一种热中子谱混合定位多流区燃料组件及超临界水冷堆制造技术

本发明专利技术公开了一种热中子谱混合定位多流区燃料组件，包括隔热围筒和沿径向依次套装于隔热围筒外部的强隔热组件盒和组件格架，隔热围筒内部为内流区，隔热围筒与强隔热组件盒之间为中间流区，强隔热组件盒与组件格架之间为外流区，冷却剂在内流区内自上而下流动，冷却剂在中间流区内自下而上流动，冷却剂在外流区内自上而下流动。还公开了采用所述热中子谱混合定位多流区燃料组件的超临界水冷堆。本发明专利技术的有益效果是：结构设计简单，物理设计难度小，减少了结构材料引入，显著提高了燃料经济性、安全性及工程可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆
，具体涉及一种热中子谱混合定位多流区燃料组件及超临界水冷堆。
技术介绍
超临界水冷堆(SCWR)是第IV代核能国际论坛筛选出的最具发展前景的六种核能系统之一。SCWR核电机组具有热效率高、系统简化等突出优点。为了解决SCWR中子慢化不足、堆芯出入口温差大及流动不稳定性等问题，在组件设计中引入了 “水棒”设计，在堆芯设计中冷却剂采用了多流程流动方案。尤其是热中子谱超临界水冷堆，为了使燃料元件获得充分且均匀慢化，需要“水棒”在组件内均匀分布，且高低温冷却剂需要有效分流，造成组件及堆芯结构设计极为复杂且制造困难，经济性、安全性及工程可实现性大幅度降低。现有超临界水冷堆组件及堆芯设计方案，均有“水棒”或固体慢化剂，且冷却剂为多流程。在较为理想条件下，基本满足安全设计要求，若考虑制造偏差及实际运行面临的复杂工况，组件及堆芯设计方案可行性将面临巨大挑战。此外，为了保证低温冷却剂与高温冷却剂之间的分流及隔热，会向堆芯引入大量强中子吸收结构材料，导致燃料经济性显著下降。因此，非常有必要重新考虑超临界水冷堆组件及堆芯设计，实现经济性、安全性与工程可实现性的协调统一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种热中子谱混合定位多流区燃料组件及超临界水冷堆，解决组件及堆芯结构设计极为复杂且制造困难的问题。克服现有热中子谱超临界水冷堆燃料组件及堆芯设计的不足，取消燃料组件中的“水棒”或“固体慢化材料”，以及多流程冷却剂流动设计方法，简化燃料组件及堆芯内部结构设计，减少结构材料引入，提高燃料经济性及工程可实现性。本专利技术的通过下述技术方案实现: 一种热中子谱混合定位多流区燃料组件，包括隔热围筒和沿径向依次套装于隔热围筒外部的强隔热组件盒和组件格架，隔热围筒内部为内流区，隔热围筒与强隔热组件盒之间为中间流区，强隔热组件盒与组件格架之间为外流区，即所述燃料组件的内部沿径向从内向外依次为内流区、中间流区和外流区。内流区的冷却剂入口位于内流区的上部，内流区的冷却剂出口位于内流区的下部，从而，在内流区内冷却剂从内流区上部流入、从内流区下部流出。燃料组件在压力容器中垂直安装，故所述上部、下部是指燃料组件垂直安装时的上部和下部，这对本领域技术人员而言属于公知常识。中间流区的冷却剂入口位于中间流区的下部，中间流区的冷却剂出口位于中间流区的上部，从而，在中间流区内冷却剂从中间流区下部流入、从中间流区上部流出。外流区的冷却剂入口位于外流区的上部，外流区的冷却剂出口位于外流区的下部，从而，在外流区内冷却剂从外流区上部流入、从外流区下部流出。利用外流区外围设置的组件格架维持燃料组件径向形状和外流区形状及面积。本专利技术根据冷却剂流向及温度将燃料组件划分为多个流区，提高冷却剂流速以强化传热，燃料组件可以获得充分且均匀慢化，代替了目前采用的多流程冷却剂流动方案，大幅简化压力容器结构设计，有效降低了组件结构设计、物理设计难度，减少了结构材料引入，并提高了燃料经济性。隔热围筒内部设置有燃料棒及导向管，燃料棒及导向管通过格架定位安装于隔热围筒内，内流区由燃料棒及导向管构成，冷却剂在内流区内自上而下流动，即冷却剂在内流区内从组件上端进入，从格架下端流出。可选的，所述的内流区内的燃料棒及导向管按正方形或六角形传统栅格排列，并采用格架进行径向和轴向定位，导向管中插入控制棒。隔热围筒与强隔热组件盒之间设置有燃料棒，燃料棒通过绕丝定位安装于隔热围筒与强隔热组件盒之间。中间流区全部由燃料棒构成，冷却剂在中间流区内自下而上流动，即冷却剂在中间流区内从中间流区下端进入，从中间流区上端流出。可选的，所述的中间流区内的燃料棒按正方形或六角形栅格排列，稠密栅格布置，利用绕丝进行自定位，再利用隔热围筒和强隔热组件盒维持径向形状。