TWI525639B - 燃料總成 - Google Patents

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Description

燃料總成
本發明係有關一種用於核子沸水反應器之燃料總成，其中該反應器包括複數個此種燃料總成及複數支控制棒，各控制棒可被插設於一介於該些燃料總成之間的一個別的控制棒位置中，其中該燃料總成具有一縱向的中心軸線，且包括複數支細長的燃料棒，各燃料棒包括由一覆層包覆之核子燃料，該些燃料棒藉助若干個分隔柵被相對彼此地保持在預設位置中，及一形成該燃料總成之一外殼及包覆該些燃料棒之細長的燃料匣，該燃料匣具有面向該些燃料棒之內側面及外側面，各內側面及各外側面具有一與中心軸線平行且沿該燃料匣長度而延伸之縱向的中心線，其中在燃料匣上提供有若干個從至少二個該些外側面突出的突出件。
以上所述及之燃料總成及控制棒係定位在該核子沸水反應器(核子BWR)之核心中。於該核子BWR中之該燃料總成的該些燃料匣通常係由例如是鋯基合金之具有低中子吸收能力的抗腐蝕材料所構成。
於一核子BWR之核心中的環境為定位於其中之構件而被嚴苛要求。該環境例如矽高氧化性的。此對一核子BWR之核心的內部之嚴苛要求的結果之一為：該些燃料總成之該燃料匣可能被扭曲。該燃料匣可能例如被鼓凸或彎曲。燃料匣彎曲係由於一燃料匣側相對於相對之燃料匣側的細長度。燃料匣已知係由不同的原因造成，例如原始製造、照射下殘餘應力鬆解、差異照射成長及淺層腐蝕。
於包括在一核子BWR之核心中的鋯基合金之構件上之淺層腐蝕的問題早有所聞。淺層腐蝕是一種局部腐蝕的擴展，且在一鋯基合金構件和另一種金屬密切接觸時，會顯現於該構件上。參酌前述說明，在一燃料匣之外側面上的淺層腐蝕會發生在一控制棒板片被插設於該燃料匣旁時，亦即是當由鋯基合金構成之燃料匣和一通常為具有不銹鋼外表面之控制棒板片密切接觸時。
於一燃料總成壽命早期之淺層腐蝕，亦即為由於在數個月之操作期間一鄰接燃料總成插設的控制棒在該燃料總成的淺層腐蝕，通常被認為會驅動在一核子BWR中之燃料匣的擴大匣體彎曲之問題。該淺層腐蝕會造成燃料匣最靠近控制棒之外側面增加吸氫成長。該增加之吸氫成長在燃料總成壽命晚期會導致該燃料匣彎向該控制棒。該燃料匣之彎向控制棒可能導致燃料匣-控制棒的干擾，其可能例如由於控制棒被插入核心時之摩擦力而造成燃料總成升高。
已有研究顯示淺層腐蝕強烈依賴介於鋯基合金構件及包含另一種金屬之構件之間的距離。因此淺層腐蝕的發生在大型控制棒板片及在控制棒板片及燃料匣之間為小距離之例子中最為顯著。
JP 05-323069揭示一種用於一核子BWR的燃料匣，其中該燃料匣具有在該燃料匣之外側面上的軸向突出襯墊。 該些突出襯墊被提供在該燃料匣當該控制棒被插設入反應器之核心中時面向一控制棒之兩外側面上。該突出襯墊之目的為：即使在燃料匣因燃料匣彎曲頂靠該控制棒而變形下，其會確保介於燃料總成之間之控制棒被插設處具有一間隙。該燃料匣之彎曲被說明為由於在操作中暴露於中子之燃料匣的細長度所造成的。因此，即使燃料匣會彎向控制棒，在該燃料匣之該些外側面上的突出襯墊會確保其有可能在燃料總成之間插入一控制棒。
本發明之目的為減輕在一核子BWR之一燃料總成的燃料匣上的淺層腐蝕，藉此降低淺層腐蝕提高燃料匣彎曲之風險。
本目的係以原始界定之燃料總成達成的，其特徵在於該些突出構造沿至少二外側面之該中心線分佈，其中該些突出構造被構形成確保一介於該外側面及一鄰接控制棒之間的最小距離，及使該控制棒能輕易地滑及於該些突出構造之頂部。
依據本發明之燃料總成的設計因此防止一控制棒板片與該燃料總成之該燃料匣太靠近。此外，該些突出構造之設計確保控制棒在該些燃料總成之間滑順的插入，防止控制棒被損壞。
