CN109863564A - 燃料组件 - Google Patents

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Abstract

用于核反应堆的燃料组件(1)包括：限定上游端(1a)的上游次要部分(3)、主要部分(5)和限定下游端(1b)的下游次要部分(4)。燃料棒(2)在流动间隙(6)中延伸，允许冷却剂流与燃料棒相接触地通过燃料组件。两个细长管(7)形成与燃料棒平行延伸并包围冷却剂流的相应内部通道。各个细长管均包括底部、在上游次要部分处的入口(21)以及在下游次要部分处的出口(22)。各个细长管均包括具有入口端(24)和出口端(25)的入口管(23)，出口端(25)位于内部通道内的与底部隔开距离处，从而在出口端和底部之间的内部通道中形成空间。

Description

燃料组件
技术领域
本发明涉及一种燃料组件，其被构造成位于核电站的核水反应堆中，特别是重水反应堆或轻水反应堆(LWR)，诸如沸水反应堆(BWR)或压水反应堆(PWR)。
更准确地，本发明涉及一种燃料组件，其被构造成位于核水反应堆中，所述燃料组件包括：上游次要(minor)部分，其限定上游端；下游次要部分，其限定下游端；主要部分，其连接上游部分和下游部分；多个细长形的燃料棒(elongated fuel rod)，其与延伸通过所述上游端和所述下游端的纵轴线平行配置；流动间隙(flow interspace)，其位于所述上游端和所述下游端之间，所述流动间隙被构造成允许冷却剂流与所述燃料棒相接触地沿着从所述上游端向所述下游端的流动方向通过所述燃料组件；以及至少一个细长管，其形成与所述燃料棒平行地延伸通过所述主要部分的内部通道并允许冷却剂流通过所述内部通道，其中，所述细长管包括底部、位于上游部分处的所述内部通道的入口以及位于下游部分处的所述内部通道的出口。
允许冷却剂流通过内部通道的细长管的目的可以是在燃料组件中提供未沸腾的慢化水(moderating water)，或者当核水反应堆的运行被中断时为待引入燃料组件中的控制棒提供引导。
细长管可以具有不同的截面形状，诸如圆形、椭圆形、多边形、十字形等。
背景技术
US 2003/0128798公开了一种用于核水反应堆的燃料组件。该燃料组件包括下连接板，下连接板具有位于下连接板腔中的网状截面下方的筛板。筛板基本上水平配置，使得下连接板被筛板分成上部和下部。管状过滤器附接到筛板，使得管状过滤器在筛板下方和上方具有开口。管状过滤器的顶端是封闭的。
US 6,175,606公开了一种用于核反应堆的燃料组件，其包括多个燃料棒和碎屑过滤器，碎屑过滤器设置在上游端和燃料棒之间的冷却剂流中并且被构造成捕获冷却剂流中的碎屑颗粒。过滤装置包括多个用于冷却剂的通孔。
核水反应堆中冷却剂的目的是起到冷却液和慢化剂的作用。重要的是确保冷却剂流通过燃料组件，以确保燃料的适当冷却和中子的适当慢化。
如上所述，管式过滤器和碎屑过滤器的目的是捕获冷却剂中的碎屑颗粒，并因此防止碎屑颗粒在燃料组件中的较高位置处被捕获，特别是在碎屑颗粒可能导致燃料棒的包层上的微振磨损的间隔件中。微振磨损可能导致初级缺陷、穿过包层的小孔，以及在后期导致二次缺陷，即燃料棒的断裂，这会导致铀泄漏到冷却剂中。在二次缺陷的情况下，必须中断反应堆的运行并更换发生故障的燃料棒。这种更换是耗时且昂贵的。冷却剂中的碎屑颗粒当然也可能导致核电站中其它部件(例如泵)的缺陷。
在如今市售的燃料组件中使用的碎屑过滤器的尺寸被设计成捕获特定的尺寸以上的碎屑颗粒，例如，如果颗粒是金属丝微粒，则为大约7mm。较小的碎屑颗粒被认为是无害的并且/或者被捕获在间隔件中的可能性小。问题是这种较小的碎屑颗粒将无限地循环，并且虽然被捕获的可能性低，但碎屑颗粒将有大量的机会被捕获。在反应堆中没有用于这种循环的较小碎屑颗粒的天然吸收槽(natural sink)。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题并提供一种用于碎屑颗粒的天然吸收槽，特别是用于未被碎屑过滤器捕获的小碎屑颗粒的天然吸收槽。
该目的通过最初限定的燃料组件实现，其特征在于，
所述细长管包括形成所述入口的入口管，所述入口管具有入口端和出口端，所述出口端位于所述内部通道内的与所述底部隔开距离处，从而在所述出口端和所述底部之间的所述内部通道中形成空间。
