TW594792B - Space for the fuel-element of a boiling-water reactor - Google Patents

Description

594792 玫、發明說明 (發明說明»明：發明所屬；^支柿域、先前技術、內容、實施方圖式簡單說明） (一）發明所屬之技術領域 本發明涉及一種沸水式反應器之燃料棒束用之間隔支 件’其具有由十字形配置之內條及以框架形式圍繞各內條 所用之外條所形成之單元。在沸水式反應器用之燃料元件 中，多個燃料棒在燃料元件箱中組合成燃料棒束。多個導 引該燃料棒所用之間隔支件配置在燃料棒長度上方。在反 應器操作時，沸水式反應器中該水做爲主冷卻劑而由下方 流入燃料元件中且經由燃料元件而向上流。由燃料棒所發 出之熱對水進行加熱，使一部份水被蒸發。燃料元件之上 部區中因此存在一由水及蒸氣所形成之二相混合物。在該 混合物由燃料元件中出來時，蒸氣成份通常佔60%。 由於沸水式反應器典型之二相式流動現象，則對燃料元 件之構成有特殊之需求。除了須注意適當之中子調整之 外，特別須確保各燃料棒表面上可使各燃料棒有足夠大之 冷卻或足夠大之熱散發。於是，燃料棒之表面須以足夠多 之水來沾溼。這是所謂“吹刮式沸騰“所需之先決條件， 其中會形成局部性之蒸氣吹送，其會擴大且最後會爆開。 熱傳導因此是藉由水泡下方之環形區來進行。但由於燃料 元件之上部區中較高之蒸氣含量，則會發生所謂“膜沸騰 “之危險。此種效應由下述即可了解：一種存在於燃料棒 表面上之水膜未形成水泡即以平面形式蒸發，這樣最後會 使燃料棒在該區域中不再被水所沾溼。由於與此有關之較 594792 小之冷卻作用，則燃料棒中之溫度會急速上升而使燃料棒 受損。 (二） 先前技術。 冷卻劑膜沿著燃料元件箱之內壁流動已爲人所知，其蒸 氣含量在燃料棒束之上部區中逐漸增加。“使用該冷卻劑 膜之冷卻潛力“已爲人所知，其過程是在間隔支件之區域 中以徑向向內之方式使冷卻劑導入燃料棒束中。一種可進 行此過程之措施已描述在US 4999 1 5 3中。在燃料元件箱之 內壁上加入多個橫向於冷卻劑之流動方向而延伸之槽（所 謂FlowUipper)。這些槽用來使冷卻劑流在箱內壁上回轉。 由外條之外側所突出之各導出元件在流動方向中連接於各 槽之後，各導出元件使已由各槽所回轉之水膜似乎（Q u a s i ) 由箱內壁處刮平且經由一種流通孔而轉入燃料棒束之內部 中。類似之效應在JP 0 5 3 2 3 07 3 A已爲人所知之間隔支件中 以貫穿各流入口之外條來達成。 (三） 發明內容 本發明之目的是提供一種間隔支件，藉此可使箱內閉上 所流過之冷卻劑以另一方式用來使燃料棒冷卻。 此目的以申請專利範圍第1項之具備導引裝置之間隔支 件來達成，其包含一配置在外條上之流通孔及一配置在該 流通孔之前（在冷卻劑之流動方向中觀看時）且由外條之 內側凸出之導引元件（其依據文杜利管（Ventun )噴嘴之 方式而與流通孔共同作用）。在文杜利管噴嘴中一種與環 境相連之抽吸通道注入一導流通道之狹窄位置處。由於在 -6- 594792 導流通道之狹窄位置處所增大之流動速率而在該處形成一 種欠壓（under Pressure )，其經由該抽吸通道而向外蔓延。 燃料棒之表面及圍繞該燃料棒之內條、外條之間之區域形 成一導流通道。該導流通道由於向內突出之導引元件而變 窄。相對於由外側旁流經之冷卻劑而言，在外條之內側上 流動之冷卻劑會由於向內凸出之導引元件之形式而碰到一 種橫切面狹窄處，這樣會造成冷卻劑之速率增大或動能增 大而使壓力相對應地下降。