CN219040082U - 一种高温自保护燃料棒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高温自保护燃料棒，包括外壳体、燃料芯块、下端塞、冷冻阀、上端塞和压紧弹簧，所述外壳体内设置有燃料芯块；所述燃料芯块上部连接有压紧弹簧；所述燃料芯块下部连接有下端塞；所述压紧弹簧的上端连接有上端塞；所述外壳体的下端连接有冷冻阀；冷冻阀下部有短管连接至下腔室空间。该新型的有益效果可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及核燃料元件的技术领域，具体来说，涉及一种高温自保护燃料棒。
背景技术
随着现代经济技术不断地进步和发展，燃料元件作为核反应堆中产生能量必须用到的一种装置，也在不断的进步和发展，当前已经发展出棒状燃料元件、板状燃料元件、球形燃料元件、环形燃料元件等各种形式的固体燃料元件，同时还有液体熔盐等液体燃料，这些燃料元件应用于各种各样的堆型，而棒状燃料元件是当前应用最广泛的一种燃料元件。
棒状燃料元件广泛应用于现有的商业堆型中，是比较成熟的一种燃料元件。但是，如果一旦反应堆出现事故就有可能会出现燃料棒融化，融化的堆内构件在压力容器下部聚集甚至会熔穿压力容器壁面，造成放射性物质泄漏到安全壳。而且在个别严重事故情况下会发生氢气爆炸，损坏安全壳结构，造成放射性物质的大量泄漏引起严重的核安全事故。现有的安全设计准则都是通过各种措施保证在任何情况下堆芯能够得到充分的冷却，最高温度不超过燃料的融化温度，以此来保证反应堆在各种工况下的安全，但是这种设计方法在各种安全设施失效的极端条件下是无法保证反应堆安全的问题。
因此需要设计一种可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性的高温自保护燃料棒十分必要。
实用新型内容
针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种高温自保护燃料棒，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本实用新型提供了一种高温自保护燃料棒，包括外壳体、燃料芯块、下端塞、冷冻阀、上端塞和压紧弹簧，所述外壳体内设置有燃料芯块；所述燃料芯块上部连接有压紧弹簧；所述燃料芯块下部连接有下端塞；所述压紧弹簧的上端连接有上端塞；所述外壳体的下端连接有冷冻阀；冷冻阀下部有短管连接至下腔室空间。
较佳地，所述燃料芯块采用熔点为479℃的熔盐燃料；且熔盐燃料外部包覆1mm厚的锆合金包覆层；为了保证一定的机械强度和压紧弹簧接触的第一个燃料芯块顶部包覆层厚度设为2mm。
较佳地，所述燃料芯块为外径8.19mm，高13.5mm圆柱体。
较佳地，所述下端塞为熔点为1000℃的不锈钢材料；且材料熔点低于锆合金包覆层的熔点。
较佳地，所述外壳体与燃料芯块之间设置有气隙；使得燃料芯块表面温度高于包覆层表面温度；因此，在温度升高时，燃料芯块会首先达到熔点融化，而燃料的熔点低于包覆层的熔点，因此，在燃料芯块包覆层熔化后液体燃料就会向下流动，这样随着温度的升高，所有的燃料芯块会熔化，最后通过下部设置的冷冻阀将液态燃料排放到堆芯外，这样就可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性。
本实用新型提供的一种高温自保护燃料棒，在使用的过程中，正常工作温度下燃料芯块为固体状态，当事故工况下，燃料芯块温度达到燃料熔点时，会变成液态，当燃料温度继续上升达到燃料芯块包覆材料熔点时，整个燃料芯块会熔化，在重力作用会流向底部，通过底部设置的冷冻阀排出堆芯，以便在事故工况下可以将燃料及时移出堆芯，同时也能保证反应堆堆芯冷却剂通道的完整性，从而提高堆芯的安全性和事故工况下保持完整性的能力，这样就可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种高温自保护燃料棒结构示意图；
