專利名稱:一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件及固定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核燃料組件及核反應(yīng)堆設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件及固定方法。
背景技術(shù)：
液態(tài)重金屬冷卻池式反應(yīng)堆主要指鉛或鉛合金冷卻反應(yīng)堆，其在安全性和經(jīng)濟性方面具有特殊優(yōu)勢，是國際先進核能研究領(lǐng)域的熱點之一。2011年，中國科學(xué)院啟動“未來先進核裂變能-ADS嬗變系統(tǒng)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，鉛鉍合金冷卻反應(yīng)堆是該專項中主要研究內(nèi)容之一。
燃料組件設(shè)計是反應(yīng)堆設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一。液態(tài)重金屬反應(yīng)堆采用液態(tài)重金屬冷卻劑，如鉛或鉛鉍合金，該類冷卻劑密度大，一般大于10000kg/m3。當(dāng)反應(yīng)堆部件浸沒在重金屬冷卻中，將受到較大的浮力，必須設(shè)置固定裝置以防止堆內(nèi)部件上浮。在現(xiàn)有成熟的反應(yīng)堆燃料組件中，如壓水堆燃料組件、重水堆燃料組件和鈉冷快堆燃料組件等，并沒有針對浮力問題進行特殊設(shè)計，不能直接應(yīng)用于液態(tài)重金屬反應(yīng)堆中。因此，需要針對液體重金屬反應(yīng)堆的特殊問題，設(shè)計并開發(fā)專用的燃料組件。
在目前液態(tài)重金屬反應(yīng)堆燃料組件設(shè)計研究中，有意大利ENEA研究機構(gòu)設(shè)計的鉛鉍冷卻反應(yīng)堆XADS的燃料組件方案、意大利Ansaldo公司設(shè)計的鉛冷快堆ALFRED的燃料組件方案和比利時SCK · CEN研究機構(gòu)設(shè)計的鉛鉍冷卻反應(yīng)堆MYRRHA的燃料組件方案。
意大利ENEA研究機構(gòu)設(shè)計的鉛鉍冷卻反應(yīng)堆XADS是一座鉛鉍合金冷卻加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆，在其燃料組件方案中，在管腳中設(shè)置活扣，通過活扣的關(guān)閉和開啟實現(xiàn)燃料組件的裝入的卸出。該方案在燃料組件中設(shè)置活扣屬于長期活動部件，需保證在燃料組件壽期內(nèi)能夠正常使用。而液態(tài)鉛鉍合金對鋼質(zhì)金屬具有較強的腐蝕性，燃料組件管腳處的活扣長期放置于鉛鉍環(huán)境中，存在腐蝕失效的危險。若反應(yīng)堆內(nèi)出現(xiàn)活扣失效的事故，將可能出現(xiàn)在運行時燃料組件上浮離開堆芯或在換料時燃料組件無法卸出堆芯的危險，從而導(dǎo)致嚴重的事故發(fā)生，這大大降低反應(yīng)堆的可靠性和安全性。
意大利Ansaldo公司設(shè)計的ALFRED是一座鉛冷快堆，在ALFRED的燃料組件方案中，通過延長燃料組件操作頭，將燃料組件操作頭直接露出反應(yīng)堆，在堆外進行燃料組件的固定。該方案將燃料組件操作頭露出反應(yīng)堆外，存在較大的放射性泄漏危險，對反應(yīng)堆的屏蔽設(shè)計提出很高的要求。
比利時SCK *CEN研究機構(gòu)設(shè)計的MYRRHA是一座液態(tài)鉛鉍合金冷卻多功能反應(yīng)堆。在MYRRHA的燃料組件方案中，將燃料組件定位板放置于燃料組件頂部，通過固定的燃料組件定位板來壓住燃料組件，從而克服浮力，實現(xiàn)燃料組件的固定。該方案需要在堆芯下部預(yù)留足夠大的燃料組件操作空間，該區(qū)域需通過大量液態(tài)鉛鉍合金來填充，增加了反應(yīng)堆冷卻劑的用量，降低了反應(yīng)堆的經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容
