TW201001441A - Nuclear fuel assembly for boiling water reactor - Google Patents

Description

201001441 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於沸水反應器之核燃料組件，其包含：沿 著縱軸延伸且具有比下段更大的撗剖面積的上段之水通道 及至少一縱向延伸在下段的外表面上之燃料棒容納凹槽， 燃料棒縱向延伸且配置於繞著水通道之陣列，以及固定構 件在上段下方於至少一凹槽中將至少一燃料棒固定至水通 道。 【先前技術】 習知之沸水反應器的核燃料組件包含燃料棒束及配置 於燃料通道之水通道’水通道係由燃料棒所包圍。於操作 中’自燃料組件的下端至上端，水流經水通道及燃料通道 〇 水用作核反應的緩和劑且用作冷卻劑。水逐漸加熱， 使得水在燃料組件的上端附近係處於蒸汽/液體相。 水通道能夠增加緩和劑（水）對燃料比及燃料組件的 中央區附近之冷卻劑量。 當蒸汽的比例增加於水流中時（亦即，於水通道中） ’緩和劑（水）對燃料比傾向朝向燃料組件的上端而減小 。該比的減小導致燃料於上區的較小效率燃燒。 設置較短長度的燃料棒能夠減小核燃料於燃料組件的 上區的量以及改善核燃料於該上段的燃燒。 設置具有較大橫剖面積的上段之水通道能夠增加水於 -5- 201001441 上區的量，補償蒸汽於水流的增加，以及因此改善燃料棒 的燃燒。 U S 5 2 02 0 8 5說明具有由燃料棒所包圍的水通道之核燃 料組件。水通道包括具有佔有等於5個燃料棒格子的區之 十字形橫剖面的下段及佔有等於9個燃料棒格子的區之方 形橫剖面的上段。燃料棒在上區下方包含配置鄰接水通道 之較短燃料棒。 然而，此種配置使其難以固持位在下段下方之較短燃 料棒，例如，在更換這些燃料棒的一者來看。 【發明內容】 本發明的目的在於提供沸水核反應器之核燃料組件的 水通道，其能夠改善燃料的燃燒，同時使燃料棒的操控更 方便。 爲此目的，本發明建議上述類型的水通道，其中至少 一凹槽沿著上段而延伸以使容納於固定構件之燃料棒可自 燃料組件的上端側而縱向地抽出或插入。 於其它實施例，水通道包含以下特徵的一或多者，# 以單獨或技術上可行之組合方式： 一或每一凹槽係沿著下段及上段具有恆定寬度； —或每一凹槽具有於下段比於上段更大之深度； —或每一凹槽用於容納至少一燃料棒； 一或每一凹槽用於並列地容納至少二燃料棒； 水通道沿著水通道的整個長度具有主導管及與主導管 -6- 201001441 流體連通之至少二側面導管，側面導管於其間在水通道的 外表面上界定至少一燃料棒容納凹槽； 每一側面導管具有沿著水通道的長度恆定之橫剖面積 ’以及主導管具有於上段比於下段更大的橫剖面積； 每一側面導管取代陣列中之至少一燃料棒； 每一側面導管取代陣列中之一燃料棒； 主導管取代陣列中之至少一燃料棒； 主導管取代陣列中之數個燃料棒的方形單元； 主導管取代陣列中之4個燃料棒方形單元； 水通道具有4個側面導管，於其間繞著水通道界定4 個燃料棒容納凹槽； 水通道具有十字形橫剖面，其取代配置於陣列的燃料 棒方形單元的對角線之燃料棒； 水通道取代配置於陣列的1 6個燃料棒方形單元的對 角線之燃料棒。 在經由實例以及參照附圖來閱讀以下說明時，將更爲 瞭解本發明及其優點。 【實施方式】 如圖1所不’核燃料組件2係沿著縱向中央軸L而伸 長。僅燃料組件2的中間部位被顯示在圖〗上。 使用時’燃料組件2被置於核反應器的核心，其中軸 L實質上垂直延伸。以下，用辭“下，，及“上，，所指的是燃料 組件2於反應器的位置。 