环形燃料棒的下部和上部端塞

摘要

一种环形燃料棒的流入和流出冷却水的下部和上部端塞，包括下部端塞和上部端塞。下部端塞包括：碎片过滤器，所述碎片过滤器在内部通道主进口的适当位置具有多个相互交叉的销；通孔，碎片过滤器的销安装在所述通孔中；以及至少一个内通道辅助进口，当所述内通道主进口被碎片阻塞时冷却水通过所述内通道辅助进口流入下部内通道，所述内通道辅助进口具有通孔形状。所述上部端塞在圆周方向上在所述内通道主进口的内圆周适当位置处包括至少一个上部处理凹槽和孔，燃料棒处理工具结合到所述上部处理凹槽和孔中。

说明书

技术领域

本发明涉及环形燃料棒，并尤其涉及环形燃料棒的下部和上部端塞，其中碎片过滤器安装在下部端塞主进口的内部通道之前，从而截取碎片流入，其中在所述下部端塞的圆柱形壁上形成至少一个具有通孔形状的内部通道辅助进口，从而当碎片被捕获在碎片过滤器中时供给冷却水，这样防止燃料棒的内表面温度过分增大，并且其中上部端塞设置有放置拔燃料棒工具的凹槽，从而在组装或拆卸核燃料组件时使燃料棒容易处理。

背景技术

通常，商用核电站安装有核燃料组件。如图1和2所示，核燃料组件100包括燃料棒101，导管103，定位栅格105，下部端座106，以及上部端座107。

每根燃料棒101在其下部和上部末端分别安装有下部端塞109和上部端塞108。

这里，每根燃料棒101具有插入到锆合金包壳管中的圆柱形铀芯块。这些铀芯块经过核裂变产生高温热。

同时，支撑栅格105支撑燃料棒101并用来维持燃料棒101之间的间距。每个导管103用作上下移动的控制棒的通道，以便控制燃料棒101的热通量。

上部端座107和下部端座106用来将核燃料组件100固定和支撑在反应堆堆芯的上部和下部结构中。如果需要，下部端座106包括用来过滤漂浮在反应堆堆芯中的碎片的过滤器(未显示)。

同时，安装在每根燃料棒的下部和上部末端的圆锥形的下部端塞109和上部端塞108焊接到包壳管(未显示)，从而防止充满包壳管的内部气体泄漏。

一般地，反应堆堆芯装填了150根或更多的核燃料组件100。

同时，核燃料组件100具有多个圆柱形燃料棒，并且设计成使冷却水流过分流道，每个分流道在轴向上被四根燃料棒或三根燃料棒101和一根导管103的组合环绕，或者设计成使冷却水流过燃料棒101之间的间隙。

这时，被燃料棒101环绕的每个分流道111，是指这样的通道，在使用时其圆周通常部分开放以允许流体自由流动到相邻分流道。

如图3、4和5所示，这里公开了一种环形燃料棒201，它不同于曾经介绍过的圆柱形燃料棒(US3,928,132(1975)，发明名称：用于高温反应堆的环形燃料元件，发明人：Roko Bujas)。

这里，每根环形燃料棒201包括至少一个环形芯块203，设置在芯块203的内圆周的内部包壳管205，以及设置在芯块203的外圆周的外部包壳管207。

对于这种构造，冷却水同时流过燃料棒201的外部分流道213和内通道211，并且吸收燃料棒201产生的热量。然而，环形燃料棒201增加了每束棒的放热面积以减小它的热通量，所以与圆柱形燃料棒相比，它能在那里维持较低的内表面温度。

如此，在每根燃料棒201维持较低内表面温度的情况下，减小了由于内表面温度增加而造成的燃料表面损坏的概率，而且因此燃料棒201的安全阈值可以增大。

在前面所描述的圆柱形燃料棒和环形燃料棒中，由于冷却水流过分流道，所以每个圆柱形燃料棒的特征在于冷却水在相邻分流道之间自由流动。冷却水在相邻分流道之间的这种运动基于各种因素。主要因素是在分流道区域产生的压力损失，并因此发生冷却水移动以便维持压力平衡。

同时，在环形燃料棒的情况下，由于内部通道因被内部包壳管封住使冷却水不可能在通道之间移动，因此外部分流道与相邻的外部辅助通道自由交换冷却水。

因此，漂浮在冷却水中的碎片滞留在内部通道中，从而堵塞内部通道。而且，在碎片堵塞内部通道情况下，它会阻碍冷却水的流动来降低内部通道中的流动速率。因此，内部通道壁上产生的热量不能被有效的带走，并因此使通道壁表面温度升高。而且，当温度持续升高时，内部通道壁表面受到损坏，这会引起例如损坏核反应堆的各种事故。因此，降低了环形燃料棒的优势。

