JPH11133176A - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異物捕捉効率を十分に高く設定することができ
るとともに圧力損失も小さく、冷却材に伴う異物の燃料
集合体内への流入を確実に阻止して、健全性維持が有効
的に図れる燃料集合体を提供する。 【解決手段】複数本の燃料棒２と、燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレート４および下部タイプレート５
と、両タイプレート間に間隔的に配置され燃料棒相互の
間隔を保持する複数のスペーサ８と、全体の外周側を被
覆するチャンネルボックス１とを有し、下部タイプレー
トの下端側から流入する冷却材を燃料棒側に上昇流とし
て流通させる。下部タイプレートの下部中央位置に配置
され上昇する冷却材を旋回流とする中心ハブ２３および
複数の羽根２４を有する構造の螺旋羽根２２と、螺旋羽
根の後流側に一定高さ位置まで立上る上下端が開口した
垂直な円筒体２１とを設ける。円筒体の外側下部で下部
タイプレート内面側に、冷却材とともに下部タイプレー
ト内へ流入した異物を落下させて回収する異物回収部２
５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉に装
荷される燃料集合体に係り、特に冷却材中に混入した異
物がその内部に流入するのを防止できるようにした燃料
集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体
は例えば図５５に示すように、筒状のチャンネルボック
ス１内に複数の燃料棒２と、少なくとも１本のウォータ
ロッド３とを収納した構成となっている。この燃料集合
体の上下端部には、それぞれ上部タイプレート４および
下部タイプレート５が装着され、これら上部タイプレー
ト４および下部タイプレート５に、燃料棒２およびウォ
ータロッド３の上下端部が上部端栓６および下部端栓７
を介して固定されている。そして、ウォータロッド３に
は、その軸方向に所定の間隔をおいて複数のスペーサ８
が取付けられ、これらのスペーサ８によって燃料棒２を
整列支持するとともに、燃料棒２の湾曲を抑止するよう
になっている。

【０００３】図５６は下部タイプレート５の下部端栓支
持用ネットワーク部９の一例を示した平面図である。こ
のネットワーク部９には、燃料棒２およびウォータロッ
ド３を支持するための下部端栓７が挿入する筒部１０
と、冷却材を下方から上昇流として通過させる通水孔１
１とを有する構成となっている。

【０００４】図５７は、このネットワーク部８への下部
端栓１０の挿入状態を拡大して示した縦断面図である。
この図５７に矢印で示したように、冷却材ａは燃料集合
体下部から流入し、下部タイプレート５の通水孔１１を
通過して燃料棒２の発する熱を除去しながら燃料集合体
上部に流れてゆく。

【０００５】ところで、原子炉の定期点検中には、原子
炉圧力容器の蓋を開けて燃料集合体の交換を行うが、こ
の定期点検中には作業に使用した針金等の金属片が原子
炉圧力容器内に落下する可能性がある。また、原子炉構
造物が酸化または他の原因で一部剥離し、この剥離片が
原子炉圧力容器内に落下する可能性もある。

【０００６】これらの金属片や剥離片等の異物は通常、
重量が小さいため原子炉運転中に冷却材流れに沿って炉
心に導かれ、その一部が下部タイプレート５を通過して
燃料集合体内に流入し、燃料集合体内で引掛かる等の不
具合を生じる可能性がある。このため従来、異物の燃料
集合体への流入を阻止する技術が開発されている（例：
特開平７−１５１８８２号）。

【０００７】図５８は、このような従来技術による異物
捕捉装置の構成例を示したものである。この異物捕捉装
置は、下部タイプレート５の下端中央に開口する冷却材
流入部に捩り板１３を設け、その上方周囲部に筒状の冷
却材ａをガイドするリング１４を設け、さらにその上方
にピックオフフィルタ１５を設置したものである。これ
により、冷却材ａとともに下部タイプレート５に流入し
た異物は、捩り板１３で旋回成分を与えられ、冷却材ａ
よりも密度の高い異物は、捩り板１３の後流に設置され
ているリング１４の外側へと分離されるようになってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の異物捕
捉装置では、捩り板による旋回力が弱いため、必ずしも
十分に異物を冷却材から分離できない場合があり、また
圧力損失も大きい等の課題があった。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、異物捕捉効率を十分に高く設定することが
できるとともに圧力損失も小さく、冷却材に伴う異物の
燃料集合体内への流入を確実に阻止して、健全性維持が
有効的に図れる燃料集合体を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容
器の炉心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の
燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプ
レートおよび下部タイプレートと、これら両タイプレー
ト間に間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持す
る複数のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチ
ャンネルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下
端側から流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として
流通させるものにおいて、前記下部タイプレートの下部
中央位置に配置され上昇する前記冷却材を旋回流とする
中心ハブおよび複数の羽根を有する構造の螺旋羽根と、
この螺旋羽根の後流側に一定高さ位置まで立上る上下端
が開口した垂直な円筒体とを設け、かつ前記円筒体の外
側下部で前記下部タイプレート内面側に、前記冷却材と
ともに前記下部タイプレート内へ流入した異物を落下さ
せて回収する異物回収部を形成したことを特徴とする燃
料集合体である。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、螺旋羽根の後流側に一定高さ位置
まで立上る上下端が開口した垂直な円筒体を、メッシュ
構造とした前記円筒体としたことを特徴とする燃料集合
体である。

【００１２】また、請求項３の発明は、請求項２記載の
燃料集合体において、メッシュ構造の円筒体の上部周壁
に、断面が鋸刃状となる凹凸を形成し、その凹凸部分に
より異物回収を可能としたことを特徴とする燃料集合体
である。

【００１３】また、請求項４の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、円筒体の上端部近傍の内周面側
に、冷却材への混入異物の上昇を阻止するリング状の異
物捕獲用鉤部を突設したことを特徴とする燃料集合体で
ある。

【００１４】また、請求項５の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、円筒体を、冷却材後流側に向って
テーパ状に小径となる部分を有し、さらにその上端側に
筒状の小径部を有する構成にしたことを特徴とする燃料
集合体である。

【００１５】また、請求項６の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、円筒体は上下配置で複数設けら
れ、かつ下側の円筒体よりも上側の円筒体を小径として
各円筒体間にリング状の隙間を形成したことを特徴とす
る燃料集合体である。

【００１６】また、請求項７の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、円筒体の上方に、一定の上下間隔
をあけてその円筒体と略同一径の第２円筒体を配置し、
この第２円筒体を取付壁を介して下部タイプレートの内
面に支持させたことを特徴とする燃料集合体である。

【００１７】また、請求項８の発明は、請求項１記載の
燃料集合体において、円筒体の上部を上方に向って次第
に大径となるテーパ状の拡径部とし、かつ前記円筒体の
異物回収部の底部高さに相当する部位の周壁に複数の窓
孔を穿設し、かつ前記円筒体の上方に、下部タイプレー
トの内面から突出して前記円筒体の上端開口部内に臨む
下側小径テーパ筒状の突起を突設したことを特徴とする
燃料集合体である。

【００１８】また、請求項９の発明は、請求項８記載の
燃料集合体において、円筒体の窓孔に異物捕捉用の網を
設けたことを特徴とする燃料集合体である。

【００１９】また、請求項１０の発明は、請求項１記載
の燃料集合体において、円筒体の上端部近傍の周壁に複
数本のスリットを螺旋状に、または傾斜状に穿設したこ
とを特徴とする燃料集合体である。

【００２０】また、請求項１１の発明は、請求項１記載
の燃料集合体において、円筒体の上端部近傍の周壁に複
数個の円孔を穿設したことを特徴とする燃料集合体であ
る。

【００２１】また、請求項１２の発明は、請求項１記載
の燃料集合体において、螺旋羽根後流の円筒体の外側
に、外側外円筒を設けて二重円筒状とし、前記内側の円
筒体と前記外側円筒との後流側の空間を閉塞するととも
に、前記内側の円筒体の周壁に、螺旋状または傾斜状の
スリットを複数本穿設し、その円筒体のスリットから流
出する異物を外側円筒との隙間に回収可能としたことを
特徴とする燃料集合体である。

【００２２】また、請求項１３の発明は、請求項１２記
載の燃料集合体において、円筒体に穿設したスリット入
口部に、旋回流と逆向きに突出する異物捕獲用のガイド
板を設けたことを特徴とする燃料集合体である。

【００２３】また、請求項１４の発明は、請求項１２記
載の燃料集合体において、円筒体に設けたスリットに代
えて円孔を穿設したことを特徴とする燃料集合体であ
る。

【００２４】また、請求項１５の発明は、請求項１４記
載の燃料集合体において、円筒体に穿設した円孔の孔径
を上流および下流によって異ならせたことを特徴とする
燃料集合体である。

【００２５】また、請求項１６の発明は、請求項１２か
ら１５までのいずれかに記載の燃料集合体において、二
重円筒部分の後流側の上端連結部をメッシュ構造とした
ことを特徴とする燃料集合体である。

【００２６】また、請求項１７の発明は、請求項１２か
ら１５までのいずれかに記載の燃料集合体において、外
側円筒の下端部を下部タイプレートから離間させ、その
外側円筒体の内外に連通する冷却材流路を形成したこと
を特徴とする燃料集合体である。

【００２７】また、請求項１８の発明は、請求項１，
５，１０または１１記載の燃料集合体において、円筒体
の上端縁の内外周および上方を囲む冠状の異物落下用ガ
イド体を設けたことを特徴とする燃料集合体である。

【００２８】また、請求項１９の発明は、請求項１８記
載の燃料集合体において、冠状の異物落下用ガイド体の
外側筒状垂下部の内周面と円筒体の上端部外周面との間
隙によって下降流路を形成し、この下降流路に複数の舌
片状の異物捕獲板を設けたことを特徴とする燃料集合体
である。

【００２９】また、請求項２０の発明は、請求項１９記
載の燃料集合体において、異物捕獲板は、先端側に向っ
て次第に高くなる傾斜をもって立上る傾斜板状、略水平
で先端が略Ｌ字形に折曲した上向きの鉤形板状、または
凹面が上向きとなる略半円弧状の湾曲板状をなす構成と
したことを特徴とする燃料集合体である。

【００３０】また、請求項２１の発明は、請求項１７か
ら２０までのいずれかに記載の燃料集合体において、異
物回収部に、多数の針状の異物捕捉フィンを配設したこ
とを特徴とする燃料集合体である。

【００３１】また、請求項２２の発明は、請求項１７か
ら２０までのいずれかに記載の燃料集合体において、下
部タイプレートの内周面にリング状の凹凸部を上下方向
に沿って複数段設けたことを特徴とする燃料集合体であ
る。

