CN113871032A - 一种棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯，属于核技术领域，燃料组件包括燃料组件主体，在燃料组件主体上均匀布置有多个用于放置燃料棒的燃料孔道和多个用于冷却剂流通的冷却剂通道；在燃料组件主体端部开有预设深度的分流槽，通过分流槽将各个所述冷却剂通道连通。本发明提供的燃料组件结构能够引导冷却剂在各个通道内均匀分配，展平整个组件的温度分布，为高温气冷堆的安全运行提供有利地保证。
Description
技术领域
本发明属于核技术领域，具体为一种棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯。
背景技术
在核工业中，棱柱型高温气冷堆的堆芯一般采用氦气作为冷却剂，堆芯结构包括燃料区、上反射层以及下反射层，上反射层处于燃料区的上部，下反射层处于燃料区的下部，燃料区由结构相同的燃料组件沿其轴向分层、径向分区依次排布而成。
在反应堆运行过程中，冷却剂在燃料组件各个通道内流动，通过主体石墨材料的导热完成与燃料的换热。由于燃料组件内不同位置的孔道内放置的燃料功率不尽相同，各个冷却剂通道与燃料通道之间的换热路径也不尽相同，因此导致燃料组件整体温度分布的不均匀性，不同冷却剂通道出口的冷却剂温度也各不相同。有时由于上层组件个别冷却剂通道堵塞或者错位，还会导致出现同列下部各层组件相同位置的通道均无法分配到冷却剂的恶劣情况，这极大的影响了高温气冷堆的安全运行。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯，该结构能够引导冷却剂在各个通道内均匀分配，展平整个组件的温度分布，为高温气冷堆的安全运行提供有利地保证。
为达到以上目的，本发明采用的第一种技术方案是：
一种棱柱式高温气冷堆燃料组件，包括燃料组件主体，在所述燃料组件主体上均匀布置有多个用于放置燃料棒的燃料孔道和多个用于冷却剂流通的冷却剂通道；在所述燃料组件主体端部开有预设深度的分流槽，通过所述分流槽将各个所述冷却剂通道连通。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述堆芯燃料组件主体为棱柱形的砖块，材料为石墨、陶瓷或金属材料。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述冷却剂通道为相互独立的圆形通孔。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述分流槽位于所述燃料组件主体的顶部，所述分流槽连接了全部的所述冷却剂通道。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述分流槽位于所述燃料组件主体的底部，所述分流槽连接了全部的所述冷却剂通道。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述分流槽位于所述燃料组件主体的顶部和底部，顶部的分流槽连接燃料组件外圈部分的冷却剂通道，底部的分流槽连接燃料组件内圈部分的冷却剂通道。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述分流槽位于所述燃料组件主体的顶部和底部，顶部的分流槽连接燃料组件左侧部分的冷却剂通道，底部的分流槽连接燃料组件右侧部分的冷却剂通道。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，所述分流槽的深度小于所述燃料组件主体的高度，形状为狭长通道形。
基于上述棱柱式高温气冷堆燃料组件，本发明采用的第二种技术方案是：
一种堆芯，包括燃料区，所述燃料区由结构相同的燃料组件沿其轴向分层、径向分区依次排布而成，所述燃料组件为如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件。
进一步，如上所述的堆芯，通过重力实现上下层燃料组件的紧密接触，通过定位销限制和定位上下层燃料组件的冷却剂通道一一对应。
采用本发明所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯，具有以下显著的技术效果：
