[其他]具有防蝕格架的燃料組件

無效

• 申請號: 87104308
• 申請日: 1987-05-19
• 公開（公告）號: CN87104308A
• 公開（公告）日: 1988-02-24
• 發明（設計）人: 湯馬澤特·約爾;科爾馬耶·安德烈
• 申請（專利權）人: 法瑪通公司;核物質總公司
• 主分類號: G21C3/34
• 分類號: G21C3/34
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

本發明與核反應堆的燃料組件有關，在該反應堆中，冷卻劑通過配置在反應堆容器中的核堆芯組件向上進行循環。每一組件都包括一燃料元件束，而每一束燃料元件由金屬管護套構成，護套內裝有核燃料芯塊并用氣密帽加以密封。這些元件安裝在一個剛性結構中，這個剛性結構包括用拉桿連結在一起的端部構件和若干沿拉桿分隔開的隔離格架。燃料元件分布在方形網絡的節點上，該網絡是由按予定間隔排列的隔離格架而形成的。

本發明特別適用于壓水核反應堆（PWR）的燃料組件，但并不專用于此種反應堆。其燃料元件具有用鋯基合金制成的金屬護套。

上面所描述的那種類型的燃料組件的格架，能夠起到一些不同的作用。一方面，格架可從側面支撐并固定含有裂變材料的燃料元件，這些格架能夠保護組件在裝卸時，在發生地震時或發生操作事故時，抵抗橫向的沖擊。另一方面，這些格架能夠攪動通過堆芯向上循環的冷卻劑流。冷卻劑的這種攪動，對于按最佳的、連續的方式有規律地吸收裂變材料燃料元件所釋放的熱，是很重要的，同時避免了冷卻劑局部溫度的提高，防止冷卻劑產生局部沸騰。充分的攪拌，就可使冷卻劑的總的熱函得以增加，堆芯中橫向擴散更為均勻，然而，為了從堆芯的熱功耗散中獲得最大的輸出，同時又避免局部沸騰，就不應攪動。

現在已經知道了不同類型的組件，它們由按予定距離相間隔的隔離格架所組成，并具有上面提到的功能。在壓水反應堆的原有技術中，核組件就由這種典型的格架組成，它們從組件的頂部到底部，以有規律的間隔排列起來。法國文獻8418645描述了這種類型的組件，它包括一種骨架或剛性結構，具有兩個用細長零件，例如導管，連結在一起的端部構件，以及許多沿導管相隔開的格架，從而形成用于支撐燃料元件的柵元，所述的元件分布在有規則的網絡的節點上。格架有不同的類型，其要點是：中間格架，它的結構可以抵抗橫向沖擊，并具有翅片，使沿組件流動的冷卻劑產生湍流;下部格架和上部格架，用來確保元件的緊固，并且，它們對冷卻劑產生的壓降，比中間格架產生的壓降要小。

這種方案能解決一些問題，然而，在燃料元件具有鋯基合金護套的特定情況下，申請人注意到，發生的腐蝕，在元件頂部比底部要嚴重得多。

大家都知道，局部腐蝕現象取決于冷卻劑的溫度，以及由每個燃料元件所耗散的局部熱功率，也知道堆芯頂部存在的冷卻劑溫度必然比堆芯底部要高。這兩個因素：冷卻劑溫度和由堆芯局部釋放的熱功率，可以用來向本領域的技術人員說明在燃料元件底部與頂部之間會產生不同的腐蝕，但是，同樣會使他們認為，這種現象是不可避免的。

本發明的一個任務就是提供一種用于核反應堆堆芯的經改進的燃料組件，更具體地說，是提供一種能減少元件頂部腐蝕的組件。

為此，首先必須對這種現象提出一種新的分析，同時應指出，除已有技術所公知的原因以外，還可能存在加速其頂部腐蝕的其他原因。這個分析導致一種假說，由于腐蝕，在元件護套或外殼上形成的氧化層，使燃料元件與元件周圍的加壓水之間的熱交換，變得有效，從而加劇了腐蝕，并且，由于燃料元件頂部的溫度比底部溫度高，其氧化層的厚度增加得更快，因而腐蝕現象更進一步加大。

通過在護套的許多點上測量氧化層的厚度，這種分析得到了證實，氧化層是在受到輻照過的燃料元件護套表面上形成的。測量是用渦流探頭完成的。結果表明，氧化層厚度從底部到頂部顯著增加。例如，對于一個用于分析的燃料護套，它受到超過40，000兆瓦日/噸鈾（MWD/TU）的燃耗作用，結果發現，在護套底端部分的厚度約為18微米，而在護套頂端部分達到50微米。申請人還注意到，氧化物的厚度隨著金屬和留在反應堆中的燃料元件上產生的氧化物之間的界面溫度的增加而增加，而頂端部分被增加了厚度的氧化物，又使金屬與氧化物之間的界面溫度增加，從而又加速了氧化物的形成。

為了減少護套頂部腐蝕加劇這一現象，申請人試圖提高在壓水反應堆中的每一燃料元件與冷卻劑（即加壓水）之間，在元件頂部所進行的熱交換。為此，本發明的一個目的是提供一種特殊的，上面所限定的類型的燃料組件，其中，適用于組件上部的上格架的排列距離，比適用于組件下部的下格架的排列距離要小，所述的上格架提供了一種經改進的，對通過上格架進行循環的冷卻劑流（加壓水）的攪動作用，它比按原有技術的上格架所提供的對冷卻劑的攪動作用更為強烈。

于是，能夠得到這樣的效果：

-延緩在組件頂部燃料元件的護套表面上出現的腐蝕，這是由于：

-在組件頂部冷卻劑的攪動更好，同時保持一種可允許的壓降，使反應堆處于良好的條件下工作。

-延緩在護套頂部氧化物的形成，而組件底部，又不致惡化。