【００３２】また、請求項２３の発明は、請求項２１記
載の燃料集合体において、下部タイプレート内周面の凹
凸部は、凹溝の入口が狭く、かつ凹溝の内部が広くなる
形状とされていることを特徴とする燃料集合体である。

【００３３】また、請求項２４の発明は、請求項１８か
ら２３までのいずれかに記載の燃料集合体において、円
筒体の上端部に取り付けた冠状の異物落下用ガイド体の
外径を、下部タイプレート下端の冷却材入口孔の径より
も小径としたことを特徴とする燃料集合体である。

【００３４】また、請求項２５の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレートの下部中央位置に配置され上昇する前記冷却
材を旋回流とする中心ハブおよび複数の羽根を有する構
造の螺旋羽根を設け、前記下部タイプレート内面に前記
螺旋羽根による旋回流とは逆向き成分となる鉤型異物捕
獲板を周方向に複数個設けたことを特徴とする燃料集合
体である。

【００３５】また、請求項２６の発明は、請求項２５記
載の燃料集合体において、下部タイプレート内面の鉤型
異物捕獲板をメッシュ構造としたことを特徴とする燃料
集合体である。

【００３６】また、請求項２７の発明は、請求項１から
２６までのいずれかに記載の燃料集合体において、下部
タイプレート下端に設けられる装荷用ガイドに代え、ま
たは兼用させて、前記タイプレート下端側に突出する螺
旋羽根を設けたことを特徴とする燃料集合体である。

【００３７】また、請求項２８の発明は、請求項１から
２７までのいずれかに記載の燃料集合体において、螺旋
羽根の中心ハブを後流側に延長したことを特徴とする燃
料集合体である。

【００３８】また、請求項２９の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレート冷却材入口部に、上下方向に沿う複数の螺旋
流路を有する円筒部材を設け、前記各螺旋流路を流れる
冷却材の遠心力がかかる部分に、前記冷却材の流れ方向
に垂直な凹凸溝を形成したことを特徴とする燃料集合体
である。

【００３９】また、請求項３０の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレート内の中央下部から複数の縦長な流れ規制板を
立上がらせ、これら流れ規制板を周囲に向けて折曲した
構成とする一方、前記流路規制板の上端位置に傘状の流
路閉止板を設けて冷却材の上昇流を下向き放射状の流れ
に変換可能とし、かつ前記下部タイプレートの内面に、
縦方向に沿う複数の凹溝を有する異物捕獲部材を設けた
ことを特徴とする燃料集合体である。

【００４０】また、請求項３１の発明は、請求項３０記
載の燃料集合体において、下部タイプレートの下端の冷
却材流入口孔に冷却材上昇流を絞るオリフィスを設けた
ことを特徴とする燃料集合体である。

【００４１】また、請求項３２の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレートの内部に、冷却材の主流れ方向に対して傾斜
して異物の通過を阻止する孔開き板状の異物除去プレー
トを設けるとともに、前記異物除去プレートの上端側下
方位置でかつ前記下部タイプレートの内面部に、前記異
物除去プレートから落下する異物を回収する異物回収部
を形成したことを特徴とする燃料集合体である。

【００４２】また、請求項３３の発明は、請求項３２記
載の燃料集合体において、異物除去プレートは、下部タ
イプレートの中心位置から周辺に向かって次第に立上る
形状としたことを特徴とする燃料集合体である。

【００４３】また、請求項３４の発明は、請求項３２記
載の燃料集合体において、異物除去プレートは、下部タ
イプレート上端の燃料支持用ネットワーク部下面をその
中心位置から周辺に向かって次第に立上る傾斜面とする
ことにより構成したことを特徴とする燃料集合体であ
る。

【００４４】また、請求項３５の発明は、請求項３２か
ら３４までのいずれかに記載の燃料集合体において、下
部タイプレート内の異物回収部を、翼型形状としたこと
を特徴とする燃料集合体である。

【００４５】また、請求項３６の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記燃料棒
の下端を前記下部タイプレートに支持する下部端栓に、
前記冷却材を上昇後に側方に向かう流れとして流通させ
る折曲した冷却材流路を形成し、この冷却材流路の出口
部を、前記下部タイプレートのネットワーク部に穿設し
た通水孔の上側空間に開口させたことを特徴とする燃料
集合体である。

【００４６】また、請求項３７の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレートのネットワーク部は下部端栓支持孔以外の部
位に通水孔を有しない構成とし、かつ前記下部端栓に、
前記冷却材を上昇後に側方に向かう流れとして流通させ
る折曲した冷却材流路を形成したことを特徴とする燃料
集合体である。

【００４７】また、請求項３８の発明は、請求項３６ま
たは３７記載の燃料集合体において、下部端栓に形成し
た冷却材流路の出口形状を、側面視で平行ライン状、く
字状、Ｌ字状、Ｓ字状、Ｔ字状、またはクランク状とし
たことを特徴とする燃料集合体である。

【００４８】また、請求項３９の発明は、沸騰水型原子
炉の原子炉圧力容器の炉心部に装荷される燃料集合体で
あって、複数本の燃料棒と、これら燃料棒の上下端を支
持する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、こ
れら両タイプレート間に間隔的に配置され前記燃料棒相
互の間隔を保持する複数のスペーサと、これら全体の外
周側を被覆するチャンネルボックスとを有し、前記下部
タイプレートの下端側から流入する冷却材を前記燃料棒
側に上昇流として流通させるものにおいて、前記下部タ
イプレートの内部空間に、冷却材の主流れ方向に対して
傾斜する複数の異物混入防止板を交互に配設したことを
特徴とする燃料集合体である。

【００４９】また、請求項４０の発明は、請求項３９記
載の燃料集合体において、異物混入防止板の先端が、上
方に向って折曲していることを特徴とする燃料集合体で
ある。

【００５０】また、請求項４１の発明は、請求項３９記
載の燃料集合体において、異物混入防止板は、それぞれ
両端部が下部タイプレートの内面に接して設けられた略
Ｖ字型の複数枚の間隔配置の板材によって構成するとと
もに、前記各板材の非重合位置に冷却材の流れを蛇行流
とする開口部を形成したものであることを特徴とする燃
料集合体である。

【００５１】また、請求項４２の発明は、請求項１から
４１までのいずれかに記載の燃料集合体において、下部
タイプレート内の円筒内壁面、捩り板、および螺旋羽根
表面、その他各パーツにおいて冷却材流れ方向に沿う細
い溝を複数並設してなるリブレットを形成し、冷却材流
路における抵抗を低減させるようにしたことを特徴とす
る燃料集合体である。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料集合体の
実施形態について、図１〜図５４を参照して説明する。
なお、従来の燃料集合体と同一部品については図５５〜
図５６と同一符号を使用して説明する。

【００５３】第１実施形態（図１） 図１は本実施形態による燃料集合体の構成を示す全体図
である。この燃料集合体は図１に示すように、筒状のチ
ャンネルボックス１内に複数の燃料棒２と、少なくとも
１本のウォータロッド３とを収納した構成となってい
る。この燃料集合体の上下端部には、それぞれ上部タイ
プレート４および下部タイプレート５が装着され、これ
ら上部タイプレート４および下部タイプレート５に、燃
料棒２およびウォータロッド３の上下端部が上部端栓６
および下部端栓７を介して固定されている。そして、ウ
ォータロッド３には、その軸方向に所定の間隔をおいて
複数のスペーサ８が取付けられ、これらのスペーサ８に
よって燃料棒２を整列支持するとともに、燃料棒２の湾
曲を抑止するようになっている。

【００５４】このような構成において、本実施形態で
は、下部タイプレート５の下部中央に開口する冷却材入
口孔５ａの部位に、その下部プレート５の下端部から上
下ほぼ中間部まで立上る上下端が開口した垂直な円筒体
２１が設けられている。この円筒体２１内の下部に、冷
却材ａを旋回流とするための螺旋羽根２２が設けられて
いる。この螺旋羽根２２は上下方向に沿う中心ハブ２３
と、中心ハブ２３の周囲に等間隔で設けられた複数の羽
根とを有する構造となっており、各羽根２４の外縁部が
円筒体２１の内面に溶接等によって接合されている。こ
れにより、螺旋羽根２２の後流側に円筒体２１が配置し
た構成となっている。さらに、下部タイプレート５の下
部内面は下方に向かって次第に小径となるテーパ状をな
し、円筒体２１の外面は下部タイプレート５の内面の最
小径部分とほぼ同一径となっている。これにより、円筒
体２１の外側下部で下部タイプレート５の内面側に、冷
却材ａとともに下部タイプレート５内へ流入した異物を
落下させて回収する異物回収部２５が形成されている。

【００５５】このような構成によると、冷却材ａは矢印
で示すように、下部タイプレート５の下方から冷却材入
口孔５ａを介して円筒体２１内に流入する。円筒体２１
の下部には螺旋羽根２２が設けてあり、流入した冷却材
ａは螺旋羽根２２の羽根２４によって強制的に旋回成分
を付与され、円筒体２１内を旋回しながら上昇する。

【００５６】そして万一、冷却材ａ中に異物が混入して
いても、冷却材ａが円筒体２１内を旋回することによ
り、冷却材ａよりも密度の高い異物は遠心力によって外
周側に移動して円筒体２１の内面に沿って旋回上昇し、
円筒体２１の上端から流出した後、径方向外側へ押し出
される。この場合、円筒体２１の外側における冷却材ａ
の上昇速度が遅いため、異物は上昇せずに円筒体２１の
外側に下降して異物回収部２５に堆積される。

【００５７】したがって、本実施形態によれば、流入す
る冷却材に旋回流を付与することで異物の燃料集合体内
への混入を防ぐことができ、燃料被覆管の健全性維持が
図れる。この場合、本実施形態では旋回流付与部を、中
心ハブ２３と、例えば３枚以上の羽根２４を有する螺旋
羽根２２として構成したことにより、冷却材ａに与える
旋回成分を増大させ、一枚板を捩った捩り板を有する従
来例に比して冷却材からの異物の分離率を高めることが
でき、したがって異物の捕捉性能を向上することができ
る。加えて螺旋羽根２２は従来の捩り板を用いた構成に
比べて羽根角度を小さくすることができるため、流路の
閉塞率も少なくすることができ、また冷却材の構造物へ
の接触面積を低減できるため、圧力損失を低減させるこ
とができる。さらに構造的には、螺旋羽根２２と円筒体
１６との溶接箇所が多くなるため、これらの組立て強度
が高くなり、接合部の分離による機構上または旋回流付
与機能上での不具合発生、例えば振動発生等の可能性を
低減することができる。

