自调节式燃料组件的制作方法

本发明涉及核反应，具体提供一种自调节式燃料组件。

背景技术：

1、燃料组件是核反应堆中不可或缺的部件，它含有裂变反应所需要的燃料，能够释放大量的能量并产生热量以产生蒸汽，驱动汽轮机做功并最终产生电力。因此，燃料组件对于反应堆的正常运行十分重要。

2、燃料组件中的燃料需要得到适当流量的冷却剂，以确保反应堆的不同位置、不同时间段内能够获得相匹配流量的冷却剂。一般来讲，反应堆位于堆芯中心的区域功率较高，因此需要更多的冷却剂带走核热，而位于堆芯边缘区域的组件，则需要限制并适当减少冷却剂流量。对于反应堆寿期内，首期燃料释放热量大，随时间的推移燃料消耗释放热量会变化或减少，需要冷却剂流量也会出现变化，而限于常规的冷却剂流量分配结构在燃料组件制造之初已经固定，无法根据需求对冷却剂流量进行自动调节，因此造成燃料不能在不同寿期内充分释放能量。

3、相应地，本领域需要一种新的自调节式燃料组件来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有冷却剂流量分配结构在燃料组件制造之初已经固定，无法根据需求对冷却剂流量进行自动调节，因此造成燃料不能在不同寿期内充分释放能量的问题。

2、本发明提供一种自调节式燃料组件，所述燃料组件包括相连接的能量组件和支撑组件；所述支撑组件包括一体构成的下管座和下管脚、以及设置于所述下管座和所述下管脚内部的配重体，所述下管座具有流道孔；其中，所述配重体用于随着温度变化涨大或缩小，以便所述配重体和所述流道孔的间隙加大或缩小，用于控制冷却剂流量。

3、在采用上述技术方案的情况下，在能量组件温度较高时，下管座和配重体随着升温后涨大、并具有差值，使得配重体和流道孔之间的间隙加大，以加大冷却剂流量，进而使得能量组件在预设温度范围内。在能量组件温度较低时，下管座和配重体随着降温后缩小、并具有差值，以使得配重体和流道孔之间的间隙缩小，以减小冷却剂流量，进而使得能量组件在预设温度范围内。实现自动调节冷却剂进入能量组件的流量，因此可使得燃料在不同寿期内充分释放能量。

4、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述下管座为自下而上直径逐渐加大的圆筒体。

5、在采用上述技术方案的情况下，用于增加下管座的体积，以增加冷却剂的流动量，以便和能量组件的管体下端尺寸适配，便于和管体连接，并且具有较好的支撑力。

6、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述下管脚为下端具有导向尖角的圆筒体。

7、在采用上述技术方案的情况下，通过将下管脚的下端制成导向尖角，便于下管脚安插，提高安装效率。

8、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述配重体的下部为圆柱体、并位于所述下管脚的内部，所述配重体的上部为自下而上直径逐渐加大的圆柱体、并位于所述下管座的内部，所述配重体的上端位于所述流道孔处。

9、在采用上述技术方案的情况下，通过将配重体的下部设置成圆柱体，用于和下管脚的形状适配，配重体的上部设置成直径逐渐加大的圆柱体，用于和下管座内下部形状适配，以便将配重体限制于下管脚和下管座的内部。

10、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述配重体为钨材质，所述配重体的上部外壁设有钼材料层。

11、在采用上述技术方案的情况下，材料钨和钼的线性膨胀系数仅相当于下管座不锈钢材料1/3～1/4，且热导率高，通过燃料组件温度变化反馈为间隙变化，进而实现流量的自调节，钨和钼密度均远高于液态金属冷却剂，依靠其自重能够克服冷却剂浮力及冲击振动，实现燃料组件的自立。

12、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述燃料组件包括管体、上管座和燃料棒；所述管体的上端和所述上管座连接，所述管体的下端和所述下管座连接，所述燃料棒设置于所述管体的内部，所述燃料棒的上端和所述上管座连接。

