TW574711B - Fuel-element for a boiling-water reactor - Google Patents

Description

574711 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬;a支柿擷域、先前技術、內容、實施方5^圖式簡單說明） · (一） 發明所屬之技術領域 本發明涉及一沸水式反應器用之燃料元件，其含有許多 部份長度之燃料棒。 . (二） 先前技術 _ 由US.patent 5，1 1 2,5 70中已知可形成一種沸水式反應器 用之燃料元件之燃料棒，其較一般之燃料棒還短，因此在 上部區中在燃料棒格柵中形成一些空位。此種措施一方面 可用來改良各種關閉特性且一方面可用來使熱學液壓上之 不穩定傾向降低。藉由部份長度之燃料棒之使用所增進之 關閉特性使燃料元件之上部區中減速劑/燃料元件一比 (ratio)變大，這樣可使反應器在欠臨界（under critical) 時仍保持在冷狀態中。此外，燃料元件之上部區中各空位 可使流動阻抗變小，使二相區中之壓力降及熱學液壓上之 不穩定傾向降低。 由JP 1 1 3 1 1 688A中已知一種燃料元件，其同樣具有部份 春 長度之燃料棒以便使二相區中之壓力降減少。爲了進一步 使壓力降減少，則在該燃料元件中須在部份長度之燃料棒 上方使用間隔支件（spacer )，其在各空位上不具備格柵單 元且在該處只具有多個支撐元件以取代各柵格單元，使相 鄰之柵格單元互相連接。 在W0 99/1 7 299中爲人所知之燃料元件中未使用部份長 度之燃料棒，而是在燃料元件之下部區中配置一些間隔支 -6- 件而互相隔開，其間之距離小於上部區中各間隔支件之距 離。 此外，在設置沸水式反應器用之燃料元件時之其他問題 是··各燃料元件具有一種至煮沸過渡功率之儘可能大之間 距。所謂煮沸過渡功率是指該燃料棒上所存在之水膜蒸發 時之功率，此時會造成一種惡劣很多之熱傳送（dry out )。 若超過此種煮沸過渡功率，則在燃料元件中所含有之燃料 棒之表面上會形成一種蒸氣膜或蒸氣層，其會造成一種熱 轉移阻抗。由於燃料棒中所產生之熱量暫時不能完全排 除，則燃料棒之溫度會上升，直至一種新的熱平衡達成爲 止。這樣會使燃料棒過熱且使燃料棒外殼管在熱學上過 載。此種過熱須無條件地防止，否則燃料棒之壽命會縮短， 燃料元件之壽命亦變短。 由EP 0 7 8 6 7 8 1 B1中已知一種由部份長度之燃料棒所形 成之燃料元件，其中在燃料元件之下部區中在部份長度之 燃料棒之區域中配置一些節流元件，以便藉由燃料元件之 下部區中所產生之較高之壓力降以產生一種較佳之熱學液 壓上之穩定性而不會使乾燥（Dry-out )特性劣化。雖然下 部區中已進行節流，但乾燥特性之劣化以下述方式來避 免：節流作用是在部份長度之燃料棒之區域中進行，此時 會形成一種較小之乾燥危險性。但全長度之燃料棒之乾燥 危險性藉由上述之措施無法可靠地避免。 由US 5,229,068 A中已知可使乾燥特性改良，在燃料元 件中配置一些偏向元件，例如，在間隔支件上配置一種旋 574711 轉旗，其對不易蒸發之水給予一種水平之速率成份’使得 二相區中各燃料棒可較佳地以水來沾溼。藉由此種措施可 使煮沸過渡功率提高。 若偏向元件配置在燃料元件之上部區中，則其較高之流 動阻抗會使燃料元件之上部區中之壓力損耗增大’此時壓 力損耗之由部份長度之燃料棒所造成之減小至少一部份又 可獲得補償且熱學液壓不穩定之傾向變大。 (三）發明內容 本發明之目的是提供一種沸水式反應器用之燃料棒’其 就乾燥（dry-out )特性及熱學液壓性而言都可獲得改良。 本發明上述目的以申請專利範圍第1項所述之燃料元件 來達成。依據第1項中所述之特徵，沸水式反應器用之燃 料元件（其中許多燃料棒定位在許多燃料元件之軸向中互 相隔開之間隔支件中，其中至少一個燃料棒是部份長度 者，其設有至少一配置在燃料元件之上部區中之偏向元件） 具有一種使偏向元件在該區中所造成之壓力損耗減小所用 之措施。 本發明以下述之認知爲依據：相對於US 5,229，068中力 求在上部區中使壓力降恢復而言，使壓力降又保持儘可能 小是有利的，以便防止熱學液壓上之不穩定性。換言之， 設有一些措施，其藉由適當之流動技術上之方法使流動阻 抗之由於偏向元件在上部區中所產生之增大現象變小或受 到補償。 “上部區“或“下部區“之槪念說明如下：燃料元件在 -8- 574711 其軸向範圍中想像成劃分爲二個子區，其互相鄰接。上部 區可以（但未必）與二相區相一致，即，上部區與下部區 之間之邊界未必與二相區相一致且上部區可以小於或大於 該二相區。 (四）實施方式 在本發明之較佳形式中，壓力損耗之減小以下述方式達 成：至少一配置在上部區中之間隔支件具有一已降低之壓 力損耗。在一有利之形式中，這以下述方式達成：在燃料 元件之上部區中（較佳是在部份長度之燃料棒上方之區域 中）使用以鎳爲主之合金所製成之間隔支件’其條片厚度 較一般使用之由鉻合金所構成之間隔支件之條片厚度小很 多。