【００５８】第２実施形態（図２） 図２は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を一部破断して示す拡大図である。

【００５９】本実施形態では図２に示すように、旋回流
付与部の基本的構成については前記第１実施形態で示し
たものと略同様であるが、燃料集合体の下部タイプレー
ト５に設置される螺旋羽根２２の周囲に設けられる円筒
体２１を、格子状に組立てた多数の線材によってメッシ
ュ構造としたものである。

【００６０】このような構成によると、流入する冷却材
ａがメッシュ状の円筒体２１の壁を通して外周側にも流
出するため、冷却材流路面積が増大することになり、圧
力損失を一層低下することができる。

【００６１】第３実施形態（図３） 図３は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を部分断面として示す拡大図である。

【００６２】本実施形態では図３に示すように、前記第
２実施形態と同様に円筒体２１をメッシュ構造としたも
のであるが、その円筒体２１の上側部周壁２１ａを内周
側および外周側に向って断面が鋸刃状となる凹凸を形成
してある。

【００６３】このような構成によると、円筒体２１をメ
ッシュ構造とすることによる冷却材ａの流入時の圧損低
下に加え、螺旋羽根２２によって旋回流を与えられた冷
却材ａ中の異物が遠心力で円筒体２１の内面に押しつけ
られた際、さらに円筒体２１の上部の凹凸部の内面にそ
の異物が捕集されるようになる。したがって、本実施形
態によれば異物捕集率をさらに向上させることができ
る。

【００６４】第４実施形態（図４） 図４は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００６５】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た燃料集合体の構成に加え、円筒体２１の上端部近傍の
内周面側に、冷却材ａへの混入異物の上昇を阻止するリ
ング状の異物捕獲用鉤部２６が突設されている。この異
物捕獲用鉤部２６は円筒体２１の上部内周面に当接する
平坦なリング本体部分と、このリング本体部分から下向
きに突出して円筒体２１の内周面に対向する突出部分と
からなっている。

【００６６】このような構成によると、前記第１実施形
態で示した異物除去作用に加えて、冷却材よりも密度の
高い異物が遠心力により円筒体２１の内面側に押し付け
られた状態で円筒体２１の内面に沿って上昇する際、そ
の異物が円筒体２１と異物捕獲用鉤部２６の突出部分と
の間の隅角凹部空間に捕集されるようになり、異物捕集
率をさらに向上させることができる。

【００６７】第５実施形態（図５） 図５は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００６８】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た燃料集合体での下部タイプレート５内の円筒体２１
を、その円筒体２１の上端側で一旦テーパ状に絞り、さ
らにその上端側を一段小径な筒状とした小径部２１ｂを
形成したものである。

【００６９】このような構成によると、前記第１実施形
態で示した異物除去作用に加え、旋回流となって円筒体
２１の内面に沿って冷却材ａとともに上昇する異物を、
円筒体２１の小径部２１ｂ内のより周壁に近い側に押し
寄せた状態で通過させることができるとともに、その
後、冷却材ａの上昇流から分離させて落下させる際には
小径部２１ｂにより広くなった異物回収部２５の上部空
間を介して異物を捕獲することができる。したがって、
異物捕獲率をさらに向上させることができる。

【００７０】第６実施形態（図６） 図６は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００７１】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た燃料集合体の構成に加え、円筒体２１の上方に第２段
の小径な円筒２７が設けられている。そして、下段の円
筒体２１よりも上段の円筒２７の径を小さくすることで
リング状の隙間２８が形成してある。

【００７２】このような構成によると、円筒体１６の内
面に沿って上昇する異物を、上昇途中でリング状の隙間
２８から排出できるので、異物が異物回収部２５に速か
に流れ込み、これにより燃料集合体内への異物の混入防
止率を向上させることができる。

【００７３】なお、円筒体１６の上方には、図示しない
が順次に小径な円筒体を３段以上設けてもよい。

【００７４】第７実施形態（図７） 図７は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００７５】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た円筒体２１の上方に、一定の上下間隔をあけてその円
筒体２１と略同一径の第２円筒体２９を配置し、この第
２円筒体２９を水平な取付壁３０を介して下部プレート
５の内面に接合させて支持してある。

【００７６】このような構成によると、旋回成分により
円筒体２１の内面に沿って旋回上昇する冷却材ａおよび
それに含まれる異物は、円筒体２１の上端部と第２円筒
体２９との隙間から外周側に導かれるともに、水平な取
付壁３０によって上昇を確実に阻止されて異物回収部２
５に流れ込み、そこで捕獲される。そして、捕獲された
異物は高密度のため下方向へ落下し、再び冷却材主流へ
と吸い込まれることはなくなる。したがって、本実施形
態によれば、異物をより確実に捕獲し、かつ保持するこ
とができるようになる。

【００７７】第８実施形態（図８） 図８は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００７８】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た燃料集合体の下部タイプレート５の内部構造、円筒体
２１の構造および螺旋羽根２２の配置等を変形してい
る。即ち、図８に示すように、円筒体２１の下部の径は
略一定であるが、上部は上方（下流側）に向かって次第
に大径となるテーパ状の拡径部２１ｃとされており、異
物回収部２５の底部高さに相当する部位の周壁に、周方
向に間隔的に複数の窓孔３１が穿設されている。また円
筒体２１の上方に位置して、下部タイプレート５の内面
から突出して円筒体２１の上端開口部内に臨む下側小径
テーパ筒状の鉤形突起３２が突設されている。

【００７９】この鉤形突起３２は円筒体２１の上端部周
縁の上方空間を円環形空間として上側から覆う形状の湾
曲した円筒状のものであり、先端部が下方に向って次第
に小径となり、円筒体の上端開口部の周縁よりも小径と
なって、その開口部内に入り込んでいる。さらに、螺旋
羽根２２は、円筒体２１の窓孔３１よりも高い位置に配
置している。

【００８０】このような構成によると、冷却材ａは、円
筒体２１に流入した後、螺旋羽根２２によって旋回流を
与えられて円筒体２１の内面を沿って上昇し、下部タイ
プレート５の内面から突設した鉤形突起３２に衝突した
流れの部分は鉤形突起３２の下面に沿って円筒体２１の
外周側へと導かれ、ここで異物は異物回収部２５に落下
する。この後さらに異物は円筒体下部の窓孔３１から円
筒体２１の内部へと通り抜け、再び円筒体２１内を上昇
する。このようにして、異物は円筒体２１の内外を循環
するようになるため、本実施形態では多量の異物が下部
タイプレート５内に収容されることになり、それだけ燃
料部への異物混入防止率を高めることができる。

【００８１】第９実施形態（図９） 図９は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート
部を示す拡大断面図である。

【００８２】本実施形態では、前記第８実施形態で示し
た燃料集合体の下部タイプレート５内に設けた円筒体２
１の下部（上流側）の窓孔３１に異物捕捉用の網３３を
張設してある。

【００８３】このような構成によると、前記第８実施形
態では下部プレート５内で循環していた異物を網３３で
捕獲できるようになり、異物を異物回収部２５に保持す
ることができる。

【００８４】第１０実施形態（図１０） 図１０は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【００８５】本実施形態では、前記第１実施形態で示し
た燃料集合体の構成に加え、円筒体２１の上端部近傍の
周壁に複数本のスリット３４が螺旋状または傾斜状に穿
設されている。このスリット３４の旋回方向は、螺旋羽
根２２によって与えられる冷却材ａの旋回方向と一致し
ている。

【００８６】このような構成によると、前記第１実施形
態で示した異物除去作用に加えて、旋回成分を与えられ
て円筒体２１の内面に沿って冷却材ａとともに旋回上昇
する異物が、旋回方向の一致する螺旋状のスリット３４
を通して円筒体２１の外部に排出されるので、異物が異
物回収部２５に効率よく回収される。したがって、本実
施形態によれば、燃料集合体内への異物の混入防止率を
高めることができる。

【００８７】第１１実施形態（図１１） 図１１は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【００８８】本実施形態では、前記第１０実施形態で示
したスリット３４に代え、円筒体２１の上端部近傍の周
壁に複数個の円孔３５が千鳥状配列で穿設されている。

【００８９】このような構成によっても、前記第１０実
施形態と同様に、旋回成分により円筒体２１の内面に沿
って冷却材ａとともに旋回上昇する異物が千鳥状配列の
円孔３５から円筒体２１の外部に排出され、異物の燃料
集合体内への混入防止率を高めることができる。

【００９０】第１２実施形態（図１２） 図１２は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【００９１】本実施形態では、前記第１０実施形態で示
した燃料集合体に加え、スリット３４を有する円筒体２
１の外側に、円筒状の隙間をあけて外側円筒３６を設け
ている。外側円筒３６の上端部は、内側の円筒体２１の
上端部に連設され、また外側円筒３６の下端部は下部タ
イプレート５に連設されている。これにより、円筒間の
隙間が異物回収部２５ａとされている。

【００９２】このような構成によると、前記第１０実施
形態と同様に、旋回成分により円筒体２１の内面に沿っ
て冷却材ａとともに旋回上昇する異物を、螺旋状のスリ
ット３４を介して円筒体２１の外部に排出し、外側円筒
３６との隙間である異物回収部２５ａに異物を回収する
ことができる。そして、本実施形態の場合は、円筒体２
１および外側円筒３６により二重円筒構造としたことに
より構造強度を高めることができ、螺旋羽根２２の支持
強度、旋回流振動に対する強度等の向上が図られる。

【００９３】第１３実施形態（図１３） 図１３（ａ）は本実施形態による燃料集合体の下部タイ
プレート内に設けられる円筒体を拡大して示す横断面図
であり、図１３（ｂ）はその円筒体を内側から見た状態
で一部を断面として示す斜視図である。

【００９４】本実施形態では、前記第１２実施形態で示
した燃料集合体と同様に、二重円筒を構成する内側の円
筒体２１の上部近傍に、冷却材ａの旋回方向（矢印方
向）と一致する方向に沿う複数の螺旋状または傾斜状の
スリット３４が穿設してあるとともに、その円筒体２１
の内面の各スリット３４の下側傾斜縁部に沿って冷却材
ａおよび異物をスリット３４に導くための断面Ｌ字形の
ガイド板３７がそれぞれ突設されている。

