专利名称:一种内冷式压水反应堆堆芯的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种内冷式压水反应堆堆芯，包括由若干盒六角形燃料组件构成近似圆柱体，每三个六角形燃料组件构成Y型接触面，若干个Y型接触面间布置有Y形板状控制棒，将六角形燃料组件之间的接触面之间垫隔出水隙，六角形燃料组件外表由锆铌合金构成外包壳，每一个六角形燃料组件由若干个内冷式六角形栅元构成，六角形栅元间无包壳材料，六角形栅元由置于中心的圆形冷却剂流道和燃料构成，冷却剂流道为内包壳构成的流道，内包壳材料为锆铌合金，内包壳与燃料之间填充锡铅铋合金。采用一体式内冷式燃料组件，无横向支撑结构，堆芯冷却剂流道简单。在较大的冷却剂流速下，堆芯形阻压降和流致震动小，可获得较高的输出功率。
【专利说明】-种内冷式压水反应堆堆芯
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于核反应堆【技术领域】，涉及一种内冷式压水反应堆堆芯。
【背景技术】
[0002] 在满足安全限值的前提下，提高反应堆的输出功率有助于提升核反应堆的经济性 与小型化。限制反应堆输出功率的主要因素是燃料包壳与燃料芯块中也温度。通过增加冷 却剂流量、增大传热面积、减小燃料元件尺寸可实现在满足安全限值前提下提升堆芯输出 功率的目的。在减小燃料元件尺寸方面，考虑到机械加工的可行性，目前可行的最小燃料棒 直径约6. 5mm ;在增大传热面积方面，采用环形双冷燃料元件，降低了燃料元件温度，可在 保证安全的前提下，提升堆芯功率。
[0003] 目前的压水反应堆提升功率密度的研究中，小直径燃料元件与环形燃料元件的设 计均可降低燃料芯块的中也线温度，但减小燃料元件直径会导致其机械强度的降低与流致 振颤的增大；环形燃料元件的冷却剂流道复杂，不利于反应堆堆芯设计，同时冷却剂压降也 将增大，需要更大功率的主粟维持一回路强迫循环。
[0004] 压水反应堆燃料元件一般为棒束结构，堆芯的冷却剂流量（流速）由热工与水力 (流致振颤）共同确定，冷却剂流量增加，将导致燃料元件的流致振颤增大，燃料包壳与定 位格架的摩擦增大，会对燃料包壳的完好性产生影响。因此，目前通过增加冷却剂流量提升 压水反应堆功率密度的研究相对较少。《南华大学学报-自然科学版》2012年第26卷第3 期发表的《反转反应堆堆芯组件中子学问题初步研究》、《反转压水反应堆热工水力特性初 步研究》和《核动力工程》201年第5期第34卷发表的《内冷式压水反应堆堆芯组件中子学 初步研究》中对内冷式压水反应堆的燃料组件进行了中子学与子通道热工水力分析，并没 有形成实际的产品和堆芯设计方案。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种内冷式压水反应堆堆芯，解决了目前的压水反应 堆，小直径燃料元件与环形燃料元件的设计均可降低燃料芯块的中也线温度，但减小燃料 元件直径会导致其机械强度的降低与流致振颤的增大的问题。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案是包括由若干盒六角形燃料组件构成近似圆柱体， 每H个六角形燃料组件构成Y型接触面，若干个Y型接触面间布置有Y形板状控制棒，将 六角形燃料组件之间的接触面之间垫隔出水隙，六角形燃料组件外表由铅魄合金构成外包 壳，每一个六角形燃料组件由若干个内冷式六角形栅元构成，六角形栅元间无包壳材料，六 角形栅元由置于中也的圆形冷却剂流道和燃料构成，冷却剂流道为内包壳构成的流道，内 包壳材料为铅魄合金，内包壳与燃料之间填充锡铅饿合金。
[0007] 进一步，所述六角形燃料组件个数为187盒；所述六角形燃料组件为长条柱体； 所述六角形燃料组件对边距为213mm。
[0008] 进一步，所述六角形燃料组件的外包壳厚度为9. 8mm，长度为3680mm。
[0009] 进一步，所述六角形栅元为169个。
[0010] 进一步，所述燃料中铺富集度为10%?13%。
[0011] 进一步，所述冷却剂流道直径为11mm，冷却剂流道外为内包壳，内包壳厚度为 0. 68mm，内包壳与燃料间隙为0. 34mm。
[0012] 进一步，Y形板状控制棒厚度为7mm，采用B4C作为中子吸收体，长度3680mm，厚度 为 5mm。
[0013] 进一步，所述燃料材料为UTV日Zr2.2品.625。
[0014] 采用一体式内冷式燃料组件，无横向支撑结构，堆芯冷却剂流道简单。在较大的冷 却剂流速下，堆芯形阻压降和流致震动小，可获得较高的输出功率。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型内冷式压水反应堆六角形燃料组件内部结构示意图；
[0016] 图2是本实用新型内冷式压水反应堆堆芯布置图；
[0017] 图3是本实用新型内冷式压水反应堆燃料组件六角形栅元结构图；
[0018] 图4是本实用新型内冷式压水反应堆燃料组件与Y形板状控制元件示意图；
[0019] 图5是本实用新型堆芯有效增殖系数随时间的变化示意图；
[0020] 图6是本实用新型堆芯平均通道冷却剂出口温度分布云图；