沿著箱內壁而流動之冷卻劑因 此被抽吸而似乎（q u a s i )經由該流通孔。若至少一此種導 引裝置配屬於每一單元，則內壁流之冷卻潛力之絕大部份 都可利用。至沸騰轉移管線之距離以此種方式而增大且使 “膜沸騰“之危險性降低。 在較佳之實施形式中，該導引元件是一種形成在外條上 之導流旗，其與該外條之平面形成一在流動方向中敞開之 銳角。此種導流旗可以簡易之方式製成，其較佳是由一在 流動方向中延伸且注入該流通孔中之下邊緣中之空白片段 所形成。此處及以下若談及“下與上“，則其涉及間隔支 件或燃料元件之安裝狀態。其它較佳之形式（特別是以製 造技術上之觀點來看時）是使該導流旗由外條之一與該流 通孔之下邊緣相鄰接之已深沖之壁區所形成。 在另一實施形式中，至少一導引裝置配屬於每一鄰接於 外條之單元，以便使向內轉入之冷卻劑成份提高。各流通 孔之寬度較佳是較導引元件者還大。已顯示之事實是：藉 由此種形式可較佳地利用各導引元件之抽吸效應，即，較 594792 多之冷卻劑量可導引至燃料棒束。 在上述形式之間隔支件中，在各外條及內條上都存在各 與燃料棒共同作用之夾緊彈簧。這些夾緊彈簧配置在界定 一單元之邊長所用之外條區之中央。適當之方式是使各導 引裝置配置在一外條之由該夾緊彈簧延伸至最近之內條之 該區域上。 各流通孔較佳是以對準流動方向之傾斜式長孔來形成。 藉由此種形式可使對燃料棒成徑向之各流動成份強加至流 經該流通孔之冷卻劑中。較佳是配置二個相鄰之流通孔， 其在形成一種相對於流動方向而敞開之銳角時互相傾斜地 對準。特別是此二個流通孔配屬於相鄰之單元。導引裝置 之效率以下述方式提高：流通孔之上邊緣及該外條之在流 動方向中連接於該流通孔之壁區以向外凸出之方式而形成 拱形。 (四）實施方式 本發明以下將依據附圖所示之實施例來詳述。 沸水式反應器之燃料元件之間隔支件1由互相交錯而插 塞之內條2及以框架形式圍繞各內條之外條3所組成。內 條及外條3圍繞各單元4，各單元中在安裝狀態時至少一 部份是由燃料棒5所貫通。夾緊彈簧7由外條3之內側6 而突出且大約在徑向中施加在燃料棒5上。狹縫8存在於 外條3中。內條2及由其側面之正邊緣而突出之固定區段 2a向狹縫8內部延伸且由外條3之外側而與外條3相焊 接。旋轉旗9配置在外條3之上邊緣上且抗拒旗1 0配置在 594792 下μ ’邊。則者主要用來使由下向上流經燃料元件之冷卻劑 起旋禍且導引至燃料棒之表面，後者在使燃料元件束運行 至燃料元件箱21中時作爲穿引輔助用。 #丨弗水式燃料元件之二相流動區域中會有以下之危險 性·燃料棒之表面之一些部份未被供應足夠之水，因此在 該處會造成一種所謂“膜沸騰“現象。一種冷卻水膜未局 部性地形成氣泡即由整面上蒸發。其結果是燃料棒所產生 之熱量未充分向外輸送。爲了對抗此種效應，須在外條3 上存在多個導引裝置1丨，其分別包含一流通孔1 2及一配屬 於此流通孔12之導引元件3，該導引元件3由外條3之內 側突出且依據文杜利管噴嘴之方式而與該流通孔共同作 用。配置在外條3之內側6上之導引元件1 3使由燃料棒5 之表面’內條2及外條3所形成之導流通道1 4之導流橫切 面變窄。在該變窄之區域中相對於外條3之外部（即，在 由燃料元件箱21及外條3所圍繞之導流通道15中）所流 經之冷卻劑會形成一種欠（under )壓。冷卻劑因此經由流 通孔1 2而由導流通道1 5抽吸至導流通道1 4中（請參閱第 3圖中之箭頭29 )。該冷卻劑成份之冷卻潛力因此可用來 使燃料棒5冷卻。 各導引元件1 3是形成在外條3之內側6上之導流旗，其 與外條3之平面形成一在燃料棒之縱向中或導流方向1 6中 敞開之銳角α (第3圖）。