TW201730895A - 具有平衡板的核燃料組件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於一沸水反應器之燃料組件(1)，其包含燃料棒(3)、兩個或三個水棒(30)、一系板(4)、間隔物(6)、一把手(10)及一接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)。該接頭配置經組態以將一垂直提升力自該把手傳送至該等水棒。該接頭配置包含配置於該等水棒(30)與該把手(10)之間的一平衡元件(20)。該接頭配置包含配置於該平衡元件(20)與該把手(10)之間的一第一接頭(13)，及配置於該等水棒(30)中之一各別者與該平衡元件(20)之間的一組第二接頭(33)。該第一接頭(13)及該組第二接頭(33)經組態以允許該平衡元件(20)相對於該把手(10)以及相對於該等水棒(30)之一旋轉移動，以便平衡該等水棒中的提升力。該第一接頭(13)及該等第二接頭(33)中之每一者包含一對球狀圓形接頭表面(11,23；25,32)。

Description

具有平衡板的核燃料組件
本發明係關於用於核反應器尤其是沸水反應器BWR之燃料組件。更具體言之，本發明係關於具備根據申請專利範圍第1項之前言之把手的燃料組件，該把手適用於提升燃料組件。
在用於核反應器之燃料組件的已知構造中，燃料棒藉由下部及上部系板支撐。在一些燃料組件中，上部及下部系板藉由系棒而連接。上部系板可附接至用於提升燃料組件之燃料束的把手，其中系棒在下部系板與上部系板之間傳送提升力。
在具備水棒之燃料組件中，此等水棒可用於傳送提升力。通常，水棒在燃料棒當中配置於燃料組件中，且此等水棒緊固至上部及下部系板且可用於在下部系板與上部系板之間傳送提升力。以此方式，水棒用以攜載藉由例如下部系板或藉由配置於下部系板與上部系板之間的間隔物所支撐之燃料棒，該等間隔物連接至水棒以及燃料棒。
US 5,646,973說明用於沸水反應器之燃料組件。燃料組件(US 5,646,973之圖1中的10)包含通道(US 5,646,973之圖1中的22)、燃料棒(US 5,646,973之圖1中的12)及水棒(US 5,646,973之圖1中的18)。燃料棒及水棒配置於通道內部。燃料組件進一步包含扣緊至水棒之間隔物(US 5,646,973之圖2中的72、圖4中之172)。間隔物看似藉由摩擦力將燃料棒固持於適當位置。燃料棒在其在操作期間擴展時藉由克服摩擦力而稍微移動。水棒在底部處連接至下部系板(US 5,646,973之圖1中的16)且在頂部處連接至上部系板(US 5,646,973之圖1中的14)。水棒之最上區段藉由上部系板及將水棒附接至上部系板之螺帽(US 5,646,973之圖1中的40)連接至把手。US 5,646,973之圖6展示具有兩個水棒(210,212)但無上部系板之燃料組件。把手(US 5,646,973之圖6中的236)與水棒(US 5,646,973之圖6中的210,212)之間的連接件藉由彈簧(US 5,646,973之圖6中的266,268)及每一水棒上的擋止件(參見US 5,646,973之圖9中的細節228)預加應力。US 5,646,973之諸圖中所述的不同把手中之每一者經設置以提升水棒、燃料棒、下部系板及間隔物。
把手可緊固至通道以亦提升通道(參見例如US 5,646,973之圖2)。
或者，燃料組件之通道可緊固至燃料組件之底部，且把手將會將燃料組件的燃料棒、水棒及間隔物提升出通道。
US 5,646,973之圖6的燃料組件包含兩個水棒。在操作期間，水棒可稍微擴展/增長(歸因於熱/核增長)，且一水棒可不同於另一水棒而增長。此可導致在提升期間藉由水棒所攜載之負載的不平衡，使得一水棒將攜載高於另一水棒的負載，且亦可導致在處置期間稍微傾斜的組件。
US 5,481,579描述用於藉由燃料束之一對水棒提升燃料束的構造。US 5,481,579描述提升把手與兩個水棒之間的連接件，該連接件經組態以使兩個水棒之提升力之間的差均等，尤其在兩個水棒在核反應器之操 作期間已增長不同量的狀況下(參見US 5,481,579中之欄6行62-欄7行10、申請專利範圍3-4及欄5行12-50)。
