプレート２の間に、旋回羽根付きスペーサ４ａおよび蒸気導出管保持スペーサ４ｂが上下方向に交互に配置されている。旋回羽根付きスペーサ４ａおよび蒸気導出管保持スペーサ４ｂによって、燃料棒３同士の水平方向の間隔が保持されている。この沸騰水型原子炉用燃料集合体は、図示しない四角筒状のチャンネルボックスで側面を覆った上で原子炉内に収容され、冷却材が上向きに流れるようにして使用される。
【００１７】
旋回羽根付きスペーサ４ａは、燃料棒３を水平方向に支持するほか、旋回羽根６を支持している。旋回羽根６は、複数の燃料棒３によって水平方向に囲まれた位置に配置され、燃料棒３の間を上昇する冷却材に旋回を与える機能を有する。また、蒸気導出管保持スペーサ４ｂは、燃料棒３を水平方向に支持するほか、蒸気導出管５を支持している。蒸気導出管５は、上下方向に延びる筒状のものであって、上下端が開放され、内部に冷却材が流れるようにできている。蒸気導出管５と旋回羽根６は水平方向位置がほぼ一致し、上下方向に間隔をおいて並ぶように配置されている。
【００１８】
なお、図示の例では、蒸気導出管５と旋回羽根６が水平方向の一つの位置にのみ配置されているが、これらが、水平方向の複数位置に配置されていてもよい。
【００１９】
このように構成された本実施の形態において、原子炉運転時に冷却材が上向きに流れ、蒸気導出管５の上下両端位置の差圧は、その周辺の燃料棒３周辺流路側（燃料流路側）の同一高さ位置の差圧と同一となる。ここで、燃料流路側の差圧は、位置圧損と摩擦圧損に加えて、蒸気導出管保持スペーサ４ｂによる局所圧損を加えたものとなっているのに対して、蒸気導出管５内流路の差圧は位置圧損、摩擦圧損、流入流出に伴う局所圧損によるものである。
【００２０】
蒸気導出管５の流入流出に伴う局所圧損係数と、蒸気導出管保持スペーサ４ｂによる圧損係数を比較すると、蒸気導出管保持スペーサ４ｂによる圧損係数の方が大きいので、両方の流路の差圧が同一となるということは、主に蒸気導出管５内の流量が増加する。しかし、蒸気導出管５の入口部では旋回流により密度の重い液相が減少しているため、断面平均に比べてボイド率の高い流体が蒸気導出管５内に流入し、燃料流路側の流速よりも高速で上昇することになる。
【００２１】
蒸気導出管５内に流入した断面平均に比べてボイド率の高い流体が高速で上部へ排出されてゆく結果、蒸気導出管５部の断面平均のボイド率が減少する効果が得られる。断面平均のボイド率が減少すると、核反応度が増加する。また、二相圧力損失はボイド率が高いほど大きくなるため、二相圧力損失が低減できる。さらに、燃料流路側を流れる蒸気量が減少する結果、燃料流路側のクオリティ（気液二相流における気体の質量流量割合）が減少する。除熱性能は一般的にクオリティが低いほうが除熱特性が高いため、除熱性能も向上する効果がある。
【００２２】
以上より、本実施の形態によれば、断面平均ボイド率を低減でき、核反応度増加、圧力損失低減、および除熱特性を向上することができる。
【００２３】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第２の実施形態を、図４および図５を用いて説明する。本実施形態では、図４に示すように、複数の燃料棒３が鉛直向きに正方格子状に配列され、下部タイプレート１と上部タイプレート２で上下端を保持されている。下部タイプレート１と上部タイプレート２の間に、複数個の蒸気導出管保持スペーサ４ｂが上下方向に間隔をおいて配列されている。蒸気導出管保持スペーサ４ｂによって、燃料棒３同士の水平方向の間隔が保持されている。この沸騰水型原子炉用燃料集合体は、第１の実施形態と同様に、図示しない四角筒状のチャンネルボックスで側面を覆った上で原子炉内に収容され、冷却材が上向きに流れるようにして使用される。
【００２４】
蒸気導出管保持スペーサ４ｂは、燃料棒３を水平方向に支持するほか、蒸気導出管５を支持している。蒸気導出管５は、上下方向に延びる筒状のものであって、上下端が開放され、内部に冷却材が流れるようにできている。蒸気導出管５は水平方向の同じ位置に上下方向に間隔をおいて並ぶように複数個が配置されている。
【００２５】
なお、図示の例では、蒸気導出管５と旋回羽根６が水平方向の２箇所に配置されているが、これらが、水平方向の何箇所に配置されていてもよい。この実施形態では、第１の実施形態とは異なり、旋回羽根６（図１および図２参照）はない。
【００２６】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、蒸気導出管５の外壁にらせん溝１０が形成されている。
【００２７】
