[發明專利]超臨界水冷堆流量調節結構和燃料組件

有效

• 申請號: 201310042954.4
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103106930A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 劉曉;張宏亮;盧川;周禹;王留兵;李浩;王尚武;張翼
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C3/322
• 分類號: G21C3/322
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 梁田

技術領域

本發明涉及反應堆堆內構件，具體涉及超臨界水冷堆流量調節結構和燃料組件。

背景技術

長期以來，反應堆的中子經濟性一直是核能行業重點關注的問題。提高反應堆中子經濟性的根本在于減少中子的泄漏和無益吸收。對燃料組件來說，其結構材料和包殼材料需要盡量選用中子吸收較少的合金。

在超臨界水冷堆中，燃料組件為單層結構，其內部的冷卻水流道前后一致，冷卻水從燃料組件的入口進入，經燃料棒加熱后，再由燃料組件的出口排出。在這種結構下，燃料棒會將冷卻水的溫度前后加熱成一致。

由于超臨界水冷堆運行壓力和溫度都很高，燃料組件結構材料不能采用吸收中子較少的鋯合金，而往往選擇不銹鋼或鎳基合金等中子吸收較多的耐高溫材料。例如：歐盟開發的超臨界燃料組件結構材料為不銹鋼，包殼材料為鎳基合金；日本開發的超臨界燃料組件包殼及結構材料均使用鎳基合金。燃料組件結構越復雜，所使用的不銹鋼或鎳基合金越多，中子無益吸收就越多，反應堆的中子經濟性就越差。

在本領域中，急需一種中子經濟性高的燃料組件。發明人經過研究，設計出一種采用分層結構的燃料組件，通過控制冷卻水流道橫截面積的大小來控制冷卻水在燃料組件中不同位置的流量，讓冷卻水在燃料組件中不同位置的溫度不同，從而使燃料組件在低溫區能夠采用中子吸收量少的材料。

申請人還發現，目前普通壓水型反應堆和超臨界水冷堆均未設置專用的流量調節結構，無法實現冷卻劑和慢化劑的準確流量分配，無法改變冷卻劑和慢化劑的流量。而控制冷卻劑和慢化劑的流量能使上述采用分層結構的燃料組件能夠更加有效的實現控制冷卻水溫度的目的。?

流量調節結構首先應用于沸水堆中。沸水堆堆芯流量分配要求很高，因此在堆芯下板流水孔處設置了可更換的節流件，以方便調節進入每組燃料組件的冷卻劑流量。沸水堆節流件結構非常復雜，且由于沸水堆燃料組件與超臨界水冷堆燃料組件結構形式差異，其節流件并不適用于超臨界水冷堆燃料組件。超臨界水冷堆雙流程結構決定了堆芯冷卻劑分配遠遠復雜于普通電站壓水堆及沸水堆，因此，設計一種結構更為簡單，且適用于超臨界水冷堆雙流程堆芯結構的流量調節結構是非常必要的。

發明內容

本發明的第一個目的即在于提供一種超臨界水冷堆流量調節結構，該流量調節結構適用于超臨界水冷堆雙流程結構，而且結構簡單。

本發明的第一個目的通過以下技術方案實現：

超臨界水冷堆流量調節結構，包括分配筒，分配筒上端面上開設有主分流孔和多個副分流孔，副分流孔均勻分布于主分流孔周圍。冷卻水通過主分流孔流經燃料組件，慢化劑通過副分流孔流出燃料組件，實現冷卻水和慢化劑的分配。其中，副分流孔的數量可以根據燃料組件中慢化劑管的數量自由設定。主分流孔和副分流孔的孔徑可以根據燃料組件的工作狀態進行設定，功率越高，孔徑越大，流量越大，反之越小。通過更換不同孔徑的本發明，實現冷卻水和慢化劑流量的調節和分配，適用面廣，自適應性強。本發明定位精度要求不高，與堆芯下板流水孔之間允許存在一定間隙，有利于流量調節結構的安裝與更換。

作為本發明的第一種優化方案，將主分流孔設計成為上細下粗的臺階孔，所述主分流孔的臺階面上設置有定位槽。該定位槽用于實現遠距離操作。通過長桿插入該定位槽，即可遠距離進行本發明的安裝、拆卸或調節，使本發明更具易用性。尤其是在溫度較高時，避免人員近距離安裝、拆卸或調節本發明，安全性高。

作為本發明的第二種優化方案，還包括定位鍵，所述分配筒上端的直徑大于所述分配筒下端的直徑，定位鍵設置于所述分配筒下端外圓面上。本發明安裝于堆芯下板流水孔內，通過分配筒直徑的變化得到一個臺階面，臺階面能夠方便本發明安裝，提高定位精度，并實現本發明的軸向壓緊。定位鍵用于限制本發明的周向轉動。定位鍵采用變形量小的冷裝方式安裝。

作為本發明的第三種優化方案，所述分配筒下端的外圓面上設置有圓錐過渡面。該圓錐過渡面可以使本發明在沒完全對準堆芯下板流水孔時，也能順利安裝。

本發明的第二個目的即在于提供一種反應堆燃料組件，以克服現有的超臨界燃料組件沒有流量調節結構，只能使用銹鋼或鎳基合金等中子吸收較多的耐高溫材料，導致反應堆的中子經濟性差的缺陷。

本發明的第二個目的通過以下技術方案實現：