此外，藉由此種構造，則緩和（m 〇 d e r a t i ο η )情況良好 之軸向區不會由於使用鍩合金所製成之間隔支件而在其中 子之節省上劣化。此種措施以下述情況作爲考慮：使用以 鎳爲主之合金所製成之間隔支件雖然在燃料元件之上部區 中會出現不利之腐蝕特性，但並無危險性，此乃因腐蝕性 主要是在燃料元件之下部區中造成決定性之陰影（shadow ) 腐蝕。 在本發明之另一有利形式中，除了上述之措施之外，亦 使配置在燃料元件之上部區中之各偏向元件之流動阻抗向 上變小。這一方面可藉由偏向元件之數目變少來達成或亦 可藉由在一垂直於軸向之平面（作用面）上之投影面積之 變小來達成。基本上最上方之間隔支件亦可不設置該偏向 元件。 -9- 574711 上述之措施以下述情況作爲考慮：壓力降在燃料元件之 上部區中向上以指數形式增加，因此主要在燃料元件之最 上方區域中使壓力降（drop )消除是適當的。換言之，已 證實爲特別有利的是：上部區之最上區中燃料元件內部中 使流動阻抗之下降程度較上部區之較下區中者還大。 本發明其它有利之形式描述在申請專利範圍各附屬項 中〇 本發明將依據圖式中之實施例來描述。。 第1圖中燃料元件含有許多（即，一束）燃料棒1至3， 其在操作狀態中垂直地在下（under)棒固持板 4及上 (upper )棒固持板6之間延伸。各燃料棒1至3互相平行 地配置著且緊固地安裝在間隔支件1 1至1 8中。各燃料棒1 及2以部份長度之燃料棒構成且較另一燃料棒3 (其在整 個燃料元件之長度上延伸）還短。由第1圖可知：部份長 度之燃料棒1較部份長度之燃料棒2還短。正常長度之燃 料棒3未設定（或只鬆散地設定）在下棒固持板4上，部 份長度之燃料棒1，2以其下端固定在棒固持板4上。 上方及下方敞開之燃料元件箱20圍住一束燃料棒1至3 且對一種流經下棒固持板4之冷卻劑而言形成一封閉之通 道。冷卻劑（較佳是水）在其流經燃料元件箱20之路徑中 由燃料棒1至3所加熱而開始蒸發，使燃料元件之上部區 中存在一種由液態及蒸氣形式之冷卻劑所形成之混合物。 藉由安裝部份長度之燃料棒1，2，則燃料元件上部區中 輕的通道橫切面大於下部區中者’使二相區中所產生之較 -10- 574711 大之流動率受到抑制。 間隔支件1 1至1 8在設計技術上劃分成下組A( 1 1至1 4 ) 及上組B ( 1 5至1 8 )，其中各間隔支件之間距至少在組A 中是同樣大的。組B中各間隔支件1 5至1 8之間距可較小。 由於間隔支件1 5至1 8之間距變小所造成之壓力損耗之提 高可藉由數目較多之部份長度之燃料棒1，2來補償。下組 A及上組B之間之邊界可以（但未必）與最短之部份長度 之燃料棒1之二相邊界或末端相一致。 第2圖是組A ( 1 1至14 )之間隔支件或組B之上部間隔 支件1 6最下方者之放大圖。間隔支件由直角相交之條片40 所構成，這些條片互相穿越。各條片40形成類似正方形之 網目42以容納各燃料棒1至3，其藉由粒結44及彈簧46 而固定地夾繋在網目42中。在間隔支件之條片40上配置 多個偏向元件48，其在第2圖中是側向彎曲之旋轉旗。各 旋轉旗須配置在相交位置處，使各燃料棒之間可藉由軸向 (平行於燃料棒）中之間隔支件而使流動之冷卻劑轉向且 使一垂直於軸向（即，水平方向）之速率成份在本實施例 中可獲得一種旋轉脈衝D。由各旋轉旗所造成之旋轉式移 動產生一種離心加速度，其使冷卻劑之流體相位相對於燃 料棒1至3而被離心分離’這樣可使燃料棒1至3之冷卻 增強且使膜剝離之危險性降低。 第3圖之間隔支件以相同之方式發生作用’其中容納各 燃料棒1至3所用之網目由中空圓柱形之套管50所形成， 各套管5 0同樣用作偏向元件4 8且承載側面彎曲之旋轉旗 574711 件48，48b之投影面積之和（sum)小於其下方所配置之上 部間隔支件之全部之偏向元件48，48b之投影面積之和。 除了第2至8圖所述之形式之外，上組至少最上方一 或上部之間隔支件是由條片所構成，各條片由以鎳爲主之 合金（特別是Inconel )所構成。這在相同之機械穩定性下 允許該條片有較小之厚度且因此可使間隔支件上所造成之 壓力損耗減小。基本上該上組中之設計方式是：二個相鄰 之間隔支件在構造上相同，但最上方之間隔支件之流動阻 抗總是小於上部間隔支件之最下方者之流動阻抗，以便抑 制該壓力降之增加。 圖式簡單說明： 第1圖 本發明之燃料元件之構造上之原理圖。 第2，3圖 間隔支件之區段圖，其具有方形或圓形之網 目以容納各燃料元件，其同樣可用在燃料元 件之下部區中。 第4圖 燃料元件之上部區之下部區段中之間隔支 件。 第5圖 配置在第4圖所示之間隔支件上方之一種 間隔支件。 第6至8圖燃料元件之上部區中一種間隔支件之另一 種形式。 (五）圖面簡單說明 主要元件符號之對照表： 1-3 燃料棒 -13 - 574711 4，6 下，上棒固持; 11-18 間隔支件 20 燃料元件箱 4 0a，b 條片 42，4 3 網目 44 粒結 46 彈簧 48 旋轉元件 50 套管 A，B 上組，下組 D 旋轉脈衝

