A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( t ) 1 1 明 領 域 1 1 本 發 明 與 用 於 核 反 應 爐 的 核 燃 料 組 合 體 有 關 特 別 是 1 1 有 Μ 於 方 形 ▲ft 截 面 積 的 沸 水 式 反 應 爐 燃 料 組 合 體 的 燃 料 棒 請 1 先 1 形 態 0 閱 讀 1 I 明 背 景 η 面 1 I 之 1 現 在 使 用 的 通 水 式 反 應 懺 (BWR) 使 用 具 方 形 截 面 的 燃 意 1 事 1 料 組 合 體 其 中 核 燃 料 棒 位 於 截 面 中 〇 輕 水 式 反 應 爐 對 項 再 1 於 控 制 棒 驅 動 使 用 方 形 陣 列 佈 局 使 得 燃 料 組 合 體 的 配 填 寫 本 裝 置 區 域 為 方 形 〇 燃 料 棒 分 配 於 可 用 的 方 形 區 域 使 得 每 頁 1 I 一 燃 料 棒 中 冷 卻 劑 / 鍰 和 劑 具 近 似 均 匀 的 分 佈 0 其 方 法 1 1 為 將 Λ、、》 料 棒 配 置 在 可 用 的 方 形 區 域 中 使 得 燃 料 棒 之 列 1 1 及 行 的 數 巨 相 等 且 燃 料 棒 之 間 的 心 對 心 ( 間 隙 ) 距 m 1 訂 相 等 0 此 種 設 計 稱 為 方 形 格 子 有 如 畫 過 相 鄰 燃 料 棒 中 心 的 線 將 區 域 分 成 多 個 均 句 方 形 0 反 應 爐 功 率 及 功 率 分 1 佈 ( 軸 向 徑 向 及 區 域 尖 峰 ) 設 定 燃 料 棒 中 所 產 生 的 體 1 I 積 功 率 密 度 〇 足 Μ 保 證 相 鄰 燃 料 棒 表 面 足 夠 冷 卻 率 的 燃 1 1 料 棒 間 最 小 間 隔 ( 此 為 熱 傳 測 試 所 決 定 ) 必 需 具 有 裕 I 度 允 許 製 造 公 差 及 運 轉 期 間 可 預 測 的 燃 料 棒 彎 曲 〇 對 1 1 於 燃 料 棒 的 均 勻 陣 列 棒 與 棒 間 所 需 最 小 距 離 限 制 了 該 1 1 陣 列 的 最 大 可 允 許 燃 料 棒 直 徑 〇 將 分 格 陣 列 中 燃 料 棒 之 1 I 列 及 行 的 數 百 設 定 為 一 樣 且 將 核 燃 料 棒 的 中 心 定 位 在 1 1 方 形 的 轉 角 可 得 到 鈾 燃 料 及 冷 卻 鍰 和 劑 ( 即 水 ) 的 1 1 均 勻 分 佈 〇 因 此 燃 料 棒 的 列 數 與 一 列 中 燃 料 棒 的 數 巨 相 1 1 等 〇 燃 料 棒 陣 列 的 大 小 經 過 安 排 Μ 使 燃 料 棒 中 大 量 的 核 1 1 1 -3 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 484 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( > ) 1 1 燃 料 得 到 足 夠 的 熱 傳 面 積 > Μ 在 用 於 燃 料 棒 之 材 料 的 溫 1 1 度 限 制 内 移 除 燃 料 所 生 之 熱 〇 1 1 基 本 上 拂 水 式 反 應 爐 (BWR) 燃 料 組 合 體 具 有 如 此 之 請 1 先 1 燃 料 棒 m 列 9 其 中 燃 料 棒 成 列 排 置 * 每 ___. 列 中 燃 料 棒 閱 讀 1 I 的 數 百 等 於 在 陣 列 中 所 具 有 的 列 數 〇 在 相 鄰 列 中 > 燃 料 背 1¾ 1 ! 