TWI723181B - 燃料總成 - Google Patents

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TWI723181B TW106119787A TW106119787A TWI723181B TW I723181 B TWI723181 B TW I723181B TW 106119787 A TW106119787 A TW 106119787A TW 106119787 A TW106119787 A TW 106119787A TW I723181 B TWI723181 B TW I723181B
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瑞典商西屋電器瑞典股份有限公司
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Abstract

一種用於核水反應器的燃料總成(1)，其包含上游端(1a)、下游端(1b)及上游端與下游端之間的流動間隙(2)。燃料棒(3)設置在上游與下游端之間的流動間隙中。流動間隙允許冷卻劑流沿著從上游端到下游端之流動方向(F)穿過燃料總成。提供過濾裝置(19)以捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒。過濾裝置包含用於冷卻劑流之主要部分的第一過濾區(20)及用於冷卻劑流之次要部分的第二過濾區(30)。第一過濾區具有第一過濾效率，並且第二過濾區具有第二過濾效率。第二過濾效率高於第一過濾效率。

Description

燃料總成
本發明係關於一種燃料總成，其被組配為定位在核電廠之核水反應器(nuclear water reactor)，尤其重水反應器或輕水反應器LWR，例如沸水反應器BWR或壓水反應器PWR中。
更準確而言，本發明係關於一種被組配成定位在核水反應器中之燃料總成，其中燃料總成包含多個燃料棒，上游端，下游端，燃料棒設置在上游端與下游端之間，在燃料總成之燃料棒之間以及在上游端與下游端之間的流動間隙，流動間隙被組配成允許冷卻劑流沿著從上游端至下游端之流動方向在與燃料棒接觸的情況下穿過燃料總成，設置在上游端與燃料棒之間的冷卻劑流中的過濾裝置，並且該過濾裝置被組配成捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒。
此燃料總成從WO98/28752中已知。已知燃料總成包含過濾裝置，該過濾裝置設置在上游端與燃料棒之間的冷卻劑流中，並且被組配成捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒。過濾裝置包含用於冷卻劑之多個通孔及用於冷卻劑之較大旁路孔。在WO98/28752中所示之一實例中，在多個通孔及旁路孔之下游設置第二過濾構件。
水反應器中之冷卻劑之目的係作為核電廠核水反應器中之 冷卻液及緩和劑。為了保證燃料之適當冷卻及中子之適當緩和，確保冷卻劑流穿過燃料總成係至關重要的。
過濾裝置之一般目的係捕獲冷卻劑中之碎屑顆粒，從而防止碎屑顆粒被捕獲在燃料總成中之較高位置，尤其在間隔物中，其中碎屑顆粒可能會導致燃料棒之包層之磨損。磨損可能產生一次缺陷，貫穿包層之小孔，並且在稍後階段產生二次缺陷，亦即燃料棒之斷裂，此可能導致鈾洩漏到冷卻劑中。在二次缺陷的情況下，必須中斷反應器之操作並更換失效的燃料棒。此更換係耗時且代價高的。冷卻劑中之碎屑顆粒當然亦可能對核電廠中之其他組件，例如泵造成缺陷。
安裝在當今行銷及出售之燃料總成中的過濾裝置之尺寸被設計成捕獲具有確定最小尺寸之碎屑顆粒。此最小尺寸被視為能夠被間隔物捕獲並且構成引起磨損之重大風險的碎屑顆粒可能具有之最小尺寸。
更小碎屑顆粒被視為不被間隔物捕獲。在此可能會出現問題。儘管被捕獲在隔離物中之可能性非常低，但是在反應器主系統中沒有碎屑顆粒之可靠天然吸收槽，因此它將無限地循環。每次傳送之時間間隔大約為1分鐘，並且在每次傳送中，它經過約10個間隔物。在燃料之壽命週期中，上述情形合計會產生幾百萬次被捕獲的機會。由於發生的機會很多，因此不完全為零之低概率仍可能會造成風險。
