一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒
阅读说明：本技术 一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒 (Hollow cross torsional high-temperature-resistant fuel rod ) 是由 刘展 魏岑 许志红 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于反应堆燃料技术领域,具体公开了一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒,包括燃料棒本体,燃料棒本体活性区底部截面为扭转“十”字形状,且燃料棒本体内部为圆形中空结构；所述燃料棒本体活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转,所述燃料棒本体的上下端均设有同心圆管；本发明通过燃料棒自身扭转达到搅混冷却剂作用,减少了堆芯复杂的搅混装置(如格架、绕丝等)；同时燃料棒本体内部设计为中空结构,能够使冷却剂在燃料棒本体内部流动,进而可有效冷却燃料棒,保证了高功率密度反应堆以及事故期间的燃料棒安全性；燃料棒两端采用同心圆管结构,方便对燃料棒进行安装定位。(The invention belongs to the technical field of reactor fuel, and particularly discloses a hollow cross-shaped torsion type high-temperature-resistant fuel rod which comprises a fuel rod body, wherein the cross section of the bottom of an active area of the fuel rod body is in a torsion cross shape, and the interior of the fuel rod body is in a circular hollow structure; the outer part of the active region of the fuel rod body extends upwards along the central axis from the bottom section and rotates around the central axis, and the upper end and the lower end of the fuel rod body are both provided with concentric circular tubes; the invention achieves the effect of stirring the coolant by twisting the fuel rods, and reduces complicated stirring devices (such as grids, wire windings and the like) of the reactor core; meanwhile, the interior of the fuel rod body is designed to be a hollow structure, so that a coolant can flow in the fuel rod body, the fuel rod can be effectively cooled, and the safety of a high-power-density reactor and the fuel rod during accidents is guaranteed; the two ends of the fuel rod adopt concentric circular tube structures, so that the fuel rod is convenient to install and position.)
技术领域
本发明涉及反应堆燃料技术领域，具体为一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒。
背景技术
目前反应堆堆芯一般采取分区布置方案，不同堆芯位置核燃料富集度不同，从而造成反应堆堆芯径向功率非均匀分布。由于堆芯不均匀径向功率分布，同时考虑到堆芯入口流量分配不均等因素，必然造成堆芯冷却剂通道内积分功率不同，因此总存在一个积分功率输出最大的热通道或热管。同时，堆芯内必然存在燃料元件表面热流密度最大的热点。由于燃料的表面和中心的最高温度不能超过一定的限值，因此热管和热点对确定堆芯功率的输出量起着决定作用。
为了充分展平堆芯冷却剂温度分布，反应堆燃料组件设计过程中，通常采用一定的搅混结构如搅混格架、绕丝等，对堆芯冷却剂进行充分搅混，以达到均匀冷却剂温度、避免燃料元件表面局部过热的目的。搅混格架、绕丝等结构复杂，且与燃料棒直接接触，在堆芯高流速冷却剂的冲刷下容易出现流致振动现象，燃料棒表面与搅混部件的接触点长期受到机械应力作用，燃料棒可能会发生加速失效，此外，搅混部件增加了反应堆的流动阻力，对反应堆冷却剂泵的扬程提出了更高要求。
当前反应堆通常采用实心圆柱燃料棒结构，将引起较高的燃料棒中心温度，为了确保反应堆堆芯安全性，需要确保燃料中心温度低于其材料融化温度，一定程度限制了反应堆的功率密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒，包括燃料棒本体，燃料棒本体活性区底部截面为扭转“十”字形状，且燃料棒本体内部为圆形中空结构；所述燃料棒本体活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转，所述燃料棒本体的上下端均设有同心圆管。
