[发明专利]燃料组件

说明书

用于核水反应堆的燃料组件(1)包括：上游端(1a)；下游端(1b)；以及在上游端和下游端之间的流动间隙(2)。燃料棒(3)设置在上游端和下游端之间的流动间隙中。流动间隙允许冷却剂流沿着从上游端向下游端的流动方向(F)通过燃料组件。设置过滤装置(19)用于捕获冷却剂流中的碎屑颗粒。过滤装置包括用于冷却剂流的大部分的第一过滤区域(20)和用于冷却剂流的小部分的第二过滤区域(30)。第一过滤区域具有第一过滤效率，第二过滤区域具有第二过滤效率。第二过滤效率高于第一过滤效率。

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，本发明涉及一种被构造成位于核水反应堆中的燃料组件，其中燃料组件包括：上游端；下游端；多个燃料棒，燃料棒设置在上游端和下游端之间；在燃料组件的燃料棒之间并且在上游端和下游端之间的流动间隙(flow interspace)，该流动间隙被构造成允许冷却剂流与燃料棒相接触地沿着从上游端向下游端的流动方向通过燃料组件；以及过滤装置，其设置在上游端和燃料棒之间的冷却剂流中并且构造成捕获冷却剂流中的碎屑颗粒。

背景技术

从WO98/28752中已知这种燃料组件。已知的燃料组件包括过滤装置，该过滤装置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。该过滤装置包括多个用于冷却剂的通孔和用于冷却剂的大的旁通孔。在WO98/28752中示出的一个示例中，第二过滤构件设置在多个通孔和旁通孔的下游。

水反应堆中的冷却剂的目的是在核电站的核水反应堆中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。

过滤装置的一般目的是捕获冷却剂中的碎屑颗粒，从而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(fretting)的间隔件中被捕获。微振磨损会导致初级缺陷、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会导致核电站中其它部件(例如泵)的缺陷。

安装在如今市售的燃料组件中的过滤装置的尺寸被设计成捕获具有确定的最小尺寸的碎屑颗粒。该最小尺寸被认为是碎屑颗粒可能具有的最小尺寸，以便被间隔件捕获并且构成导致微振磨损的重大风险。

较小的碎屑颗粒被认为不会被间隔件捕获。这可能会出现问题。尽管被间隔件捕获的可能性非常低，但在反应堆初级系统中没有用于碎屑颗粒的可靠的天然槽，因此它将无限循环。各个通道的时移大约为1分钟，并且在各个通道中其通过大约10个间隔件。这在燃料的使用寿命期间构成了数百万次机会。由于发生的机会很多，因此不完全为零的低概率可能仍然带来风险。

存在不同种类的碎屑颗粒，特别是规则形状的颗粒，诸如球形或近似球形的颗粒，以及不规则形状的颗粒，诸如细长颗粒，包括线、细丝、片和碎片。

具有直径大于约1mm的确定的最小尺寸的较小的球形或近似球形的颗粒不允许通过过滤装置。在燃料组件中、例如在间隔件中不太勉强捕获小于确定的最小尺寸的球形颗粒。另外，如果这种小的球形颗粒在间隔件中被捕获，则很可能将其固定在间隔件中的位置中，因此颗粒将不会振动。结果，对于球形或近似球形的颗粒，微振磨损的风险低。

不规则形状的颗粒更成问题，诸如细长的颗粒，包括线、细丝、片和碎片。它们倾向于被燃料组件中的间隔件捕获。由于它们的形状，在被捕获时它们可能在冷却剂流中振动，这会导致相邻燃料棒的包层的微振磨损。目前使用的过滤装置应满足如下要求：捕获大于确定的最小尺寸的这种不规则形状的颗粒，例如长度大于10mm且厚度大于几十分之一毫米的细长颗粒。可以允许具有较短长度和较薄厚度的细长颗粒通过过滤装置。