[实用新型]一种核燃料元件

说明书

技术领域

本实用新型涉及核能源领域，特别涉及一种具有内外双层防护结构的核燃料元件。

背景技术

核燃料元件是现代社会核能应用中不可或缺的物质支撑。为了制造方便，某些核燃料元件往往设计为实心状结构，如现在通用的实心圆柱形核燃料元件，六棱锥形式的核燃料元件，第四代高温气冷堆中的球形核燃料元件等。核反应堆中的热量能否即使有效的被冷却剂带走，在核电站设计中是一个非常重要的考虑因素，尤其是在发生严重事故的情况下，更加需要有效的带走堆芯余热、避免反应堆熔堆等事故的发生。核燃料元件内部高温热量不能够有效的被冷却介质带走，是核燃料元件所面临的一个比较重要的问题。

因此，本发明人对核燃料元件进行研究，以提供一种具有高换热强度的适于核反应堆的核燃料元件。

实用新型内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：对核燃料元件进行中空设计，核燃料元件内外均通过冷却剂，极大提高了核燃料元件的传热效率，可有效避免核燃料元件在严重事故情况下冷却能力不足、发生熔堆事故风险较高、以及在反应堆停堆之后不能很快将堆芯余热导出所面临的问题，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的在于提供一种核燃料元件，所述核燃料元件100包括外壳层1和内壳层2，所述外壳层1和内壳层2之间形成封闭结构以填装燃料芯块3；

核燃料元件100为管状结构，其内壳层2内部形成中空流道区4，所述中空流道区4和外壳层1外部通以冷却剂。

根据本实用新型提供的一种核燃料元件，具有以下有益效果：

(1)本实用新型中核燃料元件具有中空流道区，核燃料元件内外均通过冷却剂，极大提高了核燃料元件的传热效率，可有效避免核燃料元件在严重事故情况下发生熔堆事故的可能性；

(2)本实用新型在与冷却剂接触的壳体上设置凸起结构，使冷却剂形成湍流，可以有效的防止层流边界层的生成，并由此所形成的冷却剂二次流可以充分将核燃料元件内部的热流带走，提高传热效率；

(3)本实用新型中外壳层和内壳层均包括隔离层和辐射防护层，进一步降低了核泄漏的风险；

(4)本实用新型中核燃料元件设计原理清晰，结构简单，可以有效、经济地被规模化地制造出来，成为一种安全可靠的核燃料元件。

附图说明

图1示出本实用新型中核燃料元件的结构示意图；

图2示出本实用新型中核燃料元件主截面为三角环形的结构示意图；

图3示出本实用新型中核燃料元件主截面为圆环形的结构示意图；

图4示出本实用新型中一种优选实施方式的核燃料元件主截面结构示意图；

图5示出核燃料元件沿图4中A-A线的剖视图；

图6示出核燃料元件上凸起结构示意图；

图7示出本实用新型中一种优选实施方式中辐射防护层上凸起结构排布方式的示意图；

图8示出本实用新型中一种优选实施方式的上封头或下封头上元件接口和出水口的分布示意图；

图9示出本实用新型中一种优选实施方式中核燃料组件中核燃料元件的排布方式示意图。

附图标号说明：

100-核燃料元件；

1-外壳层；

11-隔离层Ⅰ；

12-辐射防护层Ⅰ；

121-凸起结构Ⅰ；

2-和内壳层；

21-隔离层Ⅱ；

22-辐射防护层Ⅱ；

221-凸起结构Ⅱ；

3-燃料芯块；

4-中空流道区；

200-元件接口；

300-出水口。

具体实施方式

下面通过对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

当前的核反应堆中的核燃料元件均为实心结构，在核裂变过程中，核燃料元件核心内部的温度会极高。由于冷却剂在核燃料元件外表面通过，热量由核心内部向外部单向扩散，冷却效果(传热效率)受限。若核燃料元件的内部采用空心结构，核燃料元件中空内部和外表面均通过冷却剂，产生的热量可向内外两侧传递，则冷却效果会得到极大改善。本发明人研究证实，中空核燃料元件具有优异的核燃料冷却效果，其将会是未来核燃料元件设计发生、生产制造的趋势之一，具有较为广阔的应用前景。

因而，如图1所示，本实用新型提供了一种核燃料元件，该核燃料元件100包括外壳层1和内壳层2，所述外壳层1和内壳层2之间形成封闭结构用于填装燃料芯块3。