用於使提升力均等之此構造包括包含「鎖條」及「雙套筒」之閂鎖機構，其中鎖條(參見US 5,481,579中之細節76)可相對於雙套筒(參見US 5,481,579中之細節38)成角度，該雙套筒配置於兩個水棒(參見例如US 5,481,579之圖6A及圖8A中的細節76，及圖8A中之細節38及68)中之每一者的上部部分(參見US 5,481,579中的細節68)處。根據US 5,471,579，雙套筒連接至上部系板，且鎖條連接至水棒之上部部分且擱置於雙套筒上。鎖條具備伸長肋狀物(參見US 5,471,579中之細節106)，藉由該肋狀物，鎖條可相對於雙套筒旋轉。
因此，US 5,481,579揭示具有把手及一對水棒之燃料組件，該燃料組件可藉由將提升力傳送至把手的水棒來提升，該燃料組件進一步包含用於使兩個水棒之提升力之間的差均等的機構。
US 5,481,579之閂鎖機構相當複雜且僅適於提升一對水棒。US 5,481,579並未提供用於具有三個水棒之燃料組件的實例。
本發明之目的係提供用於使燃料組件之水棒中的提升力均等之替代構造，及克服或至少減輕先前技術的問題。
本發明之目的亦在於使得有可能提供用於使該等提升力之差均等的簡單且安全之構造，且因此避免歸因於在提升操作期間燃料組件之稍微傾斜所造成的處置風險。
根據第一態樣，本發明涉及一種燃料組件，其包含： -燃料棒；-兩個或三個水棒；-一系板，其用於支撐該兩個或三個水棒，其中該兩個或三個水棒緊固至該系板；-一或多個間隔物，其經組態以支撐該等燃料棒及該兩個或三個水棒；-一把手，其在該等水棒中之每一者的一各別頂端處緊固至該等水棒，及-一接頭配置。
具體言之，根據本發明之第一態樣，該把手藉由該接頭配置緊固至該兩個或三個水棒，且該接頭配置經組態以將一垂直提升力自該把手傳送至該兩個或三個水棒。該接頭配置包含配置於該兩個或三個水棒與該把手之間的一平衡元件。具體言之，該接頭配置包含配置於該平衡元件與該把手之間的一第一接頭，及一組第二接頭，其中該組第二接頭之每一第二接頭配置於該兩個或三個水棒中之一各別者與該平衡元件之間。該第一接頭及該組第二接頭經組態以允許該平衡元件相對於該把手以及相對於該兩個或三個水棒之一旋轉移動。該第一接頭及該等第二接頭中之每一者包含一對球狀圓形接頭表面。
第一及第二接頭表面之球狀圓度良好地適於傳送提升力且亦允許旋轉移動。
在實施例中，該第一接頭相對於該等第二接頭中央地配置。
在實施例中，該第一接頭之該對球狀圓形接頭表面包含在該把手上之一球狀圓形接頭表面及該平衡元件上的一球狀圓形接頭表面。該 第一接頭之該對球狀圓形接頭表面的該等球狀圓形接頭表面彼此接觸而配置。
在實施例中，該第一接頭包含距離區段，該距離區段經組態以提供用於該平衡元件相對於該把手之旋轉的一空隙。
在實施例中，一各別扣件緊固至每一水棒之頂部部分且該等第二接頭之該等對球狀圓形接頭表面中的每一者包含在該扣件上之一球狀圓形接頭表面及該平衡元件上的一球狀圓形表面，使得該平衡元件針對每一扣件包含一球狀圓形接頭表面。該組第二接頭之該等對球狀圓形接頭表面中之每一者的該等球狀圓形接頭表面彼此接觸而配置。
在實施例中，每一各別扣件包含一螺帽，其中每一螺帽之一底側包含該組第二接頭之該等球狀圓形接頭表面中的一各別者。
在實施例中，該平衡元件包含兩個或三個貫通孔，每一水棒一個貫通孔，其中該兩個或三個水棒中之每一者延伸穿過該等貫通孔中之一者，使得一水棒延伸穿過每一貫通孔。該等貫通孔中之每一者經組態有一內徑，該內徑提供用於該各別水棒之一空隙藉此允許該平衡元件相對於每一水棒的旋轉移動。
本發明之燃料組件之接頭配置適用於具有兩個或三個水棒，亦即多於一個水棒且少於四個水棒的燃料組件。
在實施例中，該兩個或三個水棒之數目為三個水棒，但不超過三個，亦即多於兩個且少於四個。
在另一實施例中，該兩個或三個水棒之數目為兩個水棒，但不超過兩個，亦即多於一個且少於三個。
在實施例中，該平衡元件由一單一元件組成，該單一元件在其底側上具備該第一接頭之該球狀圓形表面，且在其頂側上具備該第二接頭的該等球狀圓形表面。
在實施例中，該單一元件為一板狀元件。
在實施例中，該平衡元件經配置以在提升期間在經歷來自該等水棒之相互不同的垂直力後即旋轉。然而，該把手及該等水棒保持彼此對準且不旋轉。
該燃料組件可經組態以連同一通道一起提升，或者提升出一通道。因此，在實施例中，燃料束經組態以配置於一通道內部，且其中該系板、該間隔物、該等燃料棒及該等水棒經組態以用於提升出該通道。因此，在替代實施例中，該燃料組件進一步包含一通道，且該系板、該間隔物、該等燃料棒及該等水棒配置於該通道內部，且該把手連接至該通道，且該系板、該間隔物、該等燃料棒及該等水棒經組態以用於連同該通道一起提升。
現將經由各種實施例之描述且參看所附圖式更貼切地解釋本發明。