之 1 棒 的 中 心 位 在 方 形 的 轉 角 〇 此 方 形 棒 陣 列 或 方 格 一 般 Μ 1 事 1 列 中 棒 數 及 棒 的 列 數 稱 之 如8 Χ 8 ,9 X 9 , 10 X 10等 > 項 1 不 論 棒 的 列 數 多 少 • 每 — 陣 列 的 限 制 可 使 其 符 合標準尺 寸 填 寫 本 裝 的 燃 料 組 合 體 通 道 〇 貢 1 I 燃 料 棒 中 心 位 在 方 形 的 _ 角 的 方 格 (s q u a r e 1 a 11 i C e ) 1 1 之 使 用 9 使 得 在 由 四 個 燃 料 棒 所 形 成 的 方 形 中 心 有 比 需 1 1 要 m 要 大 的 流 體 區 〇 這 是 燃 料 組 合 體 通 道 内 截 面 區 域 的 1 訂 無 效 使 用 〇 因 此 必 需 經 由 增 加 燃 料 棒 數 百 9 對 於 給 定 的 燃 料 組 合 體 功 率 位 準 減 少 燃 料 棒 線 性 墊 產 生 率 及 内 部 燃 1 料 棒 溫 度 〇 此 例 如 可 將 1 0 X 1 0的 燃 料 棒 陣 列 轉 換 為 11 X 1 1 11 的 燃 料 棒 陣 列 而 達 成 巨 的 〇 因 為 燃 料 棒 陣 列 受 限 制 Μ 1 L 容 於 標 準 燃 料 組 合 體 通 道 的 固 定 大 小 範 圍 内 而 且 需 要 | 有 一 定 的 最 小 燃 料 棒 表 面 對 表 面 及 燃 料 棒 表 面 對 通 道 壁 1 | 表 面 之 空 間 燃 料 棒 列 數 及 列 中 燃 料 棒 數 的 增 加 必 需 減 1 1 少 燃 料 棒 直 徑 〇 因 為 燃 料 棒 中 心 對 中 心 的 距 難 已 減 低 • 1 1 所 Μ 必 需 減 少 燃 料 棒 的 直 徑 Μ 維 持 表 面 對 表 面 的 空 間 〇 1 1 棒 間 的 空 間 為 允 許 足 夠 的 冷 卻 而 且 配 合 燃 料 棒 彎 曲 9 1 1 不 能 依 棒 與 棒 的 間 隙 成 比 例 而 減 小 Ο 方 格 中 的 燃 料 棒 數 1 1 量 增 加 時 增 加 的 燃 料 棒 數 無 法 補 償 所 需 燃 料 棒 的 直 徑 1 1 1 -4 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210/29：/公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 I 之 減 小 結 果 在 更 精 细 的 分 割 陣 列 中 燃 料 組 合 體 的 轴 1 1 負 載 便 會 減 低 〇 1 1 例 如 在 一 10 X 10的 分 格 陣 列 具 有 約 為 〇. 51 吋 的 棒 間 請 1 先 1 隙 和 允 許 製 造 公 差 且 在 整 個 運 轉 壽 命 中 維 持 足 夠 冷 閲 讀 1 1 卻 度 的 最 小 棒 表 面 對 棒 表 面 空 間 〇 如 果 此 空 間 為 背 而 1 I 之 1 0 · 11 4 时 $ 則 最 大 棒 直 徑 為 0.396 时 〇 如 果方 格 陣 列 更 意 1 事 1 精 细 分 割 » 如 11 X 11 > 則 棒 間 隙 約 為 0 . 464 吋 » 則 最 大 項 再 1 棒 直 徑限制為 0 . 35吋 Μ 維 持 棒 間 所 需 的 0 . 11 4 吋 空 間 〇 填 寫 本 裝 燃 料 的 空 間 量 與 棒 數 及 其 截 面 區 域 成 正 比 〇 兩 陣 列 的 相 頁 1 I 對 燃 料 截 面 區 域 為 : 1 1 11 X 11 X (0 .35) 2 1 1 = 0 . 