[发明专利]一种下端固定式双面冷却环形燃料棒

说明书

本发明提供一种下端固定式的双面冷却环形燃料棒。该环形燃料棒包括上端塞、下端塞、内包壳、外包壳、环形燃料芯块；其中，内包壳和外包壳嵌套形成的空腔用来容纳环形燃料芯块，内包壳和外包壳上方连接上端塞、下方连接下端塞；所述的环形燃料棒的下端塞通过管状固定件固定在下管座上。本发明环形燃料棒通过管状固定件固定在下管座上，避免了运行过程中夹持燃料棒的弹簧的夹持力减小，造成燃料棒落在下管座上损坏燃料棒的问题。本发明环形燃料棒，能双面冷却，即内外均可以有冷却剂流通，对燃料棒进行冷却。与现有压水堆燃料棒相比，燃料传热面积增大50％，燃料芯块最高温度降低了1000℃，线功率密度增大20％～50％，流动阻力减小20％。

技术领域

本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种燃料棒，进一步涉及一种下端固定式双面冷却环形燃料棒。

背景技术

核电站反应堆运行过程中，核燃料的性能是影响反应堆安全性和经济性的重要因素。因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。

通常核燃料都设计成实心圆柱状的，由上下端塞、芯块、压紧弹簧和包壳组成，冷却剂从包壳外流过，对燃料棒进行冷却。

在现有压水堆燃料组件设计中，燃料棒一般采用定位格架夹持悬空的方式，下管座通过控制棒导向管支撑整个燃料组件。这种设计对定位格架的要求比较高。在反应堆运行的期末，由于辐照的作用夹持燃料棒的弹簧的夹持力会急剧减小，燃料棒一般会落在下管座上，在冷却剂的流动作用下，燃料棒可能会上下窜动，这会导致燃料棒破损的风险。

与传统的实心圆柱状燃料相比，环形燃料的好处是在很高的线性密度下，燃料中心的温度仍然很低，燃料内的储能较少，裂变气体释放较少。可预期正常运行和瞬态条件下燃料性能较好。国内外未见有文献对环形燃料棒具体结构详细公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能双面冷却且结构简单易于加工的下端固定式的双面冷却环形燃料棒。

实现本发明目的的技术方案：一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，该环形燃料棒包括上端塞、下端塞、内包壳、外包壳、环形燃料芯块；其中，内包壳和外包壳嵌套形成的空腔用来容纳环形燃料芯块，内包壳和外包壳上方连接上端塞、下方连接下端塞；所述的环形燃料棒的下端塞通过管状固定件固定在下管座上。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的环形燃料棒长度与内包壳内径比为(400～600)：1，环形燃料棒长度与外包壳外径比为(200～350)：1。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的内包壳的外表面与环形燃料芯块的内表面间隙为0.02～0.1mm；所述的外包壳的内表面与环形燃料芯块的外表面间隙为0.03～0.15mm。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的管状固定件上或者下端塞避开焊接位置处开有2至6个侧开孔，防止堵流，冷却剂为从下往上端塞流。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的环形燃料棒的下端塞通过管状固定件固定在下管座上，其管状固定件上端螺旋连接在下端塞的外表面，管状固定件下端固定在下管座上的固定方式包括螺旋连接、卡扣连接、C形环或销钉连接。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的上端塞或下端塞外表面带有倒角结构。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的管状固定件外表面带有倒角结构。

如上所述的一种下端固定式双面冷却环形燃料棒，其所述的环形燃料芯块上端安装有压紧弹簧。所述的压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上。