通过这种延伸到细长管中的入口管，可以将由冷却剂带入内部通道中的碎屑颗粒、特别是小碎屑颗粒以有效的方式捕获在细长管的底部的紧上方的空间中。
当离开入口管的出口端并进入内部通道时，将在内部通道中形成尾流或局部子压力，允许任何可能的颗粒与冷却剂流分离并朝向底部沉入空间中，所述任何可能的颗粒将留在该空间中。因此，将防止它们对燃料组件和核电站的任何其它部件造成任何损坏。
根据本发明的一个实施方式，所述细长管具有内径，其中所述入口管在所述出口端处的外径比所述细长管的所述内径小。因此，入口管将具有比内部通道的流动面积小的流动面积，因此当冷却剂进入内部通道时，冷却剂流的速度将减小，从而引起压力下降。以这种方式，将确保所述尾流或局部子压力。
根据本发明的另一实施方式，所述入口端形成沿着不平行于所述纵轴线的平面延伸或者在该平面中延伸的开口。因此，入口管的入口端的开口将指向冷却剂流，这确保了大量的冷却剂流进入入口管和内部通道。有利地，开口的平面可以横向于纵轴线延伸，并因此横向于冷却剂流延伸。特别地，开口的平面可以与纵轴线垂直或基本垂直。
根据本发明的另一实施方式，所述入口管延伸通过所述底部。从制造的观点来看，这是有利的。此外，入口管的这种延伸可以使入口管在细长管外部需要的空间最小化，并因此使对冷却剂流的任何不利影响最小化。
根据本发明的另一实施方式，所述空间是围绕所述入口管的环形空间。
根据本发明的另一实施方式，入口管与细长管同心。
根据本发明的另一实施方式，所述细长管包括形成所述底部的底端塞，其中所述入口管延伸通过所述底端塞。因此，入口管和底端塞可以形成共用元件，该共用元件可以以便利的方式附接到细长管的端。
根据本发明的另一实施方式，所述出口端位于所述底部下游的至少0.2m的距离处。因此，该空间将具有至少0.2m的高度，这被认为足以产生足够的子压力以允许可能的碎屑颗粒下沉到细长管的底部。优选地，该距离为至少0.3m，更优选地至少0.4m，最优选地至少0.5m。
根据本发明的另一实施方式，所述细长管是圆柱形的。
根据本发明的另一实施方式，细长管可以具有圆形截面。然而，细长管可以具有任何可能的截面，诸如椭圆形截面、正方形或矩形截面、三角形截面、多边形截面或十字形截面。
根据本发明的另一实施方式，所述细长管包括设置成用于朝向所述底部吸引磁性材料的至少一个磁体。这种至少一个磁体可以包括永磁体，但也可以是电磁体。
根据另一实施方式，至少一个磁体可以包括配置于细长管的底部的一个、两个、三个、四个或更多个磁体。
根据本发明的另一实施方式，所述燃料组件包括位于所述燃料棒的上游的所述上游次要部分处或所述上游次要部分中的碎屑过滤器。这种碎屑过滤器将捕获大于特定尺寸的所有碎屑颗粒。
根据本发明的另一实施方式，所述入口端位于所述碎屑过滤器的上游。在这种情况下，入口管将因此延伸通过碎屑过滤器。因此，可以将所有碎屑颗粒收集在细长管的空间中。
根据本发明的另一实施方式，所述入口端位于所述碎屑过滤器的下游。在该变型中，仅未被碎屑过滤器捕获的碎屑颗粒、即相对小的碎屑颗粒将被收集在细长管的空间内。
根据本发明的另一实施方式，所述燃料组件被构造成位于沸水反应堆中，其中所述细长管包括用于输送非沸水通过所述内部通道的水棒。
根据本发明的另一实施方式，所述燃料组件包括至少两个细长管，各个细长管均包括用于输送非沸水通过相应的内部通道的水棒。例如，燃料组件可以包括三个细长管，各个细长管均包括用于输送非沸水通过相应的内部通道的水棒。
根据本发明的另一实施方式，所述燃料组件被构造成位于压水反应堆中，其中所述细长管包括用于接收控制棒的引导管。例如，燃料组件可以包括多个细长管，各个细长管均包括用于接收相应控制棒的引导管。
附图说明
现在将通过各种实施方式的说明以及参照附图更详细地描述本发明。
图1示意性地公开了根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的燃料组件的纵截面。
图2示意性地公开了图1中的燃料组件的细长管的一部分的纵截面。
图3示意性地公开了根据本发明的第三实施方式的燃料组件的细长管的一部分的纵截面。
图4示意性地公开了根据本发明的第四实施方式的燃料组件的细长管的一部分的纵截面。
图5示意性地公开了根据本发明的第五实施方式的燃料组件的细长管的一部分的纵截面。
图6示意性地公开了根据本发明的第六实施方式和第七实施方式的燃料组件的纵截面。