945 1 訂 10 X 10 X (0 .396 )5 > 在 BVR 燃 料 組 合 體 中 > 多 個 燃 料 棒 位 址 被 保 留 給 水 棒 1 或 水 通 道 Μ 選 擇 性 地 增 加 中 子 緩 和 劑 ， 達 到 更 有 效 率 的 1 I 燃 料 使 用 0 如 果 方 形 燃 料 棒 陣 列 更 精 细 分 割 9 且 如 果 保 1 1 留 的 水 棒 的 位 址 數 維 持 固 定 * 則 水 棒 或 水 通 道 中 的 鑀和 I 水 量 » 因 為 燃 料 棒 及 水 棒 中 較 小 的 可 允 許 直 徑 9 而 變 得 1 較 小 〇 當 陣 列 尺 寸 更 精 细 分 割 » 如 果 水 棒 的 保 留 位 址 數 1 1 增 加 * 刖 燃 料 組 合 體 的 鈾 負 載 便 會 更 減 少 0 因 此 9 如 果 1 I 方 形 燃 料 棒 陣 列 更 精 细 分 割 且 水 棒 數 增 加 或 維 持 不 變 • 1 1 便 會 導 致 無 效 率 的 燃 料 使 用 及 高 製 造 成 本 〇 1 1 燃 料 棒 中 心 位 在 三 角 形 頂 點 的 二 角 格 m 列 比方 格 陣 列 1 I 更 合 乎 需 要 9 因 為 此 項 設 計 提 供 更 具 效 率 的 燃 料 棒 安 排 1 1 1 -5 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 302434 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 1 * 而 且 維 持 所 需 要 的 棒 對 棒 空 間 0 對 於 特 定 燃 料 棒 直 徑 1 1 及 最 小 棒 對 捧 空 間 f 二 角 形 間 隙 允 許 在 給 定 的 燃 料 組 合 1 1 體 通 道 截 面 區 内 之 燃 料 棒 更 緊 密 充 填 9 使 得 在 燃 料 棒 間 請 1 先 1 有 較 好 的 冷 卻 水 流 之 區 域 分 佈 0 高 密 度 的 燃 料 棒 將 允 許 閱 讀 1 I 高 負 載 的 鈾 9 而 且 有 較 好 的 熱 傳 特 性 > 因 為 冷 卻 水 流 平 背 面 1 I 之 1 均 而 較 靠 近 燃 料 棒 表 面 〇 另 外 在 單 位 區 域 内 可 併 入 注 意 1 Ψ 1 比 在 相 同 間 隙 的 方 格 更 多 的 燃 料 棒 熱 傳 表 面 9 且 對 於 内 項 再 1 部 水 棒 之 緩 合 與 内 部 水 通 道 可 具 更 大 的 彌 性 〇 因 為 當 組 填 本 裝 合 體 中 燃 料 棒 數 增 加 時 9 燃 料 棒 的 高 密 度 允 許 較 高 負 載 頁 s· 1 I 的 鈾 9 更 多 的 燃 料 棒 位 址 可 保 留 給 水 棒 或 水 通 道 * 與 含 1 1 較 少 燃 料 棒 位 置 的 方 格 陣 列 相 比 較 並 沒 有 導 致 鈾 負 載 的 1 1 減 少 〇 1 訂 然 而 » __- 個 三 角 格 無 法 含 相 同 行 及 列 數 的 燃 料 棒 而 置 入 方 形 截 面 區 〇 1 本 發 明 的 旨 在 提 供 核 燃 料 組 合 體 ， 其 具 有 一 燃 料 棒 1 I 設 置 » 與 大 約 相 同 燃 料 棒 數 之 方 格 陣 列 含 有 相 同 的 燃 料 1 1. 