组件格架与强隔热组件盒之间不设置燃料棒或导向管，组件格架与强隔热组件盒之间仅通过格架连接，即外流区无燃料棒或导向管，为冷却剂通道，组件格架与强隔热组件盒之间沿轴向设置有多层格架，冷却剂在外流区内自上向下流，即冷却剂在外流区内从上端进入，从下端流出。可选的，组件格架与强隔热组件盒之间的间距和中间流区内的棒栅距接近或相同。—种超临界水冷堆，其堆芯采用上述的热中子谱混合定位多流区燃料组件构造而成。低温冷却剂自压力容器冷端进入压力容器后分为3部分:第I部分低温冷却剂为上腔室低温冷却剂，第2部分低温冷却剂为环腔低温冷却剂，第3部分低温冷却剂为堆芯活性区低温冷却剂。第I部分低温冷却剂进入上腔室，再通过燃料组件的上端进入其内流区，向下流经堆芯后进入下腔室，第2部分低温冷却沿压力容器环腔向下流入下腔室，第3部分低温冷却通过吊篮导流孔进入堆芯活性区，经燃料组件的上端进入外流区，向下通过下栅板导流孔，流入下腔室。所有冷却剂在下腔室充分搅混后，沿燃料组件的中间流区向上，经堆芯活性区进入蒸汽腔室，再从压力容器热端流出。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果: 本专利技术提出一种中子能谱为热谱，燃料棒采用格架及绕丝混合定位，根据冷却剂流向及温度划分为多个流区的燃料组件，不设置“水棒”或“固体慢化剂”，燃料元件可以获得充分且均匀慢化，有效降低了组件结构设计、物理设计难度，减少了结构材料引入，并提高了燃料经济性。此外，通过燃料组件多流区设计，提高冷却剂流速以强化传热，代替目前采用的多流程冷却剂流动方案，大幅简化压力容器结构设计，尤其是上部蒸汽腔室结构。燃料组件的内流区燃料棒及导向管采用常规栅格布置，利用组件格架进行定位，显著增强了组件轴向结构设计强度。布置在外流区的组件格架，能够有效维持组件径向形状，保证了组件结构稳定性。本专利技术提出的热中子谱混合定位多流区燃料组件及超临界水冷堆，结构设计简单，物理设计难度小，显著提高了燃料经济性、安全性及工程可行性。【附图说明】此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中: 图1为本专利技术的混合定位多流区燃料组件的一种结构示意图。图2为本专利技术的混合定位多流区燃料组件的另一种结构示意图。图3为采用本专利技术的压力容器内冷却剂流动过程示意图。图4为本专利技术的一种燃料组件堆芯布置示意图。图5为本专利技术的另一种燃料组件堆芯布置示意图。附图中标记及相应的零部件名称: 1-内流区，2-中间流区，3-外流区，4-内流区燃料棒，5-格架，6-导向管，7-隔热围筒，8-强隔热组件盒，9-组件格架，10-压力容器，11-上腔室，12-蒸汽腔室，13-下腔室，14-压力容器冷端，15-压力容器热端，16-吊篮导流孔，17-下栅板导流孔，18-控制棒，19-上腔室低温冷却剂，20-堆芯活性区低温冷却剂，21-环腔低温冷却剂，22-中间流区燃料棒，23-正方形燃料组件，24-六角形燃料组件。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1: 如图1、图2所示，一种热中子谱混合定位多流区燃料组件，包括隔热围筒7和沿径向依次套装于隔热围筒7外部的强隔热组件盒8和组件格架9，隔热围筒7内部为内流区I，隔热围筒7与强隔热组件盒8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热中子谱混合定位多流区燃料组件，其特征在于：包括隔热围筒（7）和沿径向依次套装于隔热围筒（7）外部的强隔热组件盒（8）和组件格架（9），隔热围筒（7）内部为内流区（1），隔热围筒（7）与强隔热组件盒（8）之间为中间流区（2），强隔热组件盒（8）与组件格架（9）之间为外流区（3），在内流区（1）内冷却剂从内流区（1）上部流入、从内流区（1）下部流出，在中间流区（2）内冷却剂从中间流区（2）下部流入、从中间流区（2）上部流出，在外流区（3）内冷却剂从外流区（3）上部流入、从外流区（3）下部流出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏榜样，卢迪，王连杰，李庆，李翔，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51