[實用新型]一種內冷式壓水反應堆堆芯

有效

• 申請號: 201420483005.X
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN204288819U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 于濤;謝金森;李小華;劉紫靜;何麗華
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: G21C3/32
• 分類號: G21C3/32;G21C3/322;G21C3/07
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本實用新型屬于核反應堆技術領域，涉及一種內冷式壓水反應堆堆芯。

背景技術

在滿足安全限值的前提下，提高反應堆的輸出功率有助于提升核反應堆的經濟性與小型化。限制反應堆輸出功率的主要因素是燃料包殼與燃料芯塊中心溫度。通過增加冷卻劑流量、增大傳熱面積、減小燃料元件尺寸可實現在滿足安全限值前提下提升堆芯輸出功率的目的。在減小燃料元件尺寸方面，考慮到機械加工的可行性，目前可行的最小燃料棒直徑約6.5mm；在增大傳熱面積方面，采用環形雙冷燃料元件，降低了燃料元件溫度，可在保證安全的前提下，提升堆芯功率。

目前的壓水反應堆提升功率密度的研究中，小直徑燃料元件與環形燃料元件的設計均可降低燃料芯塊的中心線溫度，但減小燃料元件直徑會導致其機械強度的降低與流致振顫的增大；環形燃料元件的冷卻劑流道復雜，不利于反應堆堆芯設計，同時冷卻劑壓降也將增大，需要更大功率的主泵維持一回路強迫循環。

壓水反應堆燃料元件一般為棒束結構，堆芯的冷卻劑流量(流速)由熱工與水力(流致振顫)共同確定，冷卻劑流量增加，將導致燃料?元件的流致振顫增大，燃料包殼與定位格架的摩擦增大，會對燃料包殼的完好性產生影響。因此，目前通過增加冷卻劑流量提升壓水反應堆功率密度的研究相對較少。《南華大學學報-自然科學版》2012年第26卷第3期發表的《反轉反應堆堆芯組件中子學問題初步研究》、《反轉壓水反應堆熱工水力特性初步研究》和《核動力工程》201年第5期第34卷發表的《內冷式壓水反應堆堆芯組件中子學初步研究》中對內冷式壓水反應堆的燃料組件進行了中子學與子通道熱工水力分析，并沒有形成實際的產品和堆芯設計方案。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種內冷式壓水反應堆堆芯，解決了目前的壓水反應堆，小直徑燃料元件與環形燃料元件的設計均可降低燃料芯塊的中心線溫度，但減小燃料元件直徑會導致其機械強度的降低與流致振顫的增大的問題。

本實用新型所采用的技術方案是包括由若干盒六角形燃料組件構成近似圓柱體，每三個六角形燃料組件構成Y型接觸面，若干個Y型接觸面間布置有Y形板狀控制棒，將六角形燃料組件之間的接觸面之間墊隔出水隙，六角形燃料組件外表由鋯鈮合金構成外包殼，每一個六角形燃料組件由若干個內冷式六角形柵元構成，六角形柵元間無包殼材料，六角形柵元由置于中心的圓形冷卻劑流道和燃料構成，冷卻劑流道為內包殼構成的流道，內包殼材料為鋯鈮合金，內包殼與燃料之間填充錫鉛鉍合金。

進一步，所述六角形燃料組件個數為187盒；所述六角形燃料組?件為長條柱體；所述六角形燃料組件對邊距為213mm。

進一步，所述六角形燃料組件的外包殼厚度為9.8mm，長度為3680mm。

進一步，所述六角形柵元為169個。

進一步，所述燃料中鈾富集度為10％～13％。

進一步，所述冷卻劑流道直徑為11mm，冷卻劑流道外為內包殼，內包殼厚度為0.68mm，內包殼與燃料間隙為0.34mm。

進一步，Y形板狀控制棒厚度為7mm，采用B4C作為中子吸收體，長度3680mm，厚度為5mm。

進一步，所述燃料材料為UTh_0.5Zr_2.25H_5.625。

采用一體式內冷式燃料組件，無橫向支撐結構，堆芯冷卻劑流道簡單。在較大的冷卻劑流速下，堆芯形阻壓降和流致震動小，可獲得較高的輸出功率。

附圖說明

圖1是本實用新型內冷式壓水反應堆六角形燃料組件內部結構示意圖；

圖2是本實用新型內冷式壓水反應堆堆芯布置圖；

圖3是本實用新型內冷式壓水反應堆燃料組件六角形柵元結構圖；

圖4是本實用新型內冷式壓水反應堆燃料組件與Y形板狀控制元件示意圖；

圖5是本實用新型堆芯有效增殖系數隨時間的變化示意圖；

圖6是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑出口溫度分布云圖；

圖7是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑出密度度分布云圖；

圖8是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑壓降隨軸向高度的變化圖；

圖9是本實用新型堆芯最熱通道冷卻劑出口溫度分布云圖。

圖中，1.六角形燃料組件，2.Y形板狀控制棒，3.外包殼，4.六角形柵元，5.冷卻劑流道，6.燃料，7.內包殼。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。