【００９５】このような構成によると、前記第１２実施
形態で示した異物除去作用に加えて、旋回成分により円
筒体２１の内面に沿って冷却材ａとともに旋回上昇する
異物がスリット３４の位置に達した時に、ガイド板３７
によってスリット３４に導かれ、その異物が円滑に円筒
体２１の外側に排出され、これにより一層効率よく異物
が捕獲されるようになる。

【００９６】第１４実施形態（図１４，１５） 図１４は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【００９７】本実施形態では、前記第１２実施形態で示
した燃料集合体と同様に、内側の円筒体２１および外側
円筒３６による二重円筒構造を有するが、内側の円筒体
２１にスリット３４に代えて第１１実施形態と同様に、
同一径の円孔３５が複数、千鳥状配列で穿設されてい
る。なお、本実施形態では螺旋羽根２２の中心ハブ２３
が前記各実施形態に比して羽根２４の後流側に延長した
構成となっている。

【００９８】このような構成によっても、第２実施形態
と同様に、旋回成分により円筒体２１の内面に沿って冷
却材ａとともに旋回上昇する異物を、千鳥状配列の円孔
３５から内側円筒体２１の外部に排出することにより、
外側円筒３６との隙間からなる異物回収部２５に異物を
回収することができる。

【００９９】図１５は、従来の捩り板を設けた異物回収
構造と本実施形態による螺旋羽根２２を設けた異物回収
構造とについて、異物分離率（図１５（ａ））および圧
力損失比（図１５（ｂ））を示したグラフである。

【０１００】これらの図１５（ａ）および図１５（ｂ）
に示した特性は、実機の流量および異物形状等を模擬
し、試験を行なった結果より導いたものである。異物分
離率、圧力損失ともに従来例に対する本実施形態の割合
を示している。従来例の構成としては、図５８に示した
如く、円筒内に９０°捩った板を取付けた。なお、図示
しないが円筒上部に異物落下用ガイド体を設置した。こ
れに対し、本実施形態では３枚羽根構造の螺旋羽根２２
を円筒体２１内に取付け、中心ハブ２３を羽根２４の後
流側に延長し、異物回収部２５ａを二重円筒間の空間と
したものである。したがって、捩り板と螺旋羽根との構
造による差異に加えて、異物回収部２５ａの構造による
影響も加わっている。

【０１０１】図１５（ａ）に示したように、本実施形態
による異物分離率は、従来例の約２．７倍であった。但
し、図１５（ｂ）に示したように、本実施形態では圧力
損失比も従来例と比較して増大した。これは、異物回収
部２５ａが二重円筒間の空間となっており、その異物回
収部２５ａには冷却材出口が無い構造となっているため
と考えられる。しかし、異物回収部２５ａが閉塞構造と
なっていることから、異物が冷却材ａと共に流れ出るこ
とがなく、これにより異物捕獲率が向上したものと考え
られる。

【０１０２】第１５実施形態（図１６） 図１６は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１０３】本実施形態では、前記第１４実施形態で示
した燃料集合体の構成と同様に、内側の円筒体２１の上
部付近に複数の円孔３５が穿設されている。しかし円孔
３５の孔径を一定とせず、円筒体の上部側（下流側）の
孔径を大きくし、下部側（上流側）の孔径を小さくし
て、円孔の孔径を変化させている。

【０１０４】このような構成によると、異物が大きい場
合には慣性によって円筒体２１の周壁位置まで到達する
時間を有するのに対して、異物が小さい場合には容易に
円筒体２１の周壁位置まで到達するというふうに、異物
がその大きさに対応して螺旋羽根から円筒壁へ到達する
距離が変化することを利用し、異物が円筒壁へ到達する
位置の円孔径を各異物の大きさにあわせて設定すること
により、異物を効率良く捕獲することが可能となる。

【０１０５】第１６実施形態（図１７） 図１７は本実施形態による下部タイプレート内の二重円
筒体の一部を拡大して一部断面で示す斜視図である。

【０１０６】本実施形態では、前記第１２〜１５実施形
態で示した二重円筒構造を有するものにおいて、内側の
円筒体２１と外側円筒３６との上端連結部３８をメッシ
ュ構造としている。なお、図１７ではスリット３４を有
する場合を示したが、円孔３５の場合も同様である。

【０１０７】このような構成によると、内側の円筒体２
１から円筒間の空間である異物回収部２５に流入した冷
却材ａが異物から分離された後、メッシュ構造の上流連
結部３８を介して上方に流出するため、冷却材ａの流れ
がスムーズになり、異物捕獲率が高くなると同時に、流
路増大により圧力損失の低減も図れるようになる。

【０１０８】第１７実施形態（図１８，１９） 図１８は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１０９】本実施形態では、前記第１２〜１５実施形
態で示した二重円筒構造を有するものにおいて、外側円
筒３６の下端部と下部タイプレート５との間に冷却材流
路３９を形成している。この冷却材流路３９は、図１８
に示したように、例えば外側円筒３６の垂下長さを小さ
くして下部プレート５との間に隙間をあけることによっ
て形成してもよく、また外側円筒３６と下部タイプレー
ト５とを接合させ、外側円筒３６の下端部付近に孔をあ
けることによって形成してもよい。

【０１１０】このような構成によれば、異物と共にスリ
ット３４または円孔３５から内外筒間の異物回収部２５
ａへ流入した冷却材ａは、冷却材流路３９を通り、外側
円筒体３６の外部へと流れる。この際、スリット３４ま
たは円孔３５から異物回収部２５ａへ流れ込む冷却材ａ
の流量は内側の円筒体２１から上方へ流れる流量に比較
して少なく、流速も遅いため、異物は異物回収部２５ａ
で捕獲され、冷却材ａのみが外側円筒体３６の外部へと
流れる。

【０１１１】本実施形態によると、前記第１２〜１５実
施形態で示した異物除去作用に加えて、冷却材の流路が
増加するため圧力損失を低減することができる。

【０１１２】図１９は、従来の捩り板を設けた異物回収
構造と本実施形態による冷却材流路３９を設けた異物回
収構造とについて、異物分離率（図１９（ａ））および
圧力損失比（図１９（ｂ））を示したグラフである。

【０１１３】これらの図１９（ａ）および図１９（ｂ）
に示した特性は、第１４実施形態の場合と同様に、実機
の流量および異物形状等を模擬し、試験を行なった結果
より導いたものである。異物分離率、圧力損失ともに従
来例に対する本実施形態の割合を示している。従来例の
構成としては、図５８に示した如く、円筒内に９０°捩
った板を取付けた。なお、図示しないが円筒上部に異物
落下用ガイド体を設置した。これに対し、本実施形態で
は３枚羽根構造の螺旋羽根２２を円筒体２１内に取付
け、中心ハブ２３を羽根２４の後流側に延長し、異物回
収部２５ａを二重円筒間の空間とするとともに冷却材流
路３９を形成したものである。

【０１１４】図１９（ａ）に示したように、本実施形態
による異物分離率は、従来例の約２．４倍であった。し
かも、図１９（ｂ）に示したように、本実施形態では圧
力損失比が従来例と比較して約１／２に減少した。これ
は、前記の第１４実施形態と異なり、異物回収部２５ａ
が二重円筒間の空間となっているが、その異物回収部２
５ａには冷却材流路３９が形成されており、その冷却材
流路３９を介して冷却材ａが外側円筒３６の外方に円滑
に流出できるためと考えられる。

【０１１５】第１８実施形態（図２０） 図２０は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図である。

【０１１６】本実施形態では、図２０に示すように、前
記第１，第５，第１０および第１１実施形態で示した燃
料集合体の円筒体２１を対象として、異物落下用カイド
体４０を付加してある。なお、図２０では、第１実施形
態を基本とした構成を示しているが、他の第５，第１
０，第１１実施形態を基本とする場合も同様である。即
ち、異物落下用ガイド体４０は、円筒体２１の上端縁の
内外周および上方を囲む中央が開口した冠形のもので、
図示しないブラケット等により円筒体２１の上部に一定
の隙間をあけて取付けられている。つまり、この異物落
下用ガイド体４０は、円筒体２１の上端縁の上方に配置
される平坦なリング部４０ａとこのリング部４０ａの内
外周縁から垂下して円筒体２１の上端縁の円外周面と略
平行となる内外１対の筒状垂下部４０ｂ，４０ｃとによ
って構成され、円筒体２１の内周面に沿う冷却材ａの上
昇流を外周側下向きに変化させるようになっている。

【０１１７】このような構成によると、円筒体２１の内
周面に沿って旋回しながら冷却材ａとともに上昇した異
物は、円筒体２１の上端部において異物落下用ガイド体
４０によって外側下向きに流れをガイドされ、異物回収
部２５に堆積されるようになる。

【０１１８】第１９実施形態（図２１，２２） 本実施形態は、第１８実施形態で示した異物落下用ガイ
ド体４０の応用例についてのものであり、図２１はその
構成断面図であり、図２２はさらに要部を詳細に示す拡
大図である。

【０１１９】本実施形態では、図２１および図２２に示
すように、冠状の異物落下用ガイド体４０の外側筒状垂
下部４０ｃの内周面と円筒体２１の上端部外周面との隙
間によって形成される下降流路に流れに対して複数の異
物捕獲板４１を設けてある。即ち、異物捕獲板４１は例
えば多数の舌片状のものによって構成され、それぞれ外
側筒状垂下部４０ｃの内周面と、これに対向する円筒体
２１の外周面とに、互いに千鳥状配列となるように、か
つ下降流路に対してそれぞれ板面が垂直となる方向に向
けて突設されている。

【０１２０】このような構成によると、円筒体２１の内
周面に沿って上昇した異物が異物落下用ガイド体４０に
よって円筒体２１の外周側へガイドされて堆積する場合
に、螺旋羽根２２による旋回成分が大きいとき、または
異物の密度が小さいときなどに下降流路部分から異物が
再び巻き上がり、主流の冷却材ａと共に流出してしまう
可能性があるところ、本実施形態ではそれを異物捕獲板
４１により防止することができ、それにより異物の捕獲
率の向上が図れるようになる。

【０１２１】第２０実施形態（図２３，２４，２５） 本実施形態は、第１９実施形態で示した異物捕獲板４１
の変形例についてのものであり、図２３、図２４および
図２５はそれぞれ異なる構成例を示す拡大図である。

【０１２２】図２３の例では、異物落下用ガスド体４０
および円筒体２１から突出する異物捕獲板４１が先端部
側に向って次第に高くなる傾斜をもって立上る構成とな
っている。