具体实施方式
图1公开了燃料组件1的第一实施方式，燃料组件1被构造成位于核水反应堆中，更准确地位于沸水反应堆(BWR)中。燃料组件1具有细长形状并且沿着纵轴线x在燃料组件1的上游端1a和下游端1b之间延伸。在反应堆中正常使用燃料组件1期间，上游端1a形成燃料组件1的下端，而下游端1b形成燃料组件1的上端。
多个细长的燃料棒2与纵轴线x平行配置。各个燃料棒2均包括包层管和包层管中容纳的、例如燃料芯块形式的核燃料(未公开)。
燃料棒2可以包括全长度燃料棒和部分长度燃料棒。部分长度燃料棒的长度可以例如是全长度燃料棒的长度的1/3和/或2/3。图1仅示出了全长度燃料棒。
燃料组件1包括限定上游端1a的上游次要部分3和限定下游端1b的下游次要部分4。主要部分5设置于上游次要部分3和下游次要部分4之间并且连接上游次要部分3和下游次要部分4。主要部分5与上游次要部分3之间的边界以及主要部分5与下游次要部分4之间的边界由图1中的横虚线表示。
主要部分5的轴向长度比上游次要部分3和下游次要部分4中的任一个的轴向长度都长。
主要部分5的轴向长度还可以比上游次要部分3和下游次要部分4的轴向长度的和长。
燃料组件1在上游端1a和下游端1b之间限定了流动间隙6。流动间隙6被构造成允许冷却剂流与燃料棒2相接触地沿着从上游端1a向下游端1b的流动方向F通过燃料组件1。
在第一实施方式中，燃料组件1还包括形成相应的内部通道8的两个细长管7，参见图2，内部通道8与燃料棒2平行地延伸通过主要部分5。细长管7允许冷却剂流通过相应的内部通道8。在第一实施方式中，细长管7形成包围冷却剂流(特别是非沸水流)的所谓的水棒。应注意的是，细长管7的数量可以是两个以外的其它数，例如一个、三个、四个、五个、六个或者更多。
在第一实施方式中，细长管7是圆柱形的。特别地，细长管7可以具有圆形截面。
借助于间隔件9以已知的方式保持燃料棒2。在第一实施方式中，间隔件9附接于细长管7。
第一实施方式的燃料组件1还包括包围燃料棒2、间隔件9以及流动间隙6的壳体10。
细长管7附接于设置在燃料棒2下方的底板11。
此外，细长管7还可以附接于下游端1a处的顶板12。顶板12包括把手13。底板11、细长管7、顶板12以及间隔件9形成支撑结构。该支撑结构可以经由把手13被提升并且承载燃料棒2的重量。
在第一实施方式中，如在图1中能够看出的，各个细长管7包括附接于底板11的管部7a和附接于顶板12的形成结实的棒的实心部7b。
燃料组件1包括底部件14，通常称为过渡件。底部件14延伸到上游端1a并限定了用于冷却剂流的入口开口15。底部件14可以附接到底板11或壳体10。
燃料组件1包括位于燃料棒2上游的上游次要部分3处或者上游次要部分3中的碎屑过滤器16。碎屑过滤器16设置在上游端1a和燃料棒2之间。在第一实施方式中，碎屑过滤器16设置在上游端1a和底板8之间。碎屑过滤器16可以由底部件11支撑或者附接到底部件11。
在第一实施方式中，各个细长管7均包括底部20、位于上游次要部分3处的内部通道8的入口21以及位于下游次要部分4处的内部通道8的出口22。出口22位于细长管7的管部7a的下游端。
细长管7还包括入口管23，入口管23形成内部通道8的入口21，如在图2中能够看到的。有利地，入口21的流动面积小于出口22的流动面积。
入口管23具有入口端24和出口端25。出口端25位于内部通道8内的与底部20隔开距离处。以这种方式，在出口端25和底部20之间的内部通道8中形成空间26。
细长管7具有内径D。入口管23在出口端25处具有外径d，外径d小于细长管7的内径D。
入口管23的入口端24形成沿着平面p延伸的开口，平面p不平行于纵轴线x。在第一实施方式中，平面p垂直于纵轴线x。
在第一实施方式中，入口管23延伸通过细长管7的底部20，并且特别地同心地通过底部20。
在第一实施方式中，上述的空间26是围绕细长管7的入口管23的环形空间。
细长管7包括形成底部20的底端塞27。入口管23因此延伸通过底端塞27。入口管23和底端塞27可以形成例如通过***和焊接附接到细长管7的端的共用元件。
入口管23的出口端25位于与底部20隔开距离处。特别地，出口端25位于底部20下游的0.2m或至少0.2m处。
更具体地，底部20下游的上述距离可以是至少0.3m、至少0.4m或至少0.5m。
底部20下游的上述距离可以是至多1m。