201001441 燃料組件2包含核燃料棒4、6的束及配置於燃料通 道10之水通道8。燃料棒4、6、水通道8及燃料通道10 係縱向地平行於軸L而伸長且延伸。 每一燃料棒4、6包含充塡有堆疊核燃料粒之管狀包 層。 水通道8係由燃料棒4、6所包圍。水通道係管狀且 沿著方向L而延伸。水通道8包含管狀下段1 4及其橫剖 面積大於下段1 4的管狀上段1 6。 燃料棒4、6係配置於陣列中，以及水通道8取代陣 列中的部份燃料棒。 燃料棒4係比燃料棒6更短。較短燃料棒4僅沿著下 段1 4延伸而未沿著上段1 6而延伸。較長燃料棒6沿著下 段14及上段1 6而延伸’亦即，實質上沿著水通道8的全 部長度。 燃料組件2包含沿者水通道8的長度分佈之燃料棒支 承隔件1 8，僅一隔件1 8被顯示在圖1上。 隔件18成格子狀，且包含用於容納較長燃料棒6穿 過其中之複數格子20、及用於容納水通道8與較短燃料棒 4之中央通路22。 隔件1 8係由水通道8導引，以及其軸移動係例如， 被熔接間隔止件所限制。 燃料組件2包含用於容納較短燃料棒4之固定構件24 。固定構件24係沿著水通道8的下段14而固定，用於固 定較短燃料棒4鄰接至水通道8。 -8- 201001441 如圖2所示’每一較長燃料棒6延伸穿過各別格子2 0 ，且係藉由隔件1 8橫向支承以保持較長燃料棒6間的橫 向間隙。 因此，每一格子20具有自格子2〇的側面壁突起之突 部，以接觸插穿格子2 0之較長燃料棒6的外表面。 於所示實施例’隔件1 8係配置成使格子20係以1 0χ 格柵而配置，其中通路22取代位在網路的中央之上段 1 6個格子方形單元。 如圖3所示，水通道8的下段14及上段16具有相同 形狀的橫剖面’然而’上段1 6具有比下段1 4更大的橫剖 面積，如後所述。 水通道8具有十字形橫剖面，且取代陣列中的8個燃 料棒’十字的分支相應於陣列中之1 6個燃料棒方形單元 的二對角。 水通道8具有主導管26及經由橫向開口 30與主導管 26流體連通之4個側面導管28，橫向開口 30沿著水通道 8的全部長度而延伸。 主導管26具有大致方形剖面，且取代陣列中之4個 燃料棒方形單元。 每一側面導管28係配置在主導管26的4個角落的― 者且與主導管26的對角對準。 水通道8具有設在其外表面34上之4個凹槽32，且 繞著水通道8的縱軸而分佈。每一凹槽32被用來並列地 容納2個較短燃料棒4。 -9- 201001441 每一凹槽32被界定在2個側面導管28之間。每一凹 槽32具有由底壁36及2個側面壁38所界定之U形橫剖 面。 底壁36外界定凹槽32，且內界定主導管26。每一側 面壁38外界定凹槽32且內界定側面導管28。主導管26 因此由凹槽32的底壁36所界定。 水通道8的壁沿著水通道8的長度而具有恆定厚度。 水通道8的可變橫剖面積係經由水通道8的壁的變形而獲 得。 有鑑於獲得上段1 6中的較大橫剖面積，主導管2 6於 上段1 6具有比於下段1 4更大的橫剖面積。 因此，主導管26在下段14及上段16間的接合處具 有收歛段4 0，其中底壁3 6係相對於水通道8的縱軸而傾 斜，且自下段1 4朝向上段1 6而收斂。 每一側面導管2 8沿著水通道8的長度具有恆定橫剖 面積。 每一凹槽3 2沿著水通道8的長度（亦即，沿著下段 1 4及上段1 6 )具有恆定寬度w、及沿著下段1 4之深度D 、深度D比沿著上段1 6之深度d更長。 水通道8可例如，藉由擠製而獲得。 每一固定構件2 4包含用於容納較短燃料棒4於其中 之管狀套筒42、及用於接觸通過套筒42之較短燃料棒4 的外表面之向內突起的凸部44。 