[发明专利]一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构

说明书

本发明属于核燃料元件技术领域，具体涉及一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构，包括：燃料元件1、热管2、限位基体3、筒体容器4及堆芯上栅板5；其中所述燃料元件1和热管2呈蜂窝型排布设置于筒体容器4内部，所述燃料元件1和热管2的排列组合与筒体容器4内壁之间设有限位基体3，所述堆芯上栅板5设于筒体容器4上。

技术领域

本发明属于核燃料元件技术领域，具体涉及一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构。

背景技术

热管是一种高效导热元件，体积小、可靠性高。在反应堆中采用热管导热，可以避免原有反应堆中大型的回路式结构，避免使用大功率的机械泵等设备，极大简化原有反应堆系统。除热管内部工作介质为气液两相介质外，全堆芯材料均为固体结构，减少了化学腐蚀和流致振动的问题。热管反应堆堆芯体积小、固有安全性高、低噪音、系统设备简单可靠，结合热电偶、热声、热光伏等发电技术进行热电转换，可以广泛用作深海核电源、水下核动力、海上核动力、陆上多用途核电源、边远寒冷地区供电供热、空间和星表核电源等等。

燃料元件和基体是热管反应堆的核心，燃料元件需要能够包容燃料芯块、容纳裂变气体，同时与热管紧密配合，以保证传热效率。对于固体结构的热管反应堆，需要合理安排堆芯燃料、热管和系统结构的布置，使堆芯能够在热膨胀和辐照肿胀、蠕变等作用下实现紧密配合，同时不因过大的接触应力、热应力等造成反应堆形变过大进而导致堆芯功能失效和热管传热失效。现有技术中圆形燃料包壳和热管包壳的基体与包壳之间的间隙过大。

因此，需要设计一种采用六棱柱包壳结构的热管反应堆燃料元件的堆芯结构，能够最大化利用堆芯空间，可通过正六边形结构紧密排列，省略基体与包壳之间的间隙，减小温度梯度，提高热管传热效率,提高堆芯安全裕量。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术的不足，提供一种采用六棱柱包壳结构的热管反应堆燃料元件的堆芯结构，用于解决现有技术中圆形燃料包壳和热管包壳的基体与包壳之间的间隙过大，易造成反应堆形变过大进而导致堆芯功能失效和热管传热失效的技术问题。

本发明的技术方案：

一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构，包括：燃料元件1、热管2、限位基体3、筒体容器4及堆芯上栅板5；其中所述燃料元件1和热管2呈蜂窝型排布设置于筒体容器4内部，所述燃料元件1和热管2的排列组合与筒体容器4内壁之间设有限位基体3，所述堆芯上栅板5设于筒体容器4上。

所述燃料元件1和热管2均为外形相同的六棱柱结构，每个热管2外侧设有六个燃料元件1组成完美契合的蜂窝型结果。

所述燃料元件1包括：上端塞11、燃料元件六棱柱包壳管12、气腔弹簧13、燃料芯块14和下端塞15；所述燃料元件六棱柱包壳管12中空且两端开口，所述上端塞11设于燃料元件六棱柱包壳管12上端开口处，下端塞15设于燃料元件六棱柱包壳管12下端开口处；位于燃料元件六棱柱包壳管12内部设有燃料芯块14，所述燃料元件六棱柱包壳管12内部位于燃料芯块14和燃料元件上端塞11之间设有气腔弹簧13。

所述下端塞15整体呈“T”字形结构，所述下端塞15的下端外表面设置有螺纹，用于下端塞15的下端插入筒体容器4底部的定位孔后通过螺母连接固定；

所述上端塞11的上部圆周开有环形凹台，上端塞11的中段内部开有圆柱形空腔，空腔下部直径大于空腔上部直径，圆柱形空腔充入惰性气体后进行堵孔焊；上端塞11与上栅板5之间通过压紧弹簧压紧。

所述燃料芯块14整体为圆柱体结构，燃料芯块14材质包括：UN、UO₂或者其它适用的燃料材料，燃料芯块14与包壳内表面之间留有间隙。

所述热管2包括：热管六棱柱包壳21、环形多孔吸液芯22及蒸汽区空腔23；所述热管六棱柱包壳21中空，内部设有环形多孔吸液芯22，所述环形多孔吸液芯22内部为蒸汽区空腔23。