一般に、沸騰水型原子炉の運転時の燃料側流路の上部では、環状噴霧流と呼ばれる気液二相流動様式となっている。これは、燃料棒３表面やチャンネルボックス壁面に液膜が付着して流れている状況である。したがって、蒸気導出管５外壁でも液膜流が流れている。本実施形態の蒸気導出管５の周辺では、らせん溝１０によって旋回流が生じ、蒸気導出管５の外表面に沿って流れる液膜流が遠心力により剥離する。その結果、本来、燃料棒３の冷却に寄与していない液膜を燃料棒３に振り向けることができ、燃料棒３の除熱性能が向上する。また、蒸気導出管５近傍のボイド率が増加するため、下流に設けられた蒸気導出管５の入口部におけるボイド率が断面平均に比べ増加し、気液分離効果が増加する。
【００２８】
上記構成の変形例として、図６に示すように、蒸気導出管５の上下端部付近に、端部に向かって広がるベルマウス状の拡大管部１１ａ、１１ｂを形成してもよい。上端部の拡大管部１１ａにより、上述の液膜流の剥離がさらに促進される。また、下端部の拡大管部１１ｂは、下方から上昇してきた蒸気を蒸気導出管５内に取り込む効果がある。
【００２９】
図６では上下端に拡大管部１１ａ、１１ｂを形成した例を示しているが、上端部または下端部のみに拡大管部を形成することもできる。さらに、これらの拡大管部１１ａ、１１ｂを形成することは、らせん溝１０のない蒸気導出管５に適用することも可能である。
【００３０】
また、上記実施形態では蒸気導出管５の外表面にらせん溝１０を形成することとしたが、らせん状の突起を形成しても同じ効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、上記説明では、図５または図６に示すらせん溝１０付き蒸気導出管５を図４に示す旋回羽根なし燃料集合体に適用するものとしたが、同様の蒸気導出管５を第１の実施形態（図１〜図３）の旋回羽根付き燃料集合体に適用することも可能である。
【００３２】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第３の実施形態を、図７を用いて説明する。本実施形態では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、蒸気導出管５の上端（出口）部に複数の切り込みが入れられて、上方に延びる複数の導出管タブ７ａが周方向に並んで形成され、各導出管タブ７ａの上部は外側に、たとえば八方に隣接する燃料棒の中心の方向に開くように曲げられている。その他の構成は、第１の実施形態（図１〜図３）または第２の実施形態（図４）と同様である。
【００３３】
第２の実施形態の説明で述べたように、蒸気導出管５の外壁には液膜が付着し流れているが、実は、内壁にも液膜が付着して流れている。図７に示すような導出管タブ７ａを設けることにより、内壁面に付着している液膜を隣接する燃料棒３側へ飛散させる作用をもつ。
【００３４】
蒸気導出管５の内外壁に付着して流れる液膜を燃料棒側へ飛散させる結果、本来、燃料棒３の冷却に寄与していない液膜を燃料棒３に振り向けることができ、燃料棒３の除熱性能が向上する。また、蒸気導出管５近傍のボイド率が増加するため、下流に設けられた蒸気導出管５の入口部におけるボイド率が断面平均に比べて増加し、気液分離効果が増加する。
【００３５】
上記実施形態の変形例として、図７（ｃ）に示すように、各導出管タブ７ａを同じ向きにねじってもよい。このようにすることによって、蒸気導出管５の周辺の旋回流を促進することができ、それによって液膜を燃料棒側へ導くことができる。
【００３６】
また、さらに他の変形例として、図７に示す導出管タブ７ａを有する蒸気導出管の外表面に、図６に示すらせん状の凹凸を形成してもよい。
【００３７】
［第４の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第４の実施形態を、図８を用いて説明する。本実施形態では、蒸気導出管保持スペーサ４ｂにおいて、図８（ｂ）に示すように蒸気導出管５を取り巻く筒状のセル９を設けて、セル９と蒸気導出管５を接合し、セル９の下流側（上部）にはセルタブ７ｂを設ける。このセルタブ７ｂは、第３の実施形態における蒸気導出管５の導出管タブ７ａ（図７）と同様のものであって、上部は外側に開くように曲げられている。また、蒸気導出管保持スペーサ４ｂの格子部を構成するバー８とセル９とが接合されている。その他の構成は、第１の実施形態（図１〜図３）または第２の実施形態（図４）と同様である。
【００３８】
この実施形態によれば、蒸気導出管５外壁の液膜流の剥離を促進させることができる。蒸気導出管５の内外壁に付着して流れる液膜を燃料棒側へ飛散させる結果、本来、燃料棒の冷却に寄与していない液膜を燃料棒に振り向けることができ、燃料の除熱性能が向上する。また、蒸気導出管近傍のボイド率が増加するため、下流に設けられた蒸気導出管５の入口部におけるボイド率が断面平均に比べ増加し、気液分離効果が増加する。
