核电宝用燃料组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种核电宝用燃料组件，该燃料组件由六角形外壳，固态燃料片、冷却剂管、充填气体、上封板、下封板、压紧弹簧各部分组装组成。本实用新型专利技术的优点在于燃料份额高，可缩小堆芯体积，避免了传统氧化物燃料芯块中心易开裂的问题，避免了传统反应堆存在的流致振动问题。

【技术实现步骤摘要】
核电宝用燃料组件
本技术属于核工程领域，尤其涉及一种小型核反应堆燃料组件，适用于液态金属反应堆、压水堆等堆型。
技术介绍
国际原子能机构(IAEA)将“小型”核电机组定义为300MWe以下的机组，其开发运用已经有几十年的历史。近年来，为了满足工业的电力负荷需求，满足那些远离主电网的偏远地区用电需求，国际原子能机构启动了小型反应堆的开发计划。在第四代国际论坛GIF提出的第四代核能系统概念中至少有一半属于中小型反应堆。小型反应堆燃料周期长，无需进行厂内换料，能够为实现燃料供应、国家能源安全以及核不扩散的承诺提供保障。中科院核能安全技术研究所采用铅基反应堆核心技术设计的只有集装箱大小的迷你型核电源装置“核电宝”，满足了海岛海洋平台、偏远地区分布式供电需求。传统商业堆燃料组件为正方形结构，燃料棒之间通过搁架进行定位，这种燃料组件结构比较适合于大功率、水为慢化剂的反应堆，缺点是燃料在堆芯内的体积份额较小，且容易由于流致振动造成包壳管破裂。对于小型核反应堆，改变燃料组件结构提高燃料份额，并通过结构设计避免流致振动是发展趋势。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种核电宝用燃料组件，以提高燃料份额，避免传统反应堆存在的流致振动问题。为此，本技术一方面提供了一种核电宝用燃料组件，包括六角形外壳、固态燃料片、冷却剂管、上封板、下封板、以及压紧弹簧，其中，所述固态燃料片为内部有圆孔的六角形结构，冷却剂管为空心圆管，插入所述固态燃料片的圆孔，其中，所述冷却剂管与所述下封板焊接，所述下封板和所述上封板分别与所述六角形外壳的两端焊接，所形成的密闭空间由填充气体进行填充。进一步地，上述六角形外壳、冷却剂管、上封板、下封板为同种材质金属材料，所述固态燃料片为含铀或含钚材料，充填气体为氦气。进一步地，上述固态燃料片的圆孔之间呈正三角形分布。根据本技术的燃料组件由组件外壳、固态燃料片、冷却剂管等各部分组装组成。采用本技术加工工艺，可以得到壁面光滑平整、高尺寸精度要求的含孔正六角形燃料片产品，可以得到高燃料份额、易于导热的反应堆燃料组件。本技术的优点在于燃料份额高，可缩小堆芯体积，避免了传统氧化物燃料芯块中心易开裂的问题，避免了传统反应堆存在的流致振动问题。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为根据本技术的燃料组件组装流程示意图；图2为根据本技术的固态燃料片加工工艺流程示意图；图3为根据本技术的固态燃料片加工工艺获得的六角形燃料片的示意图；图4为根据本技术的燃料组件的结构示意图；以及图5为图4所示的燃料组件的截面示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。图1至图5示出了根据本技术的一些实施例。如图4和图5所示，核电宝用燃料组件由六角形外壳1、固态燃料片2、冷却剂管3、充填气体、上封板4、下封板5、压紧弹簧6等组成，固态燃料片2为内部有圆孔21的六角形结构，冷却剂管为空心圆管。燃料组件的六角形外壳、冷却剂管、上封板、下封板为同种材质金属材料，固态燃料片为含铀或含钚材料，充填气体为氦气。