图2为图1燃料元件的结构示意图；
图3为本发明中顶部和压紧弹簧直接接触燃料元件的结构示意图。
附图标记说明：1-外壳体；2-燃料芯块；3-下端塞；4-冷冻阀；5-上端塞；6-压紧弹簧。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1至图3所示，本实用新型实施例提供的一种高温自保护燃料棒，包括外壳体1、燃料芯块2、下端塞3、冷冻阀4、上端塞5和压紧弹簧6，所述外壳体1内设置有燃料芯块2；所述燃料芯块2上部连接有压紧弹簧6；所述燃料芯块2下部连接有下端塞3；所述压紧弹簧6的上端连接有上端塞5；所述外壳体1的下端连接有冷冻阀4；冷冻阀4下部有短管连接至下腔室空间。
较佳地，所述燃料芯块2采用熔点为479℃的熔盐燃料；且熔盐燃料外部设置有1mm厚的锆合金包覆层；为了保证一定的机械强度和压紧弹簧6接触的第一个燃料芯块顶部包覆层厚度设为2mm。
较佳地，所述燃料芯块2为外径8.19mm，高13.5mm圆柱体。
较佳地，所述下端塞3为熔点为1000℃的不锈钢材料；且材料熔点低于锆合金包覆层的熔点。
较佳地，所述外壳体1与燃料芯块2之间设置有气隙；使得燃料芯块2表面温度高于包覆层表面温度；因此，在温度升高时，燃料芯块2会首先达到熔点融化，而燃料的熔点低于包覆层的熔点，因此，在燃料芯块2包覆层熔化后液体燃料就会向下流动，这样随着温度的升高，所有的燃料芯块2会熔化，最后通过下部设置的冷冻阀4将液态燃料排放到堆芯外，这样就可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性。
工作原理：在使用的过程中，正常工作温度下燃料芯块为固体状态，当事故工况下，燃料芯块温度达到燃料熔点时，会变成液态，当燃料温度继续上升达到燃料芯块2包覆材料熔点时，整个燃料芯块会熔化，在重力作用会流向底部，通过底部设置的冷冻阀4排出堆芯，以便在事故工况下可以将燃料及时移出堆芯，同时也能保证反应堆堆芯冷却剂通道的完整性，从而提高堆芯的安全性和事故工况下保持完整性的能力，这样就可以保证在严重事故工况下即使应急冷却系统无法使用，也能及时将热量源移出堆芯，从而保证反应堆系统的安全性。
以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种高温自保护燃料棒，其特征在于：包括外壳体(1)、燃料芯块(2)、下端塞(3)、冷冻阀(4)、上端塞(5)和压紧弹簧(6)，所述外壳体(1)内设置有燃料芯块(2)；所述燃料芯块(2)上部连接有压紧弹簧(6)；所述燃料芯块(2)下部连接有下端塞(3)；所述压紧弹簧(6)的上端连接有上端塞(5)；所述外壳体(1)的下端连接有冷冻阀(4)；冷冻阀(4)下部有短管连接至下腔室空间。
2.如权利要求1所述的一种高温自保护燃料棒，其特征在于，所述燃料芯块(2)采用熔点为479℃的熔盐燃料；且熔盐燃料外部包覆1mm厚的锆合金包覆层。
3.如权利要求1所述的一种高温自保护燃料棒，其特征在于，所述燃料芯块(2)为外径8.19mm，高13.5mm圆柱体。
4.如权利要求1所述的一种高温自保护燃料棒，其特征在于，所述下端塞(3)为熔点为1000℃的不锈钢材料。
5.如权利要求1所述的一种高温自保护燃料棒，其特征在于，所述外壳体(1)与燃料芯块(2)之间设置有气隙。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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2022
- 2022-12-05 CN CN202223246412.2U patent/CN219040082U/zh active Active
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