13、在采用上述技术方案的情况下，通过上管座将管体的上端封堵，使得管体形成一端封堵状态，该上管座还用于和燃料棒的上端固定连接，以便燃料棒固定，避免产生晃动，管体用于保护燃料棒，同时便于冷却剂进入管体的内部，用于给燃料棒降温。

14、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述管体的下端和所述下管座的连接处设有支撑板，所述支撑板和所述燃料棒的下端连接。

15、在采用上述技术方案的情况下，通过支撑板将管体和下管座之间隔开，同时用于固定燃料棒的下端，使得燃料棒更加稳固。

16、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述支撑板具有多个通孔，以便所述冷却剂进入所述管体的内部，用于所述燃料棒降温。

17、在采用上述技术方案的情况下，通过设置多个通孔，冷却剂可以分散进入管体的内部，使得管体内部进冷却剂均匀。

18、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述支撑组件还包括流道腔，所述配重体的上端和所述下管座的内上部、所述支撑板之间围成所述流道腔；其中，所述流道腔和所述流道孔，所述通孔连通，以便所述冷却剂进入所述管体内部以调节温度。

19、在采用上述技术方案的情况下，通过设置流道腔使得冷却剂在进入管体内部前有一个缓存空间，可保证冷却剂不间断进入管体，同时该流道腔没有被配重体填充，可保证冷却剂进入流道孔的流速。

20、在上述自调节式燃料组件的优选技术方案中，所述燃料组件还包括支撑杆，所述支撑杆的上端和所述支撑板的下面连接，所述支撑杆的下端延伸于所述流道腔并安插于所述配重体的内部，以便固定所述配重体。

21、在采用上述技术方案的情况下，通过设置支撑杆可将支撑板和配重体连接，同时用于固定配重体，可避免在配重体和下管座涨大时产生间隙，造成配重体产生晃动的问题。

技术特征：

1.一种自调节式燃料组件，其特征在于，所述燃料组件包括相连接的能量组件和支撑组件；

2.根据权利要求1所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述下管座为自下而上直径逐渐加大的圆筒体。

3.根据权利要求2所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述下管脚为下端具有导向尖角的圆筒体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述配重体的下部为圆柱体、并位于所述下管脚的内部，所述配重体的上部为自下而上直径逐渐加大的圆柱体、并位于所述下管座的内部，所述配重体的上端位于所述流道孔处。

5.根据权利要求4所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述配重体为钨材质，所述配重体的上部外壁设有钼材料层。

6.根据权利要求1所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述燃料组件包括管体、上管座和燃料棒；

7.根据权利要求6所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述管体的下端和所述下管座的连接处设有支撑板，所述支撑板和所述燃料棒的下端连接。

8.根据权利要求7所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述支撑板具有多个通孔，以便所述冷却剂进入所述管体的内部，用于所述燃料棒降温。

9.根据权利要求8所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述支撑组件还包括流道腔，所述配重体的上端和所述下管座的内上部、所述支撑板之间围成所述流道腔；

10.根据权利要求9所述的自调节式燃料组件，其特征在于，所述燃料组件还包括支撑杆，所述支撑杆的上端和所述支撑板的下面连接，所述支撑杆的下端延伸于所述流道腔并安插于所述配重体的内部，以便固定所述配重体。

技术总结
本发明涉及核反应技术领域，具体提供一种自调节式燃料组件，旨在解决现有冷却剂流量分配结构无法根据需求对冷却剂流量进行自动调节，因此造成燃料不能在不同寿期内充分释放能量的问题。为此目的，本发明的自调节式燃料组件包括：相连接的能量组件和支撑组件；支撑组件包括一体构成的下管座和下管脚、以及设置于下管座和下管脚内部的配重体，下管座具有流道孔；其中，配重体用于随着温度变化涨大或缩小，以便配重体和流道孔的间隙加大或缩小，用于控制冷却剂流量。温度较高时，间隙加大、加大冷却剂流量，温度较低时，间隙缩小，减小冷却剂流量，实现自动调节冷却剂进入能量组件的流量，以便燃料在不同寿期内充分释放能量。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：中子时代（青岛）创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16