本发明通过在组件的端部(顶部或者底部，或者顶部和底部)开设分流槽，通过一定深度的槽道将组件内原本互不相通的冷却剂通道局部连通，冷却剂在进入组件各个冷却剂通道前首先在分流槽内进行初步的搅混和二次分配，使进入各个冷却剂通道的冷却剂温度和流量更为均匀，缓解由于不同冷却剂通道的冷却效果不同造成的组件温度分布不均匀。由于冷却剂在分流槽内能够完成二次分流，可以有效降低上层组件个别冷却剂通道堵塞或者错位对于组件的影响，堵塞通道对应的下层组件通道可以通过分流槽道分得冷却剂，避免下部各层组件相应通道发生无冷却剂通过的恶劣情况，为高温气冷堆的安全运行提供有利地保证。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的棱柱式高温气冷堆燃料组件的结构示意图；
图2是棱柱式高温气冷堆燃料组件顶部整体开槽结构的剖面图；
图3是图2所述结构的俯视图；
图4是棱柱式高温气冷堆燃料组件底部整体开槽结构的剖面图；
图5是图4所述结构的仰视图；
图6是棱柱式高温气冷堆燃料组件双端局部开槽结构的剖面图；
图7是图6所述结构的俯视图；
图8是图6所述结构的仰视图；
图9是棱柱式高温气冷堆燃料组件双端局部开槽结构的剖面图；
图10是图9所述结构的俯视图；
图11是图9所述结构的仰视图；
其中，1-堆芯燃料组件主体；2-冷却剂通道；3-燃料孔道；4-分流槽。
具体实施方式
下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
图1示出了本发明提供的棱柱式高温气冷堆燃料组件的结构示意图，该燃料组件包括燃料组件主体1，在燃料组件主体1上布置有多个燃料孔道3，用于放置燃料棒；在燃料组件主体1上开有多个相互独立的圆形通孔，作为冷却剂通道2，冷却剂在冷却剂通道2内流动过程中冷却燃料及燃料组件；在燃料组件主体1端部(顶部或者底部，或者顶部和底部)开有一定深度的分流槽4，用于连通组件的各个冷却剂通道2。
堆芯燃料组件主体1为棱柱形的砖块，砖块的材料包含但不限于石墨、陶瓷或金属材料。
分流槽4的深度小于燃料组件主体1的高度，为狭长通道形状。
燃料组件的尺寸、形状和布置，根据反应堆堆芯和堆内构件的设计需要而定，考虑的主要因素包括冷却剂通道的进气量、大小、数量和结构形式。
本发明提供的棱柱式高温气冷堆燃料组件，上层组件直接坐落在下层组件上，通过定位销限制和定位，两层组件设计保证紧密接触，冷却剂通道2一一对应，冷却剂由上反射层进气通道进入最上层燃料组件通道进口后，在整列组件的冷却剂通道2内顺畅流动，以确保冷却堆芯的能力。
本发明在组件的端部(顶部或者底部，或者顶部和底部)开设分流槽4，通过一定深度的槽道将组件内原本互不相通的冷却剂通道2局部连通。因此，冷却剂在进入组件各个冷却剂通道2前首先在分流槽4内进行初步的搅混和二次分配，使进入各个冷却剂通道2的冷却剂温度和流量更为均匀，缓解由于不同冷却剂通道2的冷却效果不同造成的组件温度分布不均匀。由于冷却剂在分流槽4内能够完成二次分流，可以有效降低上层组件个别冷却剂通道堵塞或者错位对于组件的影响，堵塞通道对应的下层组件通道可以通过分流槽道分得冷却剂，避免下部各层组件相应通道发生无冷却剂通过的恶劣情况。
实施例一
图2和图3示出了棱柱式高温气冷堆燃料组件顶部整体开槽结构，在组件的顶部开有分流槽4，分流槽4连接了全部的冷却剂通道。冷却剂在进入下层燃料组件各个冷却剂通道2前首先在分流槽4内进行初步的搅混和二次分配，使进入下层燃料组件各个通道的冷却剂温度和流量更为均匀。
实施例二
图4和图5示出了棱柱式高温气冷堆燃料组件底部整体开槽结构，在组件的底部开有分流槽，分流槽连接了全部的冷却剂通道。冷却剂在进入下层燃料组件各个冷却剂通道前首先在槽道内进行初步的搅混和二次分配，使进入下层燃料组件各个通道的冷却剂温度和流量更为均匀。
实施例三
图6-图8示出了棱柱式高温气冷堆燃料组件双端局部开槽结构，在燃料组件的顶部和底部分别开有不同的分流槽，顶部的分流槽4连接了燃料组件外圈部分的冷却剂通道2，底部的分流槽4连接了燃料组件内圈部分的冷却剂通道2。在燃料组件的顶部外圈各个冷却剂通道内的冷却剂进行搅混和二次分配，在燃料组件的底部内圈各个冷却剂通道内的冷却剂进行搅混和二次分配，使进入下层燃料组件各个通道的冷却剂温度和流量更为均匀。
