[发明专利]一种套管式燃料组件及超临界水冷堆

说明书

本发明公开了一种套管式燃料组件及超临界水冷堆，所述燃料组件沿着径向由内到外依次为内内管和外管，所述内管所围区域为内区，所述内区内布置有内区燃料棒，外管与内管之间的区域为外区，所述外区内布置有外区燃料棒，所述外管的上部为开口结构，下部为封闭式结构，所述内管的两端均为开口结构，冷却剂在外区从上向下流动，冷却剂在内区从下向上流动，所述内区燃料棒的燃料富集度高于外区燃料棒的燃料富集度。本发明解决了现有由于采用慢化水棒及冷却剂多流程设计技术，导致的燃料组件及堆芯结构复杂化问题，同时具有提高堆芯冷却剂流速、强化传热，降低燃料包壳温度的优点。

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种套管式燃料组件及超临界水冷堆。

背景技术

超临界水冷堆(SCWR)是第IV代核能国际论坛(GIF)筛选出的最具发展前景的六种核能系统之一。为了提高系统的热效率，获得更高的经济性，系统运行压力约为25MPa，出口温度则达到500℃以上，使得堆芯冷却剂的平均温度较高、密度较低，导致堆芯热工安全裕量小且需要采用较高的燃料富集度，显著影响超临界水冷堆(SCWR)的技术指标及市场竞争力。为此，国内外超临界水冷堆设计方案采用了较为复杂的燃料组件结构、反应堆总体结构，用以增加反应堆的热工安全裕量及经济性，但显著降低了超临界水冷堆(SCWR)的工程可实现性。因此，非常有必要探索结构形式更为简单的SCWR燃料组件方案，以提高超临界水冷堆(SCWR)燃料组件及堆芯设计的工程可实现性和经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现冷却剂隐式双流程流动的套管式燃料组件，有效解决现有由于采用慢化水棒、冷却剂多流程设计及高低温流体分流技术，导致的燃料组件及堆芯结构复杂化问题，同时确保堆芯冷却剂流速、强化传热能力及安全性。

此外，本发明还提供基于上述套管式燃料组件的超临界水冷堆，所述超临界水冷堆具有结构简单的优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种套管式燃料组件，所述燃料组件沿着径向由内到外依次为内内管和外管，所述内管所围区域为内区，所述内区内布置有内区燃料棒，外管与内管之间的区域为外区，所述外区内布置有外区燃料棒，所述外管的上部为开口结构，下部为封闭式结构，所述内管的两端均为开口结构，冷却剂在外区从上向下流动，冷却剂在内区从下向上流动，所述内区燃料棒的燃料富集度高于外区燃料棒的燃料富集度。

本发明外管的上部为冷却剂的入口，下部用于隔离不同流向的冷却剂。

本发明的冷却剂从外管的上部开口端进入外管后，向下流动至外管的下部封闭端，在封闭端处改变流向进入内管下部，冷却剂在内管内向上流动，从内管的上端流出，为隐式双流程流动方案。

本发明所述燃料组件内部不设置慢化水棒及导向管，显著简化了燃料组件方案；燃料组件采用径向分区设计方法，以及更为简单可靠的单流程冷却剂流动方案，低温冷却剂从堆芯顶部进入燃料组件外区，不但显著简化了堆芯结构，还提高了冷却剂流速，强化了冷却剂传热能力。

沿燃料组件径向分区越多，燃料组件结构越复杂，本发明综合考虑了燃料组件的结构复杂度、冷却剂在燃料区流速及传热能力、低温冷却剂从堆芯进入燃料组件的可行性、高温冷却剂从燃料组件流出的可行性等因素，燃料组件沿径向分为两区，即在组件尺度实现冷却剂的隐式双流程流动。

进一步地，内管的上部凸出于外管，保证燃料组件外区低温冷却剂与内区高温冷却剂之间的隔离，使内区高温冷却剂向上流入压力容器蒸汽腔室。

进一步地，燃料组件为圆柱状结构，便于相邻的3个燃料组件构成的三角形低温冷却剂通道区域面积最大化，在此区域布置导向管或其它测量装置。

进一步地，内区燃料棒和外区燃料棒均采用圆环状布置，与内管、外管形状匹配，燃料棒装载量最大化，提高燃料装载量并降低燃料棒平均线功率密度，同时减少燃料组件内的冷却剂无效流通面积。