作为本发明一种优选的技术方案，所述燃料棒本体外部为十字扭转结构，且扭转角度为任意角度。
作为本发明一种优选的技术方案，上下所述同心圆管的轴线与燃料棒本体活性区域中心圆孔轴线一致
作为本发明一种优选的技术方案，所述燃料棒本体与同心圆管为一体成型结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中燃料棒本体外部为十字扭转结构，可有效搅混冷却剂使得堆芯冷却剂温度更加均匀，同时减少了额外的搅混结构设计和降低了反应堆堆芯区域的阻力，有效增加反应堆安全性及经济性。
2.本发明中燃料棒本体内部为中空设计，允许冷却剂通过，可有效冷却燃料棒，降低燃料峰值温度，增加高功率密度反应堆以及事故期间的燃料棒安全性。
3.本发明中燃料棒本体得上下端均设有同心圆管，便于对燃料棒本体进行安装定位。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图。
图中：1、燃料棒本体；2、同心圆管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种中空的十字扭转型耐高温燃料棒，包括燃料棒本体1，燃料棒本体1活性区底部截面为扭转“十”字形状，且燃料棒本体1内部为圆形中空结构，允许冷却剂从燃料棒本体1内部通过，可有效冷却燃料棒，从而增加高功率密度反应堆或事故期间的燃料棒安全性；所述燃料棒本体1活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转，燃料棒本体1外部为十字扭转结构，且扭转角度为90°，该结构设计对沿燃料棒本体1外部流动的冷却剂产生一定的搅混作用，从而促进冷却剂的横向流动，使得堆芯冷却剂温度分布更加均匀，可达到避免燃料棒本体外表面烧毁，提高堆芯安全裕量的作用；同时，由于燃料棒本体1自身具备冷却剂搅混作用，燃料组件可移除额外的复杂搅混结构，从而节省燃料组件制造成本，且降低了反应堆堆芯阻力的大幅增加，增加反应堆经济性。
所述燃料棒本体1的上下端均设有同心圆管2，且同心圆管2的轴线与燃料棒本体1活性区域中心圆孔轴线保持一致，便于燃料棒本体1安装定位，燃料棒本体1与同心圆管2为一体成型结构，结构较为稳固。
实施例2，请参阅图2，所述燃料棒本体1活性区底部截面为扭转“十”字形状，且燃料棒本体1内部为圆形中空结构，允许冷却剂从燃料棒本体1内部通过，可有效冷却燃料棒，从而增加高功率密度反应堆或事故期间的燃料棒安全性；所述燃料棒本体1活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转，燃料棒本体1外部为十字扭转结构，且扭转角度为180°，该结构设计对沿燃料棒本体1外部流动的冷却剂产生一定的搅混作用，从而促进冷却剂的横向流动，使得堆芯冷却剂温度分布更加均匀，可达到避免燃料棒本体外表面烧毁，提高堆芯安全裕量的作用；同时，由于燃料棒本体1自身具备冷却剂搅混作用，燃料组件可移除额外的复杂搅混结构，从而节省燃料组件制造成本，且降低了反应堆堆芯阻力的大幅增加，增加反应堆经济性。
所述燃料棒本体1的上下端均设有同心圆管2，且同心圆管2的轴线与燃料棒本体1活性区域中心圆孔轴线保持一致，便于燃料棒本体1安装定位，燃料棒本体1与同心圆管2为一体成型结构，结构较为稳固。
实施例3：请参阅图3，所述燃料棒本体1活性区底部截面为扭转“十”字形状，且燃料棒本体1内部为圆形中空结构，允许冷却剂从燃料棒本体1内部通过，可有效冷却燃料棒，从而增加高功率密度反应堆或事故期间的燃料棒安全性；所述燃料棒本体1活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转，燃料棒本体1外部为十字扭转结构，且扭转角度为270°，该结构设计对沿燃料棒本体1外部流动的冷却剂产生一定的搅混作用，从而促进冷却剂的横向流动，使得堆芯冷却剂温度分布更加均匀，可达到避免燃料棒本体外表面烧毁，提高堆芯安全裕量的作用；同时，由于燃料棒本体1自身具备冷却剂搅混作用，燃料组件可移除额外的复杂搅混结构，从而节省燃料组件制造成本，且降低了反应堆堆芯阻力的大幅增加，增加反应堆经济性。
所述燃料棒本体1的上下端均设有同心圆管2，且同心圆管2的轴线与燃料棒本体1活性区域中心圆孔轴线保持一致，便于燃料棒本体1安装定位，燃料棒本体1与同心圆管2为一体成型结构，结构较为稳固。
实施例4：请参阅图4，所述燃料棒本体1活性区底部截面为扭转“十”字形状，且燃料棒本体1内部为圆形中空结构，允许冷却剂从燃料棒本体1内部通过，可有效冷却燃料棒，从而增加高功率密度反应堆或事故期间的燃料棒安全性；所述燃料棒本体1活性区域的外部由底部截面沿中轴线向上延伸并绕中轴线旋转，燃料棒本体1外部为十字扭转结构，且扭转角度为360°，该结构设计对沿燃料棒本体1外部流动的冷却剂产生一定的搅混作用，从而促进冷却剂的横向流动，使得堆芯冷却剂温度分布更加均匀，可达到避免燃料棒本体外表面烧毁，提高堆芯安全裕量的作用；同时，由于燃料棒本体1自身具备冷却剂搅混作用，燃料组件可移除额外的复杂搅混结构，从而节省燃料组件制造成本，且降低了反应堆堆芯阻力的大幅增加，增加反应堆经济性。
所述燃料棒本体1的上下端均设有同心圆管2，且同心圆管2的轴线与燃料棒本体1活性区域中心圆孔轴线保持一致，便于燃料棒本体1安装定位，燃料棒本体1与同心圆管2为一体成型结构，结构较为稳固。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。