Claims (1)

1. 574711

   捨、申請專利範圍 修煩 請 ||第92 1 0 1 807號「沸水式反應器用之燃料元件」專利案 嘗| (92年5月修正） It 1·一種沸水式反應器用之燃料元件，其具有許多燃料棒

   正璆屬邯仿長度型式；另有主少一配置在燃料元件之上部區 〇之 (B)中之偏向元件（48)，其特徵爲一種使偏向元件（48) 在上部區（B )中所造成之壓力損耗減小所用之措施。 2·如申請專利範圍第1項之燃料元件，其中至少一配置在上 部區（B)中之間隔支件（1 6至1 8 )(或稱上部間隔支件） 由一以鎳爲主之合金所構成。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之燃料元件，其中至少一上部 間隔支件（1 6至1 8 )分別設有多個偏向元件（48 )，最 上方之上部間隔支件（1 8 )之偏向元件（48 )之數目小於 最下方之上部間隔支件（1 6 )之偏向元件之數目。 4·如申請專利範圍第3項之燃料元件，其中配置在間隔支件 (1 6至1 8 )上之偏向元件之數目向上減少。 5 ·如申請專利範圍第 3項之燃料元件，其中至少該上部間 隔支件（16至1 8 )分別設有多個偏向元件（4 8 )，其中 最上方之上部間隔支件（18)中在一與軸向垂直之平面上 全部之偏向元件之投影面積之和（sum )小於最下方之上 部間隔支件（1 6 )中者。 574711 6.如申請專利範圍第5項之燃料元件，其中配置在上部間隔 支件（16至18 )上之偏向元件（48 )之投影面積之和（sum ) 向上減少。