存在不同種類之碎屑顆粒，尤其規則形狀之顆粒，例如球形或近似球形之顆粒，以及不規則形狀之顆粒，例如狹長顆粒，包括絲線、長絲、薄片及碎片。
具有直徑大於約1mm之確定最小尺寸的較小球形或近似球 形顆粒不允許穿過過濾裝置。小於確定最小尺寸之球形顆粒較不容易被捕獲在燃料總成中，例如在間隔物中。此外，若此較小球形顆粒被捕獲在間隔物中，則很可能將其固定在間隔物中之位置，因此顆粒將不會振動。因此，對於球形或近似球形之顆粒，磨損之風險較低。
不規則形狀之顆粒，例如狹長顆粒，包括絲線、長絲、薄片及碎片，是更成問題的。它們傾向於被燃料總成中之間隔物捕獲。由於它們的形狀，它們可能在被捕獲時在冷卻劑流中振動，此可能導致相鄰燃料棒之包層的磨損。目前使用之過濾裝置應滿足捕獲大於確定最小尺寸的不規則形狀顆粒的要求，例如長度大於10mm並且厚度大於十分之幾毫米的狹長顆粒。可允許具有較短長度及較薄厚度的狹長顆粒穿過過濾裝置。
EP-2487690揭示了另一種燃料總成，其包含過濾裝置，該過濾裝置設置在上游端與燃料棒之間的冷卻劑流中，並被組配成捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒。過濾裝置包含用於冷卻劑之多個通孔。在過濾裝置上游，存在碎屑保留裝置，其包含界定多個單元的中心流動管道。碎屑保留裝置亦包含用於收集碎屑的粗濾板。粗濾板包含允許較小冷卻劑回流的精細穿孔。
US-7,149,272揭示了一種用於核水反應器之燃料總成，其包括多個燃料棒、上游端及下游端。燃料棒設置在上游端與下游端之間。在燃料棒之間以及在上游端與下游端之間設置流動間隙。流動間隙允許冷卻劑流沿著從上游端至下游端之流動方向在與燃料棒接觸的情況下穿過燃料總成。過濾裝置設置在上游端與燃料棒之間的冷卻劑流中，並且被組配成捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒。
為了進一步提高核電廠之安全性並進一步降低一次缺陷之風險，亦捕獲具有比所確定最小尺寸更小之尺寸的更小碎屑顆粒，尤其狹長顆粒，或者換言之中斷此等顆粒之無限循環係至關重要的。
然而，若過濾裝置之尺寸適於此等更小碎屑顆粒，則過濾裝置堵塞或過濾裝置至少部分堵塞的風險增加。堵塞或部分堵塞導致過濾裝置上之壓降增加，以及穿過燃料總成之冷卻劑的流量減少。
本發明之目的係克服此問題，從而提供一種能夠捕獲更小碎屑顆粒，尤其狹長顆粒並且能夠保持穿過過濾裝置之冷卻劑之流量的過濾裝置。
該目的藉由最初定義之燃料總成來達成，其特徵在於第二過濾效率高於第一過濾效率。
在此過濾裝置中，第二過濾區被組配成捕獲更小碎屑顆粒，其係第一過濾區。
相應過濾區之過濾效率係由相應過濾區捕獲之顆粒與過濾區上游之冷卻劑中存在的顆粒之總數之比。過濾效率可基於確定粒度或所有尺寸之顆粒的總數。
過濾裝置基於如下原理，即可能存在碎屑顆粒之冷卻劑流穿過過濾裝置循環，其中允許較小碎屑顆粒穿過第一過濾區多次，然後它們最終傳送並被捕獲在第二過濾區中。
根據本發明之實施例，第二過濾區之尺寸被設計成允許第二過濾區被堵塞，尤其在反應器之確定操作週期之後，其中第一過濾區被組 配成確保冷卻劑充分流動穿過第一過濾區，即使沒有冷卻劑穿過第二過濾區亦如此。因此，穿過第一過濾區之流量足以確保燃料總成之正常操作。
考慮到冷卻劑穿過反應器的循環時間為例如一分鐘，並且第二過濾區為第一過濾區之十分之一，引入冷卻劑之顆粒平均在十分鐘內到達第二過濾區。
根據本發明之另一實施例，過濾裝置被設置在流動間隙中，以引導冷卻劑流之至多一小部分穿過第二過濾區。因此，第二過濾區可較小或覆蓋比第一過濾區更小的面積，亦即，第一過濾區具有第一過濾面積A1，並且第二過濾區具有第二過濾面積A2，其中第二過濾面積A2小於第一過濾面積A1。例如，第二過濾區可覆蓋過濾裝置之總面積的至多40%、30%、20%、10%或5%。
因此，第二過濾區可被配置成允許冷卻劑流之一部分穿過第二過濾區，或者更準確而言，可被配置在流動間隙中，以允許冷卻劑流之一部分穿過流動間隙中之第二過濾區。
