[發(fā)明專利]小型模塊化反應(yīng)堆燃料組件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380020311.8
• 申請(qǐng)日: 2013-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN104246903A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·A·沃爾頓;G·S·帕必斯;J·M·烏爾曼;J·H·萊斯;M·A·吉里安;A·R·奧斯汀;E·A·巴林格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巴布科克和威爾科克斯M能量股份有限公司
• 主分類號(hào): G21C21/00
• 分類號(hào): G21C21/00;G21D5/04
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 丁曉峰

本申請(qǐng)要求于2012年4月17日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/625,448號(hào)的權(quán)益。在2012年4月17日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/625,448號(hào)的全部?jī)?nèi)容通過引用的方式合并入本文。

背景技術(shù)

下文涉及核動(dòng)力反應(yīng)堆領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域。

參照?qǐng)D1和圖2，其示出了具有壓水構(gòu)造的核電站的下部，一般稱為壓水反應(yīng)堆(PWR)設(shè)計(jì)。核反應(yīng)堆堆芯10包括豎直定向的燃料棒的組件，該組件包含核燃料，核燃料典型地為²³⁵U。核反應(yīng)堆堆芯10設(shè)置在壓力容器12處或壓力容器12的底部，該壓力容器12包含一次冷卻水，一次冷卻水用作慢化劑以緩和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并且用作冷卻劑以冷卻反應(yīng)堆堆芯10。一次冷卻水還用作傳熱介質(zhì)，以將反應(yīng)堆堆芯10中產(chǎn)生的熱量傳送到蒸汽發(fā)生機(jī)。在蒸汽發(fā)生機(jī)中，來(lái)自一次冷卻劑的熱量傳送到二次冷卻回路，以將二次冷卻劑轉(zhuǎn)化成蒸汽，蒸汽用于諸如驅(qū)動(dòng)電力生產(chǎn)設(shè)施的渦輪機(jī)等使用目的。傳統(tǒng)的PWR設(shè)計(jì)包括一個(gè)或(典型地)多個(gè)蒸汽發(fā)生機(jī)，所述蒸汽發(fā)生機(jī)位于包含核反應(yīng)堆堆芯的壓力容器的外部。大直徑的管路將來(lái)自壓力容器的一次冷卻劑運(yùn)送到外部蒸汽發(fā)生機(jī)中，并且從該蒸汽發(fā)生機(jī)返回到壓力容器中，以完成一次冷卻劑流動(dòng)回路。在一些設(shè)計(jì)中，外部蒸汽發(fā)生機(jī)由位于壓力容器內(nèi)的內(nèi)部蒸汽發(fā)生機(jī)代替，后者具有消除大直徑管路(由二次冷卻供水和蒸汽輸出管線代替，該管線典型地具有較小的直徑且不運(yùn)送流過反應(yīng)堆堆芯的一次冷卻劑)的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)注意，圖1是下反應(yīng)堆堆芯區(qū)域的示意圖，并且不包括與蒸汽發(fā)生器或配套部件相關(guān)的特征。

反應(yīng)堆堆芯10的豎直燃料棒組織成燃料組件14。示意性的圖1示出了燃料組件14的9×9陣列的側(cè)視圖，但是可以使用其它大小和/或尺寸的陣列。而各燃料組件14包括諸如18×18陣列的燃料棒或14×14陣列的燃料棒等陣列的豎直定向燃料棒。燃料組件還包括下端配件、上端配件、連接所述端配件的豎直導(dǎo)引管以及多個(gè)連接到所述導(dǎo)引管、儀器管和燃料棒的間隔格架。間隔格架繞導(dǎo)引管配裝，以準(zhǔn)確地限定燃料棒之間的間隔，并使燃料組件14的剛度增加。間隔格架可以焊接到導(dǎo)引管，也可以不焊接到導(dǎo)引管。(注意，圖1和圖2示出了各燃料組件14的燃料棒，這些燃料棒通過豎直直線示意性地被示出，而未示出間隔格架、導(dǎo)引管和其它特征件，這些豎直直線沒有按比例繪制以對(duì)應(yīng)于尺寸或量)。應(yīng)注意的是，燃料組件14的陣列的尺寸通常可以不同于燃料組件14內(nèi)的燃料棒的陣列的尺寸。燃料組件可以使用矩形燃料棒包裝并且具有正方形橫截面，或者使用六邊形燃料棒包裝并且具有六邊形橫截面等。包括燃料組件14的反應(yīng)堆堆芯10設(shè)置在堆芯籃16內(nèi)，該堆芯籃16安裝在壓力容器12的內(nèi)部。各燃料組件14的下端配件包括接合堆芯板的特征部18。(圖1中未以圖解方式示出堆芯板、堆芯籃的安裝和其它細(xì)節(jié))。

該反應(yīng)堆控制系統(tǒng)典型地包括由控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)(在圖1和圖2中未示出)操作的控制棒組件(CRA)。該CRA包括豎直定向控制棒20，控制棒20包含中子毒物。給定的控制棒通過燃料組件14的指定豎直導(dǎo)引管可控地插入一個(gè)燃料組件14中。典型地，用于給定的燃料組件14的所有控制棒在它們的頂端連接到共同終端結(jié)構(gòu)22(有時(shí)稱為爬行器(spider))，并且連接棒24在其下端與該爬行器22連接，而在其上部與控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(上端未示出)連接。因此，用于單個(gè)燃料組件14的CRA包括控制棒20、爬行器22和連接棒24，并且該CRA作為單個(gè)平移單元進(jìn)行移動(dòng)。在PWR設(shè)計(jì)中，CRA定位在反應(yīng)堆堆芯10上方，并且向上移動(dòng)以從燃料組件14將控制棒20收回(并因此增強(qiáng)反應(yīng)作用)，或者向下移動(dòng)以將控制棒20插入燃料組件14(并因此減小反應(yīng)作用)。控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)典型地設(shè)計(jì)成釋放控制棒，以落入反應(yīng)堆堆芯10中，并且在停電或其它異常情況下時(shí)快速地結(jié)束該鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

由于反應(yīng)堆控制系統(tǒng)是有關(guān)安全的特征，適用的核安全規(guī)定(例如，由美國(guó)的核安全管理委員會(huì)(NRC)公布的規(guī)定)適合其可靠性，并且典型地要求該CRA的平移是可靠的并且不易于堵塞。該CRA的平移應(yīng)當(dāng)被導(dǎo)引以確保控制桿豎直移動(dòng)而不會(huì)進(jìn)行不適當(dāng)?shù)膹澢騻?cè)向運(yùn)動(dòng)。為此目的，各CRA由控制棒導(dǎo)引結(jié)構(gòu)30支承，該控制棒導(dǎo)引結(jié)構(gòu)30包括以間隔的方式安裝在豎直框架元件34上的水平導(dǎo)引板32。各水平導(dǎo)引板32包括開口或通道或其它凸輪面(在示意性的圖1和圖2的側(cè)視圖中不可見)，所述開口或通道或其它凸輪面限制CRA，使得棒20、24限制為豎直運(yùn)動(dòng)而沒有彎曲或側(cè)向運(yùn)動(dòng)。