此外，细长管7可选地可以包括至少一个磁体28，其设置成用于朝向底部20吸引磁性材料，即磁性碎屑颗粒。在第一实施方式中，示出了两个磁体28，但可以靠近底部20设置一个、三个、四个、五个或更多个磁体。磁体28位于空间26中。磁体28可以是永磁体。
一个或多个磁体28可以具有任意适当的形状，例如可以是围绕入口管28设置的一个环形磁体。
在第一实施方式中，入口管23的入口端24位于碎屑过滤器16的上游。这被示出用于图1中右侧的入口管23。
在第二实施方式中，入口管23的入口端24位于碎屑过滤器16的下游。这被示出用于图1中左侧的入口管23。在第二实施方式中，入口端可以位于底板11的上游侧。
图3示出了第三实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于，入口管23在细长管7的内部空间8中偏心地延伸。此外，入口管23的入口端24位于底端塞27的上游表面处。因此入口端24位于碎屑过滤器16的下游，并且根据细长管7附接到底板11的方式而可能也位于底板11的下游。
图4示出了第四实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于，入口管23是弯曲的或成角度的。如在图4中能够看到的，入口管23延伸通过细长管7的侧部进入到内部通道8中。因此，空间26不是环形的。
图5示出了第五实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于，入口管23是弯曲的或成角度的。然而，入口管23偏心地延伸通过底部20，并且通过底端塞27。此外，入口管23的出口端25竖直地或基本竖直地延伸。
应注意，可以进一步修改入口管23的构造。特别地，入口管23的所有的各种特征及在第一实施方式至第五实施方式中示出的入口管23与细长管7的附接方式可以彼此组合。
图6示出了第六实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于，燃料组件1被构造成位于压水反应堆中。
应注意，在所公开的所有实施方式中，相同的附图标记已用于相似或对应的元件。
此外，根据第六实施方式的燃料组件1具有细长形状并且沿着纵轴线x在燃料组件1的上游端1a和下游端1b之间延伸。在反应堆中正常使用燃料组件1期间，上游端1a形成燃料组件1的下端，下游端1b形成燃料组件1的上端。在上游端1a和下游端1b之间设置流动间隙6。
多个燃料棒2设置在上游端1a和下游端1b之间的流动间隙6中。燃料棒2借助于间隔件9被保持。在第六实施方式中，间隔件9附接到许多细长管37，图6中示出了其中的两个细长管37。细长管37形成相应的内部通道8，内部通道8与燃料棒2平行地延伸通过主要部分5并允许冷却剂流通过内部通道8。各个细长管37均形成所谓的引导管，所谓的引导管被构造成在PWR的运行被中断时接收控制棒。控制棒被从下游端1b(即从上方)引入到细长管37中。
与用于BWR的燃料组件1相比，根据第六实施方式的燃料组件1不具有壳体，但仍包括如上所述的流动间隙6。
细长管37附接到设置在燃料棒2下方的底板11，并且附接到下游端1a处的顶板12。底板11、细长管7、顶板12和间隔件9形成承载燃料棒2的重量的支撑结构。
燃料组件1还包括底部件14。底部件14延伸到上游端1a并限定用于冷却剂流的入口15。底部件14可以附接到底板12。
第六实施方式的燃料组件1还包括位于燃料棒2上游的上游次要部分3处的碎屑过滤器16。
如以上关于之前的实施方式所说明的，根据第六实施方式的各个细长管37均包括底部20、位于上游次要部分3处的内部通道8的入口21以及位于下游次要部分4处的内部通道8的出口22。
如在图2中能够看到的，细长管37还包括入口管23，入口管23形成内部通道8的入口21。有利地，入口21的流动面积小于出口22的流动面积。
入口管23具有入口端24和出口端25。出口端25位于内部通道8内的与底部20隔开距离处。以这种方式，在出口端25和底部20之间的内部通道8中形成空间26。
应注意，第六实施方式中的细长管37中的入口管23的构造和入口管23的配置可以与以上讨论的图2至图5所示的第一实施方式至第五实施方式中的相同。
本发明不限于所公开的实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化和修改。