根據本發明之另一實施例，過濾裝置設置在流動間隙中，以引導冷卻劑流之至少主要部分穿過第一過濾區。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區包含朝向上游端轉向之入口端及出口端，並且配置成引導冷卻劑流之該至少一部分經由從入口端到出口端之通道來穿過第一過濾區，其中第二過濾區包含朝向上游端轉向之入口端及出口端，並且配置成引導冷卻劑流之該至多一部分經由從入口端到出口端之通道來穿過第二過濾區。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區及第二過濾區彼此相 鄰地設置。因此，冷卻劑流可被分成主要部分及次要部分，其中主要部分被引導穿過第一過濾區，並且次要部分被引導穿過第二過濾區。因此，主要部分及次要部分可沿著流動方向彼此平行地引導。
根據本發明之另一實施例，過濾裝置設置在流動間隙中，以引導整個冷卻劑流穿過第一過濾區。因此，整個冷卻劑流可穿過第一過濾區，其中該流之次要部分亦沿著流動方向在與第一過濾區之一定距離處穿過第二過濾區。
根據本發明之另一實施例，第二過濾區沿著流動方向設置在與第一過濾區之一定距離處。第二過濾區可設置在上游端與下游端之間的冷卻劑流中。
根據本發明之另一實施例，第二過濾區設置在第一過濾區之下游。有利地，第二過濾區可設置在第一過濾區與燃料棒之間。
根據本發明之另一實施例，第二過濾區設置在第一過濾區之上游。有利地，第二過濾區可設置在上游端與第一過濾區之間。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區之每個通道界定第一流動面積，並且第二過濾區之每個通道界定比第一過濾面積小的第二流動面積。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區之每個通道界定從入口端到出口端之第一通道長度，並且第二過濾區之每個通道界定從入口端到出口端之第二通道長度，該第二通道長度比第一通道長度長。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區具有第一壓力損失係數ξ1並且第二過濾區具有第二壓力損失係數ξ2並且其中第二壓力損失係 數ξ2大於第一壓力損失係數ξ1。從首次將燃料總成裝入核水反應器之核心中的燃料循環開始時，並且在更大程度上在確定時間段內的操作之後，上述情形皆為有效的。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區具有第一流動面積A1並且第二過濾區具有第二流動面積A2，並且其中第一流動面積A1大於第二流動面積A2。
在所有描述之實施例中，第一及第二過濾區可被視為兩個平行流動路徑。在每種情況下，第二過濾區係真實單獨路徑，或者既是單獨路徑，又是第一過濾區之專用部分。在兩端連接的兩個平行路徑上的壓力損失必須相同。此導致對於渦流單相流有效的以下流動關係：
Figure 106119787-A0202-12-0007-1
 其中，如以上部分地提及，m係質量流量，ξ係壓力損失係數，並且A係流動面積。指標1及2表示第一及第二過濾面積。總面積變為A=A1+A2，並且總流量變為m=m1+m2。
然後，一個實例可為A2係10%，並且由於較高過濾效率，ξ2比ξ1大4倍。然後，流量關係變為0.056，亦即，流量之5.6%穿過第二區，並且94.4%穿過第一區。
該關係亦說明在第二個區域被碎屑堵塞時所發生的情形。然後，壓力損失係數ξ2變得非常大，並且質量流量m2趨於零。然後，其餘質量流量僅為m1。若核水反應器之核心中的單一總成發生堵塞，此影響最大。然而，若許多總成受到影響，則增加泵速度將不會產生補償作用。熟 習此項技術者可能在臨界功率安全分析中考慮潛在冷卻劑損失的影響。
從流動關係來看，亦顯而易見的是，第二過濾區之流動面積及設計壓力損失係數都決定了堵塞時的潛在流量損失。可設計安全分析以確定可接受之範圍以及臨界功率性能之相關風險。
根據本發明之另一實施例，過濾裝置包括設置成作用於第二過濾區的至少一些通道的磁性構件，以吸引流過第二過濾區的通道的碎屑顆粒。
根據本發明之另一實施例，第一過濾區及第二過濾區的通道由多個片材形成，它們彼此相鄰地配置並且沿著流動方向定向，其中與第二過濾區之相鄰片材相比，第一過濾區之相鄰片材以彼此更大的距離來設置。在此過濾裝置中，第一過濾效率及第二過濾效率分別由相鄰片材之間的距離確定。因此可藉由改變相鄰片材之間的距離來調節過濾效率。