【０１２３】図２４の例では、異物捕獲板４１が略水平
で、先端部がＬ字形に折曲した上向きの鉤状をなしてい
る。

【０１２４】図２５の例では、異物捕獲板４１が上向き
半円弧状の湾曲板状をなしている。

【０１２５】このような構成により、異物捕獲状態を確
実なものとすることができる。

【０１２６】第２１実施形態（図２６） 図２６は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図である。

【０１２７】本実施形態では、前記第１７〜２０実施形
態で示した燃料集合体の構成に加え、異物回収部２５に
おける異物落下用ガイド体４０の出口近傍にかかる位置
で、且つ円筒体２１の周囲部に、剣山型の多数の針状の
異物捕捉フィン４２を配設してある。

【０１２８】このような構成によると、前記第１７〜２
０実施形態で示した異物捕獲作用に加えて、螺旋羽根に
よる旋回成分が大きいとき、または異物の密度が小さい
ときなど異物が再び巻き上がり主流冷却材と共に流れて
しまう可能性がある場合に、剣山型の異物捕捉フィン４
２によって異物を強固に保持させて捕獲率を向上するこ
とができる。

【０１２９】第２２実施形態（図２７） 図２７は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図である。

【０１３０】本実施形態では、前記第１７〜２０実施形
態で示した燃料集合体の構成に加えて、下部タイプレー
ト５の内周面に沿うリング状の凹凸部４３を、その下部
タイプレート５の上下方向全体に亘って複数設けてあ
る。

【０１３１】このような構成によると、前記第１７〜２
０実施形態で示した異物捕獲作用に加えて、螺旋羽根２
２による旋回成分が大きいとき、または異物の密度が小
さいときなど異物回収部２５から異物が再び巻き上がっ
て主流冷却材と共に流出する可能性に対し、下部タイプ
レート５の内周面に設けた凹凸部４３の凹溝４３ａによ
り巻き上がる異物を捕獲し、異物捕獲率を向上すること
ができる。

【０１３２】第２３実施形態（図２８） 図２８は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図である。

【０１３３】本実施形態では、前記第２２実施形態で示
した下部タイプレート内壁の凹凸部４３の凹溝４３ａを
溝入口が狭く、溝内部が広くなる形状としてある。

【０１３４】このような構成によると、前記第２２実施
形態で示した巻き上がりに対する異物の捕獲がさらに確
実に行え、捕獲効率の向上が図れるようになる。

【０１３５】第２４実施形態（図２９，３０，３１） 図２９は本実施形態による燃料集合体の全体構成を示す
断面図である。

【０１３６】本実施形態では、前記第１７〜２３実施形
態で示した下部タイプレート５内の異物落下用ガイド体
４０の外径ｄを、下部タイプレート５の下端の冷却材入
口孔５ａの内径よりも小径としてある。なお、これに対
応して、円筒体２１も小径となるため、この円筒体２１
を下部タイプレート５に対してリング状の取付部材５ｂ
により、例えば着脱可能に取付けてある。また、本実施
形態では第１４実施形態と同様に、螺旋羽根２２の中心
ハブ２３を羽根２４の後流側に延長した構成としてあ
る。

【０１３７】このような構成によると、異物落下用ガイ
ド体４０を下部プレート５から独立して製造することが
可能であり、さらに下部タイプレート５への取付も簡易
となって製造コストの低減が図れる。さらに取り替えも
容易に行え、メンテナンス等の利便性も向上できる。

【０１３８】図３０は、従来例と本実施形態とについ
て、異物捕獲率（図３０（ａ））および圧力損失比（図
３０（ｂ））を示す。図は図１５および図１９と同様
に、実機の流量および異物形状等を模擬し、試験を行な
った結果より導いたものである。捩り板および螺旋羽根
等の条件は前記同様である。

【０１３９】この図３０（ａ）に示したように、本実施
形態による異物分離率は従来例の約４．５倍に増加し
た、また、図３０（ｂ）に示したように、圧力損失比は
約４／５倍に減少した。

【０１４０】図３１は、２９に示した構成の円筒体２１
に対し、第１１実施形態で示した円孔３５を形成したも
のを示している。

【０１４１】このような構成によっても、図２９に示し
たものと同様に、円孔３５付き円筒体２１を、下部タイ
プレート５から独立して構成することができ、製造容易
性、低コスト化、取り替え容易性等が図れるようにな
る。

【０１４２】第２５実施形態（図３２，３３） 本実施形態は、前述した各実施形態と異なり、円筒体２
１を使用することなく、螺旋羽根２２を直接、下部タイ
プレート５に取付けたものである。

【０１４３】図３２は、このような本実施形態による燃
料集合体の下部タイプレート部を示す拡大図であり、図
３３は図３２のＡ−Ａ線断面図である。

【０１４４】本実施形態では、これらの図３２，３３に
示すように、前記第１実施形態で使用したものと略同様
の螺旋羽根２２をやや大径として、下部タイプレート５
の冷却材入口流入孔５ａに直接、溶接にて取付けてあ
る。そして、下部タイプレート５の内面には、螺旋羽根
２２によって付与される冷却材ａの旋回流に逆らう方向
に、例えばＬ字形をなして突出する鉤型異物捕獲板４４
を複数設けてある。

【０１４５】このような構成によっても、前記各実施形
態と同様に、螺旋羽根２２により下部タイプレート５の
下端から流入した冷却材ａ（異物含む）に旋回成分を与
えて旋回流を起こさせることができる。この場合、冷却
材ａは下部タイプレートの内面へと押しつけられ、そこ
で下部タイプレート５の内面に旋回流に逆らうように設
けた鉤型異物捕獲板４４により、異物を捕獲することが
できる。

【０１４６】したがって、本実施形態によっても異物捕
捉機能が発揮できるものであり、特に本実施形態の場合
は円筒体２１の削除により部品数を低減し、構成の簡素
化が図られる。

【０１４７】第２６実施形態（図３４，３５） 本実施形態は第２５実施形態の変形例であり、図３４は
本実施形態による燃料集合体の下部タイプレート部を示
す拡大図であり、図３５は図３４のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【０１４８】本実施形態では、下部タイプレート５の内
面に設置される鉤型異物捕獲板４４をメッシュ構造と
し、フレーム部分４４ａとこれに張設した網状部分４４
ｂとによって構成している。

【０１４９】このような構成によると、螺旋羽根２２に
より下部タイプレート５の内面へ押しつけられる冷却材
ａがメッシュ構造となっている鉤型異物捕獲板４４の網
状部分４４ｂを通過する際に、その部分で異物が捕獲さ
れる。

【０１５０】本実施形態によれば、網状部分４４ｂに一
度捕獲された異物は冷却材により押しつけられるため、
鉤型異物捕獲板４４から浮遊しにくく、捕獲性を向上す
ることができる。

【０１５１】第２７実施形態（図３６，３７） 図３６は本実施形態による燃料集合体の全体構成を示す
断面図であり、図３７は図３６のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【０１５２】本実施形態では、これらの図３６，図３７
に示すように、前記第１実施形態から第２６実施形態ま
でに示したものと螺旋羽根の構造を異ならせている。即
ち、燃料集合体の下部タイプレート５の下端に設けられ
る下向きアーチ状の一般的な装荷用ガイド（図１の１ａ
参照）に代え、この部分に下向きアーチ状で螺旋状に捩
られた形状の複数の羽根４５およびその中心部から上方
に延びる中心ハブ４６を有する螺旋羽根４７が設けら
れ、この螺旋羽根４７が装荷用ガイドの機能も有する構
成となっている。なお、下部タイプレート５内には、図
２９と同様の円筒体２１および落下用ガイド体４０が設
けられている。

【０１５３】このような構成によると、螺旋羽根４７の
下流の距離が長くとれるため、異物がより円筒体２１の
内周面に沿って流れ易くなり、これにより円筒体２１の
外側へと異物が流動し易くなり、異物捕獲率が高くな
る。また、螺旋羽根４７が装荷ガイドを兼ねる構成であ
るため、部品数の減少、構成のコンパクト化等が図れる
ようになる。

【０１５４】さらに本実施形態では、螺旋羽根４７の中
心ハブ４６を羽根４５の後流まで延長したことにより、
螺旋羽根４７の後流の中心部において発生する流れの乱
れを防止でき、冷却材ａに付与される旋回力が増大する
ことで異物の捕獲率を高めることができる。

【０１５５】第２８実施形態（図３８，３９） 図３８は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図であり、図３９（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ図３８のＤ矢視図およびＥ矢視図である。

【０１５６】これらの図に示すように、前記本実施形態
では、各実施形態で示した螺旋羽根２２，４７に代え
て、下部タイプレート５の下端の冷却材入口孔５ａ部位
に、複数本、例えば３本の螺旋流路４８（４８ａ，４８
ｂ，４８ｃ）を有する円筒部材４９を設置してある。こ
の円筒部材４９は軸心を上下方向に沿わせた状態で下部
タイプレート５に取り付けられ、各螺旋流路４８ａ，４
８ｂ，４８ｃは図３９（ａ），（ｂ）に示すように、円
筒部材４９の上下端面で開口し、円筒部材４９の内部で
互いに捩れた配置で独立流路を形成している。そして、
各螺旋流路４８ａ，４８ｂ，４８ｃの遠心力がかかる部
分に、冷却材ａの流れ方向に垂直な凹凸溝５０がそれぞ
れ形成してある。なお、本実施形態においても、円筒部
材４９の外周側と下部タイプレート５の内面との間には
異物回収部２５が形成されている。

【０１５７】このような構成によると、冷却材ａは円筒
部材４９の下端側から複数の螺旋流路４８ａ，４８ｂ，
４８ｃ内に流入し、その円筒部材４９の上端側から旋回
流を付与された状態で下部タイプレート５内に噴出され
る。この場合、各螺旋流路４８ａ，４８ｂ，４８ｃ内で
は、冷却材ａに遠心力がかかる凹凸溝５０部分で異物が
捕獲され、異物の燃料側への混入が防止される。また、
円筒部材４９内で捕獲されなかった異物も、各螺旋流路
４８ａ，４８ｂ，４８ｃにより旋回流が付与された状態
で円筒部材４９から流出するので、遠心力によって外側
方へと向って流れ、異物回収部２５に捕獲される。

【０１５８】よって、本実施形態でも冷却材ａおよびそ
れに混入する異物が前記各実施形態と同様に効率よく捕
獲される。

【０１５９】第２９実施形態（図４０〜４３） 図４０は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大図であり、図４１は図４０のＦ−Ｆ線断
面図である。図４２は図４０のＧ−Ｇ線断面図であり、
図４３は図４２で示した部位の拡大斜視図である。

