[其他]燃料装置

说明书

本发明涉及燃料装置，特别是沸水反应器燃料装置，并且其中水杆安置在9×9燃料杆格栅内。

沸水反应器中所用普通燃料装置包括许多呈8×8格栅形式排列的燃料杆，两根水杆排列在燃料杆之间，而通道箱将其围起来，该普通燃材装置的两根水杆相互邻近排列在连接燃料装置中两个相对侧面角的对角线中心部位上。水杆外径略大于燃料杆外径，但小于夹持燃料杆的燃料隔板格栅中的方格尺寸。以下将该燃料装置称作“8×8燃料装置”。冷却水在燃料杆2之间流入通道箱，并带走燃料杆内产生的热能。但已提出将该燃料装置改装成9×9燃料装置，其中缩小每一根燃料杆的外径并增加燃料杆的数量。该9×9燃料装置的燃料杆和水杆以9行9列形式排列，其中与冷却水接触的每一燃料杆的传热面积增加了并缩小了每一燃料杆的热负荷，因此而提高了反应器的操作自由度并可使核燃料完全燃烧。但与冷却剂的周边接触增加并同时增大了摩擦，而且在燃料杆内的热值变化时热通量响应强烈，两相流体压力损失加大并降低了稳定裕度。

现有技术中紧接在燃料装置之下设置了一孔板以提高稳定裕度，而提高稳定裕度的方法是增大该孔板的阻力。表明稳定指数的衰减比由相邻流动幅度之比来定义。如衰减比大于1，则幅度随时间增大，而流动就变得不稳定，相反如衰减比小于1，则幅度随时间减小，而流动就变得稳定。换句话说，稳定裕度随衰减比的减小而增大，因此可以认为增大孔板的阻力在提高稳定性方面是有效的。但如果孔板阻力增大，就使芯部阻力整个增大并使冷却水流量降低。这带来的问题是必须采用大容量泵以保证大流量的冷却水。这种结构的常见例子已见于JP-13487/1985和JP-52897/1982，其中孔径可以改变，因此降低了可靠性。

另一提高稳定裕度的办法是缩小燃料杆和水杆的外径，通过加大冷却水流通面积而降低两相流动压力损失，从而提高稳定裕度。但这种情况下作为核燃料的铀投料降低，因为缩小了燃料杆外径，从而使燃料装置的换料循环变得更短，结果是燃料循环费增加。加大水杆中水流通面积或加大铀投料可降低燃料循环费。换句话说，如果燃料杆变薄，燃料循环费就会增加，因为铀投料减少，而如前述燃料经济性就会降低。旨在提高9×9燃料装置中燃料经济性的发明可举出JP-159185/1986和172580/1983。但按照这些现有技术实例，不可避免会给考虑到稳定性而缩小燃料杆直径带来限制，从而使铀投料减少，因此就不可能对改善经济性抱多大希望。

JP-178387/1984中公开的技术可提高燃料经济性，但不易采用，因为操作是在非稳定范围内进行的。

上述旨在提高9×9燃料装置稳定裕度的各种方法均具有提高稳定性而又增加了燃料循环费，或者相反，降低燃料循环费而又降低了稳定性问题。

因此本发明的目的是提出可提高稳定性同时又可提高经济性的燃料装置。

上述本发明目的可这样来达到，即将燃料装置中燃料杆的横截面积总和Arod与燃料装置的横截面积ACH之比Arod/ACH定在根据燃料装置中水杆的横截面积Aw与横截面积ACH之比Aw/ACH确定的预定范围内。

更为优选的是本发明目的可这样达到，即将Arod/ACH定在满足以下三式的范围内，其中燃料装置中水杆横截面积之和设为Aw（Cm²），燃料装置横截面积设为ACH（Cm²），而包层厚度设为δ（mm）:

（Arod/ACH）≤-1.050（Aw/ACH）+0.469;

（Arod/ACH）≤（0.337δ+0.1421）（Aw/

ACH）+0.0804δ+0.302

（Arod/ACH）＞（-0.0428δ-0.0359）×

（Aw/ACH）+0.1449δ+

0.2745。

图1为稳定性参数即衰减比示意图;

图2A为表明通道稳定特性与水杆中水流通面积的关系的示意图;

图2B为表明芯部稳定特性与水杆中水流通面积的关系的示意图;

图3A为铀投料与空隙系数关系示意图;

图3B为表明其关系与水杆中水流通面积的关系的示意图;

图4为表明铀投料与水杆中水流通面积的关系和稳定性极限的线图;

图5为表明9×9燃料装置和8×8燃料装置之间燃料循环费差异的线图;

图6A为表明与包层厚度相对应的水杆中水流通面积和铀投料之间的关系的示意图;

图6B为表明与燃料杆数相对应的水杆中水流通面积和铀投料之间的关系的示意图;