根據本發明之另一實施例，每個片材包含從入口端延伸的第一部分，從出口端延伸的第二部分及在第一部分與第二部分之間延伸的第三部分，並且其中每個片材沿著第一部分具有在橫向於流動方向之方向上延伸的波形，並且沿著第三部分具有在流動方向上延伸的波形。
可由相對薄片材製造的此過濾裝置具有低流動阻力，因為在通道中不需要組件、連接構件等。由於片材之波形，可獲得彼此相鄰配置並且能夠有效地捕獲冷卻水中之顆粒的多個分離通道。具體而言，包含在冷卻流中並且具有基本上橫向於流動方向延伸之延伸部分的狹長顆粒可藉助於第一過濾區及之第二過濾區的第一部分的波形被過濾裝置捕獲。具有基本上與流動方向平行延伸的延伸部分的顆粒將藉助於第一過濾區及第二 過濾區的第三部分的波形被過濾裝置捕獲。片材的處於彼此垂直之方向上的波形亦為過濾器提供了高強度，因此可將其製成自支撐式的，並且可例如在沒有圍繞片材延伸之任何框架的情況下安裝在燃料總成中。
根據本發明之另一實施例，每個片材沿著第二部分具有處在橫向於流動方向的方向上的波形。
根據本發明之另一實施例，波形係連續的。因此，沒有尖銳的轉變。
現在將藉由各種實施例之描述並且參考附圖來更詳細地解釋本發明。
1:燃料總成
1a:上游端
1b:下游端
2:流動間隙
3:燃料棒
4:間隔物
5:水棒
6:殼體
7:入口
8:底板
9:頂板
10:手柄
11:底部件
13:導向管
19:過濾裝置
20:第一過濾區
21:入口端
22:出口端
23:通道
24:片材
26:第一部分
27:第二部分
28:第三部分
29:突起
30:第二過濾區
31:入口端
32:出口端
33:通道
34:片材
35:磁性構件
36:第一部分
37:第二部分
38:第三部分
39:突起
A1:第一流動面積
A2:第二流動面積
F:流動方向
L2:第一通道長度
L3:第二通道長度
x:縱向軸線
ξ1:第一壓力損失係數
ξ2:第二壓力損失係數
圖1 揭示了橫穿根據本發明之第一實施例之燃料總成的縱向截面。
圖2 揭示了橫穿圖1中之燃料總成之過濾裝置的縱向截面。
圖3 揭示了圖2中之過濾裝置的平面圖。
圖4 揭示了橫穿根據本發明之第二實施例之燃料總成之過濾裝置的縱向截面。
圖5 揭示了橫穿根據本發明之第三實施例之燃料總成之過濾裝置的縱向截面。
圖6 揭示了橫穿根據本發明之第四實施例之燃料總成之下部的縱向截面。
圖7 揭示了橫穿根據本發明之第五實施例之燃料總成之下部的縱向截面。
圖8 揭示了橫穿根據本發明之第六實施例之燃料總成之下部的縱向截面。
圖9 揭示了橫穿根據本發明之第七實施例之燃料總成之過濾裝置的縱向截面。
圖10 揭示了圖9中之過濾裝置的平面圖。
圖11 揭示了橫穿根據本發明之第八實施例之燃料總成的縱向截面。
圖12 揭示了橫穿根據本發明之第九實施例之燃料總成之下部的縱向截面。
圖13 揭示了橫穿根據本發明之第十實施例之燃料總成之下部的縱向截面。
圖1至圖3揭示了燃料總成1之第一實施例，其被組配為定位在核水反應器中，更準確而言沸水反應器BWR。燃料總成1具有狹長形狀並沿著縱向軸線x在上游端1a與下游端1b之間延伸。在燃料總成1在反應器中之使用期間，上游端1a形成下端，下游端1b形成燃料總成1之上端。在上游端1a與下游端1b之間在燃料總成1中設置有流動間隙2。
多個燃料棒3設置在上游端1a與下游端1b之間的流動間隙2中。燃料棒3由間隔物4保持。在第一實施例中，間隔物4附接到多個水棒5，其中兩個在圖1中示出。
燃料總成1亦包含封閉燃料棒3、間隔物4及流動間隙2的殼體6，其被組配成允許冷卻劑流在與燃料棒3接觸的情況下沿著從上游端1a之入口7到下游端1b之流動方向F穿過燃料總成1。
水棒5附接到設置在燃料棒3下方的底板8。
此外，水棒5亦可附接到下游端1a處之頂板9。頂板9包括手柄10。底板8、水棒5、頂板9及間隔物4形成支撐結構，其可經由手柄10來提升並且承載燃料棒3之重量。
燃料總成1亦包含通常被稱為過渡件的底部件11。底部件11延伸到上游端1a並界定冷卻劑流的入口7。底部件11可附接到底板8或者殼體6。