圖1說明根據本發明之實施例的燃料組件之縱剖面。
圖2說明把手藉由平衡元件連接至水棒之實施例。圖2A、圖2B更詳細地說明經設置用於三個水棒之平衡元件的實施例，且圖2C說明經設置用於兩個水棒之平衡元件的實施例。
圖3更詳細地說明用於燃料組件之把手的實施例。
圖4說明用於將平衡元件附接至水棒之扣件的實施例。
圖5為在提升期間之平衡元件的特寫細節說明。
圖6說明根據一實施例之燃料組件的頂部剖面。
圖7說明根據一實施例之燃料組件的頂部剖面，該實施例亦即圖6之實施例的替代實施例。
本發明適用於在最初描述之先前文獻US 5,646,973及US 5,471,579中說明的類型中之任一者的燃料組件，然而，本發明已具備用於將把手連接至水棒之構件，其相較於先前技術之燃料組件提供了修改。本發明之燃料組件1的實施例說明於圖1中，圖1展示燃料組件之縱向視圖。
圖1之燃料組件包含兩個水棒30。本發明之燃料組件1包含連接至把手10之至少兩個水棒30。較佳地，三個水棒30連接至把手10。
圖1說明根據本發明之用於沸水反應器之燃料組件1的實施例。燃料組件1藉由通道2環繞，且包含燃料棒3及水棒30。燃料棒3及水棒30配置於通道2內部。燃料組件1進一步包含連接至水棒30之間隔物6。間隔物6亦藉由摩擦力將燃料棒3固持於適當位置。燃料棒3能夠在其在操作期間擴展時藉由克服摩擦力而稍微移動。水棒30在底部處緊固至系板4，諸如下部系板，且在頂部處緊固至把手10。每一水棒30之最上區段較佳為實心的，且此區段藉由藉助於彈簧7及擋止件37預加應力之螺帽31連接至把手10。燃料組件亦可包括將水棒30之頂部部分彼此連接的上部系板5，如藉由點線說明。把手10經設置以提升水棒30、燃料棒3、系板4及間隔物6。
把手10亦可緊固至通道2以亦提升通道2。或者，通道2緊固至燃料組件之底部，且把手10將會將燃料棒3、水棒30、系板4及間隔物6提升出通道2。
圖1之實施例的重要特徵為把手10連接至水棒30。把手10藉由配置於扣件之間的平衡元件20連接至水棒30，該等扣件例如每一水棒30之頂截面處的螺帽31。平衡元件20經組態以在水棒30與把手10之間傳送提升力。平衡元件20擱置於把手10上，且藉由所說明之螺帽31扣緊至水棒30。彈簧7配置於水棒30上以對平衡元件20預加應力來與螺帽31及把手10接觸。彈簧7擱置於在把手10下方配置於水棒30上之擋止件37上，該等擋止件37可為擰至水棒30之上部部分的螺帽。較佳地，在燃料組件1包括上部系板5之狀況下，螺帽配置於上部系板5上方。
更詳細地，圖2(上部圖)說明經由平衡元件20連接至水棒30之把手10。水棒30藉由例示為螺帽31之扣件31緊固至平衡元件20。第一接頭(圖5中之13)設置於把手10與平衡元件20之間。一組第二接頭(圖5中之33)設置於水棒30與平衡元件20之間。
把手10下方之平衡元件20得以詳細地說明(圖2A、圖2B、圖2C)。圖2A及圖2B說明用於包含三個水棒30之燃料組件1的平衡元件20，而圖2C說明用於包含兩個水棒30之燃料組件1的平衡元件20。
平衡元件20之上部側(參見圖2A)包含三個貫通孔24。每一貫通孔24經設置以用於接納水棒30中之一者的頂截面。每一貫通孔24具備針對相應之扣件/螺帽31的圓形，尤其是球狀圓形且凹入的接頭表面25。貫通孔24之每一球狀圓形接頭表面25係沿著貫通孔24的圓形圓周設 置。貫通孔24稍大於水棒30之頂截面的直徑，以便允許平衡元件20相對於水棒30的稍微移動。螺帽31之向下側說明於圖4中，且包含對應於圖2A中之平衡元件20之接頭表面25的球狀圓形且凸出之接頭表面32。
圖2A之平衡元件20的向下側(其說明於圖2B中)具備突出部21。突出部21相對於貫通孔24中央地配置。突出部21包含距離區段22及球狀圓形接頭表面23。圓形接頭表面23意欲用於與把手10之相應表面(圖3中之11)接合。所說明之接頭表面23為凹入的，但在假定把手10之相應接頭表面(圖3中之11)為凹入的情況下可為凸出的。
圖2C說明用於連接至兩個水棒30之平衡元件20的實施例。圖2C之平衡元件20包含兩個貫通孔24，每一水棒30一個貫通孔24。兩個貫通孔24中之每一者沿著其圓周具備第二接頭33之圓形表面25。平衡元件20之向下側具備把手10之第一接頭13的球狀圓形表面23，如藉由虛線所說明。圖2B及圖2C之具有球狀表面23的第一接頭13相對於具有表面25之該組第二接頭33在幾何上中央地配置。