实施例四
图9-图11示出了棱柱式高温气冷堆燃料组件双端局部开槽的另一种结构，在燃料组件的顶部和底部分别开有不同的分流槽，顶部分流槽连接了燃料组件左侧部分冷却剂通道，底部分流槽连接了燃料组件右侧部分冷却剂通道。在燃料组件的顶部左侧各个冷却剂通道内的冷却剂进行搅混和二次分配，在燃料组件的底部右侧各个冷却剂通道内的冷却剂进行搅混和二次分配，使进入下层燃料组件各个通道的冷却剂温度和流量更为均匀。
基于上述棱柱式高温气冷堆燃料组件，本发明还提供一种堆芯，包括燃料区，所述燃料区由结构相同的燃料组件沿其轴向分层、径向分区依次排布而成，所述燃料组件为如上所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件。
本发明提供的棱柱式高温气冷堆燃料组件及堆芯，通过在燃料组件的端部(顶部或者底部，或者顶部和底部)开设分流槽，通过一定深度的槽道将组件内原本互不相通的冷却剂通道局部连通，冷却剂在进入组件各个冷却剂通道前首先在分流槽内进行初步的搅混和二次分配，使进入各个冷却剂通道的冷却剂温度和流量更为均匀，缓解由于不同冷却剂通道的冷却效果不同造成的组件温度分布不均匀。由于冷却剂在分流槽内能够完成二次分流，可以有效降低上层组件个别冷却剂通道堵塞或者错位对于组件的影响，堵塞通道对应的下层组件通道可以通过分流槽道分得冷却剂，避免下部各层组件相应通道发生无冷却剂通过的恶劣情况。
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种棱柱式高温气冷堆燃料组件，包括燃料组件主体(1)，在所述燃料组件主体(1)上均匀布置有多个用于放置燃料棒的燃料孔道(3)和多个用于冷却剂流通的冷却剂通道(2)，其特征在于，在所述燃料组件主体(1)端部开有预设深度的分流槽(4)，通过所述分流槽(4)将各个所述冷却剂通道连通。
2.根据权利要求1所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述堆芯燃料组件主体(1)为棱柱形的砖块，材料为石墨、陶瓷或金属材料。
3.根据权利要求2所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述冷却剂通道(2)为相互独立的圆形通孔。
4.根据权利要求1-3任一项所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述分流槽(4)位于所述燃料组件主体(1)的顶部，所述分流槽(4)连接了全部的所述冷却剂通道。
5.根据权利要求1-3任一项所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述分流槽(4)位于所述燃料组件主体(1)的底部，所述分流槽(4)连接了全部的所述冷却剂通道。
6.根据权利要求1-3任一项所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述分流槽(4)位于所述燃料组件主体(1)的顶部和底部，顶部的分流槽连接燃料组件外圈部分的冷却剂通道，底部的分流槽连接燃料组件内圈部分的冷却剂通道。
7.根据权利要求1-3任一项所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述分流槽(4)位于所述燃料组件主体(1)的顶部和底部，顶部的分流槽连接燃料组件左侧部分的冷却剂通道，底部的分流槽连接燃料组件右侧部分的冷却剂通道。
8.根据权利要求1所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件，其特征在于，所述分流槽(4)的深度小于所述燃料组件主体(1)的高度，形状为狭长通道形。
9.一种堆芯，包括燃料区，所述燃料区由结构相同的燃料组件沿其轴向分层、径向分区依次排布而成，其特征在于，所述燃料组件为如权利要求1-8任一项所述的棱柱式高温气冷堆燃料组件。
10.根据权利要求9所述的堆芯，其特征在于，通过重力作用实现上下层燃料组件的紧密接触，通过定位销限制和定位，实现上下层燃料组件的冷却剂通道一一对应。
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