燃料總成1亦包括被組配為捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒的過濾裝置19。過濾裝置19設置在上游端1a與燃料棒3之間。在第一實施例中，過濾裝置設置在上游端1a與底板8之間。過濾裝置20可由底部件11支撐或附接到底部件11。
過濾裝置19包括第一過濾區20及第二過濾區30。
在第一實施例中，第一過濾區20及第二過濾區30都設置在上游端1a與燃料棒3之間，更準確而言上游端1a與底板8之間的冷卻劑流中。此外，第一過濾區20與第二過濾區30彼此相鄰地設置。從圖3可看出，第二過濾區30位於過濾裝置19之中心，由此被第一過濾區20包圍。應當注意，第二過濾區30可位於過濾裝置19上之任何位置，例如如虛線所示沿著側邊緣。同樣可看出，第二過濾區30之輪廓的形狀可變化。
第一過濾區20大於第二過濾區30，亦即第一過濾區20覆蓋過濾裝置19之總面積或過濾裝置19之水準下之流動間隙2之總流動面積的至少主要部分。第二過濾區30覆蓋過濾裝置29之總面積或者過濾裝置19之水準下之流動間隙2之總流動面積的至多次要部分。例如，第二過濾 區30可覆蓋過濾裝置19之總面積的至多40%、30%、20%、10%或5%。
從圖2可更清楚地看出，第一過濾區20包含朝向上游端1b轉向的入口端21，朝向下游端1b轉向的出口端22及在入口端21與出口端22之間延伸的多個通道23。第一過濾區20配置成引導冷卻劑流之至少主要部分，以經由從入口端21至朝向下游端之出口端22的通道23來穿過第一過濾區20。第一過濾區20具有第一過濾效率。
第二過濾區30包含朝向上游端1b轉向的入口端31，朝向下游端1b轉向的出口端32及在入口端31與出口端32之間延伸的多個通道33。第二過濾區30配置成引導冷卻劑流的至少次要部分，以經由從入口端31至朝向下游端1b之出口端32的通道33來穿過第二過濾區30。第二過濾區22具有第二過濾效率。
第二過濾效率高於第一過濾效率。在第一實施例中，藉由界定第一流動面積之第一過濾區20的每個通道23及界定第二流動面積之第二過濾區30的每個通道33來實現不同過濾效率，其中第二流動面積小於第一過濾面積。換言之，如圖2所示，第二過濾區30之通道33比第一過濾區20之通道23薄。
在第一實施例中，第一過濾區20之通道23由彼此相鄰地配置並且沿著流動方向F定向的多個片材24形成。又，第二過濾區30之通道33由彼此相鄰地配置並且沿著流動方向F定向的多個片材34形成。與第二過濾區30之相鄰片材34相比，第一過濾區20之相鄰片材24以彼此更大的距離來設置。
應當注意，通道23、33可以其他方式組配，例如藉由板中 之孔，其中孔可具有在流動方向上看到之圓形或狹長形狀。
圖4揭示了第二實施例，其與第一實施例之不同之處僅在於如何實現不同過濾效率。在第二實施例中，第一過濾區20之每個通道23界定從入口端21到出口端22的第一通道長度L2，並且第二過濾區30之每個通道33界定從入口端31到出口端32的第二通道長度L3，其中第二通道長度L3比第一通道長度L2長。
應當注意，不同過濾效率亦可藉由如第一實施例中之變化流動面積與如第二實施例中之變化通道長度的組合來實現。
圖5揭示了第三實施例，其與第一及第二實施例之不同之處在於，第二過濾區30具有與第一過濾區20不同的幾何組態。在第四實施例中，第二過濾區30之通道33沿曲線或彎曲路徑延伸，而第一過濾區20之通道23是直的。因此，第二過濾區30之通道33可由彎曲的片材34形成。
圖6揭示了與第一實施例不同的第四實施例，其中第二過濾區30設置在沿著流動方向F與第一過濾區20相距一定距離處，更準確而言，第二過濾區30設置在第一過濾區30之上游。因此，在第三實施例中，過濾裝置19設置在流動間隙2中，以引導整個冷卻劑流穿過第一過濾區20。冷卻劑流之次要部分將被引導穿過第二過濾區30及第一過濾區20。
圖7揭示了第五實施例，其與第四實施例的不同之處僅在於第二過濾區30設置在第一過濾區20之下游。
應當注意，圖6及圖7所示之過濾裝置19可設置有如圖2至圖4所示的過濾區20及30。