在第1至第7圖所示之實施例 中，導引元件1 3是一種導流旗，其由外條3之一與流通孔 之下邊緣丨7相鄰接之已深沖完成之壁區1 8所形成。各流 594792 通孔1 2以長孔之形式來形成，其下邊緣1 7及其上邊緣1 9 大約互相平行而延伸，其側邊緣20大約在導流方向1 6中 延伸。此外，各流通孔1 2較各導引元件1 3還寬，使流通 孔以一種突出台22而在側面上由導引元件1 3突出。 每一與外條3相鄰接之單元4配備一導引裝置1 1，該導 引裝置1 1分別定位在外條3 2區域中，外條3在夾緊彈簧7 及內條2之間延伸。二個由內條2互相隔開之單元4之導 引裝置1 1較佳是定位在由內條2二側相遠離而延伸之區域 2 3、2 3 a上。各流通孔1 2例如可橫向於導流方向1 6而延伸。 但在各圖式所示之實施例中各流通孔分別形成傾斜狀而對 齊。二個配屬於相鄰單元4、4a之流通孔1 2、1 2a之傾斜 位置是反向的，它們形成一種對導流方向1 6成敞開之銳角 /3 (第1圖）。藉由此種傾斜位置，以對應於第2圖中之 導流箭頭24之方式強加一種旋轉至流通孔1 2、1 2a之冷卻 劑流中。經由各流通孔1 2、1 2a所導入之冷卻劑因此在周 圍方向中導引至燃料棒5之周圍。 在第4至7圖所示之實施例中，各流通孔1 2，、1 2，a之 上邊緣1 9及外條3之連接至各流通孔之壁區25、25a以向 外凸之方式而預先形成拱形。已成拱形之葉輪式-或匙式壁 區2 5伸入一在外條3及燃料元件箱2 1之間延伸之導流通 道1 5中且將該冷卻劑導引至外條3之內側6或導引至導流 通道1 4中。藉由上述之形式，則仍會有其他之冷卻劑成份 添加至該由上述之文杜利（V e n t u r i )效應所造成之冷卻劑 成份上。藉由各流通孔1 2 ’、及1 2，a之上邊緣1 9及下邊緣 -10- 594792 1 7形成反向之拱形，則流通橫切面2 6 (第6圖）可相對於 各開口（其邊緣在外條3之平面中延伸）而擴大且因此可 使冷卻劑輕易地流入。 第7圖中顯示相對應之一對導引裝置1 Γ、1 1 ’ a之相鄰 單兀4、4 a。在壁區2 5 ’、2 5 a之間配置一種位於較深之壁 區段27，其由一在導流方向16中延伸之狹縫8a所貫穿。 另一傾斜延伸至壁區段28 (其使二個流通孔12’、12’a互 相隔開）連接至壁區段27。在上述之形式中，須配置內條 2之側邊緣，使其向內延伸之由壁區段27及28所形成之拱 形中。就像狹縫8 —樣。狹縫8 a由內條2之固定區段2 a 延伸而成。藉由壁區段27之向內偏移或加深之配置，則固 定區段2a在狹縫8a之區域中可藉助於焊接而由外側固 定，此時焊接縫不會凸出於壁區2 5、2 5 a。 除了上述之流通孔1 2、1 2 ’之外，亦可設有流通孔1 2，，， 其中只有上邊緣1 9及連接至該上邊緣1 9之壁區25，向外形 成拱形，下邊緣17在外條3之平面中延伸，即，一種向內 突出之導引元件13不存在（第4圖）。 在弟8至10圖所不之實施利中，導引裝置11，具有一導 引兀件1 3 ’，其同樣是一種向內傾斜而突出之壁區1 8，，但 其由大約在導流方向1 6中延伸-且注入該流通孔1 2，之下邊 緣1 7中之空白區段3 0所形成。 圖示簡單說明： 第1圖 間隔支件之第一實施例之區段之側視圖。 桌2圖 係桌1圖中該箭頭π之方向中之俯視圖。 -11- 594792 第3圖 對應於第1圖中該線m - μ之縱切面及其已放 大之區段，爲了淸楚之故而未繪出該夾緊彈簧 及內條。 第4圖 間隔支件之另一實施例之與第1圖相對應之側 視圖。 第5圖 係第4圖中該箭頭V之方向中之俯視圖。 第6圖 係第4圖中該線VI - VI所對應之縱切面，其對 應於第3圖。 