[0021] 图7是本实用新型堆芯平均通道冷却剂出密度度分布云图；
[0022] 图8是本实用新型堆芯平均通道冷却剂压降随轴向高度的变化图；
[0023] 图9是本实用新型堆芯最热通道冷却剂出口温度分布云图。
[0024] 图中，1.六角形燃料组件，2. Y形板状控制棒，3.外包壳，4.六角形栅元，5.冷却剂 流道，6.燃料，7.内包壳。
【具体实施方式】
[00巧]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0026] 本实用新型的一种实施例如图1和图2所示，由六角形燃料组件1构成近似圆 柱体，活性区高度3680mm，等效直径3660mm，堆芯核功率4000MW ;如图3所示，六角形燃料 组件1由内冷式六角形栅元4构成，六角形栅元4间无包壳材料，六角形栅元4对边距为 16. 04mm，六角形燃料组件1为一体式"蜂窝煤"状结构，六角形燃料组件1对边距为213mm， 燃料6中铺富集度为10%?13%可调，满足不同长度的堆芯寿期，六角形燃料组件1的外 包壳3为铅魄合金，厚度为9. 8mm。燃料6采用铺社铅氨化物燃料，其中U、Th、Zr、H的原子 比例为1 ;〇. 5 ;2. 25点625 ;六角形燃料组件1为"蜂窝煤"状内冷式，即冷却剂流道5位于 每根六角形燃料组件1中也，冷却剂流道5直径为11mm，冷却剂流道5外为内包壳7,厚度 为0. 68mm，材料为铅魄合金，内包壳7与燃料6间隙为0. 34mm，内填充锡铅饿合金，正常运 行工况，该合金为液态。每个组件含有169个内冷式冷却剂流道5。
[0027] 如图4所示，本实用新型整个内冷式压水反应堆堆芯优选由187盒六角形燃料组 件1构成，六角形燃料组件1间留有水隙，厚度为12. 24mm ;六角形燃料组件1间的水隙用 于布置Y形板状控制棒2, Y形板状控制棒2厚度为7mm，采用B4C作为中子吸收体，长度优 选3680mm，厚度为5mm，Y形板状控制棒2由不镑钢包裹，厚度1mm。Y形板状控制棒2的总 数量视反应性控制要求确定，在"卡棒"准则下，可实现-1 % A k/k的最小停堆深度要求。
[0028] Y形板状控制棒2共两大类，即调节棒组与停堆棒组。通过调整燃料中铺的富集 度、控制棒数量与排布，可使内冷式压水反应堆实现功率控制与"卡棒"准则下的最小停堆 深度要求。内冷式压水反应堆的燃耗反应性补偿与传统的棒束结构压水反应堆类似，采用 化学补偿方式（测酸）；快速的负荷调节与停堆采用控制棒实现。
[0029] 本例内冷式压水反应堆优选设计参数如表1所示。
[0030] 表 1
[0031]
【权利要求】
1. 一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于：包括由若干盒六角形燃料组件（1)构成 近似圆柱体，每H个六角形燃料组件（1)构成Y型接触面，若干个Y型接触面间布置有Y 形板状控制棒（2)，将六角形燃料组件（1)之间的接触面之间垫隔出水隙，六角形燃料组件 (1)外表由铅魄合金构成外包壳（3)，每一个六角形燃料组件（1)由若干个内冷式六角形栅 元（4)构成，六角形栅元（4)间无包壳材料，六角形栅元（4)由置于中也的圆形冷却剂流道 (5)和燃料（6)构成，冷却剂流道（5)为内包壳（7)构成的流道，内包壳（7)材料为铅魄合 金，内包壳（7)与燃料（6)之间填充锡铅饿合金。2. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于：所述六角形燃料组 件（1)个数为187盒；所述六角形燃料组件（1)为长条柱体；所述六角形燃料组件（1)对边 距为213mm。3. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于：所述六角形燃料组 件（1)的外包壳（3)厚度为9. 8mm，长度为3680mm。4. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于：所述六角形栅元（4) 为169个。5. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于；所述燃料化）中铺 富集度为10%?13%。6. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于；所述冷却剂流道巧） 直径为11mm，冷却剂流道（5)外为内包壳（7)，内包壳（7)厚度为0. 68mm，内包壳（7)与燃 料化）间隙为0. 34mm。7. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于；Y形板状控制棒（2) 厚度为7mm，采用B4C作为中子吸收体，长度3680mm，厚度为5mm。8. 按照权利要求1所述一种内冷式压水反应堆堆芯，其特征在于：所述燃料（6)材料 为 UTh〇.日Zr2.2日H日.625。
【文档编号】G21C3-32GK204288819SQ201420483005
【发明者】于涛, 谢金森, 李小华, 刘紫静, 何丽华 [申请人]南华大学