依據一實施例，該些突出構造係沿該燃料匣之該些外側面的整個長度或大致上整個長度分佈。藉由沿該些外側 面的大致上整個長度分佈可達成介於燃料總成之間之控制棒的較滑順插入。此外，當提供及沿該些外側面之大致上整個長度分佈有突出構造時，減輕在燃料匣之該些外側面上的淺層腐蝕之作用在整個該些外側面上會較均勻。
依據一實施例，該些突出構造係沿該燃料匣之各該些外側面的中心線分佈。藉由在燃料匣之各該些外側面提供有突出構造，燃料匣之製造被簡便化且可能之製造問題被減少。此外，在燃料匣之該些外側面上之淺層腐蝕的非對稱形成可被防止。
依據一實施例，該些突出構造從該燃料匣之該些外側面突出0.5-1.5mm，較佳為0.8-1.2mm。研究顯示介於該控制棒及燃料匣之間的距離從例如0.4mm增加到1.0mm可減輕在燃料匣上之淺層腐蝕超過一因數2。
依據一實施例，該些突出構造係以距離彼此至少為50mm之距離分佈。
依據一實施例，該些突出構造係以距離彼此最大為1000mm之距離分佈。
例如，該些突出構造可距離彼此以80-120mm之例如100mm的距離分佈。
依據一實施例，該些突出構造係沿著該燃料匣之該些外側面的中心線均勻地分佈。較佳地，該些突出構造係沿著該些外側面的中心線相距彼此等距地分佈。
依據一實施例，該些突出構造具有一曲弧形狀，該曲弧形狀便於該控制棒之一控制棒板片於該些突出構造之上 方及頂部之滑動。
依據一實施例，該燃料匣包括與中心軸線平行而延伸之四壁部，該些壁部個別地包括該些內側面及該些外側面。
依據一實施例，該燃料匣具有一於該中心軸線方向觀看大致上為方形的剖面。
依據一實施例，該燃料總成進一步包括一延伸於該中心軸線之方向的細長的支撐組件，該支撐組件具有一於該中心軸線方向觀看為十字形的剖面，其中該支撐組件經由複數個沿該中心線之熔接接頭被固緊於該燃料匣之該些內側面。由該支撐組件給予該燃料總成之支撐及/或剛性大致上地降低應力及變形。一燃料總成包括一支撐組件之該種結構因此容許該燃料匣壁部之厚度的明顯縮減。
依據一實施例，該支撐組件包括四個翼部，各翼部被固緊於該燃料匣之一個別的內側面。
依據一實施例，該支撐組件將該燃料總成之該些燃料棒分成四個相等的次羣組。
依據一實施例，該支撐組件係中空的，其形成水可經其朝上流通過該燃料總成之一垂直通道。
首先參考圖1說明其可包括依據本發明之燃料總成之一核子沸水反應器的一實施例。圖1顯示一核子設備的部分。該核子設備包括一反應器1。該反應器1包括一核心2，其具有複數個燃料總成3。各燃料總成3具有一縱向的中心 軸線z，見圖3。此外，各燃料總成3包括複數支細長的燃料棒7，見圖3。各燃料棒7包括核子燃料7a及一包覆核子燃料7a之覆層7b。該些燃料棒藉7助若干個分隔柵被相對彼此地保持在預設位置中，未顯示。該反應器1進一步包括複數支概略地標示於圖1中之控制棒4。該些控制棒4係位在該些燃料總成3之間，且被連接至驅動組件5。各控制棒4具有四片控制棒板片4a，見圖3，以十字形方式配置。該些驅動組件5可以垂直方向x上下移動該些控制棒4進入或離開介於該些燃料總成3之間的一個別的位置。
現將參考圖2及圖3說明依據本發明之一燃料總成的一個實施例。圖2及圖3顯示一包括一細長的燃料匣6之燃料總成3。該燃料匣6形成該燃料總成3之一外殼，且具有於中心軸線z之方向觀看為一方形的或大致上為方形的剖面。該燃料匣6包覆複數支細長的燃料棒7。該燃料匣6包括四個壁部。該些壁部與該中心軸線z平行而延伸。此外，該燃料匣6具有四個內側面8及四個外側面9。該燃料匣6之各壁部包括或形成一個別的內側面8及一個別的外側面9。該燃料匣6之該些內側面8面對該些燃料棒7。各內側面8及各外側面9具有一與中心軸線z平行且沿該燃料匣長度而延伸之縱向的中心線y。
