热管式燃料元件、堆芯和其运行方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115985526A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211585149.1(22)申请日2022.12.09(71)申请人中国科学院上海应用物理研究所地址201800上海市嘉定区嘉罗公路2019号(72)发明人陈兴伟邹杨戴叶崔德阳蔡翔舟(74)专利代理机构上海弼兴律师事务所31283专利代理师余化鹏张云燕(51)Int.Cl.G21C3/08(2006.01)G21C3/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图9页(54)发明名称热管式燃料元件、堆芯和其运行方法及其应用(57)摘要本发明公开了提供了热管式燃料元件、堆芯和其运行方法及其应用。热管式燃料元件自下而上包括同轴固接的第一基体和第二基体，第一基体和第二基体均呈中空的管状结构，且相互连通；第一基体的管状结构、第二基体的管状结构的内侧壁分别开设有呈轴向分布的第一沟槽、第二沟槽，两者的连接处连续、无断层；第一基体为金属材质或慢化剂材质，且第一基体的内部弥散分布有燃料颗粒，燃料颗粒具有包覆层；第二基体为不含燃料颗粒的金属基体。本发明的热管式燃料元件采用一体化的设计避免缝隙热阻导致的热效率问题和安全问题，确保燃料颗粒和传热工质的紧密接触。本发明的堆芯结构简单紧凑，传热效率高、性能稳定可靠，可满足多场景多用途的能源供应。CN115985526ACN115985526A权利要求书1/2页1.热管式燃料元件，其特征在于，所述热管式燃料元件自下而上包括同轴固接的第一基体和第二基体，所述第一基体和所述第二基体均呈中空的管状结构，且相互连通；所述第一基体和所述第二基体的结构为方式一或方式二：方式一：所述第一基体的管状结构、所述第二基体的管状结构的内侧壁分别开设有呈轴向分布的第一沟槽、第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的连接处连续、无断层；其中，所述第一基体为金属材质或慢化剂材质，且所述第一基体的内部弥散分布有燃料颗粒，所述燃料颗粒具有包覆层；所述第二基体为不含燃料颗粒的金属基体；方式二：所述第一基体的管状结构、所述第二基体的管状结构的内侧壁分别贴设有呈轴向分布的第一丝网、第二丝网，所述第一丝网和第二丝网的连接处连续、无断层；其中，所述第一基体为金属材质或慢化剂材质，且所述第一基体的内部弥散分布有燃料颗粒，所述燃料颗粒具有包覆层；所述第二基体为不含燃料颗粒的金属材质。2.如权利要求1所述的热管式燃料元件，其特征在于，所述第一基体的管状结构的内径与所述第二基体的管状结构的内径相同；和/或，所述第一沟槽与所述第二沟槽的形状相同；和/或，所述第一沟槽或所述第二沟槽均匀环设在所述管状结构的内侧壁上；和/或，所述第一沟槽或所述第二沟槽为方形凹槽、矩形凹槽、圆形凹槽和异型槽中的一种或多种，较佳地为Ω型槽；和/或，所述第一沟槽或所述第二沟槽独立地在与所述热管式燃料元件的轴线最接近的边缘处还贴设有至少一层丝网，所述第一沟槽或所述第二沟槽与所述丝网形成复合吸液芯结构；和/或，所述第一丝网或所述第二丝网为单层丝网或复合型丝网，较佳地为复合型丝网；更佳地，所述复合型丝网为具有大小不同孔径的双层丝网。3.如权利要求1所述的热管式燃料元件，其特征在于，所述第一基体为圆柱形或多棱柱形；较佳地，当所述第一基体为金属材质时，所述第一基体为圆柱形；较佳地，当所述第一基体为慢化剂材质时，所述第一基体为正六棱柱形；和/或，所述第一基体的长度与所述第二基体的长度相同；和/或，所述第一基体的外径大于等于所述第二基体的外径。4.如权利要求1所述的热管式燃料元件，其特征在于，所述第二基体为圆柱形或多棱柱形，较佳地为圆柱形；和/或，所述金属材质为无中子吸收能力、耐高温耐辐照的材料，较佳地为316ss不锈钢；和/或，所述慢化剂材质为碳化硅、石墨和氢化钇中的一种或多种，较佳地为氢化钇或碳化硅。5.如权利要求1所述的热管式燃料元件，其特征在于，所述第一基体的外围还包覆有一管壳；较佳地，所述管壳的厚度为1～3mm；较佳地，所述管壳为金属材质或慢化剂材质。6.如权利要求1所述的热管式燃料元件，其特征在于，所述燃料颗粒在所述第一基体的内部填充率为10～64％，较佳地40％～60％；和/或，所述包覆层的材料为金属、碳化物或碳化物‑难熔金属，较佳地为碳化物，更佳地为碳化硅；2CN115985526A权利要求书2/2页和/或，所述燃料颗粒的芯核为氮化铀、氧化铀和碳氧化铀中的一种或多种，较佳地为氮化铀；和/或，所述燃料颗粒为TRISO颗粒、FCM和MOX中的一种或多种，较佳地为TRISO颗粒；和/或，所述燃料颗粒的直径为0.5～1mm。7.一种堆芯，其特征在于，其包括堆芯容器、以及填充于所述堆芯容器中、且与所述堆芯容器的轴线平行分布的若干个如权利要求1～6任一