[發(fā)明專(zhuān)利]一種環(huán)形燃料元件及環(huán)形燃料超臨界水堆

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110273145.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102354539A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單建強(qiáng);楊玨;朱元兵;張博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中科華核電技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G21C3/06
• 分類(lèi)號(hào): G21C3/06;G21C3/08;G21C1/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超臨界水堆，尤其是一種具有更高安全性能的環(huán)形燃料超臨界水堆。

背景技術(shù)

超臨界水堆(SCWR)是第四代國(guó)際論壇(GIF)選定的需要進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的六種反應(yīng)堆堆型之一，本質(zhì)上就是運(yùn)行在高溫高壓工況下的反應(yīng)堆。出口溫度為500℃左右，使得SCWR的熱效率大約為45％，比目前的輕水堆33％的效率要高得多，同時(shí)可以顯著簡(jiǎn)化電廠設(shè)施，再加上早已商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的超臨界常規(guī)電廠的豐富經(jīng)驗(yàn)，所以SCWR被認(rèn)為是一種有前途的先進(jìn)核能系統(tǒng)。

盡管超臨界水堆具備了諸多優(yōu)點(diǎn)，也面臨著一些亟待解決的問(wèn)題。(1)在熱譜超臨界水堆中，為了滿(mǎn)足慢化的要求，基本上都采用慢化劑水洞的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)慢化，這往往會(huì)導(dǎo)致堆芯內(nèi)的功率分布不均勻；(2)與現(xiàn)有的亞臨界水堆采用DNBR作為設(shè)計(jì)限值不同，超臨界水堆的熱工設(shè)計(jì)限值為包殼的最高包殼溫度。根據(jù)鎳基包殼材料的性能，要求在正常運(yùn)行時(shí)，其包殼溫度不得超過(guò)650℃，在發(fā)生預(yù)計(jì)運(yùn)行事件后，其溫度不得超過(guò)850℃。現(xiàn)有的超臨界水堆設(shè)計(jì)(如日本，歐洲等)普遍采用傳統(tǒng)的棒形燃料元件，通過(guò)采用精心挑選的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和假設(shè)，其計(jì)算結(jié)果基本都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但如果考慮到設(shè)計(jì)、制造的偏差，關(guān)系式本身的巨大不確定性等，其設(shè)計(jì)限值可能會(huì)突破。因此，有必要重新考慮堆芯燃料元件的結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種環(huán)形燃料超臨界水堆，該超臨界水堆使用環(huán)形燃料元件替代現(xiàn)有的棒狀燃料元件，并采用獨(dú)特的冷卻劑流動(dòng)方案，能有效地降低堆芯內(nèi)燃料棒的包殼溫度和徑向功率因子。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：

這種環(huán)形燃料元件，該環(huán)形燃料元件是橫截面為環(huán)形的筒體結(jié)構(gòu)，其從外層至內(nèi)層分別由外包殼、外氣隙、燃料芯塊、內(nèi)氣隙和內(nèi)包殼構(gòu)成。

一種基于上述環(huán)形燃料元件的組件盒，將多個(gè)所述環(huán)形燃料元件和導(dǎo)向管間隔排列并利用繞絲進(jìn)行定位后裝在組件盒里。

上述環(huán)形燃料元件和導(dǎo)向管軸向平行且間隔排列成橫截面為正方形的陣列并裝在正方形組件盒里構(gòu)成正方形環(huán)形燃料組件；或所述環(huán)形燃料元件和導(dǎo)向管軸向平行且間隔排列成橫截面為六邊形的陣列并裝在六邊形組件盒里構(gòu)成六邊形環(huán)形燃料組件。

進(jìn)一步的，上述環(huán)形燃料元件和導(dǎo)向管在正方形組件盒里軸向平行排列為橫截面為17×17的矩陣。

進(jìn)一步的，將169根上述所說(shuō)的環(huán)形燃料元件和導(dǎo)向管在六邊形組件盒里軸向平行排列為橫截面為六邊形的陣列。

根據(jù)以上技術(shù)，本發(fā)明提出一種環(huán)形燃料超臨界水堆，該水堆從外到內(nèi)分別由壓力容器、下降段、堆芯吊籃和環(huán)形燃料組件組成，所述環(huán)形燃料組件是由多個(gè)正方形環(huán)形燃料組件或六邊形環(huán)形燃料組件軸向平行排列組成。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明在超臨界水堆堆芯內(nèi)，使用環(huán)形元件替代現(xiàn)有的棒狀燃料元件，和傳統(tǒng)的棒狀燃料元件相比，環(huán)形燃料元件多一個(gè)內(nèi)通道，具有更大的換熱面積，能更快地帶走燃料芯塊產(chǎn)生的熱量，有效地降低燃料芯塊和包殼的溫度，把環(huán)形燃料元件按一定的排列和間距裝載在正方形或者六邊形的燃料組件盒內(nèi)，形成環(huán)形燃料組件，再把這些正方形或者六邊形的環(huán)形燃料組件按一定的排列和數(shù)量裝入堆芯。采用內(nèi)冷外熱的冷卻劑流動(dòng)方案，即冷卻劑先流入環(huán)形燃料元件的內(nèi)通道，在堆芯的下腔室混合后，再流入外通道，這樣可以保證環(huán)形燃料元件內(nèi)通道的超臨界水溫度較低，具有較好的慢化能力，從而可以減少慢化劑水洞的數(shù)量，達(dá)到降低燃料棒徑向功率因子，展平堆芯功率分布的目的。

綜上所述，本發(fā)明可以通過(guò)有效地增加傳熱面積來(lái)降低燃料芯塊和包殼的溫度；且由于作為慢化劑的低溫水處于燃料元件的內(nèi)通道，因此對(duì)物理上的反饋更加均勻，可以有效地降低徑向功率因子。

附圖說(shuō)明

圖1是環(huán)形燃料元件的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是冷卻劑在環(huán)形燃料元件中流動(dòng)示意圖；

圖3是17×17正方形環(huán)形燃料組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是169棒六邊形環(huán)形燃料組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是正方形和六邊形的環(huán)形燃料組件堆芯布置圖；

圖6是環(huán)形燃料超臨界水堆堆芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

表1是環(huán)形燃料超臨界水堆的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。