如上面所述，为了防止通道壁表面温度的过分升高，在运行核反应堆时将冷却水平稳供应到通道是很重要的。为了这个目的，关键在于确保供应冷却水的流体通道，不仅可以使流入内部通道的碎片量最小化，而且即使被捕获在碎片过滤器中的碎片阻塞内部通道主进口也能冷却内部通道表面。

为此目的，韩国专利第10-0074788(1994)，10-0077453(1994)，10-0074788(1994)，10-0010878(1999)，10-0453268(2004)等等提出了一种应用了用于去除漂浮在内部通道中的碎片的过滤器的核燃料组件。然而，现有的碎片过滤器应用于现有的具有圆柱形燃料棒的核燃料组件，而且采用与下部端座整体形成。因此，碎片有可能流动穿过下部端座与相邻下部端座之间的间隙，并穿过下部端座与反应堆堆芯壁之间的间隙，从而进入分流道。

而且，核燃料组件下部端座的碎片过滤器不能完全过滤碎片，从而从下部端座流动的碎片流入分流道。

发明内容

因此，本发明为解决现有技术存在的上述问题而建立，并且本发明的目的是提供环形燃料棒的下部和上部端塞，其中碎片过滤器安装在下部端塞内部通道主进口中，从而截止碎片流入，其中在所述下部端塞的圆柱形壁上形成至少一个具有通孔形状的内部通道辅助进口，从而当碎片被捕获在碎片过滤器中时供给冷却水，这样防止了燃料棒的内表面温度过度增加，并且其中上部端塞设置有凹槽，拔燃料棒工具位于凹槽中，从而使得在组装或拆卸核燃料组件时易于处理燃料棒。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种环形燃料棒的下部和上部塞，其中塞组件具有如圆柱形般安装在燃料棒下端的下部端塞和如圆柱形般安装在燃料棒上端的上部端塞，在所述下部端塞的中心设置有冷却水流入的下部内通道，并具有内通道主进口，在所述上部端塞的中心设置有冷却水流出的上部内通道，并具有内通道主出口，所述塞组件包括：下部端塞，所述下部端塞包括：碎片过滤器，所述碎片过滤器在所述内部通道主进口的适当位置具有多个相互交叉的销；通孔，碎片过滤器的销安装在所述通孔中；以及至少一个内通道辅助进口，当所述内通道主进口被碎片阻塞时冷却水通过所述内通道辅助进口流入下部内通道，所述内通道辅助进口具有通孔形状；以及

上部端塞，所述上部端塞在圆周方向上在所述内通道主进口的内圆周适当位置处包括至少一个上部处理凹槽和孔，燃料棒处理工具结合到所述上部处理凹槽和孔中。

这里，碎片过滤器的销可以具有圆形横截面，在每个销的中间以十字形相互交叉，所述销插入通孔并焊接固定。

此外，碎片过滤器的销可以具有圆形横截面，在每个销的中间以栅格形相互交叉，所述销插入通孔并焊接固定。

而且，碎片过滤器可以包括至少两个具有圆形横截面的销，一个销布置在水平方向，而另一个销布置在水平方向并向下倾斜形成“V”形。这两个销可以以十字形相互交叉，插入通孔并焊接固定。

此外，流入冷却水的内通道辅助进口可以以预定间隔的在下部端塞的上壁辐射状形成，并且可以垂直布置成至少一排。

而且，下部端塞的内通道辅助进口可以以预定角度倾斜。

下部端塞可以在圆周方向上在它的外圆周适当位置处包括燃料棒处理工具结合于其中的下部处理凹槽。

此外，下部端塞可以包括下部倾斜面，所述下部倾斜面在下部端塞的下端以预定角度倾斜，使得它的外径在向下的方向上减小。

而且，上部端塞可以包括上部倾斜面，所述上部倾斜面在上部端塞的上端以预定角度倾斜，使得它的外径在向上的方向上减小。

另外，燃料棒处理工具结合于其中的上部处理孔数目至少为一个。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征及其它优点将从下面结合附图的详细描述中得到更清晰的理解，其中：

图1是说明现有技术的具有圆柱形燃料棒的核燃料组件的示意性正视图；

图2是说明现有技术的具有圆柱形燃料棒的核燃料组件的示意性平面图；

图3是说明现有技术的环形燃料棒的示意性横截面图；

图4是说明插入现有技术的环形燃料棒中的芯块的示意性透视图；

图5是说明具有现有技术的环形燃料棒的另一核燃料组件的示意性平面图；

图6是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图；

图7是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图；

图8是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性底视图；

图9是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性纵截面图；

图10是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图，其中下部端塞与环形燃料棒结合；

图11是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的上部端塞的示意性剖面图；

图12是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的上部端塞的示意性纵截面透视图；

图13是说明根据本发明另一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图；

图14是说明根据本发明另一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图；

图15是说明根据本发明又一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性截面透视图；以及

图16是说明根据本发明又一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图。

优选实施方式

现在将更详细参照本发明的示例性实施例，其示例示出在附图中。尽可能地，整个附图和说明书将用同样的参考标号来表示相同或相似部件。

图6是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图。图7是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图。图8是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性底视图。图9是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性纵截面视图。图10是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图，其中下部端塞与环形燃料棒结合。图11是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的上部端塞的示意性剖面图。图12是说明根据本发明实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的上部端塞的示意性纵截面透视图。