[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件及固定方法，通過采用圓形套管結(jié)構(gòu)和管腳定位架的方法克服了反應(yīng)堆內(nèi)液態(tài)重金屬冷卻劑的浮力，實現(xiàn)燃料組件的固定，結(jié)構(gòu)簡單，不需要設(shè)置活動部件，可有效提高反應(yīng)堆的可靠性和安全性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件，其特征在于所述燃料組件由燃料棒1、組件套管2、定位格架3、上柵格4、下柵格5、操作頭6、管腳7和定位架8組成；由燃料棒I組成的棒束采用圓環(huán)狀布置，棒束由定位格架3進行徑向定位，棒束由上柵格4和下柵格5進行軸向定位，棒束放置于組件套管2內(nèi)，組件套管2采用圓形套管，組件套管2上端設(shè)置有操作頭6，組件套管2下端設(shè)置管腳7，管腳7外圍設(shè)置有定位架8，定位架8用于與反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板9的定位孔10的配合實現(xiàn)燃料組件的固定。
所述燃料組件的固定方法是于通過管腳處的定位架與反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板的定位孔的配合實現(xiàn)燃料組件的固定。
燃料組件的固定方法，其特征在于當(dāng)進行裝料時，換料機構(gòu)將燃料組件管腳7插入反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板9中的燃料組件定位孔10并進行一定角度的轉(zhuǎn)動，將管腳7的定位架8放入燃料組件定位板9的燃料組件定位孔10預(yù)留的固定槽，實現(xiàn)燃料組件的固定；當(dāng)進行換料時，換料機構(gòu)將燃料組件下壓并進行與裝料時相反的角度轉(zhuǎn)動，將管腳7的定位架8退出燃料組件定位板9的燃料組件定位孔10預(yù)留的固定槽，然后將燃料組件拔出燃料組件定位板9，實現(xiàn)燃料組件的更換。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于通過采用圓形套管結(jié)構(gòu)和管腳定位架的方法克服了反應(yīng)堆內(nèi)液態(tài)重金屬冷卻劑的浮力，實現(xiàn)燃料組件的固定。相比于現(xiàn)有方案，該方法無需對現(xiàn)有反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行大幅度修改，燃料組件結(jié)構(gòu)簡單，換料操作方法簡單，可有效提高反應(yīng)堆的可靠性和安全性。相比于意大利ENEA研究機構(gòu)設(shè)計的鉛鉍冷卻反應(yīng)堆XADS的燃料組件方案，本發(fā)明沒有浸沒于液態(tài)重金屬冷卻劑中的活動部件(活扣)，不存在活動部件失效的危險，提高了反應(yīng)堆的可靠性和安全性。相比與意大利Ansaldo公司設(shè)計的鉛冷快堆ALFRED的燃料組件方案，本發(fā)明無需堆反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)進行重大修改，無需提高屏蔽設(shè)計要求，取消了由于燃料組件結(jié)構(gòu)而引起放射性泄漏的危險，提高了反應(yīng)堆的安全性。與比利時SCK · CEN研究機構(gòu)設(shè)計鉛鉍冷卻反應(yīng)堆MYRRHA的燃料組件方案相比，本發(fā)明無需在堆芯下部預(yù)留燃料組件操作空間，減少反應(yīng)堆冷卻劑的用量，提高了反應(yīng)堆的經(jīng)濟性。


圖1是本發(fā)明燃料組件的縱向布置圖；
圖2是本發(fā)明燃料組件的橫向布置圖；
圖3是本發(fā)明燃料組件固定方式示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的燃料組件由燃料棒1、組件套管2、定位格架3、上柵格4、下柵格5、操作頭6、管腳7和定位架8組成，其特征在于采用圓形組件套管，燃料棒采用圓環(huán)狀布置，管腳設(shè)置有定位架。定位格架3位于燃料棒I棒束中間，起燃料棒I定位作用，具體數(shù)目可根據(jù)具體反應(yīng)堆設(shè)計調(diào)整。上柵格4和下柵格5分別布置與燃料棒I棒束的上端和下端，其燃料棒I固定作用。操作頭6位于燃料組件上端，用于反應(yīng)堆換料時與換料機構(gòu)相匹配。管腳7位于燃料組件下端，管腳7設(shè)置有定位架8，與反應(yīng)堆內(nèi)的燃料組件定位板9的燃料組件定位孔10相匹配，用于燃料組件固定，定位架8形式可以是十字架式或螺絲結(jié)構(gòu)式。