圖3說明把手10。把手10包含用於接納圖2B中之平衡元件20(之底部)之接頭表面23的球狀圓形接頭表面11。球狀圓形接頭表面11面向上。
把手10具備用於接納水棒30之上部末端的貫通孔12。把手10亦可具備用於將把手10連接至通道2之構件，諸如孔14。
圖5說明在提升期間在把手10與水棒30之間的接頭配置。在圖5中，水棒30中之一者長於另兩個水棒30。平衡元件20經允許稍微旋轉以使自把手10傳送至三個水棒30之提升力的不平衡均等。螺帽31與 平衡元件20之間的接頭33之球狀表面25、32允許平衡元件20相對於水棒30旋轉。把手10與平衡元件20之間的接頭13之球狀表面23、11允許平衡元件20相對於把手10旋轉。突出部21之距離區段22提供用於旋轉之空間。
在提升期間，平衡元件20經配置以在把手10與水棒30之間傳送垂直提升力。平衡元件20經配置以使得其可藉由第一接頭13及第二接頭33的球狀接頭表面而旋轉，以便使藉由水棒30所經歷之提升力之間的差均等。當提升經起始時，水棒30可例如歸因於其30長度差而將不同的力施加至平衡元件20。不同的力將旋轉平衡元件20。平衡元件20藉由平衡元件20與把手10之間的接頭13之接頭表面11、23之間的相互作用，且藉由平衡元件20與水棒30之間的第二接頭33之接頭表面25、32而樞轉。因此，平衡元件20將旋轉，直至來自水棒30之力已等化為止。
圖6及圖7在兩個實施例中說明燃料組件1。在圖6之實施例中，把手10藉由螺栓17緊固至通道2，且通道2連同水棒30、間隔物6、系板4及燃料棒3等一起提升。把手10至通道2之附接係藉由螺栓17提供，但亦可包括用於對該附接預加應力的彈簧(未說明)，且允許把手10與通道2之間的稍微相對移動。在圖7中，把手10並未緊固至通道2。水棒30、燃料棒3、間隔物6、系板4等藉由把手10提升出通道2。通道2可具備用於提升通道2之構件(未說明)，諸如在通道2之側面中的兩者或兩者以上中設置的孔，藉此通道2可與燃料組件1分別地或同時地提升。
已在實施例中描述用於沸水反應器之燃料組件1，其包含燃料棒3、兩個或三個水棒30、系板4、間隔物6、把手10及接頭配置11、12、13、20-25、31、32、33。接頭配置11-13、20-25、31-33經組態以將垂 直提升力自把手10傳送至水棒30。接頭配置11-13、20-25、31-33包含配置於水棒30與把手10之間的平衡元件20。接頭配置11-13、20-25、31-33包含配置於平衡元件20與把手10之間的第一接頭13，及配置於該等水棒30中之一各別者與該平衡元件20之間的一組第二接頭33。第一接頭13及該組第二接頭33經組態以允許該平衡元件20相對於該把手10以及相對於該等水棒30之旋轉移動，以便平衡水棒中的提升力。第一接頭13及該等第二接頭33中之每一者包含一對球狀圓形接頭表面11、23；25、32。
然而，本發明不限於此等實施例，而是可根據此等實施例之範疇及/或在以下申請專利範圍的範疇內變化。

Claims (14)

  1. 一種燃料組件(1)，其包含：-燃料棒(3)；-兩個或三個水棒(30)；-一系板(4)，其經配置以用於支撐該兩個或三個水棒(30)，其中該兩個或三個水棒(30)緊固至該系板(4)；-一或多個間隔物(6)，其建構成支撐該等燃料棒(3)及該兩個或三個水棒(30)；-一把手(10)，其在該等水棒(30)中之每一者的一各別頂端處緊固至該等水棒(30)，及-一接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)，其中該把手(10)藉由該接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)緊固至該兩個或三個水棒(30)，該接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)建構成將一垂直提升力自該把手(10)傳送至該兩個或三個水棒(30)；該接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)包含：-一平衡元件(20)，其配置於該兩個或三個水棒(30)與該把手(10)之間；其特徵在於，該接頭配置(11,12,13,20-25,31,32,33)進一步包含：-一第一接頭(13)，其配置於該平衡元件(20)與該把手(10)之間；-一組第二接頭(33)，其中該組第二接頭(33)之每一第二接頭(33)配置於該兩個或三個水棒(30)中之一各別者與該平衡元件(20)之間；其 中該第一接頭(13)及該組第二接頭(33)建構成允許該平衡元件(20)相對於該把手(10)以及相對於該兩個或三個水棒(30)之一旋轉移動，且其中該第一接頭(13)及該等第二接頭(33)中之每一者包含一對球狀圓形接頭表面(11,23；25,32)。