如上所述，环形燃料棒10包括至少一个环形芯块11，设置在芯块11内部和外部的内包壳管13和外包壳管15，以及下部端塞30b和上部端塞30a。

下部端塞30b安装在环形燃料棒10的下端，具有圆柱形形状，并且包括内通道主进口33，在其中间形成内通道(没有编号)并且冷却水流入其中。

这里，下部端塞30b的内通道主进口33设置有碎片过滤器31，在其适当位置防止外部碎片流入。为了插入和安装碎片过滤器31，下部端塞30b在其下部适当位置设置有通孔32a。

这时，安装在下部端塞30b的内通道主进口33的适当位置的碎片过滤器32由多个长棒状的销组成，并具有销相互交叉的十字交叉形状。

尤其，为了防止碎片从外面通过下部端塞30b的内通道主进口33流入内通道，下部端塞30b的内通道主进口33装有碎片过滤器31，其中多个销32相互交叉形成十字交叉形状。

碎片过滤器31的每个销32安装到在下部端塞30b的下部形成的通孔32a中，然后通过焊接固定。

这里，碎片过滤器31的每个销32优选具有圆形截面，但是可以具有各种形状，例如流线型形状包括椭圆形、三角形、四边形等等。

如上所述，安装在下部端塞30b的内通道主进口33中的碎片过滤器31使得碎片被排除在外而仅仅允许冷却水流入内通道，所以防止了环形燃料棒10的内部被碎片阻塞。

这里，下部端塞30b的下端具有以预定角度倾斜的下部倾斜面36，以致它的外径在向下的方向上减小。

这样，下部端塞30b的下端以预定角度倾斜的下部倾斜面36使得当碎片接触到下部端塞30b的下端时容易滑到下部端塞30b的外部，从而防止碎片流入下部端塞30b的内通道主进口33。

此外，在下部端塞30b的适当位置设置有至少一个内通道辅助进口34，冷却水以水平方向流入内通道辅助进口34并且穿过下部端塞30b上壁。

如果通过下部端塞30b的内通道主进口33流入的冷却水量减少，也就是说，当碎片被捕获在安装于下部端塞30b的内通道主进口33中的碎片过滤器31中，从而阻碍了流入内通道主进口33的内通道的冷却水流入，减少流入环形燃料棒10的内通道的冷却水量时，下部端塞30b具有多个以水平方向通过其上壁的内通道辅助进口34，以使得冷却水流入环形燃料棒10的内通道中。

以上述构造和几何结构，当不能流畅地流入内通道主进口33时，冷却水流入穿过下部端塞30b的上壁的内通道辅助进口34，所以环形燃料棒10的内表面被平稳冷却以防止燃料棒10的温度过度增加。

在本发明的实施例中，在下部端塞30b的上壁辐射状形成内通道辅助进口34。优选地，内通道辅助进口34的尺寸和数量可以改变。

而且，以预定间隔在下部端塞30b的上壁辐射状地形成内通道辅助进口34，并且垂直布置成一排或多排。

而且，在本发明的实施例中，在下部端塞30b的上壁中水平地形成具有通孔形状的内通道辅助进口34。然而，如图9所示，每个内通道辅助进口34可以在下部端塞30b的上壁中以预定角度倾斜地形成。

如上所述，由于内通道辅助进口34在下部端塞30b的上壁中以预定角度倾斜地形成，所以与水平的内通道辅助进口相比，这些倾斜的内通道辅助进口34由于特殊的形状而可以减少压力损失。

这里，在其圆周方向的外圆周的适当位置，下部端塞30b设置有与燃料棒处理工具结合的下部处理凹槽35。换句话讲，为了结合用来处理核燃料组件的每个燃料棒10的燃料棒处理工具，在圆周方向在下部端塞30b外圆周的适当位置上形成下部处理凹槽35。

在本发明的实施例中，在圆周方向上，下部端塞30b的外圆周具有下部处理凹槽35，燃料棒处理工具与下部处理凹槽35结合。然而，下部端塞30b可以优选设置有至少一个下部处理孔(未显示)，其具有与在上部端塞30a的上部处理凹槽38的适当位置的燃料棒处理工具插入其中的至少一个上处理孔38a相应的形状。

