[发明专利]核燃料组件碎屑过滤底部喷嘴

说明书

用于核反应堆中的燃料组件的底部喷嘴的基部部分(104)包括：顶表面(104b)；底表面(104a)；和布置成大体上正方形栅格状图案的多个竖直壁部分(106)，其在所述底表面与所述顶表面之间延伸且限定通过所述基部部分在所述底表面与所述顶表面之间穿过的多个非圆形通道(109)。

相关申请的交叉参考

本专利申请依据35 U.S.C.§119(e)要求2017年3月17日提交的美国临时申请号62/472,983的优先权权益，所述临时申请的内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及核反应堆，且更具体地说涉及一种例如在压水反应堆(PWR)中采用的核燃料组件的碎屑过滤底部喷嘴。

背景技术

在包括核反应堆冷却剂循环系统的部件制造和后续安装修理期间，进行了大量工作以确保从反应堆容器及其相关联系统去除所有碎屑，所述反应堆容器及其相关联系统在各种操作条件下使冷却剂通过其循环。尽管实行了复杂的方法过程以帮助保证碎屑去除，但是经验显示不管用于实现此类去除的保障措施如何，仍然有少量碎屑(例如金属碎片和颗粒)藏在系统中。大多数碎屑由金属车削物组成，所述金属车削物在燃料补给过程期间在蒸汽发生器修理或替换或者类似类型的装置改造之后可能会遗留在主系统中。期望确保的是此类碎屑在装置操作期间不会进入燃料区域。

具体地说，过去已经在若干反应堆中注意到由于捕获在最底下栅格中的碎屑所致的燃料组件损坏。当装置启动时，碎屑从下部堆芯支撑板的冷却剂流动开口进入通过燃料组件底部喷嘴流动孔。碎屑往往会卡在燃料组件的最底下支撑栅格中在栅格的“蛋箱(egg-crate)”形单元壁与燃料棒管的下端部分之间的空间内。损坏包括碎屑与燃料管外部接触的磨损所致的燃料棒穿孔。碎屑还能够卷入喷嘴板孔中，并且流动冷却剂使碎屑回转，这往往会切割穿过燃料棒的包层。

已提议和尝试若干不同的途径用于从核反应堆去除碎屑。这些途径中的许多途径在Mayers等人的美国专利号4,096,032中进行了论述，Shallenberger等人的美国专利号4,900,507说明了另一途径。虽然所引用专利中描述的所有途径相当良好地操作且大体上在设计用于所有途径的操作条件范围内实现其目标，但仍需要一种针对核反应堆中的碎屑过滤问题的新颖途径。新途径必须可与反应堆部件的现有结构和操作兼容，贯穿反应堆的操作循环有效，且至少提供超过其向反应堆增加的成本的总体效益。

发明内容

本文所描述的概念的实施例提供一种用于例如在压水反应堆(PWR)中使用的燃料组件的改进的碎屑捕获特征，同时与现有底部喷嘴设计相比最小化压降。本发明的实施例利用独特碎屑捕获特征，所述独特碎屑捕获特征还被设计成使流动通道成流线型，由此得到减小的压力损失系数。本设计在与标准商业PWR核反应堆在正常操作条件期间看到的条件相关联的更高流速下尤其有效。本发明的实施例还提供一种用于固持燃料棒的底端的内置特征。在许多现有燃料设计中，此功能性由栅格执行，所述栅格战略上置于底部喷嘴的正上方以用于捕获碎屑以及固持燃料棒的端部。在本发明的实施例中，燃料棒的端部的夹具通过挠曲弹簧的使用而并入底部喷嘴设计中，因此消除了对位于底部喷嘴正上方的栅格的需要。此整合途径增强了总体底部喷嘴和因此燃料组件设计。

在一个实施例中，提供一种用于核反应堆中的燃料组件的底部喷嘴的基部部分。基部部分包括：顶表面；底表面；和布置成大体上正方形栅格状图案的多个竖直壁部分，其在底表面与顶表面之间延伸且限定通过基部部分在底表面与顶表面之间穿过的多个非圆形通道。

基部部分可进一步包括多个加厚区域，每个加厚区域设置在竖直壁部分的交叉点处；和多个流动孔，每个流动孔设置在相应加厚区域中。

每个流动孔可包括基部部分的底表面处的锥形入口和基部部分的顶表面处的锥形出口。

基部部分可进一步包括多个弹簧构件，每个弹簧构件从相应壁部分的顶部边缘向上延伸一高度，其中每个弹簧构件被构造成由燃料组件的两个燃料棒接合。