每一固定構件24係固定在凹槽32的一者中之下段14 -10- 201001441 上，也就是說，在凹槽32的底壁36的外表面上。 數個固定構件24係沿著用於容納較短燃料棒4的下 段1 4而縱向地分佈且校準。 如圖3所示’固定構件2 4係成對配置，每一對的固 定構件係並列地配置於相同凹槽3 2用於容納2個較短燃 料棒4。每一對的固定構件2 4係分開的。替代地，2個相 鄰固定構件24係相互連接，且形成2χ1固定裝置。 凹槽3 2在上段1 6的深度及固定構件2 4係配置成， 每一較短燃料轉4的外表面不會與凹槽32的底壁36及側 面壁38徑向地干擾。 操作時’水流經水通道8且亦流經燃料棒4、6間的 燃料通道1 〇。 水用作核反應的緩和劑，其減緩含於燃料棒4、6之 燃料粒所射出之核子。水亦用作冷卻劑，且與燃料棒4、6 交換熱。 由燃料棒4、6所包圍之水通道8能夠增加燃料組件2 的中央區中之緩和劑（水）對燃料比及冷卻劑量。 水流自燃料組件2的下端至上端被加熱。在上端，水 流係處於蒸汽液體相，蒸汽的量自下端至上端而增加。 汽化的水係比作爲緩和劑的液體水較小效率，以及燃 料燃燒的效率在其它者中取決於緩和劑對燃料比。 較短燃料棒4減小燃料組件2的上區中之核燃料的量 。水通道8的較大橫剖面的上段1 6提供更大的水量於燃 料組件的上區。 -11 - 201001441 結果，由於汽化水的增量，可能補償緩和劑對燃料比 的減小。 如圖5所示’每一較短燃料棒4可自燃料組件2的上 端抓住且沿著上段1 6經由凹槽3 2而向上滑動，用於擷取 短燃料棒4而不移除水通道8，例如，以維護觀點來看。 較短燃料棒4可以相同方式插於對應固定構件24。 這是由於以下的事實’設於下段1 4之凹槽3 2沿著上 段16延伸達一深度，其使較短燃料棒4在縱向抽出或插 入之時不會防礙到壁3 6、3 8 ’特別是底壁3 &'。 因此可更容易實施維護操作。也就是說，可能更換受 損的較短燃料棒4，而未取出水通道8。 因爲可能提供方形橫剖面的通路2 2 ’不管凹槽3 2， 專用於相鄰於水通道8的較短燃料棒4之固定構件24能 夠簡化燃料棒支承隔件1 8的形狀。燃料棒支承隔件1 8沿 著下段1 4及上段1 6可以是相同。 水通道8的十字形橫剖面提供水於燃料組件2的橫向 平面的良好分佈。主導管2 6係鄰接8個燃料棒4。每一側 面導管2 8係鄰接7個燃料棒4、6。 此分佈係以單水通道而獲得。因此可經濟地製造燃料 組件2。 水通道8可例如，藉由抽出來獲得。 於所示實施例，水通道的縱軸與燃料組件的縱向中心 軸重合。替代地，水通道的縱軸係相對於燃料組件2的縱 向中心軸而偏移。 -12- 201001441 於替代實施例，燃料棒 子（例如，8x8、 9x9、、至 配置’該陣列具有不同外形 4、6係以具有不同數量的格 1 1 X 1 1或更多）之方形陣列而 (例如，八角形），水通道具 有不同形狀且於該陣列中取代不同數量的燃料棒，及/或 水通道通過具有不同形狀且於該陣列中取代不同數量的燃 料棒。 【圖式簡單說明】 圖1係沸水反應器之核燃料組件的簡要部份圖，該燃 料組件包含水通道。 圖2係沿著圖1上的π_π之燃料組件的剖面圖。 圖3係圖2的中央區的放大圖。 圖4係水通道的部份立體圖。 圖5係圖1的燃料組件的部份圖，其解說燃料組件上 之維護操作。 【主要元件符號說明】 L :縱向中央軸 W :恆定寬度 D :深度 d :深度 2 :燃料組件 4 :核燃料棒 6 :核燃料棒 -13- 201001441 8 :水通道 1 〇 :燃料通道 1 4 :管狀下段 1 6 :管狀上段 1 8 :燃料棒支承隔件 20 :格子 2 2 :中央通路 24 :固定構件 26 :主導管 2 8 :側面導管 3 0 :橫向開口 32 :凹槽 3 4 :外表面 36 :底壁 3 8 :側面壁 4 0 :收歛段 42 :管狀套筒 44 :向內突起的凸部 -14-