由于这种构造，当使用燃料棒处理工具移动下部端塞30b时，燃料棒处理工具插入下部端塞30b的下部处理凹槽35的下部处理孔中，然后移动燃料棒。

上部端塞30a安装在环形燃料棒10的上端，具有空心圆柱体形状，并且包括内通道主出口37，在其中心形成内通道并且冷却水从那里流出。

这里，在圆周方向上，上部端塞30a在其内圆周的适当位置设置有与燃料棒处理工具(未显示)结合的上部处理凹槽38，从而处理核燃料组件(未显示)的每个燃料棒10。

这时，在上部端塞30a内通道主出口37的适当位置形成的上部处理凹槽38具有四边形截面。

尽管在本发明的实施例中，在上部端塞30a的内通道主出口37的适当位置形成的上部处理凹槽38形成为四边形，但是上部处理凹槽38可以形成为各种形状，例如多边形、半圆形，等等。

同时，上部端塞30a设置有燃料棒处理工具插入其中的在上部端塞30a的上部处理凹槽38的适当位置的至少一个上处理孔38a。燃料棒处理工具结合到上处理孔38a中，然后移动燃料棒10。

上部端塞30a设置有以预定角度倾斜的上部倾斜面39，以使它的外径在向上的方向上减小。

图13是说明根据本发明另一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性透视图。图14是说明根据本发明另一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图，其中安装在环形燃料棒的下部端塞的碎片过滤器结构作了部分修改。

如所描述的，根据本发明另一实施例的环形燃料棒10的下部端塞30b在其内部通道主进口33的适当位置设置有碎片过滤器31，用来防止碎片从外部流入。碎片过滤器31具有栅格形状，其中棒状销32相互交叉。

换句话说，销32相互交叉的栅格状碎片过滤器31安装在下部端塞30b的内部通道主进口33的适当位置，并因此防止碎片引入。从而，只有冷却水可以流入环形燃料棒10的内通道。

栅格状碎片过滤器31的销32安装到下部端塞30b的下部形成的通孔32a中，然后通过焊接固定。

这里，下部端塞30b的通孔32a的数量是八个，使得形成碎片过滤器31的销32安装到通孔32a中。

在这个实施例中，下部端塞30b具有八个通孔32a以及四个安装到通孔32a中的销32。然而，只要销32维持交叉栅格形状并且防止碎片被准许流入内部通道主进口33，它们的数量不受限制。优选地，销32的数量与通孔32a的数量相对应。

同时，在这个实施例中，组成碎片过滤器31的每个销32优选具有圆形截面。然而，每个销32的截面可以有各种形状，例如包括椭圆形、三角形、四边形等等的流线形。

图15是说明根据本发明又一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性截面透视图。图16是说明根据本发明又一实施例的环形燃料棒的下部和上部端塞中的下部端塞的示意性横截面图，其中安装在环形燃料棒的下部端塞的碎片过滤器结构作了部分修改。

如所描述的，根据本发明另一实施例的环形燃料棒10的下部端塞30b在其内部通道主进口33的适当位置设置有碎片过滤器31，碎片过滤器31用来防止碎片从外部流入。

这里，碎片过滤器31由至少两个棒状销32和32′组成，一个销32布置在水平方向上，而另一个销32′布置在水平方向并向下倾斜形成“V”形。因此，当从上往下看时，一个销32与另一个销32′交叉。

这时，V形销32′的角尖与下部端塞30b的下端齐平，充当在碎片被捕获到下部端塞30b的下端时防止碎片移向下部端塞30b的内通道的支撑物。从而，V形销32′防止碎片容易地流动通过内通道主进口33流进内通道。

在这个实施例中，销32和销32′以其第一销32布置在水平方向上并且其第二销32′布置在水平方向上并向下倾斜形成“V”形的方式构成相互交叉的碎片过滤器31。可选地，销32和销32′可以以其第一销32与第二销32′相似地向下倾斜形成“V”形的方式相互交叉。

同时，碎片过滤器31的销32和销32′插入到在下部端塞30b的下部形成的通孔32a，然后它们被焊接固定。

在这个实施例中，组成碎片过滤器31的每个销32和销32′优选具有圆形截面，但是它们可以具有各种形状，例如包括椭圆形、三角形、四边形等等的流线形。

如上所述，根据环形燃料棒的下部和上部端塞，碎片过滤器安装在下部端塞的内通道主进口，从而截取碎片的流入，并且在下部端塞的圆柱形壁上形成至少一个带通孔的内通道辅助进口，从而当碎片被捕获在过滤器中时供应冷却水，因而防止了燃料棒的内表面温度过度增加。而且，上部端塞设置有凹槽，用于拔燃料棒工具位于该凹槽中，从而使得在组装或拆卸核燃料组件时易于处理燃料棒。

尽管为了解释目的详细描述了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员将会意识到，不偏离如权利要求书所公开的本发明的范围和精神的各种修改、增加和替换都是可以的。