[發明專利]一種嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件

有效

• 申請號: 201611055658.8
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106448750B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 夏榜樣;盧迪;王連杰;李慶;李翔
• 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;G21C15/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 高俊

技術領域

本發明涉及用于核反應堆結構技術領域，特別是涉及一種嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件。

背景技術

超臨界水冷堆(SCWR)是第IV代核能國際論壇篩選出的最具發展前景的六種核能系統之一。SCWR核電機組具有熱效率高、系統簡化等突出優點。為了解決SCWR中子慢化不足、堆芯出入口溫差大及流動不穩定性等問題，在熱中子譜組件設計中引入了“水棒”設計，在堆芯設計中冷卻劑采用了多流程流動方案，造成組件及堆芯結構設計極為復雜且制造困難。此外，還發展了無“水棒”的快中子譜超臨界水堆燃料組件及與之相匹配的雙流程冷卻劑流動方案。但超臨界水堆冷卻劑平均密度低，會導致無“水棒”燃料組件設計的水密度反應性系數可能為負值，嚴重影響了堆芯固有安全性。為此，需要在組件中引入固體慢化劑材料，如ZrH、石墨等，給堆芯批次換料方案設計帶來了極大困難。另外，冷卻劑流動方案采用雙流程設計，反應堆堆芯上部需要設置專用的低溫冷卻劑和高溫冷卻劑分流結構，也導致堆芯上部的結構設計非常復雜，給堆內構件及相關設備安裝帶來了較大困難。在理想條件下，基本滿足安全設計要求，若考慮制造偏差及實際運行，熱譜/快譜燃料組件及堆芯設計方案可行性將面臨巨大挑戰。因此，非常有必要重新考慮超臨界水冷堆組件及堆芯設計，實現經濟性、安全性與工程可實現性的協調統一。

發明內容

本發明提供了一種嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件，該燃料組件結構簡單，可有效提高燃料組件制造和使用時的經濟性和安全性。

為解決上述問題，本發明提供的一種嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件通過以下技術要點來解決問題：一種嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件，包括燃料棒及導向管，還包括組件盒、水棒盒及隔熱盒，所述組件盒及隔熱盒均為管狀結構，且組件盒、隔熱盒、導向管、燃料棒相互之間呈平行關系；

所述組件盒套設于隔熱盒的外側，組件盒的兩端均位于隔熱盒的兩端之間；

所述隔熱盒內、隔熱盒的外壁與組件盒內壁之間的空間內均設置有燃料棒，所述導向管設置于隔熱盒內；

所述組件盒上還設置第二流程冷卻劑出口及第二流程冷卻劑入口，所述第二流程冷卻劑出口及第二流程冷卻劑入口均位于組件盒側壁上的；

所述水棒盒為設置于隔熱盒內的管狀結構，水棒盒的長度方向與隔熱盒的長度方向共向。

具體的，以上水棒盒的內孔、組件盒與隔熱盒之間的空間、隔熱盒的內孔中均為冷卻劑的流通通道；本燃料組件中，隔熱盒將冷卻劑的流程分為兩個流程：隔熱盒內的第一流程、隔熱盒與組件盒之間的第二流程，即第一流程與第二流程中均設置有燃料棒：第一流程中的第一流程區燃料棒、第二流程中的第二流程區燃料棒；對組件盒的兩端均位于隔熱盒的兩端之間的限定，即隔熱盒的兩端分別相對于組件盒的對應端外凸，這樣，隔熱盒的兩端中，一端為第一流程冷卻劑入口，另一端為第一流程冷卻劑出口，冷卻劑在流經第一流程區時，水棒盒的中空區域亦作為第一流程區的流通通道，這樣，水棒盒中的冷卻劑作為水棒，在燃料組件工作時起到慢化作用，第一流程區中水棒盒以外的冷卻劑，起到對第一流程區燃料棒的冷卻作用；在第二流程中，設置的第二流程冷卻劑入口作為第二流程冷卻劑的入口，第二流程冷卻劑出口作為第二流程冷卻劑的出口，第一流程冷卻劑出口流出的冷卻劑通過第二流程冷卻劑入口進入到第二流程中。

以上提供的燃料組件方案可代替超臨界水堆堆芯雙流程流動設計方案，由于第一流程的冷卻劑出入口位于隔熱盒的端部，第二流程的冷卻劑出入口位于組件盒的側面，同時，導向管和水棒盒均位于第一流程中，故本方案區別于現有技術，可以取消堆芯上部的高溫與低溫冷卻劑分流結構，從而簡化壓力容器堆內構件設計，減小壓力容器內部構件及相關設備安全難度；通過在燃料組件第一流程的中心區設置水棒盒得到水棒，采用與第一流程燃料棒相同的冷卻劑流動方案，無需設置獨立的冷卻劑分流結構，可適度增強組件中子慢化能力，保證水密度具有正反應性系數，取消快中子譜組件設計采用的固體慢化劑；以上燃料組件中由于向其內部通入冷卻劑實現方案簡單，故相應的堆芯裝載設計方案中可采用以上提供的單一燃料組件形式，這樣，可顯著降低堆芯批次換料設計技術難度。

綜上：本發明提出的嵌入式雙流程超臨界水堆燃料組件，結構設計簡單，物理設計難度小，顯著提高了燃料經濟性、安全性及工程可行性。

更進一步的，為提升冷卻劑對第二流程的冷卻能力，以上第二流程冷卻劑入口和第二流程冷卻劑出口可分別設置在組件盒的不同端部上；為便于實現冷、熱冷卻劑的分離，將燃料組件的儀表管也布置于第一流程中。