棒 表 面 對 燃 料 棒 表 面 空 間 t 及 相 同 的 燃 料 棒 表 面 對 通 道 I 壁 益 空 πη 間 •nr * 但 比方 格 燃 料 棒 陣 列 具 有 較 大 的 燃 料 棒 直 徑 〇 1 1 本 KL 發 述 明 特 點 之 一 係 提 供 一 沸 水 式 反 應 爐 的 核 燃 料 組 1 1 I 合 體 9 含 有 多 個 延 長 且 平 行 的 燃 料 棒 9 支 撐 於 位 在 向 著 1 1 組 合 體 底 部 的 下 繫 板 及 向 著 組 合 體 頂 部 的 上 繫 板 之 間 t 1 1 一 園 繞 複 數 燃 料 棒 « 且 含 一 大 體 上 為 方 形 的 截 面 區 域 Μ 1 I 從 組 合 體 底 部 至 頂 部 m 引 冷 卻 水 / 緩 和 m 的 外 部 通 道 9 1 1 1 -6 - 1 I 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明 ( Γ ) 1 1 至 少 有 一 隔 板 將 燃 料 棒 定 位 並 維 持 於 預 定 的 型 態 中 且 1 1 | 該 燃 料 棒 Μ 1 0 X 12的 m 列 置 於 預 定 間 隙 > 且 燃 料 棒 的 中 1 1 心 位 在 等 邊 — 角 形 的 頂 點 〇 請 1 先 1 _式之簡里說明 閱 讀 1 I twal 1圈 1 為 本 發 明 中 使 用 三 角 格 而 含 有 10 X 1 2燃 料 棒 設 置 背 ιέ 1 I 之 1 的 BWR 組 合 體 之 横 剖 面 圖 意 1 事 1 圖 2 為 圖 1 之 BUR 燃 料 組 合 體 的 横 剖 面 IBt 圖 f 而 可 選 擇 項 再 1 的 燃 料 棒 為 水 棒 或 部 份 長 度 燃 料 棒 所 取 代 且 填 寫 本 裝 圖 3 為 使 用 三 角 格 而 含 有 10 X 12 燃 料 棒 設 置 且 位 於 中 頁 1 I 心 的 水 棒 取 代 七 個 位 於 中 心 的 燃 料 棒 之 BUR 燃 料 組 合 體 1 1 横 剖 面 圖 〇 1 1 1 直 Μ. 皇 1 訂 新 的 核 反 應 埔 設 計 趨 勢 為 在 組 合 體 中 增 加 燃 料 棒 數 » Μ 更 精 细 地 分 割 鈾 燃 料 • 使 得 燃 料 中 所 生 之 熱 可 更 迅 速 1 移 轉至 冷 卻 劑 〇 更 多 的 熱 可 在 組 合 體 中 產 生 但 必 需 在 燃 1 1 料 棒 功 率 限 制 的 範 圍 内 » Μ 保 證 可 信 賴 的 燃 料 棒 性 能 〇 1 L 增 加 的 燃 料 組 合 體 所 產 生 之 功 率 可 ⑴ 經 由 更 大 的 白 由 度 | 改 進 核 燃 料 使 用 t Μ 使 爐 心 功 率 分 佈 最 逋 化 » (2) 經 由 允 1 許 更 快 速 的 功 率 改 變 而 改 進 電 廠 容 量 因 素 t 或 © 增 加 爐 1 1 心 的 整 個 功 率 密 度 及 電 廠 功 率 輸 出 0 在 BWR 中 » 燃 料 棒 1 I 陣 列 的 設 計 從 7 > < 7經 過 8 > <8 9 及 9 X 9進 步 至 10 X 10 〇 1 1 為 防 止 熱 傳 效 率 降 低 $ 燃 料 棒 間 必 需 有 最 小 分 隔 〇 保 1 1 證 能 有 所 需 要 的 最 小 分 隔 • 對 於 製造公差及輻射 所 導 致 的 燃 1 I 料 棒 胃 曲 必 需 有 一 裕 度 〇 1 I 1 -7 一 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( b ) 1 1 一 方 格 BWR 10 X 10的 燃 料 組 合 體 含 100 個 可 用 的 燃 料 1 1 | 棒 位 址 且 棒 與 棒 的 間 隙 為 0 . 