固态燃料片加工工艺依次包括芯块压制、端面打磨、钻孔、六角形切割、倒角、清洗等步骤。六角形外壳与冷却剂管加工过程包括线切割、切割断面去毛刺、清洗工序；线切割过程的夹具为弹性材料，夹持部位具有大的接触面积，避免切割过程出现夹持部位变形；切割断面去毛刺采用刚玉砂纸打磨；六角形外壳与冷却剂管的清洗，依次包括表面活性剂温水超声清洗、丙酮清洗、温水冲淋、冷水清洗、蒸馏水清洗、无水乙醇清洗、晾干等步骤。燃料组件组装工艺为冷却剂管插入含圆孔的固态燃料片，冷却剂管与下封板焊接，整体装入六角形外壳，下封板与六角形外壳焊接，装入压紧弹簧和上封板，上封板与六角形外壳焊接。按照图1所示工艺流程，燃料组件加工工艺包括六角形外壳加工、冷却剂管加工、固态燃料片加工、上封板加工、下封板加工和各部分组装等步骤。冷却剂管和六角形外壳加工过程，以冷却剂管为例：对外径6～15mm，壁厚0.3～1mm的锆合金薄壁钢管，进行线切割，切割为定长的短管，短管切割断面采用400目砂纸手工打磨光滑，打磨后的短管进行清洗，清洗步骤依次为碳氢清洗剂加60℃温水加超声5～20min、丙酮清洗2～10min、60℃温水清洗2～10min、冷水冲淋5～15min、蒸馏水清洗2～10min、无水乙醇清洗1～5min、晾干30～60min，得到成品冷却剂管。按照图2所示工艺流程加工了固态燃料片，成品如图3所示。加工的六角形燃料片贯穿孔之间呈正三角形分布。具体加工过程如下：芯块压制烧结：将二氧化铀粉末、添加剂等混合后冷压制为外部正六角形中心有圆形通孔的粗胚，粗胚等离子火花烧结成一定对边距和厚度的陶瓷芯块。打磨：用磨床对切割后的陶瓷芯块进行上下端面打磨。钻孔：用精雕机对打磨后的燃料片上端面进行钻小孔，完成全部贯穿孔加工后；更换钻孔稍大的钻头，在燃料片上端面钻小孔位置处钻孔至贯穿，完成全部贯穿孔加工。倒角：利用精雕机和倒角模具对燃料片贯穿孔进行倒角。六角形切割：用精雕机对燃料片进行六角形外形切割，得到对边距固定的含孔正六角形燃料片。再倒角：更换模具，用精雕机对六角形燃料片上端面与壁面连接处进行倒角，再对六角形燃料片下端面与壁面连接处进行倒角。清洗：用压缩气体对加工好的燃料片进行吹扫清洗。按照图1所示工艺流程组装燃料组件。组件各部分组装过程包括冷却剂管插入含圆孔的固态燃料片，冷却剂管与下封板焊接，整体装入六角形外壳，下封板与六角形外壳焊接，装入压紧弹簧和上封板，上封板与六角形外壳焊接。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电宝用燃料组件，其特征在于，包括六角形外壳、固态燃料片、冷却剂管、上封板、下封板、以及压紧弹簧，其中，所述固态燃料片为内部有圆孔的六角形结构，冷却剂管为空心圆管，插入所述固态燃料片的圆孔中，所述冷却剂管与所述下封板焊接，所述下封板和所述上封板分别与所述六角形外壳的两端焊接，所形成的密闭空间由填充气体进行填充。

【技术特征摘要】
1.一种核电宝用燃料组件，其特征在于，包括六角形外壳、固态燃料片、冷却剂管、上封板、下封板、以及压紧弹簧，其中，所述固态燃料片为内部有圆孔的六角形结构，冷却剂管为空心圆管，插入所述固态燃料片的圆孔中，所述冷却剂管与所述下封板焊接，所述下封板和所述上封板分别与所述六角形外壳的两端焊接，所形...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：安徽中科超安科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34