【０１６０】これらの図に示すように、本実施形態で
は、下部タイプレート５の構成および旋回流付与手段の
構成が前記各実施形態のものと異なっている。即ち、下
部タイプレート５の冷却材入口孔５ａが小径であり、こ
の部分にオリフィス５１が設けられて冷却材ａが高速流
となって上昇するようになっている。このオリフィス５
１の上方にリング状の基台５２が設けられ、この基台５
２上に多数の縦長な流れ規制板５３がオリフィス５１お
よび基台５２の中心線の周りに林立する状態で立上って
いる。これらの流れ規制板５３は図４１に示すように、
平面視で「く」字状に折曲されており（円弧状に湾曲し
たものであってもよい）、それぞれ折曲角度が均一とな
って、いわば水車の翼を固定した如く構成され、冷却材
ａがオリフィス５１の中心線位置から放射状に流れる場
合に「く」字形折曲角度に沿って流れを規制されて旋回
流となるようにしてある。流れ規制板５３の上端には、
ほぼ下部タイプレート５の中央部に位置して傘状の流路
閉止蓋５４が固定されている。この流路閉止蓋５４の下
面は中心部から周縁に向ってドーム状に湾曲しており、
冷却材ａがオリフィス５１から上昇した後に、この流路
閉止蓋５４の下面に当って、緩かな下向き流となって外
周側（下部タイプレート５の側壁側）へ分散するように
なっている。この分散流となる際に、前記の複数の流れ
規制板５３によって冷却材ａに旋回流が与えられる。下
部タイプレート５の側壁内面には、下端側から上端側ま
でに亘り、図４２および図４３に示すように、縦方向に
沿う多数の凹溝５５を有する椀形の異物捕獲部材５６が
設けてある。

【０１６１】このような構成によると、冷却材ａはオリ
フィス５１の孔から下部タイプレート５の中心部内に上
昇流となって導入された後、流路閉止蓋５４との衝突に
よって向きを変え、下向き放射流となって外側に流出す
る際に流れ規制板５３で旋回流が与えられ、その後下部
タイプレート５の内面の異物捕獲部材５６の凹溝５５を
横切るような流れとなって燃料側に供給される。この
際、冷却材ａに混入している異物のうち、大形なものは
オリフィス５１上に林立している流れ規制板５３によっ
て捉えられ、下部タイプレート５の中心部に保持され
る。また、小形な異物は流れ規制板５３を通って外周側
に下向き流となって流出した後、速度低下によって流れ
から落下する状態となる。そして、旋回する冷却材ａか
ら分離して異物捕獲部材５６の凹溝５５で捕獲される。

【０１６２】本実施形態では、以上のようにして効率よ
く異物の捕獲が行われる。

【０１６３】なお、本実施形態では、オリフィス５１を
設けて流入する冷却材ａを絞る絞り機構を有するものと
したので、流量では流路抵抗が大きく、流量が大きくな
ると抵抗が低下するため燃料集合体への冷却材の流量安
定性が図られる。

【０１６４】第３０実施形態（図４４） 図４４は本実施形態による燃料集合体の全体構成を示す
断面図である。

【０１６５】本実施形態では、前記各実施形態で示した
円筒体２１および旋回流付与部材としての螺旋羽根２２
に代えて、多数の小径な孔５７が穿設された板状の異物
除去プレート５８が設けられている。この異物除去プレ
ート５８は、下部タイプレート５の内部に、冷却材ａの
主流れ方向（垂直方向）に対して傾斜して異物の通過を
阻止するものである。また、異物除去プレート５８の上
端側、つまり斜面の頂点部５９の下方位置で、かつ下部
タイプレート５の内面部から、異物除去プレート５８に
向かって立上がる突壁６０が設けられ、この突壁６０に
より異物除去プレート５８から落下する異物を回収する
ための異物回収部６１が形成されている。

【０１６６】このような構成によると、冷却材ａは下部
タイプレート５に下側から流入し、異物除去プレート５
８に設けられた小径な孔５７を通り、さらにネットワー
ク部９を通ってチャンネルボックス１の内部に流れ込
む。そして、例えば工事等の際に紛れ込んだ針金等の金
属屑は、冷却材ａの流れに沿って下部タイプレート５に
入るが、この下部タイプレート５の内部に設けられた異
物除去プレート５９で金属屑が捕らえられ、冷却材ａの
流体力により斜面の頂点部５９まで運ばれる。

【０１６７】この斜面の頂点部５９の下方には異物回収
部６１が構成されており、冷却材ａの流れのよどみ部と
なっている。このため、斜面の頂点部５９まで運ばれた
金属屑に対しては冷却材ａの流れによる作用力が小さく
なり、異物回収部６１に落下して堆積する。

【０１６８】また、原子炉の運転条件によっては、冷却
材ａの流速が大きく、小金属屑は斜面の頂点部５９から
落下しないこともある。このような金属屑であっても、
原子炉が低出力状態となり、冷却材の流速が低下すると
き、あるいは定期点検時のように冷却材の流れが停止す
るときに、金属屑が異物回収部６１に堆積する。

【０１６９】したがって、本実施形態によっても、前記
各実施形態と同様に異物の燃料集合体内への混入を防ぐ
ことができ、燃料被覆管の健全性維持が図れる。

【０１７０】第３１実施形態（図４５） 図４５は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１７１】本実施形態では、前記第３０実施形態で示
した燃料集合体の異物除去プレート５８に代えて、下部
タイプレート５の中心位置から周辺に向かって次第に立
上る形状の異物除去プレート６２が設けられている。す
なわち、異物除去プレート６２の斜面は、燃料集合体の
中央軸を頂点とするように構成され、異物回収部６１は
下部タイプレート５の周囲に設けられている。他の構成
は第３実施形態と同様である。

【０１７２】このような構成によると、異物除去プレー
ト６２の斜面長さ、すなわち異物がプレートで捕獲され
てから回収されるまでの移動距離が短縮され、異物回収
率を高めることができる。

【０１７３】第３２実施形態（図４６） 図４６は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１７４】本実施形態では、前記第３１実施形態と異
なり、異物除去プレート６３が、下部タイプレート５上
端の燃料支持用ネットワーク部９の下面をその中心位置
から周辺に向かって次第に立上る傾斜面とすることによ
り構成されている。すなわち、ネットワーク部９の下側
面を斜面とし、第３１実施形態と同様の効果を得るもの
である。

【０１７５】本実施形態によると、斜面の角度は第３１
実施形態よりも小さいが、金属屑は冷却材の流れによる
振動で僅かずつではあるが、斜面の頂点５９まで確実に
運ばれる。これにより、第３１実施形態と同様な異物捕
集効果が維持でき、かつ部品数の減少により構成の簡素
化が図れる。

【０１７６】第３３実施形態（図４７） 図４７は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１７７】本実施形態では、前記第３０〜３２実施形
態と異なり、下部タイプレート５内の異物回収部６１を
構成するための突壁６０が、翼型形状とされている。

【０１７８】このような構成によると、突壁６０が翼型
形状となっていることにより、その後側での冷却材ａの
流れによる渦が小さくなり、異物回収部６１での捕獲率
を向上することができる。

【０１７９】第３４実施形態（図４８） 図４８は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１８０】本実施形態では、燃料棒２の下端を下部タ
イプレート５に支持する下部端栓７に、冷却材ａを上昇
後に側方に向かう流れとして流通させるほぼ直角に折曲
した冷却材流路６４が形成されている。この冷却材流路
６４の出口部６５が、下部タイプレート５のネットワー
ク部９に穿設した通水孔１１の上側空間に開口してい
る。冷却材流路６４の出口部形状は、例えば側面視で平
行ライン状とされている。なお、この出口部形状は、く
字状、Ｌ字状、Ｓ字状、またはクランク状としてもよ
い。

【０１８１】このような構成によると、冷却材ａは下部
タイプレート５側から、ネットワーク部９の冷却材流通
孔１１と下部端栓７の冷却材流路６４とを通って上昇す
る。冷却材流路６４の形状は流れの方向に対して、ほぼ
直角に曲がっているので、冷却材流路６４内を金属屑が
流れた場合には、例えば針金のような長い金属屑が流路
から流出せず、下部端栓７内に捕獲される。また、通水
孔１１に加え、冷却材流路６４を設けたことで、下部タ
イプレート５での流体損失が低減でき、流体損失を低く
することでチャンネルボックス１の中を流れる冷却材ａ
の流量を増すことができ、燃料集合体の熱効率の向上が
図れる。

【０１８２】第３５実施形態（図４９） 図４９は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１８３】本実施形態では、下部タイプレート５のネ
ットワーク部９が、下部端栓支持孔９ａ以外の部位に通
水孔を有しない構成とされ、かつ下部端栓７に、冷却材
ａを上昇後に側方に向かう流れとして流通させる折曲し
た冷却材流路６６が形成されている。

【０１８４】このような構成によると、冷却材ａが冷却
材流路６６のみを通過するようにすることで、異物の捕
獲率が向上できる。

【０１８５】第３６実施形態（図５０） 図５０は本実施形態による燃料集合体の下部端栓７を示
す拡大図である。

【０１８６】本実施形態では、下部端栓７に形成される
冷却材流路の出口部６５の形状が、例えば側面視でく字
状とされている。なお、他にＬ字状、Ｓ字状、Ｔ字状、
またはクランク状としてもよい。

【０１８７】第３７実施形態（図５１） 図５１は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１８８】本実施形態では、下部タイプレート５の内
部空間に、冷却材ａの主流れ方向に対して傾斜する複数
の異物混入防止板６７が交互に配設されている。

【０１８９】このような構成によると、万一冷却材ａ中
に異物が混入して下部タイプレート５に流入しても、異
物混入防止板６７が交錯しているため、冷却材ａは蛇行
しながら上昇する。そして、異物は冷却材ａよりも密度
が高いため、慣性力により、すぐに方向を変更できず、
下部タイプレート５内を壁側へと流れ、壁と異物混入防
止板６７によって形成されている山形の領域において捕
捉される。針金のような細長い異物においては、異物混
入防止板６７の隙間を通過することができず、燃料集合
体内への流入が防止され、燃料被覆管の健全性が維持で
きる。

【０１９０】第３８実施形態（図５２） 図５２は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１９１】本実施形態では、前記第３７実施形態と同
様に、冷却材ａの主流れ方向に対して傾斜する複数の異
物混入防止板６７が交互に配設されているが、その異物
混入防止板６７の各先端６８が、上方に向って折曲して
いる。