51 时 〇 此 所 需 的 棒 對 棒 空 間 1 1 決 定 最 大 可 允 許 燃 料 棒 直 徑 9 且 在 燃 料 組 合 體 運 轉 期 間 'V 請 1 先 1 不 使 熱 傳 效 率 降 低 〇 此 對 於 在 — 給 定 的 燃 料 組 合 體 長 度 閱 讀 1 中 所 可 併 入 的 燃 料 體 積 造 成 限 制 〇 然 而 在 本 發 明 中 » 如 背 1 I 之 1 果 燃 料 棒 的 形 態 為 10 X 12的 角 格 陣 列 » 則 有 120 個 燃 意 1 事 1 料 棒 位 址 可 用 » 且 與 11 X 11方 格 陣 列 比 較 9 其 棒 直 徑 較 項 再 1_ 大 * 因 此 增 加 了 給 定 燃 料 組 合 體 畏 度 中 的 燃 料 體 積 在 填 % 本 裝 方 格 陣 列 中 t 120 個 潛 在 燃 料 棒 位 址 需 要 11 X 11 格 子 頁 '〆 1 I 〇 11 X 11 之 棒 間 隙 約 為 0 . 464 吋 9 且 由 於 棒 與 棒 空 間 的 1 1 需 要 將 減 低 棒 對 棒 空 間 9 使 得 可 併 入 給 定 長 度 燃 料 組 合 1 1 體 中 的 燃 料 通 積 減 少 » 有 小 於 1 0 X 12陣 列 者 〇 1 訂 參 考 圖 1 • 沸 水 式 反 應 爐 燃 料 組 合 體 100 所 含 燃 料 棒 11 位 在 外 部 通 道 15所 形 成 的 區 域 内 〇 依 據 習 知 之 技 術 » 1 一 10 X 1 0陣 列 的 燃 料 棒 將 定 位 於 由 外 部 通 道 所 形 成 的 區 1 I 域 内 〇 燃 料 棒 11 的 排 列 可 使 其 中 心 位 在 等 邊 三 角 形 的 頂 1 1 點 * 而 非 在 方 形 的 轉 角 上 〇 - 個 含 共 同 頂 點 的 相 鄰 三 角 丨 形 形 成 一 個 丄- 角 形 〇 燃 料 棒 11 排 成 12列 t 每 列 有 10 棒 » 1 1 所 Μ 逋 於 置 人 外 部 通 道 15的 範 圍 内 » 圖 1 之 陣 列 為 一 1 1 1 0 X 1 2BWR 燃 料 組 合 體 9 且 包 含 120 個 燃 料 棒 位 址 費 其 1 I 在 11 X 11 方 格 陣 列 之 一 個 棒 位 址 内 〇 圖 1 中 的 角 形 設 1 1 計 優 點 為 可 使 用 較 大 的 燃 料 棒 直 徑 ， 而 維 持 與 大 約 相 同 1 1 數 燃 料 棒 的 方 格 陣 列 一 樣 的 棒 表 面 對 棒 表 面 空 間 » 及 棒 1 I 表 面 對 通 道 壁 空 間 9 由 於 其 更 有 效 利 用 外 部 通 道 的 截 面 1 1 1 -8 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
B02484 Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 1 I 積 〇 在 一 方 格 陣 列 中 1 1 1 X 11的 設 計 是 必 需 的 1 以 提 供 1 1 10 X 12六 角 形 設 置 所 提 供 的 120 個 燃 料 棒 位 址 f 結 果 9 y—V 1 I 請 1 I 11 X 11的 棒 間 隙 將 減 小 (約0 .464 吋）， 且 需 要 較 小 的 m r>\\\ 先 閱 I I 讀 1 料 棒 直 徑 (小於1 0/11 ) 以 維 持 冷 卻 所 需 用 的 棒 表 面 對 棒 背 1 I 表 面 空 間 > 較 小 直 徑 的 m n\\s 料 棒 使 得 每 棒 中 鈾 燃 料 量 較 少 之 注 1 | 意 I 〇 參 考 刖 述 範 例 9 一 11 X 11格 子 t 就 0 . 