【００３９】
本実施形態の変形例として、図９に示すように、各セルタブ７ｂを同じ向きにねじることもできる。これにより、セル９の周囲の冷却材の流れに旋回が生じ、遠心力によって液膜の剥離が促進される。
【００４０】
なお、上記実施形態は格子型スペーサを前提とした例であるが、図８（ｂ）のセル９を燃料棒の代わりに設ければよいので、どのようなスペーサに対しても設置可能である。
【００４１】
［第５の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第５の実施形態を、図４および図１０を用いて説明する。本実施形態では、蒸気導出管５の内外壁の少なくとも一方に酸化チタンなどの超撥水加工を施す。燃料集合体としての構成例としては、第１の実施形態（図１より図３）または第２の実施形態（図４）における蒸気導出管５の表面に超撥水加工を施したものとすればよい。この実施形態で、第２の実施形態（図４）の蒸気導出管５のようならせん状の凹凸はあってもなくてもよい。
【００４２】
蒸気導出管５の内外壁に超撥水加工を施すことにより、図１０（ｂ）に示すように、蒸気導出管５の表面を流れる液膜２２と壁面との接触面積が減少し、壁面摩擦力が減少する。また、壁面摩擦力が減少した結果、液膜流速も増加し、気液の速度差が減少して、二相圧力損失が減少する。
【００４３】
蒸気導出管５の圧力損失が減少する結果、流入する流体が増加し、流速が増すので、蒸気がより高速で排出されるようになり、断面平均ボイド率の減少幅が増加する。また、液膜の流速も増加しているため、前述の第２、第３、第４の実施形態の特徴と組み合わせることにより液膜飛散効果を増加させ、蒸気導出管５内のボイド率を増加させることができ、やはり断面平均ボイド率の減少幅が増加させる効果を得られる。
【００４４】
［第６の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第６の実施形態を、図１１および図１２を用いて説明する。本実施形態は、図６に示した実施形態（第２の実施形態の変形例）と同様に、蒸気導出管５の外面にらせん溝１０が設けられ、さらに、上下端部にベルマウス状拡大管部１１ａ、１１ｂが形成されている。本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、上端部にベルマウス状拡大管部１１ａの内側に沿って筒状の液膜排出板１３が配置されている。ベルマウス状拡大管部１１ａと筒状の液膜排出板１３との間には環状流路２３が形成されている。その他の構成は、第１の実施形態（図１〜図３）または第２の実施形態（図４）と同様である。
【００４５】
なお、らせん溝１０は配置していなくてもよい。
【００４６】
さらに、図１１（ｂ）に示すように液膜排出板１２の下端形状を内側に向けたテーパを設けてもよい。また、液膜排出板１２の下端位置を外側の蒸気導出管５の壁が鉛直になっている位置まで延びているのが好ましい。
【００４７】
蒸気導出管５内部の流れは、液体が非常に少ない環状噴霧流と呼ばれる二相流動様式となっている。蒸気中の液滴は、蒸気導出管５内面に付着して液膜２２を形成している。蒸気導出管５上端はベルマウス状拡大管部１１ａとなっているが、図１２に示すように、液膜排出板１３がないと、液膜２２は慣性力のため、ほとんどの液体がベルマウス状拡大管部１１ａの内面に沿って外部に排出されるのではなく、直進してしまう。このため、液が上部の蒸気導出管５に流入してしまう。
【００４８】
そこで、図１１に示すように液膜排出板１３を設けると、蒸気導出管５と液膜排出板１２とで形成された環状流路２３に液膜２２が導かれる。この環状流路２３に入った液膜２２はこの環状流路２３に沿って流れた後に外部へ導かれる。また、この場合に、流れの遠心力によりさらに排出が効率よく行なわれる。
【００４９】
また、図１１（ｂ）に示されるように、液膜排出板１３の下端形状を内側に向けたテーパ１４を設けて環状流路２３の下端部の半径方向の幅を広げることにより、液膜２２をこの環状流路２３に効率よく導くことができる。さらに、液膜排出板１３の下端位置を、外側の蒸気導出管５の壁が鉛直になっている位置までにすることにより、液膜２２をこの環状流路２３に効率よく導くことができる。
【００５０】
液膜排出板１３により蒸気導出管５内部の液体を蒸気導出管５外部に排出できると、蒸気導出管５出口でのボイド率が増加する。そのため、下流に設けられた蒸気導出管５の入口部におけるボイド率が断面平均に比べ増加し、気液分離効果が増加する。
【００５１】
［第７の実施形態］