圖8揭示了燃料總成1之第六實施例，其中過濾裝置19包 括附接至第二過濾區30之磁性構件35。磁性構件35將在第二過濾區30之至少一些通道33上產生磁場，以吸引碎屑顆粒流過第二過濾區30之通道33。磁場將提供第二過濾效率。對於其餘部分，第一及第二過濾區20、30之組態可為相同的。
圖9及圖10揭示了根據第七實施例之燃料總成的過濾裝置19，其中形成第一過濾區20及第二過濾區30之通道23、33的片材24、34具有曲線組態。圖10示出了沿著流動方向F從入口端21、31看到的平面圖中的過濾裝置19。
每個片材24、34包含從入口端21延伸的第一部分26、36，從出口端22延伸的第二部分27、37及第三部分28、38，該第三部分28、38在第一部分26、36與第二部分27、37之間。
每個片材24、34具有在橫向於流動方向F的方向上沿著第一部分26、36的第一波形，在橫向於流動方向F的方向上沿著第二部分27、37的第二波形，以及在流動方向F上沿著第三部分28、38的第三波形。波形係連續的，即沒有尖銳的轉變。
片材24、34沿著第一部分26、36彼此相鄰配置，使得基本上每對相鄰片材24、34分別在該波形之谷及脊處彼此鄰接，以允許在兩個相鄰片材24、34之間之每個通道形成彼此相鄰配置的多個入口管道。
以相同的方式，片材24、34沿著第二部分27、37彼此相鄰配置，使得基本上每對相鄰片材24、34分別在該波形之谷及脊處彼此鄰接，以允許兩個相鄰片材24、34之間的每個通道23、33形成彼此相鄰配置的多個出口管道。每個入口管道可具有與每個出口管道相同或基本上相同的流 動面積。基本上每個入口管道之中心線可與各自對應出口管道之中心線同心或基本上同心。
片材24、34可分別在該等谷及脊處彼此連接。然後，片材24、34可藉由熔焊或點焊來連接在一起，其中片材24、34彼此鄰接。
基本上，第一部分26、36及第二部分27、37之該波形的每個波可具有最大振幅，其中最大振幅在朝著第三部分28、38之方向上連續減小。在到第三部分28、38之過渡處，最大振幅可為零或基本為零。
第三部分28、38之每個通道23、24形成兩個相鄰片材之間的中間管道。沿著第三部分28、38之片材可至少包括與橫向於流動方向F之方向平行或基本上平行延伸的子部分。
第三部分28、38可包括延伸到中間管道中的突起29、39。突起29、39可沿著與橫向於流動方向F之方向平行或基本上平行延伸的線來配置，其中一個此類子部分配置在突起29、39的每一側上。
根據本發明之第十二實施例，第二過濾區30之第三部分38可具有此等突起39，而第二過濾區20之第三部分28沒有此等突起29。因此，突起39可提供第二過濾效率。
圖11揭示了燃料總成1之第八實施例，其被組配為定位在核水反應器中，更確切而言在壓水反應器PWR中。
應當注意，在所揭示的所有實施例中，相同的參考標記被用於相似或相應的元件。
又，根據第八實施例之燃料總成1具有狹長形狀並且在上游端1a與下游端1b之間沿縱向軸線x延伸。在燃料總成1在反應器中的使用 期間，上游端1a形成下端，下游端1b形成燃料總成1之上端。在上游端1a與下游端1b之間設置有流動間隙2。
多個燃料棒3設置在上游端1a與下游端1b之間的流動間隙2中。燃料棒3由間隔物4保持。在第八實施例中，間隔物4附接至多個導向管13上，其中兩個導向管13如圖11所示。導向管13在正常操作期間包含冷卻劑，並且被組配為當PWR之操作將要被中斷時接收相應的控制桿。
與用於BWR之燃料總成1相反，根據第八實施例之燃料總成1沒有殼體，但是仍包含用於冷卻劑在與燃料棒3接觸的情況下從上游端1a流動到下游端1b的流動間隙2。
導向管13附接到設置在燃料棒3下方之底板8及下游端1a處之頂板9。底板8、導向管13、頂板9及間隔物4形成承載燃料棒3之重量的支撐結構。
燃料總成1亦包含底部件11。底部件11延伸到上游端1a並界定冷卻劑流之入口7。底部件11可附接到底板8。
燃料總成1亦包含被組配為捕獲冷卻劑流中之碎屑顆粒的過濾裝置19。過濾裝置20設置在上游端1a與燃料棒3之間。在第八實施例中，過濾裝置19設置在上游端1a與底板8之間。又，第八實施例之過濾裝置19包含第一過濾區20及第二過濾區30。