114 吋 的 棒 表 面 事 項 1 I 再 1 I .* 對 棒 表 面 空 間 而 言 $ 其 棒 直 徑 為 0 . 35吋 10 X 12 三 角 格 導 1 的 棒 間 隙 為 裝 Θ . 485 吋 » 而 其 棒 直 徑 約 為 0 . 371 吋 t 因 此 頁 1 相 對 燃 料 截 面 積 的 增 加 約 為 ： 1 1 1 20 > < (0 . 37 1) 2 1 I .: 1 .1 1 1 1 訂 121X (0 . 35 )2 1 因 此 ΓΕ3] 圖 1 之 三 角 格 設 置 使 得 11 X 11 陣 列 中 可 使 用 較 大 1 | 燃 料 棒 直 徑 Ο 由 於 傲 較 大 的 燃 料 棒 直 徑 » 可 使 用 較 多 的 1 I 水 棒 及 部 份 長 度 燃 料 棒 9 同 時 維 持 燃 料 組 合 體 的 鈾 含 置 1 1 〇 因 此 t 相 對 於 方 格 9 於 三 角 格 中 之 增 加 的 燃 料 棒 直 徑 r I > 允 許 含 較 大 的 燃 料 棒 位 址 比 值 以 用 於 水 通 道 ♦ 水 棒 f 1 I 部 份 長 度 燃 料 棒 及 / 或 含 部 份 長 度 水 棒 的 部 份 長 度 燃 1 1 料 棒 Ο 1 1 參 考 圖 2 燃 料 棒 11 水 棒 17及 部 份 長 度 燃 料 棒 13位 1 1 在 燃 料 組 合 體 1 0中 9 使 得 各 個 燃 料 棒 11 及 部 份 長 度 燃 料 1 1 棒 1 3為 (a ) 直 接 與 水 棒 1 7或 外 部 通 道 15相 鄰 或 (b) 1 1 對 水 m 或 外 部 通 道 含 直 接 的 視 線 方 向 〇 此 型 態 將 使 得 在 1 I 燃 料 棒 中 由 分 裂 所 産 生 的 快 中 9- 子 有 較 大 的 機 率 從 另 燃 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（？） 料棒的共振補償（resonance capture)中逃逸，而改在 水棒中或燃料通道外側的水中加熱。更高櫬率的中子熱 化將在整個燃料組合體中產生較大的熱中子源，而導致 燃料使用率增加。於含有相同數目的棒的可能位置而沒 有極度減低燃料組合體的鈾容量的方格燃料組合體不可 能達到此一設計。因為較大數目的燃料棒位址及本質上 較大可能的鈾負載，在三角格中可維持滿意的鈾負載。 在大部份的情況下，某些燃料棒位址將為水棒或水通 道所佔據，Μ博加鍰合度並達到較好的鈾使用。圔1中 的10X12三角格陣列，多產生了約6個可用於水棒或通 道的燃料棒位址，而維持與10X10方格陣列等體積的鈾 燃料。基本上BWR燃料組合體之中心為次鑀合（under-moderated) 態 。结果 ，當放 在靠近 組合體 之截面 中心時 ,補充的水缕合最有效率。參考圖3 ,中心水通道包括 (a) —管18(其直徑可大到二個棒間隙及一燃料棒直徑， 及（b )六管19(每一管的直徑等於一燃料棒直徑）用於取代 靠近組合體中心的13燃料棒位置。包含管18及19的水通 道組合體置入三角陣列中，因此不中斷冷卻區域分佈的 均勻性。 本發明固Μ較佳實施例說明，但須瞭解斕热本技術者 ，可在形式及细節上做多種改變，而不偏離本發明的精 神及範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