[發明專利]一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒

在審

• 申請號: 201711369512.5
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN109935350A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 季松濤;史寶磊;何曉軍;張愛民
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G21C3/06
• 分類號: G21C3/06;G21C3/334;G21C3/34
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 莫丹

本發明提供一種下端固定式的雙面冷卻環形燃料棒。該環形燃料棒包括上端塞、下端塞、內包殼、外包殼、環形燃料芯塊；其中，內包殼和外包殼嵌套形成的空腔用來容納環形燃料芯塊，內包殼和外包殼上方連接上端塞、下方連接下端塞；所述的環形燃料棒的下端塞通過管狀固定件固定在下管座上。本發明環形燃料棒通過管狀固定件固定在下管座上，避免了運行過程中夾持燃料棒的彈簧的夾持力減小，造成燃料棒落在下管座上損壞燃料棒的問題。本發明環形燃料棒，能雙面冷卻，即內外均可以有冷卻劑流通，對燃料棒進行冷卻。與現有壓水堆燃料棒相比，燃料傳熱面積增大50％，燃料芯塊最高溫度降低了1000℃，線功率密度增大20％～50％，流動阻力減小20％。

技術領域

本發明涉及核電技術領域，具體涉及一種燃料棒，進一步涉及一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒。

背景技術

核電站反應堆運行過程中，核燃料的性能是影響反應堆安全性和經濟性的重要因素。因此國際上一直將燃料元件的研究放在十分突出的地位，通過優化燃料元件設計、采用先進結構材料、改進元件制造工藝等方法，不斷提高核燃料元件的各種性能，促使核電向更安全和更經濟的方向發展。

通常核燃料都設計成實心圓柱狀的，由上下端塞、芯塊、壓緊彈簧和包殼組成，冷卻劑從包殼外流過，對燃料棒進行冷卻。

在現有壓水堆燃料組件設計中，燃料棒一般采用定位格架夾持懸空的方式，下管座通過控制棒導向管支撐整個燃料組件。這種設計對定位格架的要求比較高。在反應堆運行的期末，由于輻照的作用夾持燃料棒的彈簧的夾持力會急劇減小，燃料棒一般會落在下管座上，在冷卻劑的流動作用下，燃料棒可能會上下竄動，這會導致燃料棒破損的風險。

與傳統的實心圓柱狀燃料相比，環形燃料的好處是在很高的線性密度下，燃料中心的溫度仍然很低，燃料內的儲能較少，裂變氣體釋放較少。可預期正常運行和瞬態條件下燃料性能較好。國內外未見有文獻對環形燃料棒具體結構詳細公開報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能雙面冷卻且結構簡單易于加工的下端固定式的雙面冷卻環形燃料棒。

實現本發明目的的技術方案：一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，該環形燃料棒包括上端塞、下端塞、內包殼、外包殼、環形燃料芯塊；其中，內包殼和外包殼嵌套形成的空腔用來容納環形燃料芯塊，內包殼和外包殼上方連接上端塞、下方連接下端塞；所述的環形燃料棒的下端塞通過管狀固定件固定在下管座上。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的環形燃料棒長度與內包殼內徑比為(400～600)：1，環形燃料棒長度與外包殼外徑比為(200～350)：1。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的內包殼的外表面與環形燃料芯塊的內表面間隙為0.02～0.1mm；所述的外包殼的內表面與環形燃料芯塊的外表面間隙為0.03～0.15mm。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的管狀固定件上或者下端塞避開焊接位置處開有2至6個側開孔，防止堵流，冷卻劑為從下往上端塞流。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的環形燃料棒的下端塞通過管狀固定件固定在下管座上，其管狀固定件上端螺旋連接在下端塞的外表面，管狀固定件下端固定在下管座上的固定方式包括螺旋連接、卡扣連接、C形環或銷釘連接。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的上端塞或下端塞外表面帶有倒角結構。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的管狀固定件外表面帶有倒角結構。

如上所述的一種下端固定式雙面冷卻環形燃料棒，其所述的環形燃料芯塊上端安裝有壓緊彈簧。所述的壓緊彈簧一端頂在環形燃料芯塊上，另一端頂在上端塞上，在壓緊彈簧的推力作用下，環形燃料芯塊壓緊在下端塞上。