[发明专利]一种适用于超临界水冷堆的方形燃料组件结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应堆堆内构件，具体涉及一种燃料组件。

背景技术

超临界水冷堆（SCWR）具有热效率高、经济性好、系统简单、结构紧凑等优点，作为第四代国际核反应堆论坛(GIF)选定的反应堆概念堆型，是目前最有应用前景的第四代反应堆堆型之一。

超临界水冷堆堆芯出口温度较高（500℃以上），而且堆芯进/出口温差也较高（220℃以上），给超临界燃料组件的设计带来的巨大的挑战。较高的堆芯冷却剂进/出口温差导致冷却剂密度变化很大，堆芯上部的中子慢化严重不足，较高的堆芯出口温度也增加了堆芯结构流程的复杂性，类似现在压水堆单流程堆芯设计已不能满足SCWR的要求。为了解决堆芯存在的温差问题，有必要设计两流程或三流程的堆芯，这无疑增加了燃料组件设计的复杂性。

现在，针对超临界水冷堆进行燃料组件详细设计研究的国家主要为日本和欧盟。

在日本，超临界水冷堆被称为超临界轻水堆（SCLWR-H），采用双流程堆芯设计。燃料组件截面如图1所示。堆芯燃料组件包含300根燃料棒A101、36个正方形水棒102和24个边界矩形水棒103，仪表管104位于组件的中心位置，在中心16个正方形水棒102中间布置控制棒导向管105，在外围还有一个组件盒106。包壳及结构材料均采用镍基合金。该方案中，水棒盒数量多，冷却剂和慢化剂分流比较困难，组件结构稳定性较差，且需较多的结构材料。

在欧盟，超临界水冷堆被称作为高性能轻水堆（HPLWR）。为了达到出口超过500℃的高温，欧盟提出了三流程堆芯设计（即分三步加热并带中间混合的堆芯设计）。欧盟超临界燃料组件横截面如图2所示，每个燃料组件由9个子组件构成，子组件间有水隙109。每个子组件都有一个不锈钢方盒，其内包含40根燃料棒B107，围绕每根燃料棒B107缠绕了一根绕丝108，在绕丝108和燃料棒B107或盒壁111之间分别留有间隙。每根子组件中心还有一个慢化剂容器110。在该方案中，子组件数量较多，燃料组件连接结构设计相对复杂。

为了解决上述问题，发明人经过研究提出了一种适应双流程堆芯结构，结构简单可靠的方形燃料组件结构。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种适用于超临界水冷堆的方形燃料组件结构，以克服现有超临界水冷堆燃料组件冷却剂和慢化剂分流困难的不足。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种适用于超临界水冷堆的方形燃料组件结构，主要由排列成方形的多个子组件、同时与多个子组件两端连接的上管座和下管座构成，所述燃料组件中设置有彼此分隔的慢化剂通道和冷却水通道。在该技术方案中，为冷却水和慢化剂各提供一个通道，使冷却水与慢化剂彻底分流，让子组件中的燃料棒能够主要对冷却水进行加热，提高了加热效率，使得燃料组件的出口温度经过较少的流程即可达到预定温度。

作为本发明的第一种优化方案，还包括设置于所述上管座内的多个上慢化剂管和设置于所述下管座内的多个下慢化剂管，所述子组件包括子组件盒、慢化剂盒和燃料棒，慢化剂盒设置于子组件盒中部，燃料棒设置于慢化剂盒与子组件盒之间，上慢化剂管和下慢化剂管与慢化剂盒连通组成慢化剂通道，上管座和下管座与子组件盒连通组成冷却水通道。在本优化方案中，发明人对慢化剂通道和冷却水通道进行了限定。慢化剂通道由多个上、下慢化剂管与多个慢化剂盒连通而成，即在每个子组件内均有一条慢化剂通道，保证了慢化的均匀性。冷却水通道由上管座、下管座与子组件连通得到的空间组成，即每个子组件都有一条对应的冷却水通道，对冷却水分开加热，这样更容易实现对冷却水温的控制。

作为本发明第一种优化方案的进一步优化，还包括分别设置于所述子组件盒上下两端的上连接板和下连接板，所述燃料棒的两端固定在上连接板和下连接板上，上连接板上开设有连通子组件和与上管座的冷却水孔，下连接板上开设有连通子组件和与下管座的冷却水孔，上慢化剂管穿过上连接板与慢化剂盒连接，下慢化剂管穿过下连接板与慢化剂盒连接。上连接板和下连接板的主要目的是固定燃料棒和子组件盒。

作为本发明的第二种优化方案，还包括管座连接件，所述每个子组件都通过管座连接件与上管座和下管座连通。管座连接件使得每个子组件与上管座和下管座的连接更加容易。