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料組件(1)，其中該第一接頭(13)相對於該等第二接頭(33)中央地配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃料組件(1)，其中該第一接頭(13)之該對球狀圓形接頭表面(11,23)包含在該把手(10)上之一球狀圓形接頭表面(11)及該平衡元件(20)上的一球狀圓形接頭表面(23)，且其中該第一接頭(13)之該對球狀圓形接頭表面的該等球狀圓形接頭表面(11,23)彼此接觸而配置。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃料組件(1)，該第一接頭(13)包含距離構件(22)，該距離構件(22)建構成提供用於該平衡元件(20)相對於該把手(10)之旋轉的一空隙。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之燃料組件(1)，其中一各別扣件(31)緊固至每一水棒(30)之頂部部分且其中該等第二接頭(33)之該等對球狀圓形接頭表面(25,32)中的每一者包含在該扣件(31)上之一球狀圓形接頭表面(32)及該平衡元件(20)上的一球狀圓形表面(25)，使得該平衡元件(20)針對每一扣件(31)包含一球狀圓形接頭表面(25)，且其中該組第二接頭(33)之該等對球狀圓形接頭表面中之每一者的該等 球狀圓形接頭表面(25,32)彼此接觸而配置。
  6. 如申請專利範圍第5項之燃料組件(1)，其中每一各別扣件(31)包含一螺帽，其中每一螺帽之一底側包含該組第二接頭(33)之該等球狀圓形接頭表面中的一各別者(32)。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之燃料組件(1)，其中該平衡元件(20)包含兩個或三個貫通孔(24)，其中該兩個或三個水棒(30)中之每一者延伸穿過該等貫通孔(24)中之一者，使得一水棒(30)延伸穿過每一貫通孔(24)，且其中該等貫通孔(24)中之每一者建構成有一內徑，該內徑提供用於該各別水棒之一空隙藉此允許該平衡元件相對於每一水棒的旋轉移動。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之燃料組件(1)，其中該兩個或三個水棒(30)之數目為三。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之燃料組件(1)，其中該兩個或三個水棒(30)之數目為二。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之燃料組件(1)，其中該平衡元件(20)由一單一元件組成，該單一元件在其底側上具備該第一接頭(13)之該球狀圓形表面(23)，且在其頂側上具備該第二接頭(33)的該等球狀圓形表面(25)。
  11. 如申請專利範圍第10項之燃料組件(1)，其中該單一元件為一板狀元件。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之燃料組件(1)，其中該平衡元件(20)經配置以在提升期間在經歷來自該等水棒(30)之相互不同的垂 直力後即旋轉。
  13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之燃料組件(1)，其建構成配置於一通道(2)內部，且其中該系板(4)、該間隔物(6)、該等燃料棒(3)及該等水棒(30)建構成用於提升出該通道(2)。
  14. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之燃料組件(1)，其進一步包含一通道(2)，其中該把手(10)附接至該通道，且其中該系板(4)、該間隔物(6)、該等燃料棒(3)及該等水棒(30)建構成用於連同該通道(2)一起提升。
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