[发明专利]一种基于正方形燃料组件的单流程超临界水冷堆

说明书

本发明公开了一种正方形燃料组件，在正方形燃料组件中心处同轴向设置导向管，导向管内同轴向设置控制棒束；在正方形燃料组件的四角处、以及外围周向四边的中心点处均同轴向设置支撑管；在正方形燃料组件的死板与中心处之间同轴向设置若干燃料棒。一种基于上述的正方形燃料组件的单流程超临界水冷堆，包括若干正方形通道，若干正方形通道相互邻接后呈蜂窝状整体式结构，蜂窝状整体式结构外设置金属反射层；正方形通道用于容纳正方形燃料组件。本发明在满足中子经济性、安全性及工程可实现性条件下，可取消“水棒”的燃料组件设计、实现单流程堆芯设计，利于提高燃料管理的经济性。

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种基于正方形燃料组件的单流程超临界水冷堆。

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。SCWR是一种高温高压水冷反应堆，其冷却剂出口参数在水的热力学临界点之上。与常规压水堆相比，SCWR热效率可以达到45％以上，并充分利用了现有超临界火电机组的技术成果。由于水蒸气参数高，采用直接循环，系统可以大幅度简化。SCWR没有DNB现象，燃料包壳采用不锈钢，彻底消除了潜在的氢暴风险。

尽管SCWR具有诸多优点，但在燃料组件及堆芯设计方面尚存在亟待解决的问题。为了解决SCWR中子严重欠慢化问题、燃料元件包壳壁温较高问题、冷却剂流动不稳定性问题等，在燃料组件设计中引入“水棒”设计方法，在堆芯设计中引入了冷却剂双流程流动设计方法等，使得燃料组件及堆芯结构设计非常复杂，工程可实现性大幅度下降。现有的SCWR设计，例如SCLWR-H、HPLWR等，均采用了带“水棒”设计方案、双流程或三流程堆芯设计方案，在理想条件下，其设计结果基本满足要求，但考虑设计、制造偏差及运行过程面临的复杂工况，燃料组件及反应堆堆芯的现有设计方案可能面临巨大的挑战。因此，非常有必要重新考虑更为简单、可靠的燃料组件及堆芯结构方案，实现SCWR经济性、安全性、技术指标及工程可实现性的统一。

综上所述，在燃料组件及堆芯设计中面临的主要问题是：为了使燃料组件内每根燃料棒获得充分且均匀慢化，必须设置多个“水棒”且均匀布置；为了使不同流程冷却剂在堆芯内部有效分流，必须在燃料组件上下封头及堆内设置高低温流体隔离专用结构，上述设计方法虽然保证了燃料经济性、安全性及技术指标，但燃料组件及堆芯结构趋于复杂化，工程可实现性大幅度降低。因此，如何协调SCWR经济性、安全性、技术指标与工程可实现性之间的矛盾，取消燃料组件“水棒”设计、堆芯双流程设计同时避免SCWR本身的一些缺陷(如SCWR中子严重欠慢化问题、燃料元件包壳壁温较高问题、冷却剂流动不稳定性问题等)是SCWR燃料组件及堆芯设计亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在解决SCWR中子严重欠慢化、燃料元件包壳管壁温较高、冷却剂流动不稳定性等问题时，如何协调SCWR经济性、安全性、技术指标与工程可实现性之间的矛盾，本发明提供了解决上述问题的一种基于正方形燃料组件的单流程超临界水冷堆。

本发明通过下述技术方案实现：

一种正方形燃料组件，在正方形燃料组件中心处同轴向设置导向管，所述导向管内同轴向设置控制棒束；在正方形燃料组件的四角处、以及外围周向四边的中心点处均同轴向设置支撑管；在正方形燃料组件的死板与中心处之间同轴向设置若干燃料棒，相邻燃料棒之间的间隙作为冷却剂流道。

进一步地，所述导向管占用正方形燃料组件中心处若干个栅格位置，导向管正方形结构。

进一步地，若干个控制棒以导向管的中心为基点呈环形排布构成控制棒束。

进一步地，若干燃料棒按照正方形格栅阵列均匀排布。

进一步地，所述正方形燃料组件还包括上端定位架和下端定位架，所述导向管、支撑管和燃料棒安装在上端定位架和下端定位架之间；正方形燃料组件的总高度≤1.5m。利用正方形燃料组件上端定位架和下端定位架进行燃料棒、支撑管、导向管等部件的径向、轴向定位。