該燃料總成3進一步包括一延伸於該中心軸線z方向之細長的支撐組件10。該支撐組件10具有一由中心軸線z方向觀看之十字形橫剖面。該支撐組件10經由複數個沿該中心線y之熔接接頭11被緊固於該燃料匣6之該些內側面8。 於依據圖3之該實施例中，該支撐組件10具有四個翼部10a，各翼部10a經由熔接接頭11被固緊於該燃料匣6之一個別的內側面8。此外，該支撐組件10具有一中心部分10b。於本實施例中，該些翼部10a及該中心部分10b為中空的。然而，該些翼部10a及中心部分10b亦可為實心的。本實施例之該中空的支撐組件10形成水可經其朝上流通過該燃料總成3之一垂直通道。此外，該支撐組件10將該燃料總成3之該些燃料棒7分成四個相等的次羣組。各次羣組具有一於中心軸線z方向觀看為大致上是方形的橫剖面。
在燃料匣6上提供有若干個從至少二個該些外側面突出的突出構造12。該些突出構造12係沿著該些外側面9之該中心線y分佈。該些突出構造12係沿該些外側面9的大致上整個長度或整個長度分佈。較佳地，該些突出構造12係沿該燃料匣6之各該些外側面9的中心線y分佈。此外，該些突出構造12係沿該中心線y均勻地分佈。較佳地，該些突出構造12係如圖2中所顯示均勻地分布於熔接接頭11之間，亦即在每對鄰接的熔接接頭11之間可能有一突出構造12。該些突出構造12係以距離彼此至少為50mm之距離d1分佈，且距離彼此最大為1000mm、800mm、600mm、400mm、200mm或較短些。例如，該些突出構造12係以距離彼此為100mm之距離d1分佈。
該些突出構造12被構形以確保介於該外側面9及一鄰接控制棒板片4a之間一最小距離d2。該些突出構造12從該燃料匣6之該些外側面9突出一約0.5-1.5mm的距離。較佳地，該些突出構造12從該些外側面9突出1.0mm或稍短些，例如為0.8-1.2mm。此外，該些突出構造12係構形成使一控制棒4能輕易地於其等之上方或頂部滑動。較佳地，該些突出構造12至少當特別是於該燃料匣6之該中心軸線z方向觀看時係具有一曲弧形狀，見圖2。該曲弧形狀便於該控制棒4於該些突出構造12之上方及頂部之滑動。
介於該燃料匣6之該些外側面9及一被插入之控制棒4之間的最小距離d2減輕在該料匣6之該些外側面9上之淺層腐蝕的現象。在該燃料匣6上之淺層腐蝕的減輕降低了燃料匣彎向該控制棒4的風險。然而淺層腐蝕可能發生在該些突出構造12上，但僅是局部的。
本發明並不限於所示之實施例，而是可於以下之申請專利範圍的範疇中做變化或修改。
1．．．反應器
2．．．核心
3．．．燃料總成
4．．．控制棒
4a．．．控制棒板片
5．．．驅動組件
6．．．燃料匣
7．．．燃料棒
7a．．．核子燃料
7b．．．覆層
8．．．內側面
9．．．外側面
10．．．支撐組件
10a．．．翼部
10b．．．中心部分
11．．．熔接接頭
12．．．突出構造
d1．．．距離
d2．．．距離
x．．．垂直方向
y．．．中心線
z．．．縱向的中心軸線
圖1概略地顯示一包括一反應器之核子設備。
圖2概略地顯示依據本發明之一燃料總成。
圖3概略地顯示於依據本發明之燃料總成的中心軸線方向之一橫剖面視圖。
3．．．燃料總成
6．．．燃料匣
11．．．熔接接頭
12．．．突出構造
d1．．．距離
y．．．中心線

Claims (14)