【０１９２】このような構成によると、慣性力の高い異
物を下部タイプレート５の壁側へと導く効果が増大す
る。こしたがって万一、冷却材ａ中に異物が混入して下
部タイプレート５に導かれた場合も、異物は異物混入防
止板６７により阻止され、燃料集合体内に流入すること
はなく、燃料被覆管の健全性が維持される。

【０１９３】第３９実施形態（図５３） 図５３は本実施形態による燃料集合体の下部タイプレー
ト部を示す拡大断面図である。

【０１９４】本実施形態では、異物混入防止板６７が、
それぞれ両端部が下部タイプレート５の内面に接して設
けられた略Ｖ字型の複数枚の間隔配置の板材によって構
成され、その各板材の非重合位置に冷却材の流れを蛇行
流とする開口部６９が形成されている。

【０１９５】このような構成によると、冷却材ａは異物
混入防止板６７に沿って下部タイプレート５の壁側に向
かい、異物混入防止板６７の開口部６９から燃料棒２の
方向へと流入していく。したがって、左右交互に異物混
入防止板を重ねる場合に比べて枚数を増やすことがで
き、冷却材ａの蛇行回数および異物の補集箇所が増える
ことで，異物を補集する効果を高めることができる。

【０１９６】また、開口部６９の位置が各異物混入防止
板６７によって異なるため、冷却材ａは蛇行することと
なり、万一冷却材ａ中に異物が混入して下部タイプレー
ト５に流入しても、冷却材ａの蛇行に密度の高い異物が
追従できずに壁側へ流れ、壁と異物混入防止板６７によ
って形成される山形の領域によって捕捉できる。

【０１９７】さらに、異物混入防止板６７をＶ字型とす
ることで、重ねる枚数、すなわち冷却材ａの蛇行回数お
よび異物の補集箇所を増加することができる。従って異
物は異物混入防止板により阻止され、燃料集合体内に流
入することはなく、燃料被覆管の健全性が維持できる。

【０１９８】第４０実施形態（図５４） 図５４は本実施形態によるリブレット形状を示す拡大図
である。

【０１９９】本実施形態では、前記各実施形態で示した
燃料集合体の下部タイプレート、円筒体、異物落下用ガ
イド体、鉤型捕獲板および螺旋羽根などの表面に冷却材
の流れに沿って細かい溝（リブレット）７０を形成し
た。リブレット７０には図５４（ｂ）に示すＵ字型や図
５４（ｃ）に示すＶ字型等がある。

【０２００】ここで、リブレット７０の高さｈおよび間
隔ｄは、乱流の粘性底層の厚さδ１と等しいものを採用
したときが、冷却材の壁面における摩擦損失の低減に最
適である。このときの粘性底層の厚さδ１を最適リブレ
ット溝幅といい、すなわち

【数１】δ１＝ｈ（リブレット高さ）＝ｄ（間隔） である。この最適リブレット溝幅δ１は、冷却材の流速
および粘性係数によって決定されるものであり、次式で
与えられる。

【０２０１】

【数２】

【０２０２】従って、冷却材流れ方向に沿って、上記式
で求められる最適な溝幅を有する縦溝を設置することに
より、下部タイプレート内へ流れ込む冷却材の摩擦損失
が低下する。そのため下部タイプレートでの圧損が減少
する。

【０２０３】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、異物混入防止板を下部タイプレート内に設置するこ
と等により、冷却材と共に流れる異物の燃料集合体内へ
の流入を阻止し、燃料被覆管の健全性を維持することが
できるという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料集合体の全体
断面図。

【図２】本発明の第２実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図３】本発明の第３実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図４】本発明の第４実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図５】本発明の第５実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図６】本発明の第６実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図７】本発明の第７実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図８】本発明の第８実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレート示す拡大断面図。

【図９】本発明の第９実施形態に係る燃料集合体の下部
タイプレートを示す拡大断面図。

【図１０】本発明の第１０実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図１１】本発明の第１１実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図１２】本発明の第１２実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図１３】本発明の第１３実施形態に係る下部タイプレ
ート内の円筒体断面要部を示す拡大断面図。

【図１４】本発明の第１４実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図１５】捩り板と本発明第１４実施形態との異物分離
率および圧力損失の比較を示す図。

【図１６】本発明の第１５実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図１７】本発明の第１６実施形態に係る下部タイプレ
ート内の円筒体断面要部を示す拡大断面図。

【図１８】捩り板と本発明第１６実施形態との異物分離
率および圧力損失の比較を示す図。

【図１９】本発明の第１７実施形態に係る下部タイプレ
ート内の円筒体要部を示す拡大断面図。

【図２０】本発明の第１８実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図２１】本発明の第１９実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図２２】前記第１９実施形態の要部を示す詳細に示す
図。

【図２３】前記第２０実施形態の変形例を示す図。

【図２４】前記第２０実施形態の変形例を示す図。

【図２５】前記第２０実施形態の変形例を示す図。

【図２６】本発明の第２１実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図２７】本発明の第２２実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図２８】本発明の第２３実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図２９】本発明の第２４実施形態に係る燃料集合体の
全体断面図。

【図３０】捩り板と本発明の第２４実施形態との異物分
離率および圧力損失の比較を示す図。

【図３１】本発明の第２４実施形態に係る燃料集合体の
全体断面図。

【図３２】本発明の第２５実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図３３】図３２のＡ−Ａ線断面図。

【図３４】本発明の第２６実施形態に係る下部タイプレ
ート下端ガイド体要部を示す拡大断面図。

【図３５】図３４のＢ−Ｂ線断面図。

【図３６】本発明の第２７実施形態に係る燃料集合体の
全体断面図。

【図３７】図３６のＣ−Ｃ線断面図。

【図３８】本発明の第２８実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図３９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ図３８のＤ矢視図
およびＥ矢視図。

【図４０】本発明の第２９実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図４１】図４０のＦ−Ｆ線断面図。

【図４２】図４０のＧ−Ｇ線断面図。

【図４３】図４２の拡大斜視図。

【図４４】本発明の第３０実施形態に係る燃料集合体の
拡大断面図。

【図４５】本発明の第３１実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図４６】本発明の第３２実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図４７】本発明の第３３実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図４８】本発明の第３４実施形態に係る燃料集合体の
下部端栓要部を示す拡大断面図。

【図４９】本発明の第３５実施形態に係る燃料集合体の
下部端栓要部形状を示す拡大断面図。

【図５０】本発明の第３６実施形態に係る燃料集合体の
下部端栓要部形状を示す拡大図。

【図５１】本発明の第３７実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図５２】本発明の第３８実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図５３】本発明の第３９実施形態に係る燃料集合体の
下部タイプレートを示す拡大断面図。