如圖2所示，燃料棒I采用圓環(huán)狀布置，具體布置層數(shù)可根據(jù)具體反應(yīng)堆設(shè)計調(diào)整；組件套管2采用圓形組件套管，具體圓形組件套管直徑可根據(jù)具體反應(yīng)堆設(shè)計調(diào)整。
如圖3所示，燃料組件的固定方法，是通過管腳7處的定位架8與反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板9的定位孔10的配合實現(xiàn)燃料組件的固定。
燃料組件固定方法，其操作流程為換料機構(gòu)將燃料組件管腳7插入反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板9中的燃料組件定位孔10并進行一定角度的轉(zhuǎn)動，將管腳7的定位架8放入燃料組件定位板9的燃料組件定位孔10預(yù)留的固定槽，實現(xiàn)燃料組件的固定；當(dāng)進行換料時，換料機構(gòu)將燃料組件下壓并進行與裝料時相反的角度轉(zhuǎn)動，將管腳7的定位架8退出燃料組件定位板9的燃料組件定位孔10預(yù)留的固定槽，然后將燃料組件拔出燃料組件定位板9，實現(xiàn)燃料組件的更換。
本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件，其特征在于:所述燃料組件由燃料棒(I)、組件套管(2)、定位格架(3)、上柵格(4)、下柵格(5)、操作頭(6)、管腳(7)和定位架(8)組成；由燃料棒(I)組成的棒束采用圓環(huán)狀布置，棒束由定位格架(3)進行徑向定位，棒束由上柵格(4)和下柵格(5)進行軸向定位，棒束放置于組件套管(2)內(nèi)，組件套管(2)采用圓形套管，組件套管(2)上端設(shè)置有操作頭(6)，組件套管(2)下端設(shè)置管腳(7)，管腳(7)外圍設(shè)置有定位架(8)，定位架(8)用于與反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板(9)的定位孔(10)的配合實現(xiàn)燃料組件的固定。
2.一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件的固定方法，其特征在于:當(dāng)進行裝料時，換料機構(gòu)將燃料組件管腳(7 )插入反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件定位板(9 )中的燃料組件定位孔(10 )并進行一定角度的轉(zhuǎn)動，將管腳(7)的定位架(8)放入燃料組件定位板(9)的燃料組件定位孔(10)預(yù)留的固定 槽，實現(xiàn)燃料組件的固定；當(dāng)進行換料時，換料機構(gòu)將燃料組件下壓并進行與裝料時相反的角度轉(zhuǎn)動，將管腳(7)的定位架(8)退出燃料組件定位板(9)的燃料組件定位孔(10)預(yù)留的固定槽，然后將燃料組件拔出燃料組件定位板(9)，實現(xiàn)燃料組件的更換。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種液態(tài)重金屬冷卻反應(yīng)堆用燃料組件及固定方法，所述燃料組件由燃料棒、組件套管、定位格架、上柵格、下柵格、操作頭和管腳組成，組件套管采用圓形套管，燃料棒布置方式采用圓環(huán)狀布置，管腳外圍設(shè)置有定位架。本發(fā)明所提供的燃料組件，通過采用圓形套管和管腳定位架的方法克服了液態(tài)重金屬冷卻劑的浮力，實現(xiàn)液體重金屬反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件的固定，不需要設(shè)置活動部件，結(jié)構(gòu)簡單，有效提高反應(yīng)堆的可靠性和安全性。
文檔編號G21C3/12GKCN103077752SQ201310011086
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月13日
發(fā)明者陳釗, 何梅生, 柏云清, 陳紅麗, 吳宜燦 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan