[发明专利]应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆燃料组件技术领域，具体涉及一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件。

背景技术

由于超临界水较大的焓升和较低的功率密度，超临界水冷堆(SCWR)组件的设计涉及到强烈的物理热工耦合。组件的中子经济性和结构复杂性将直接影响SCWR堆芯的经济性，而SCWR堆芯的经济性优势主要体现在系统热效率高和设备简化。为了获取较高的冷却剂出口温度，进而提高系统热效率，需要尽可能展平组件内的功率分布，降低局部功率峰值因子。为了有效降低局部功率峰值因子，国际上曾提出过多种燃料组件概念设计方案。

目前，国际上提出的应用于超临界水冷堆的燃料组件类型主要分为六角形燃料组件和方形燃料组件。六角形燃料组件方案主要有日本超临界水冷堆SCLWR使用的Dobashi组件方案(见图1)和2001年Bittermann提出的方案(见图2)，均为单排燃料棒排列方式。正方形燃料组件方案主要有单排正方形燃料组件(见图3)和双排正方形燃料组件(见图4)。

在单排六边形燃料组件的Dobashi方案中，组件中心和边缘的燃料棒分布要比次边部分密集，密集分布的燃料棒所受的慢化弱于均匀分布的燃料棒，在同样的燃料富集度的情况下，这样的布置必然使整个组件的局部功率峰值因子偏高。为了解决这个问题，不得不在一个组件内部采用三种燃料富集度的燃料棒，增加了组件及堆芯设计的复杂程度。

Bittermann组件方案同样存在慢化不均匀的问题，即使把六个角点处的燃料棒换成不锈钢实心棒，组件采用6％均一富集度燃料棒时的局部功率峰值因子F_L也接近1.30。

对于正方形组件方案，图3给出了单排正方形燃料组件的一种优化布置方式，组件内采用了2种富集度的燃料棒。图4给出了双排正方形燃料组件的示意图，组件内采用同一种富集度的燃料棒。正方形水棒慢化效果的周向均匀性较差，水棒周围不同位置的燃料棒所受的慢化效果差异较大。双排正方形组件虽然克服了单排正方形组件对靠近组件盒的燃料棒慢化较弱的缺点，但对水棒角点处的燃料棒的慢化改善并不明显，仍会出现较明显的功率分布差异。

《核科学与工程》2009年第1期发表的《超临界水堆燃料组件的排列分析》中，对超临界水堆燃料组件的几种排列方式进行了简单的分析，其中提到的六边形组件方案，但文中研究较为初步，提出的组件存在很多问题。首先，组件内使用了氢化锆慢化材料和不锈钢中子吸收体，增加了组件结构设计的复杂程度，降低了组件的中子经济性；其次，其中提到的组件方案采用细燃料棒，组件尺寸和燃料装量较小，不利于控制棒驱动机构布置和堆芯燃料装载布置；另外，文中方案没有考虑组件的结构性能和热工性能，组件中的组件盒壁厚度、慢化盒璧厚度等不具备工程可实现性。文中只是对各种可能的排列方式的简单对比，并没有形成实际的产品和组件布置方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较好的均匀慢化和充分慢化能力、局部功率峰值因子尽量低的应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件。

本发明的技术方案是：

一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：在六边形组件盒内部置有多个六边形慢化剂通道，在相邻的六边形慢化剂通道之间布置两层燃料棒。

如上所述的一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：在所述六边形组件盒中心置有一个与六边形组件盒同结构、按比例缩小的中心六边形慢化剂通道，所述中心六边形慢化剂通道的各个边具有连续重复排列的六边形慢化剂通道，所述组件边缘采用多个梯形慢化剂通道。

如上所述的一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：在所述梯形慢化通道两侧的空水隙处布置空心或实心的定位件。

如上所述的一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：所述燃料组件内的结构材料、导向管、包壳和盒壁材料均采用Inconel718或不锈钢310S。

如上所述的一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：所述六边形慢化剂通道取0.8～1.8mm，梯形慢化剂通道的盒壁厚取0.8～1.8mm，组件盒壁厚取1～2mm。

如上所述的一种应用于超临界水冷堆的双排六边形燃料组件，其中：在所述六边形组件盒中心置有一个与六边形组件盒正交、按比例缩小的中心六边形慢化剂通道，所述中心六边形慢化剂通道的各个边具有连续重复排列的六边形慢化剂通道，所述组件边缘采用多个三角形慢化剂通道。