【図５４】本発明の第４０実施形態に係る形状を示す拡
大断面図。

【図５５】燃料集合体の縦断面図。

【図５６】下部タイプレートのネットワーク部の平面
図。

【図５７】従来の燃料集合体の下部タイプレート要部拡
大断面図。

【図５８】従来の異物捕捉装置を設置した燃料集合体下
部タイプレート要部拡大断面図。

【符号の説明】

１ チャンネルボックス ２ 燃料棒 ３ ウォータロッド ４ 上部タイプレート ５ 下部タイプレート ５ａ 冷却材入口孔 ６ 上部端栓 ７ 下部端栓 ８ スペーサ １１ 通水孔 ２１ 円筒体 ２１ｂ 小径部 ２１ｃ 拡径部 ２２ 螺旋羽根 ２３ 中心ハブ ２４ 羽根 ２５，２５ａ 異物回収部 ２６ 異物捕獲用鉤部 ２７ 円筒 ２８ 隙間 ２９ 第２円筒体 ３０ 取付壁 ３１ 窓孔 ３２ 鉤形突起 ３３ 網 ３４ スリット ３５ 円孔 ３６ 外側円筒 ３７ ガイド板 ３８ 上端連結部 ３９ 冷却材流路 ４０ 異物落下用ガイド体 ４０ａ リング部 ４０ｂ，４０ｃ 筒状垂下部 ４１ 異物捕獲板 ４２ 異物捕捉フィン ４３ 凹凸部 ４３ａ 凹溝 ４４ 鉤型異物捕獲板 ４４ａ フレーム部分 ４４ｂ 網状部分 ４５ 羽根 ４６ 中心ハブ ４７ 螺旋羽根 ４８，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 螺旋流路 ４９ 円筒部材 ５０ 凹凸溝 ５１ オリフィス ５２ 基台 ５３ 流れ規制板 ５４ 流路閉止蓋 ５５ 凹溝 ５６ 異物捕獲部材 ５７ 孔 ５８ 異物除去プレート ５９ 頂点部 ６０ 突壁 ６１ 異物回収部 ６２ 異物除去プレート ６３ 異物除去プレート ６４ 冷却材流路 ６５ 出口部 ６６ 冷却材流路 ６７ 異物混入防止板 ６８ 先端 ６９ 開口部 ７０ 溝（リブレット） ａ 冷却材 ｄ 外径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 師岡 慎一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 奈良林 直 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 白川 健悦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 山本 泰 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 三浦 茂 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 久保 伸二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 星出 明彦 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 大水 諭 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心
   部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
   と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
   および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
   間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
   のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
   ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
   ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
   せるものにおいて、前記下部タイプレートの下部中央位
   置に配置され上昇する前記冷却材を旋回流とする中心ハ
   ブおよび複数の羽根を有する構造の螺旋羽根と、この螺
   旋羽根の後流側に一定高さ位置まで立上る上下端が開口
   した垂直な円筒体とを設け、かつ前記円筒体の外側下部
   で前記下部タイプレート内面側に、前記冷却材とともに
   前記下部タイプレート内へ流入した異物を落下させて回
   収する異物回収部を形成したことを特徴とする燃料集合
   体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料集合体において、螺
   旋羽根の後流側に一定高さ位置まで立上る上下端が開口
   した垂直な円筒体を、メッシュ構造とした前記円筒体と
   したことを特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料集合体において、メ
   ッシュ構造の円筒体の上部周壁に、断面が鋸刃状となる
   凹凸を形成し、その凹凸部分により異物回収を可能とし
   たことを特徴とする燃料集合体。
4. 【請求項４】 請求項１記載の燃料集合体において、円
   筒体の上端部近傍の内周面側に、冷却材への混入異物の
   上昇を阻止するリング状の異物捕獲用鉤部を突設したこ
   とを特徴とする燃料集合体。
5. 【請求項５】 請求項１記載の燃料集合体において、円
   筒体を、冷却材後流側に向ってテーパ状に小径となる部
   分を有し、さらにその上端側に筒状の小径部を有する構
   成にしたことを特徴とする燃料集合体。
6. 【請求項６】 請求項１記載の燃料集合体において、円
   筒体は上下配置で複数設けられ、かつ下側の円筒体より
   も上側の円筒体を小径として各円筒体間にリング状の隙
   間を形成したことを特徴とする燃料集合体。
7. 【請求項７】 請求項１記載の燃料集合体において、円
   筒体の上方に、一定の上下間隔をあけてその円筒体と略
   同一径の第２円筒体を配置し、この第２円筒体を取付壁
   を介して下部タイプレートの内面に支持させたことを特
   徴とする燃料集合体。
8. 【請求項８】 請求項１記載の燃料集合体において、円
   筒体の上部を上方に向って次第に大径となるテーパ状の
   拡径部とし、かつ前記円筒体の異物回収部の底部高さに
   相当する部位の周壁に複数の窓孔を穿設し、かつ前記円
   筒体の上方に、下部タイプレートの内面から突出して前
   記円筒体の上端開口部内に臨む下側小径テーパ筒状の突
   起を突設したことを特徴とする燃料集合体。
9. 【請求項９】 請求項８記載の燃料集合体において、円
   筒体の窓孔に異物捕捉用の網を設けたことを特徴とする
   燃料集合体。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の燃料集合体において、
    円筒体の上端部近傍の周壁に複数本のスリットを螺旋状
    に、または傾斜状に穿設したことを特徴とする燃料集合
    体。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の燃料集合体において、
    円筒体の上端部近傍の周壁に複数個の円孔を穿設したこ
    とを特徴とする燃料集合体。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の燃料集合体において、
    螺旋羽根後流の円筒体の外側に、外側外円筒を設けて二
    重円筒状とし、前記内側の円筒体と前記外側円筒との後
    流側の空間を閉塞するとともに、前記内側の円筒体の周
    壁に、螺旋状または傾斜状のスリットを複数本穿設し、
    その円筒体のスリットから流出する異物を外側円筒との
    隙間に回収可能としたことを特徴とする燃料集合体。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の燃料集合体におい
    て、円筒体に穿設したスリット入口部に、旋回流と逆向
    きに突出する異物捕獲用のガイド板を設けたことを特徴
    とする燃料集合体。
14. 【請求項１４】 請求項１２記載の燃料集合体におい
    て、円筒体に設けたスリットに代えて円孔を穿設したこ
    とを特徴とする燃料集合体。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の燃料集合体におい
    て、円筒体に穿設した円孔の孔径を上流および下流によ
    って異ならせたことを特徴とする燃料集合体。
16. 【請求項１６】 請求項１２から１５までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、二重円筒部分の後流側の上
    端連結部をメッシュ構造としたことを特徴とする燃料集
    合体。
17. 【請求項１７】 請求項１２から１５までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、外側円筒の下端部を下部タ
    イプレートから離間させ、その外側円筒体の内外に連通
    する冷却材流路を形成したことを特徴とする燃料集合
    体。
18. 【請求項１８】 請求項１，５，１０または１１記載の
    燃料集合体において、円筒体の上端縁の内外周および上
    方を囲む冠状の異物落下用ガイド体を設けたことを特徴
    とする燃料集合体。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の燃料集合体におい
    て、冠状の異物落下用ガイド体の外側筒状垂下部の内周
    面と円筒体の上端部外周面との間隙によって下降流路を
    形成し、この下降流路に複数の舌片状の異物捕獲板を設
    けたことを特徴とする燃料集合体。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の燃料集合体におい
    て、異物捕獲板は、先端側に向って次第に高くなる傾斜
    をもって立上る傾斜板状、略水平で先端が略Ｌ字形に折
    曲した上向きの鉤形板状、または凹面が上向きとなる略
    半円弧状の湾曲板状をなす構成としたことを特徴とする
    燃料集合体。
21. 【請求項２１】 請求項１７から２０までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、異物回収部に、多数の針状
    の異物捕捉フィンを配設したことを特徴とする燃料集合
    体。
22. 【請求項２２】 請求項１７から２０までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、下部タイプレートの内周面
    にリング状の凹凸部を上下方向に沿って複数段設けたこ
    とを特徴とする燃料集合体。
23. 【請求項２３】 請求項２１記載の燃料集合体におい
    て、下部タイプレート内周面の凹凸部は、凹溝の入口が
    狭く、かつ凹溝の内部が広くなる形状とされていること
    を特徴とする燃料集合体。
24. 【請求項２４】 請求項１８から２３までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、円筒体の上端部に取り付け
    た冠状の異物落下用ガイド体の外径を、下部タイプレー
    ト下端の冷却材入口孔の径よりも小径としたことを特徴
    とする燃料集合体。
25. 【請求項２５】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレートの下部中央位
    置に配置され上昇する前記冷却材を旋回流とする中心ハ
    ブおよび複数の羽根を有する構造の螺旋羽根を設け、前
    記下部タイプレート内面に前記螺旋羽根による旋回流と
    は逆向き成分となる鉤型異物捕獲板を周方向に複数個設
    けたことを特徴とする燃料集合体。
26. 【請求項２６】 請求項２５記載の燃料集合体におい
    て、下部タイプレート内面の鉤型異物捕獲板をメッシュ
    構造としたことを特徴とする燃料集合体。
27. 【請求項２７】 請求項１から２６までのいずれかに記
    載の燃料集合体において、下部タイプレート下端に設け
    られる装荷用ガイドに代え、または兼用させて、前記タ
    イプレート下端側に突出する螺旋羽根を設けたことを特
    徴とする燃料集合体。
28. 【請求項２８】 請求項１から２７までのいずれかに記
    載の燃料集合体において、螺旋羽根の中心ハブを後流側
    に延長したことを特徴とする燃料集合体。
29. 【請求項２９】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレート冷却材入口部
    に、上下方向に沿う複数の螺旋流路を有する円筒部材を
    設け、前記各螺旋流路を流れる冷却材の遠心力がかかる
    部分に、前記冷却材の流れ方向に垂直な凹凸溝を形成し
    たことを特徴とする燃料集合体。
30. 【請求項３０】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレート内の中央下部
    から複数の縦長な流れ規制板を立上がらせ、これら流れ
    規制板を周囲に向けて折曲した構成とする一方、前記流
    路規制板の上端位置に傘状の流路閉止板を設けて冷却材
    の上昇流を下向き放射状の流れに変換可能とし、かつ前
    記下部タイプレートの内面に、縦方向に沿う複数の凹溝
    を有する異物捕獲部を設けたことを特徴とする燃料集合
    体。
31. 【請求項３１】 請求項３０記載の燃料集合体におい
    て、下部タイプレートの下端の冷却材流入口孔に冷却材
    上昇流を絞るオリフィスを設けたことを特徴とする燃料
    集合体。
32. 【請求項３２】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレートの内部に、冷
    却材の主流れ方向に対して傾斜して異物の通過を阻止す
    る孔開き板状の異物除去プレートを設けるとともに、前
    記異物除去プレートの上端側下方位置でかつ前記下部タ
    イプレートの内面部に、前記異物除去プレートから落下
    する異物を回収する異物回収部を形成したことを特徴と
    する燃料集合体。
33. 【請求項３３】 請求項３２記載の燃料集合体におい
    て、異物除去プレートは、下部タイプレートの中心位置
    から周辺に向かって次第に立上る形状としたことを特徴
    とする燃料集合体。
34. 【請求項３４】 請求項３２記載の燃料集合体におい
    て、異物除去プレートは、下部タイプレート上端の燃料
    支持用ネットワーク部下面をその中心位置から周辺に向
    かって次第に立上る傾斜面とすることにより構成したこ
    とを特徴とする燃料集合体。
35. 【請求項３５】 請求項３２から３４までのいずれかに
    記載の燃料集合体において、下部タイプレート内の異物
    回収部を、翼型形状としたことを特徴とする燃料集合
    体。
36. 【請求項３６】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記燃料棒の下端を前記下部タイプ
    レートに支持する下部端栓に、前記冷却材を上昇後に側
    方に向かう流れとして流通させる折曲した冷却材流路を
    形成し、この冷却材流路の出口部を、前記下部タイプレ
    ートのネットワーク部に穿設した通水孔の上側空間に開
    口させたことを特徴とする燃料集合体。
37. 【請求項３７】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレートのネットワー
    ク部は下部端栓支持孔以外の部位に通水孔を有しない構
    成とし、かつ前記下部端栓に、前記冷却材を上昇後に側
    方に向かう流れとして流通させる折曲した冷却材流路を
    形成したことを特徴とする燃料集合体。
38. 【請求項３８】 請求項３６または３７記載の燃料集合
    体において、下部端栓に形成した冷却材流路の出口形状
    を、側面視で平行ライン状、く字状、Ｌ字状、Ｓ字状、
    Ｔ字状、またはクランク状としたことを特徴とする燃料
    集合体。
39. 【請求項３９】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉
    心部に装荷される燃料集合体であって、複数本の燃料棒
    と、これら燃料棒の上下端を支持する上部タイプレート
    および下部タイプレートと、これら両タイプレート間に
    間隔的に配置され前記燃料棒相互の間隔を保持する複数
    のスペーサと、これら全体の外周側を被覆するチャンネ
    ルボックスとを有し、前記下部タイプレートの下端側か
    ら流入する冷却材を前記燃料棒側に上昇流として流通さ
    せるものにおいて、前記下部タイプレートの内部空間
    に、冷却材の主流れ方向に対して傾斜する複数の異物混
    入防止板を交互に配設したことを特徴とする燃料集合
    体。
40. 【請求項４０】 請求項３９記載の燃料集合体におい
    て、異物混入防止板の先端が、上方に向って折曲してい
    ることを特徴とする燃料集合体。
41. 【請求項４１】 請求項３９記載の燃料集合体におい
    て、異物混入防止板は、それぞれ両端部が下部タイプレ
    ートの内面に接して設けられた略Ｖ字型の複数枚の間隔
    配置の板材によって構成するとともに、前記各板材の非
    重合位置に冷却材の流れを蛇行流とする開口部を形成し
    たものであることを特徴とする燃料集合体。
42. 【請求項４２】 請求項１から４１までのいずれかに記
    載の燃料集合体において、下部タイプレート内の円筒内
    壁面、捩り板、および螺旋羽根表面、その他各パーツに
    おいて冷却材流れ方向に沿う細い溝を複数並設してなる
    リブレットを形成し、冷却材流路における抵抗を低減さ
    せるようにしたことを特徴とする燃料集合体。