[其他]核反应堆用万能燃料组件结构

说明书

本发明一般地涉及核反应堆，特别是堆用的燃料组件。

典型的压水堆堆芯中含有大量的燃料组件。除燃料浓度外，各燃料组件彼此之间基本上是一样的。为了选择最佳燃耗並展平整个堆芯中径向的中子通量分布，通常采用一种分区的浓度分布，即：堆芯边缘区的组件中的燃料浓度要比堆芯中心区组件中的燃料浓度高一些。在给定的一次堆芯循环（例如一年）以后，在较高浓度堆芯区中的燃料组件要倒换到较低浓度区中，同时把新的燃料组件装到最高浓度区，把耗尽的或烧完的组件从最低浓度区卸出。

除了燃料浓度有所不同之外，堆芯内燃料组件都有相同的结构，每个燃料组件基本上是由一个下管座、一个上管座、一根仪表管以及许多根控制棒导向套管、燃料棒和格架组成。例如，在一个典型的燃料组件中，燃料棒可以排成一个正方形的点阵，各条边有17个棒的位置。每个燃料组件总共有289个棒的位置，其中264个放燃料棒，24个放导向套管，一个放仪表管。

燃料组件的结构骨架由其下管座、上管座和导向套管组成，导向套管纵向延伸在下管座和上管座之间，並对它们起刚性连接作用。这些部件除了共同配合以组成刚性骨架以外，每个部件还有其自己的其他功能。下管座引导堆冷却剂向上流入燃料组件，导向套管为控制棒插入和穿过燃料组件提供通道，而上管座为支撑控制棒的星形组件提供台座。上管座还有一个开孔，供冷却剂从中流过，同时下管座和上管座一起防止燃料棒从燃料组件中向上和向下顶出。

在传统的燃料组件中，格架和燃料棒不是燃料组件骨架的结构性部件，它们分别直接地和间接地由导向套管来支承。格架连接到导向套管上，格架之间在轴向位置上彼此间隔开。而燃料棒由横向格架以一定的排列方式在侧向支承，这在技术上是熟知的。

燃料组件的导向套管的直径比燃料棒的直径大，而且，如上所述导向套管提供的通道可接受各种类型的用来控制核燃料反应性的控制棒。然而，当燃料组件装到没有控制棒的那些堆芯位置上时，组件中的导向套管一般是不能用来装燃料棒的，因为插在这些导向套管内的燃料棒周围余下的空间太小，从其中流过的冷却剂不足以防止燃料棒的过热。

因此，传统的燃料组件中有相当数量的棒的位置（在上述的例子中约为10%）不装燃料。此外，由于并非堆芯内所有的燃料组件都需要控制棒（在典型的堆芯中大约三分之二的燃料组件不需要），在堆芯许多区域中不装燃料的棒的位置闲置无用，这就降低了功率输出，增加了燃料循环价格，缩短了燃料组件寿命，并使燃料装载方式次优化。传统的燃料组件靠导向套管与上、下管座连结在一起而形成一个有高度结构完整性的刚性骨架。这种燃料组件还有一个不利因素，即：当需要重新组装燃料组件时，对大量的组件来说，要拆卸和重新安装上管座就显得相当困难。

本发明的基本目的是提供一种改进的燃料组件的设计，这可使上述问题得到缓和而又不会影响结构的完整性，而且，它具有较大的灵活性，使燃料组件中燃料含量满足燃料组件所在的堆芯内特定位置的需要。

因此，本发明属于一种核燃料组件，它包括一个上端部构件，一个下端部构件以及把上、下端部构件联在一起并与它们共同组成一个刚性结构骨架的相互联结机构，组件还包括许多个横向格架和许多根燃料棒，格架支承在上述骨架上，以一定的纵向间距放置在上、下端部构件之间，燃料棒从格架中穿过并由格架支承，燃料棒之间相互平行并彼此隔开，该组件的特征在于：

a）上述相互联结机构包括若干个细长部件，它们延伸在上述上、下端部构件之间，其两个端头部分与上、下端部构件相连;

b）布置上述燃料棒时，要留出一定数量的纵向通道，这些通道在两个端部构件之间延伸并且以一定形式分布在燃料棒中间;以及

c）该燃料组件包括由一个支承件和许多个细长元件组成的一个簇形组件，每个细长元件的一端联结到上述支承件上并由此延伸，细长元件相互平行并彼此隔开，它们的横截面尺寸与相应的纵向通道相适应，其排列方式也与上述纵向通道的排列形式相一致，上述支承件与上述上端部构件的一部分配合，以便从那里可拆卸地支承该簇形组件，支承时，上述各细长元件伸到上述各通道内并在那里向上述下端部构件纵向延伸。

如果燃料组件放在堆芯内使用控制棒的部位，则簇形组件的细长元件至少有一部分是控制棒导向套管，其数量相当于需要装的控制棒的数目。另一方面，如果燃料组件放在堆芯内不含控制棒的部件，则簇形组件的细长元件可以是燃料棒，这些燃料装在因为不装控制棒而空出来的那些通道中。