Claims (15)

1.一种燃料组件(1)，其被构造成位于核水反应堆中，所述燃料组件(1)包括：
上游次要部分(3)，其限定上游端(1a)；
下游次要部分(4)，其限定下游端(1b)；
主要部分(5)，其连接所述上游次要部分(3)和所述下游次要部分(4)；
多个细长的燃料棒(2)，其与延伸通过所述上游端(1a)和所述下游端(1b)的纵轴线(x)平行配置；
流动间隙(6)，其位于所述上游端(1a)和所述下游端(1b)之间，所述流动间隙(6)被构造成允许冷却剂流与所述燃料棒(2)相接触地沿着从所述上游端(1a)向所述下游端(1b)的流动方向(F)通过所述燃料组件(1)；以及
至少一个细长管(7、37)，其形成与所述燃料棒(2)平行地延伸通过所述主要部分(5)的内部通道(8)并允许冷却剂流通过所述内部通道(8)，其中，所述细长管(7、37)包括底部(20)、位于所述上游次要部分(3)处的所述内部通道(8)的入口(21)以及位于所述下游次要部分(4)处的所述内部通道(8)的出口(22)，
其特征在于，
所述细长管(7、37)包括形成所述入口(21)的入口管(23)，
所述入口管(23)具有入口端(24)和出口端(25)，
所述出口端(25)位于所述内部通道(8)内的与所述底部(20)隔开距离处，从而在所述出口端(25)和所述底部(20)之间的所述内部通道(8)中形成空间(26)。
2.根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述细长管(7、37)具有内径(D)，并且所述入口管(23)在所述出口端(25)处的外径(d)比所述细长管(7、37)的所述内径(D)小。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述入口端(24)形成沿着不平行于所述纵轴线(x)的平面延伸的开口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述入口管(23)延伸通过所述底部(20)。
5.根据权利要求4所述的燃料组件，其特征在于，所述空间(26)是围绕所述入口管(23)的环形空间。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述细长管(7、37)包括形成所述底部(20)的底端塞(27)，并且所述入口管(23)延伸通过所述底端塞(27)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述出口端(25)位于所述底部(20)下游的至少0.2m的距离处。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述细长管(7、37)是圆柱形的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述细长管(7、37)包括设置成用于朝向所述底部(20)吸引磁性材料的至少一个磁体(28)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述燃料组件(1)包括位于所述燃料棒(2)的上游的所述上游次要部分(3)处的碎屑过滤器(16)。
11.根据权利要求10所述的燃料组件，其特征在于，所述入口端(24)位于所述碎屑过滤器(16)的上游。
12.根据权利要求10所述的燃料组件，其特征在于，所述入口端(24)位于所述碎屑过滤器的下游。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述燃料组件(1)被构造成位于沸水反应堆中，并且所述细长管(7)包括用于输送非沸水通过所述内部通道(8)的水棒。
14.根据权利要求13所述的燃料组件，其特征在于，所述燃料组件(1)包括至少两个细长管(7)，各个细长管(7)均包括用于输送非沸水通过相应的内部通道(8)的水棒。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的燃料组件，其特征在于，所述燃料组件(1)被构造成位于压水反应堆中，并且所述细长管(37)包括用于接收控制棒的引导管。
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