Claims (1)

1. 201001441 七、申請專利範圍： 1_一種沸水反應器的核燃料組件，包含：水通道（8 )，其沿著縱軸（L)延伸且具有下段（14)、上段（16 )及至少一燃料棒容納凹槽（3 2 )，該上段（丨6 )的橫剖 面積大於該下段（1 4 )橫剖面積，該燃料棒容納凹槽（3 2 )縱向延伸在該下段（1 4 )的外表面上；燃料棒（4、6 ) ’其縱向延伸且配置於繞著該水通道（8 )之陣列中；以 及固定構件（24 )，用於在該上段（1 6 )下方之該至少— 凹槽（3 2 )中將至少一燃料棒（4 )固定至該水通道（8 ) 其中該至少一凹槽（3 2 )沿著該上段（1 6 )延伸以使 容納於該固定構件（24 )之燃料棒（4 )可自該核燃料組 件的上端側而縱向地抽出或插入。 2 ·如申請專利範圍第1項之核燃料組件，其中該一或 每一凹槽（32 )沿著該下段（1 4 )及該上段（1 6 )具有恆 ( 定寬度（W )。 3 .如申請專利範圍第1或2項之核燃料組件，其中該 一或每一凹槽（32)在該下段（1〇的深度（D)大於在 該上段（1 6 )的深度（d )。 4.如申請專利範圍第1至3項的任一項之核燃料組件 ，其中該一或每一凹槽（32)用於容納至少一燃料棒（4 )° 5 .如申請專利範圍第4項之核燃料組件’其中該一或 每一凹槽（3 2 )用於並列地容納至少二燃料棒（4 )。 -15- 201001441 6 ·如申請專利範圍第1至5項的任一項之核燃料組件 ，其中該水通道（8)沿著該水通道（8)的整個長度具有 主導管（26 )及與該主導管（26 )流體連通之至少二側面 導管（2 8 )，數個側面導管於其間將至少一燃料棒容納凹 槽（32)界定在該水通道（8)的外表面上。 7.如申請專利範圍第6項之核燃料組件，其中每一側 面導管（28 )沿著水通道（8 )的長度具有恆定之橫剖面 積’以及該主導管（26)在該上段（16)比在該下段（14 )具有更大的橫剖面積。 8 .如申請專利範圍第6或7項之核燃料組件，其中每 —側面導管（28 )取代該陣列中之至少一燃料棒。 9.如申請專利範圍第8項之核燃料組件，其中每一側 面導管取代該陣列中之一燃料棒。 1 〇 .如申請專利範圍第6至9項的任一項之核燃料組 件’其中該主導管（26)取代該陣列中之至少一燃料棒。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之核燃料組件，其中該主 導管取代該陣列中之數個燃料棒的方形單元。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之核燃料組件，其中該主 導管取代該陣列中之4個燃料棒方形單元。 1 3 _如申請專利範圍第6至1 2項的任一項之核燃料組 件’其中該水通道（8 )具有4個側面導管（28 )，其間 界疋繞著該水通道（8 )之4個燃料棒容納凹槽（3 2 )。 1 4 ·如申請專利範圍第1至1 3項的任一項之核燃料組 件’其中該水通道（8 )具有十字形橫剖面，其取代配置 -16- 201001441 於該陣列的燃料棒方形單元的對角線之燃料棒。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之核燃料組件，其中該水 通道（8 )取代配置於該陣列的1 6個燃料棒方形單元的對 角線之燃料棒。 -17-