第7圖 係第4圖之區段W之已放大之透視圖。 胃8 ® 間隔支件之另一實施例之與第1圖相對應之側 視圖。 第9圖 係第8圖中該箭頭K方向中之俯視圖。 第1 0圖係第8圖中該線X - X所對應之縱切面，其對 應於第3圖。 表 照 對件域 簧置件道段 號支區 棒彈旗旗裝孔元通區 符隔條定條元料側緊縫轉拒引通引流白角 件間內固外單燃內夾狹旋抗導流導導空銳 元 箱 面 道向 件 頭切 通方緣緣元台箭橫段段 流流邊區邊緣料出域流區通區區頭 導導下壁上側燃突區導壁流壁壁箭 567890123456789 11 11 IX 11 -—- 0/W ο/^ 0/^ 0/^ ο/^ ο/^ -12- 594792

Claims (1)

1. 594792

   拾、申請專利範圍 第92 1 05 349號「沸水式反應器之燃料元件用之間隔支件」 專利案 (92年5月修正） 1. 一種沸水式反應器之燃料元件用之間隔支件，其各單元 (4 )由相交配置之內條（2 )及以框架形式圍繞內條（2 ) 所用之外條（3 )所形成，其特徵爲：. · 其具有至少一導引裝置（11)，該導引裝置（11)包含 一配置在外條（3 )中之流通孔（12 )及一（在冷卻劑 之導流方向（16)中觀看時）配置在該通孔（16)之前 且由外條（3 )之內側（6 )突出之導引元件（13 )，其 .依據文杜利管-噴嘴之形式而與該流通孔（1 2 )共同作 用。 2. 如申請專利範圍第1項之間隔支件，其中該導引元件 | (1 3 )是一種形成在外條（3 )上之導流旗’其與外條 (3)之平面形成一在導流方向（16)中敞開之銳角（α)。 3. 如申請專利範圍第2項之間隔支件，其中該導流旗是外 條（3 )之一由二個大約在導流方向（1 6 )中延伸-且注 入該流通孔（12 )之下邊緣（17 )中之空白區段（30 ) 所形成之壁區（1 8 ’）。 4 ·如申請專利範圍第2項之間隔支件，其中導流旗是外條 (3 )之一與流通孔（1 2 )之下邊緣（1 7 )相鄰接之深 -14- 沖而成之壁區（1 8 )所形成。 - 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之間隔支件，其中 $少一導引裝置（1 1 )配屬於每一鄰接於外條（3 )之 單元（4 )。 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之間隔支件，其中 一導引裝置（1 1 )配置在外條（3 )之區域（23 )上， 該外條（3 )在一向內突出且與燃料棒（5 )共同作用之 夾緊彈簧（7 )及一內條（2 )之間延伸。 7 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之間隔支件，其中 ® 該流通孔（1 2 )之寬度較該導引元件（1 3 )者還大。 8 ·如申請專利範圍第 2項之間隔支件，其中該流通孔（1 2 ) 以長孔形式構成且傾斜於該導流方向而配置。 9·如申請專利範圍第8項之間隔支件，其中二個相鄰配置 之流通孔（1 2、1 2a )以反方向傾斜之方式而形成’此 二個流通孔相對於該導流方向（1 6 )而形成一敞開之銳 魚β。 像 10.如申請專利範圍第9項之間隔支件，其中該二個相鄰 之流通孔（12、12a )配屬於相鄰之單元（4、4a ) ° 1 1.如申請專利範圍第1項之間隔支件，其中有一導引元 件1 1，，，該流通孔（12，）之上邊緣（19 )及外條（3 ) 之在導流方向連接於該流通孔之壁區（25 )以向外突出 之形式而形成拱形。