  1. 一種用於一核子沸水反應器(1)之燃料總成(3)，其中該反應器(1)包括複數個此種燃料總成(3)及複數支控制棒(4)，各控制棒(4)可被插設於一介於該些燃料總成(3)之間的一個別的控制棒位置中，其中該燃料總成(3)具有一縱向的中心軸線(z)，且包括複數支細長的燃料棒(7)，各燃料棒(7)包括由一覆層(7b)包覆之核子燃料，該些燃料棒(7)被相對彼此地保持在預設位置中，及一細長的燃料匣(6)，其形成該燃料總成(3)之一外殼及包覆該些燃料棒(7)，該燃料匣(6)具有面向該些燃料棒(7)之內側面(8)及外側面(9)，各內側面(8)及各外側面(9)具有一與該中心軸線(z)平行且沿該燃料匣(6)之長度而延伸之縱向的中心線(y)，其中在燃料匣(6)上提供有若干個從至少二個該些外側面突出的突出構造(12)，其特徵在於複數個突出構造(12)係沿著該些至少每一該二外側面(9)上之該中心線(y)分佈，其中該些突出構造(12)被構形成確保一介於至少每一該二外側面(9)及一鄰接控制棒(4)之間的最小距離(d2)，以使該控制棒(4)能輕易地滑過該些突出構造(12)之上方及頂部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)係沿該燃料匣(6)之該些外側面(9)的大致上整個長度分佈。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)係沿該燃料匣(6)之各該些外側面(9)的中心線(y)分佈。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)從該燃料匣(6)之該些外側面(9)突出0.5-1.5mm，較佳為0.8-1.2mm。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)係以距離彼此至少為50mm之距離(d1)分佈。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)係以距離彼此最大為1000mm之距離(d1)分佈。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)係沿著該燃料匣(6)之該些外側面(9)的中心線(y)均勻地分佈。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該些突出構造(12)具有一曲弧形狀，該曲弧形狀便於該控制棒(4)之一控制棒板片(4a)於該些突出構造(12)之上方及頂部之滑動。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該燃料匣(6)包括與中心軸線(z)平行而延伸之四個壁部，該些壁部個別地包括該些內側面(8)及該些外側面(9)。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該燃料匣(6)具有一於該中心軸線(z)方向觀看大致上為方形 的橫剖面。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃料總成，其中該燃料總成進一步包括一延伸於該中心軸線(z)之方向的細長的支撐組件(10)，該支撐組件(10)具有一於該中心軸線(z)方向觀看為十字形的橫剖面，其中該支撐組件(10)經由複數個沿該中心線(y)之熔接接頭(11)被固緊於該燃料匣(6)之該些內側面(8)。
  12. 如申請利範圍第11項所述之燃料總成，其中該支撐組件(10)包括四個翼部(10a)，各翼部(10a)被固緊於該燃料匣(6)之一個別的內側面(8)。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之燃料總成，其中該支撐組件(10)將該燃料總成(3)之該些燃料棒(7)分成四個相等的次羣組。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之燃料總成，其中該支撐組件(10)係中空的，其形成水可經其朝上流通過該燃料總成(3)之一垂直通道。
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