在第一實施例中，第一過濾區20及第二過濾區30都設置在上游端1a與燃料棒3之間，更準確而言上游端1a與底板8之間的冷卻劑流中。此外，第一過濾區20與第二過濾區30彼此相鄰地設置。第一過濾區20大於第二過濾區30，亦即第一過濾區20構成流動間隙2之總流動面積的主要部分，並且第二過濾區30構成了流動間隙2之總流動面積的次要部分。
因此，過濾裝置19可以與第一實施例相同的方式組配。尤其，第一過濾區20及第二過濾區30可如第二及第三實施例來組配。
圖12揭示了具有用於PWR之燃料總成1的過濾裝置19的第九實施例。過濾裝置19對應於第四實施例之過濾裝置，亦即第二過濾區30設置在沿著流動方向F與第一過濾區20相距一定距離處，更準確而言，第二過濾區30設置在第一過濾區30之上游。因此，在第九實施例中，過濾裝置19設置在流動間隙2中，以引導整個冷卻劑流穿過第一過濾區20。冷卻劑流之次要部分將被引導穿過第二過濾區30。
圖13揭示了第十實施例，其與第九實施例的不同之處僅在於第二過濾區30設置在第一過濾區20的下游。
應當注意，上面針對BWR之第一至第七實施例揭示的過濾裝置19之所有變體亦適用於PWR之燃料總成。
本發明不限於所揭示的實施例，而是可在所附申請專利範圍之範疇內進行變化及修改。
1:燃料總成
1a:上游端
1b:下游端
2:流動間隙
3:燃料棒
4:間隔物
5:水棒
6:殼體
7:入口
8:底板
9:頂板
10:手柄
11:底部件
19:過濾裝置
20:第一過濾區
30:第二過濾區
F:流動方向
x:縱向軸線

Claims (17)

  1. 一種燃料總成(1)，其被組配成定位在一核水反應器(nuclear water reactor)中，其中該燃料總成(1)包含一上游端(1a)；一下游端(1b)；該上游端(1a)與該下游端(1b)之間的一流動間隙(2)；設置在該上游端(1a)與該下游端(1b)之間之該流動間隙(2)中的多個燃料棒(3)，該流動間隙(2)被組配成允許一冷卻劑流沿著從該上游端(1a)到該下游端(1b)之一流動方向(F)在與該等燃料棒(3)接觸的情況下穿過該燃料總成(1)；及一過濾裝置(19)，其被組配成捕獲該冷卻劑流中之碎屑顆粒；其中該過濾裝置(19)包含設置在該上游端(1a)與該等燃料棒(3)之間之該冷卻劑流中的一第一過濾區(20)，及一第二過濾區(30)；其中該第一過濾區(20)包含多個通道(23)，該等通道(23)被配置成經由朝向該下游端(1b)之該等通道(23)來引導該冷卻劑流之至少一部分穿過該第一過濾區(20)；其中該第二過濾區(30)包含多個通道(33)，該等通道(33)被配置成經由朝向該下游端(1b)之該等通道(33)來引導該冷卻劑流之至多一部分穿過該第二過濾區(30)；並且其中該第一過濾區(20)具有一第一過濾效率，並且該第二過濾區(30)具有一第二過濾效率；其特徵在於該第二過濾效率高於該第一過濾效率，且 其中該第一過濾區(20)及該第二過濾區(30)之該等通道(23、33)由多個片材(24、34)所形成，該等片材(24、34)彼此相鄰地配置並且沿著該流動方向(F)定向，並且其中與該第二過濾區(30)之相鄰片材(34)相比，該第一過濾區(20)之相鄰片材(24)以彼此更大的距離來設置。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料總成(1)，其中該第二過濾區(30)之尺寸被設計成允許該第二過濾區(30)被堵塞，並且其中該第一過濾區(20)被組配成確保該冷卻劑流充分流動穿過該第一過濾區(20)，即使該冷卻劑流沒有穿過該第二過濾區(30)亦如此。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該過濾裝置(19)設置在該流動間隙(2)中，以引導該冷卻劑流之至多一次要部分穿過該第二過濾區(30)。
