[发明专利]液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件及采用该组件的堆芯

说明书

一种液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件及采用该组件的堆芯，燃料组件采用类似蜂窝煤型的结构，冷却剂采用液态NaCl‑KCl‑MgCl₂三相氯化盐混合物，燃料采用富集度19.75％或16.0％的U₃Si₂，燃料组件由上下贯通并横向连通的冷却剂通道管及内部的冷却剂、燃料区、上下反射层、上部空腔和上下封头构成；反射层组件(屏蔽层组件)采用类似蜂窝煤型的结构，由上下贯通的冷却剂管道管及内部的冷却剂、钛反射体(含天然富集度¹⁰B的B₄C屏蔽体)和上下封头构成；控制组件以及安全组件采用由含天然富集度¹⁰B的B₄C作为吸收体的棒束型结构；本发明提出的堆芯设计方案可在不换料条件下满功率运行10年，堆芯体积重量满足车载或船舶运输限制要求，可用于偏远地区供电或供热。

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及一种液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件及采用该组件的小型反应堆堆芯。

背景技术

小型模块化反应堆(SMRs)具有非常大的市场潜力，预计到2035年，SMRs的市场规模将达到约65-85GWe。液态NaCl-KCl-MgCl₂三相氯化盐作为一种新型的冷却剂，具有以下的优点：透明、熔点相对较低(396℃)、沸点高(约1400℃)、密度较低、粘性较低、比热容高、辐照条件下稳定、与反应堆材料相容性好、中子慢化作用弱、热膨胀系数低、化学惰性高。采用NaCl-KCl-MgCl₂液态三相氯化盐作为冷却剂，用于SMRs设计，有利于实现紧凑、轻质反应堆的设计，便于实现SMRs的运输、安全运行和部署。

发明内容

本发明提供了一种液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件及采用该组件的小型反应堆堆芯，堆芯额定热功率40MW，在不换料下可满功率运行10年，可通过车载或船舶运输。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件，燃料组件结构包括燃料组件盒8，燃料组件盒8内上下贯通并横向连通的、呈三角形栅格排布的燃料冷却剂通道管束9及内部的燃料冷却剂5，燃料冷却剂通道管束9通过在其上开通孔使得燃料冷却剂5横向连通；燃料组件盒8内、燃料冷却剂通道管9外侧的部分由底部到顶部包括：燃料下封头7、燃料下反射层6、燃料区4、燃料组件气腔3、燃料上反射层2和燃料上封头1；所述燃料冷却剂5采用液态NaCl-KCl-MgCl₂三相氯化盐混合物。

所述燃料冷却剂通道管束9的数目为37根。

所述燃料区4采用富集度为19.75％或16.0％的U₃Si₂作为燃料；所述燃料上反射层2和燃料下反射层6的材料采用钛；所述燃料上封头1、燃料下封头7、燃料组件盒8和燃料冷却剂通道管束9的材料采用哈氏合金。

一种液态氯化盐冷却的小型反应堆堆芯，堆芯布置了内区燃料组件12、外区燃料组件13、控制组件10、安全组件11、反射层组件14以及屏蔽层组件15；所述内区燃料组件12和外区燃料组件13采用所述的液态氯化盐冷却的类似蜂窝煤型燃料组件，内区燃料组件12采用富集度16.0％的U₃Si₂作为燃料、外区燃料组件13采用富集度19.75％的U₃Si₂作为燃料，通过分区布置展平堆芯径向功率分布；所述堆芯按三角形栅格布置各类组件，堆芯中心第1圈至第4圈共布置31个内区燃料组件12；第3圈对称、均匀相间布置3个控制组件10和3个安全组件11；第5圈至第7圈布置54个外区燃料组件13；第5圈对称、均匀相间布置12个控制组件10；第7圈至第8圈布置42个反射层组件14；第8圈至第9圈布置48个屏蔽层组件15；所述堆芯内放置的各种组件之间留有堆芯冷却剂间隙，所述堆芯冷却剂采用液态NaCl-KCl-MgCl₂三相氯化盐混合物。