堆芯燃料元件及具有径向引出热管的热管冷却反应堆

本发明涉及换热设计领域，具体地，涉及一种堆芯燃料元件及具有径向引出热管的热管冷却反应堆。

背景技术：

1、随着核能技术应用的推广普及，对热管冷却反应堆的需求朝高功率化发展。但是，当前热管堆都采用直热管沿堆芯轴向插入引出的方案，不论是采用单侧插入(如图1)，还是两侧错位插入(如图2)，还是两侧对插(如图3)，堆芯中每个轴向热管通道只能布置一根或两根热管，由于目前单根热管的换热能力有限，都难以提供足够的冷却效果，导致热管冷却反应堆的功率被大大限制，阻碍了高功率热管堆的顺利研发。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有径向引出热管的热管冷却反应堆。

2、根据本发明提供的一种堆芯燃料元件，堆芯燃料元件用于构成堆芯燃料，所述堆芯燃料用于构成热管冷却反应堆；

3、堆芯燃料元件沿轴线分为a个堆芯燃料元件节块；a大于2；

4、每个堆芯燃料元件节块中开设有一个或多个轴向热管通道；相邻堆芯燃料元件节块中的轴向热管通道一一对应，且相互对应的轴向热管通道相连通；

5、除位于首尾两端的堆芯燃料元件节块外，每个堆芯燃料元件节块还沿径向开设有径向热管引出通道，开设有径向热管引出通道的堆芯燃料元件节块数量为a-2个；堆芯燃料元件节块中的轴向热管通道与该堆芯燃料元件节块中的径向热管引出通道一一对应，且相互对应的轴向热管通道与径向热管引出通道相连通；

6、所述轴向热管通道与径向热管引出通道均容纳有所述热管；

7、每一根热管均有一端位于轴向热管通道内，另一端位于堆芯燃料元件外。

8、优选的，每个堆芯燃料元件节块中开设有一个轴向热管通道；相邻堆芯燃料元件节块中的轴向热管通道依次连通，组成一条堆芯燃料元件中的轴向热管通道；

9、每个堆芯燃料元件节块中均设置有一个热管。

10、优选的，热管包括直热管与弯折热管；

11、位于两端的堆芯燃料元件节块中的轴向热管通道内设置有直热管；所述直热管的一端安装在堆芯燃料元件节块中轴向热管通道内，另一端延伸出轴向热管通道；

12、其余堆芯节块堆芯燃料元件节块中的轴向热管通道内设置有弯折热管；弯折热管的一端位于所述轴向热管通道内，另一端向径向热管引出通道方向延伸，并延伸至径向热管引出通道外部。

13、优选的，所述堆芯燃料元件节块的数量为5个，分别为第一堆芯燃料元件节块、第二堆芯燃料元件节块、第三堆芯燃料元件节块、第四堆芯燃料元件节块以及第五堆芯燃料元件节块；5个堆芯燃料元件节块依次布置；

14、所述第一堆芯燃料元件节块与第五堆芯燃料元件节块内均布置了一个直热管；

15、第二堆芯燃料元件节块、第三堆芯燃料元件节块以及第四堆芯燃料元件节块内均布置了一个弯折热管。

16、优选的，一个堆芯燃料元件中的热管的数量为n个，在给定热管运行温度下，当通道内平均热管换热效率等于沸腾极限换热效率时，n为最优，此时堆芯燃料元件的热管通道换热效率最高。

17、根据本发明提供的一种具有径向引出热管的热管冷却反应堆，包括堆芯燃料，堆芯燃料由多个堆芯燃料元件平行布置而成；所述堆芯燃料元件为所述的堆芯燃料元件。

18、优选的，热管冷却反应堆中不存在如下轴向位置截面：在该截面内的所述弯折热管均在该截面处沿径向导出。

19、优选的，同一轴向位置导出的弯折热管，采用分层叠加模式导出。

20、优选的，分层叠加模式为：在侧视图角度下，同一轴向位置的多个径向热管引出通道的出口分层布置，每层布置有若干径向热管引出通道的出口，层与层之间堆叠布置。

21、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

22、本发明利用堆芯燃料元件构成堆芯燃料，而后利用所述堆芯燃料构成热管冷却反应堆，其中堆芯燃料元件内开设有径向热管引出通道；本发明将直热管、弯折热管搭配轴向热管通道、径向热管引出通道布置，使得堆芯燃料元件中的每个轴向热管通道内能够布置多个热管，进而提高了单个堆芯燃料元件的换热效果，从而使得热管冷却反应堆整体的换热效率得到提升。

技术特征：

1.一种堆芯燃料元件，其特征在于，堆芯燃料元件(10)用于构成堆芯燃料(1)，所述堆芯燃料(1)用于构成热管冷却反应堆；

2.根据权利要求1所述的堆芯燃料元件，其特征在于，每个堆芯燃料元件节块(11)中开设有一个轴向热管通道；相邻堆芯燃料元件节块(11)中的轴向热管通道依次连通，组成一条堆芯燃料元件(10)中的轴向热管通道；

3.根据权利要求2所述的堆芯燃料元件，其特征在于，热管(2)包括直热管(21)与弯折热管(22)；

4.根据权利要求1所述的堆芯燃料元件，其特征在于，所述堆芯燃料元件节块(11)的数量为5个，分别为第一堆芯燃料元件节块(111)、第二堆芯燃料元件节块(112)、第三堆芯燃料元件节块(113)、第四堆芯燃料元件节块(114)以及第五堆芯燃料元件节块(115)；5个堆芯燃料元件节块(11)依次布置；

5.根据权利要求1所述的堆芯燃料元件，其特征在于，一个堆芯燃料元件(10)中的热管(2)的数量为n个，在给定热管运行温度下，当通道内平均热管换热效率等于沸腾极限换热效率时，n为最优，此时堆芯燃料元件的热管通道换热效率最高。

6.一种具有径向引出热管的热管冷却反应堆，其特征在于，包括堆芯燃料(1)，堆芯燃料(1)由多个堆芯燃料元件(10)平行布置而成；所述堆芯燃料元件(10)为权利要求1-5任一项所述的堆芯燃料元件。

7.根据权利要求6所述的具有径向引出热管的热管冷却反应堆，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的具有径向引出热管的热管冷却反应堆，其特征在于，同一轴向位置导出的弯折热管(22)，采用分层叠加模式导出。

9.根据权利要求6所述的具有径向引出热管的热管冷却反应堆，其特征在于，分层叠加模式为：在侧视图角度下，同一轴向位置的多个径向热管引出通道的出口分层布置，每层布置有若干径向热管引出通道的出口，层与层之间堆叠布置。

技术总结
本发明提供了一种堆芯燃料元件及具有径向引出热管的热管冷却反应堆。所述堆芯燃料元件用于构成堆芯燃料，所述堆芯燃料用于构成热管冷却反应堆；堆芯燃料元件沿轴线分为a个堆芯燃料元件节块；每个堆芯燃料元件节块中开设有一个轴向热管通道；除位于首尾两端的堆芯燃料元件节块外，每个堆芯燃料元件节块还沿径向开设有径向热管引出通道。所述轴向热管通道与径向热管引出通道均容纳有所述热管；本发明将直热管、弯折热管搭配轴向热管通道、径向热管引出通道布置，使得堆芯燃料元件中的每个轴向热管通道内能够布置多个热管，进而提高了单个堆芯燃料元件的换热效果，从而使得热管冷却反应堆整体的换热效率得到提升。

技术研发人员：胡珀
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27