[發明專利]一種核燃料元件

有效

• 申請號: 201611246847.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106601311B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 周濤;馬棟梁;齊實;陳柏旭
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G21C3/08
• 分類號: G21C3/08;G21C3/58;G21C3/60;G21C15/18
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 魏茉;劉冬梅

本發明公開了一種核燃料元件，所述核燃料元件(100)包括外殼層(1)和內殼層(2)，所述外殼層(1)和內殼層(2)之間形成封閉結構以填裝燃料芯塊(3)；核燃料元件(100)為管狀結構，其內殼層(2)內部形成中空流道區(4)，所述中空流道區(4)和外殼層(1)外部通以冷卻劑。本發明中核燃料元件具有中空流道區，核燃料元件內外均通過冷卻劑，極大提高了核燃料元件的傳熱效率，可有效避免核燃料元件冷卻效果不足引發事故的可能性。

技術領域

本發明涉及核能源領域，特別涉及一種具有內外雙層防護結構的核燃料元件。

背景技術

核燃料元件是現代社會核能應用中不可或缺的物質支撐。為了制造方便，某些核燃料元件往往設計為實心狀結構，如現在通用的實心圓柱形核燃料元件，六棱錐形式的核燃料元件，第四代高溫氣冷堆中的球形核燃料元件等。核反應堆中的熱量能否即使有效的被冷卻劑帶走，在核電站設計中是一個非常重要的考慮因素，尤其是在發生嚴重事故的情況下，更加需要有效的帶走堆芯余熱、避免反應堆熔堆等事故的發生。核燃料元件內部高溫熱量不能夠有效的被冷卻介質帶走，是核燃料元件所面臨的一個比較重要的問題。

因此，本發明人對核燃料元件進行研究，以提供一種具有高換熱強度的適于核反應堆的核燃料元件。

發明內容

為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，結果發現：對核燃料元件進行中空設計，核燃料元件內外均通過冷卻劑，極大提高了核燃料元件的傳熱效率，可有效避免核燃料元件在嚴重事故情況下冷卻能力不足、發生熔堆事故風險較高、以及在反應堆停堆之后不能很快將堆芯余熱導出所面臨的問題，從而完成本發明。

本發明的目的在于提供一種核燃料元件，所述核燃料元件100包括外殼層1和內殼層2，所述外殼層1和內殼層2之間形成封閉結構以填裝燃料芯塊3；

核燃料元件100為管狀結構，其內殼層2內部形成中空流道區4，所述中空流道區4和外殼層1外部通以冷卻劑。

根據本發明提供的一種核燃料元件，具有以下有益效果：

(1)本發明中核燃料元件具有中空流道區，核燃料元件內外均通過冷卻劑，極大提高了核燃料元件的傳熱效率，可有效避免核燃料元件在嚴重事故情況下發生熔堆事故的可能性；

(2)本發明在與冷卻劑接觸的殼體上設置凸起結構，使冷卻劑形成湍流，可以有效的防止層流邊界層的生成，并由此所形成的冷卻劑二次流可以充分將核燃料元件內部的熱流帶走，提高傳熱效率；

(3)本發明中外殼層和內殼層均包括隔離層和輻射防護層，進一步降低了核泄漏的風險；

(4)本發明中核燃料元件設計原理清晰，結構簡單，可以有效、經濟地被規模化地制造出來，成為一種安全可靠的核燃料元件。

附圖說明

圖1示出本發明中核燃料元件的主截面結構示意圖；

圖2示出本發明中一種優選實施方式的核燃料元件主截面結構示意圖；

圖3示出核燃料元件沿圖2中A-A線的剖視圖；

圖4示出核燃料元件上凸起結構示意圖；

圖5示出本發明中一種優選實施方式中輻射防護層上凸起結構排布方式的示意圖；

圖6示出本發明中一種優選實施方式的上封頭或下封頭上元件接口和出水口的分布示意圖；

圖7示出本發明中一種優選實施方式中核燃料組件中核燃料元件的排布方式示意圖。

附圖標號說明：

100-核燃料元件；

1-外殼層；

11-隔離層Ⅰ；