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第７の実施形態を、図１３を用いて説明する。図１３では、燃料集合体は１６行１６列の燃料棒配列となっており、燃料集合体の中央に一つの角型ウォータロッド１２を有している。また、１６行１６列の燃料棒配列は、８行８列の燃料棒配列を有する４個のサブバンドルに分けられ、サブバンドルとサブバンドルの間の燃料棒３のピッチはサブバンドル内の燃料棒３のピッチより大きくしている。さらに、このサブバンドル間のスペースに、蒸気導出管５が１６本配置されている。蒸気導出管５は前記第１ないし第６の実施形態のいずれかの構成とする。
【００５２】
蒸気導出管５をサブバンドル間に配置し、第１ないし第６の実施形態のいずれかの構成とすることにより、第１ないし第６の実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００５３】
［その他の実施形態］
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらに限られるものではない。上記各実施形態の特徴を種々に組み合わせた実施形態もありうる。たとえば、第５の実施形態のように蒸気導出管５の内外壁の少なくとも一方に超撥水加工を施すことは、他のどの実施形態とも組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第１の実施形態の構造を示す概略全体立面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視水平断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視水平断面図。
【図４】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第２の実施形態の構造を示す概略全体側面図。
【図５】図４の沸騰水型原子炉用燃料集合体の蒸気導出管の一つを取り出して示す図であって、（ａ）は立面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視拡大水平断面図。
【図６】図４の沸騰水型原子炉用燃料集合体の蒸気導出管を取り出して示す図であって、（ａ）の変形例の立面図。
【図７】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第３の実施形態の蒸気導出管の一つを取り出して示す図であって、（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）の変形例の平面図。
【図８】（ａ）は本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第４の実施形態の蒸気導出管近傍を示す部分平面図、（ｂ）は（ａ）の蒸気導出管近傍を示す部分立断面図。
【図９】図８（ａ）の蒸気導出管近傍の変形例を示す部分平面図。
【図１０】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第５の実施形態の作用を説明するための蒸気導出管近傍の液膜形成状況を示す模式的立断面図であって、（ａ）は従来の蒸気導出管近傍を示す図、（ｂ）は第４の実施形態の蒸気導出管近傍を示す図。
【図１１】（ａ）は本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第６の実施形態の蒸気導出管の上端部近傍を示す部分立断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大立断面図。
【図１２】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第６の実施形態の蒸気導出管の作用説明するための図であって、液膜排出板がない場合のようすを示す蒸気導出管の上端部近傍の模式的立断面図。
【図１３】本発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の第７の実施形態の模式的平断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１…下部タイプレート
２…上部タイプレート
３…燃料棒
４ａ…旋回羽根つきスペーサ
４ｂ…蒸気導出管保持スペーサ
５…蒸気導出管
６…旋回羽根
７ａ…導出管タブ
７ｂ…セルタブ
８…バー
９…セル
１０…らせん溝
１１ａ，１１ｂ…拡大管部
１２…ウォータロッド
１３…液膜排出板
２２…液膜
２３…環状流路
３１…ストップリングまたはスプリング
【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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