  4. 如申請專利範圍第3項之燃料總成(1)，其中該過濾裝置(19)設置在該流動間隙(2)中，以引導該冷卻劑流之至少一主要部分穿過該第一過濾區(20)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)包含朝向該上游端(1a)轉向之一入口端(21)，及一出口端(22)，並且被配置成經由從該入口端(21)到該出口端(22)之該等通道(23)來引導該冷卻劑流之該至少一部分穿過該第一過濾區，並且其中該第二過濾區(30)包含朝向該上游端(1a)轉向之一入口端(31)，及一出口端(32)，並且被配置成經由從該入口端(31)到該出口端(32)之該等通道(33)來引導該冷卻劑流之該至多一部分穿過該第二過濾區(30)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20) 與該第二過濾區(30)彼此相鄰地設置。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該過濾裝置(19)設置在該流動間隙(2)中，以引導該整個冷卻劑流穿過該第一過濾區(20)。
  8. 如申請專利範圍第7項之燃料總成(1)，其中該第二過濾區(30)設置在距該第一過濾區(20)之一定距離處。
  9. 如申請專利範圍第8項之燃料總成(1)，其中該第二過濾區(30)設置在該第一過濾區(20)之下游。
  10. 如申請專利範圍第8項之燃料總成(1)，其中該第二過濾區(30)設置在該第一過濾區(20)之上游。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)之該等通道(23)中之每一者界定一第一流動面積，並且該第二過濾區(30)之該等通道(33)中之每一者界定比該第一流動面積小的一第二流動面積。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)之該等通道(23)中之每一者界定從一入口端(21)到一出口端(22)的一第一通道長度(L2)，並且該第二過濾區(30)之該等通道(33)中之每一者界定從一入口端(31)到一出口端(32)的一第二通道長度(L3)，該第二通道長度(L3)比該第一通道長度(L2)長。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)具有一第一壓力損失係數ξ1並且該第二過濾區(30)具有一第二壓力損失係數ξ2，並且其中該第二壓力損失係數ξ2大於該第一壓力損失係數ξ1。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)具有一第一流動面積A1並且該第二過濾區(30)具有一第二流動面積A2，並 且其中該第一流動面積A1大於該第二流動面積A2。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之燃料總成(1)，其中該過濾裝置(19)包含一磁性構件(35)，該磁性構件(35)設置成在該第二過濾區(30)之至少一些該等通道(33)上產生一磁場以吸引碎屑顆粒流動穿過該第二過濾區(30)之該等通道(33)。
  16. 如申請專利範圍第1項之燃料總成(1)，其中該第一過濾區(20)包含朝向該上游端(1a)轉向之一入口端(21)，及一出口端(22)，並且被配置成經由從該入口端(21)到該出口端(22)之該等通道(23)來引導該冷卻劑流之該至少一部分穿過該第一過濾區，並且其中該第二過濾區(30)包含朝向該上游端(1a)轉向之一入口端(31)，及一出口端(32)，並且被配置成經由從該入口端(31)到該出口端(32)之該等通道(33)來引導該冷卻劑流之該至多一部分穿過該第二過濾區(30)，並且其中每個片材(24、34)包含從該入口端(21、31)延伸之一第一部分(26、36)，從該出口端(22、32)延伸之一第二部分(27、37)，及在該第一部分(26、36)與該第二部分(27、37)之間延伸的一第三部分(28、38)，並且其中每個片材(24、34)沿著該第一部分(26、36)具有在橫向於該流動方向(F)之一方向上延伸的一波形，並且沿著該第三部分(28、38)具有在該流動方向(F)上延伸的一波形。
  17. 如申請專利範圍第16項之燃料總成(1)，其中每個片材(24、34)沿著該第二部分(27、37)具有在橫向於該流動方向(F)之方向上的一波形。
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