[0001] 本发明的实施例涉及核燃料组件技术领域，具体涉及一种环形燃料组件。

[0002] 这里的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。压力管式反应堆因其优良的燃料循环灵活性和多样性，能够在不改变其堆芯结构的前提下，采用性能更好、安全性更高的燃料组件代替原有的燃料组件进行反应。而国内外相关人员的研究结果表明，将环形燃料组件应用于压力管式反应堆中，能够充分发挥其高燃耗、热工裕量高的优势，达到更好的反应效果。

[0019] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0020] 需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

[0021] 在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

[0022] 本发明的发明人发现，在现有的环形燃料组件中，环形燃料元件与端板的焊接位置为环形燃料元件的内流道位置，容易影响冷却剂的流通，容易出现内流道阻塞的问题，导致燃料组件局部温度过高。由于压力管式反应堆能够实现不停堆连续换料，因此如果压力管内的其中一个环形燃料组件出现内流道阻塞，将导致局部温度过高，进一步可能导致包壳破损，为将其取出需要将靠近压力管出口的所有燃料组件换料出堆，易对燃料管理造成不便，从而影响工作效率。

[0023] 基于此，本发明的实施例提供一种环形燃料组件，如图1、图2和图3所示，环形燃料组件包括：多个燃料元件10以及两个定位件20。多个燃料元件10之间平行设置；多个燃料元件10包括至少一个环形燃料元件11，每个环形燃料元件11内部形成有贯穿环形燃料元件11两端的通孔12，通孔12用于为冷却剂提供流道；两个定位件20分别连接于多个燃料元件10的两端，定位件20上与每个燃料元件10相对应的位置形成有导流孔21，导流孔21用于为冷却剂进入通孔12进行导向。

[0024] 其中，每个燃料元件10设置有多个隔离部13，隔离部13突出于燃料元件10的外表面，且每个燃料元件10的隔离部13与相邻的燃料元件10的隔离部13对应设置并相互接触，用于隔离相邻两个燃料元件10，保证相邻两个燃料元件10之间的间距。

[0025] 本实施例的环形燃料组件，通过在定位件20上设置与每个燃料元件10相一一对应的导流孔21，使冷却剂能够通过导流孔21的导向作用进入环形燃料元件11，以保证冷却剂在环形燃料元件11内部顺利流通，避免冷却剂阻塞，从而冷却环形燃料组件。并且，通过在每个燃料元件10外表面设置多个隔离部13，以保证相邻两个燃料元件10之间所需的间距，使冷却剂能够在多个燃料元件10之间流通，以此在环形燃料组件内部和外部形成了双冷却剂流道，降低了环形燃料组件的中心温度，提高了反应堆运行的安全裕度。

[0026] 如图1和图4所示，在一些实施例中，隔离部13相对于燃料元件10的轴向倾斜设置于燃料元件10的外表面，以隔离相邻的两个燃料元件10，使相邻两个燃料元件10之间保持预定间距。示例地，隔离部13可以焊接于燃料元件10的外表面。

[0027] 在一些实施例中，相邻两个燃料元件10对应设置的两个隔离部13的倾斜方向相反，以使两个隔离部13交错设置，减少两个隔离部13的接触面积，从而避免因设置隔离部13而影响冷却剂对燃料元件10的冷却效果。

[0028] 如图5所示，在本实施例中，相邻两个燃料元件10对应设置的两个隔离部13呈X型交错设置于燃料元件10沿轴向的中部，与将隔离部13紧贴于燃料元件10外表面相比，两个隔离部13呈X型交错设置时接触面积更小，冷却剂与燃料元件10外表面的接触面积更大，更有利于燃料元件10的散热，避免因两个隔离部13完全重合而导致的局部温度过高，从而影响反应堆运行的安全性。

[0029] 如图3和图4所示，在本实施例中，隔离部13设置为长方体结构，且隔离部13可以根据相邻两个燃料元件10之间的距离大小设置成不同的厚度，以使环形燃料组件中每两个相邻的燃料元件10之间均保持所需的预定间距。

[0030] 在一些实施例中，环形燃料组件用于连接于反应堆压力管内，其中，如图1和图4所示，多个燃料元件10中最外侧的燃料元件10设置有支撑部14，支撑部14突出于燃料元件10的外表面，以隔离环形燃料组件与反应堆压力管，保证环形燃料组件与反应堆压力管之间留有间隙，从而使冷却剂能够在环形燃料组件与反应堆压力管之间流通。示例地，支撑部14可以焊接于燃料元件10的外表面。

[0031] 在一些实施例中，每个燃料元件10设置有多个支撑部14，多个支撑部14分别间隔地设置于燃料元件10沿轴向的不同位置，以对较长的燃料元件10在径向方向上进行限位，从而保证燃料元件10沿轴向的各个位置与压力管之间的间距，进而使冷却剂能够在燃料元件10与压力管之间的流通，保证燃料元件10的冷却效果，同时，设置多个支撑部14能够减少环形燃料组件在进出压力管时与管壁发生的摩擦和碰撞，以使环形燃料组件出入反应堆更为顺畅。

[0032] 在一些实施例中，支撑部14设置成厚度一致的长条状的突出结构，每个位于环形燃料组件最外侧的燃料元件10上可以设置有三个支撑部14，分别设置于燃料元件10外表面的中部和靠近两端的位置，其中，三个支撑部14之间的间隔可以相等，以实现对燃料元件10在径向方向上的限位，保证燃料元件10沿轴向的各个位置与压力管之间的间距一致。

[0033] 如图6所示，在一些实施例中，定位件20可以包括：中心定位部22、多个直径不同的圆环形的定位组23以及多个第一连接部24。中心定位部22与燃料元件10对应的位置形成有导流孔21。多个直径不同的圆环形的定位组23和中心定位部22同轴且间隔设置，多个定位组23和中心定位部22连接于燃料元件10的端部，定位组23与燃料元件10相对应的位置形成有导流孔21，以为冷却剂进入各燃料元件10的通孔12进行导向。第一连接部24连接于相邻两个定位组23或中心定位部22与定位组23之间，以将各定位组23之间以及定位组23与中心定位部22之间连接，形成定位件20。

[0034] 在本实施例中，定位件20可以设置为圆板结构，中心定位部22设置于定位件20的圆心位置，多个直径不同的圆环形定位组23与中心定位部22同轴且间隔设置，从而形成圆板结构的定位件20。

[0035] 如图6所示，在一些实施例中，定位组23包括：多个定位部231和多个第二连接部232。多个定位部231沿定位组23的圆周方向均匀间隔设置，每个定位部231与燃料元件10的端部对应连接，每个定位部231形成有导流孔21，以通过每个定位部231上形成的导流孔21将冷却剂引入燃料元件10的通孔12。第二连接部232连接于相邻两个定位部231之间，以将多个定位部231连接形成定位组23。

[0036] 在一些实施例中，多个定位组23设置为三个，三个定位组23为以中心定位部22为圆心的直径不同的同心圆圆环。每个定位组23中包含的定位部231的数量按照距离中心定位部22由近及远这一顺序，可以依次设置为6个、12个和18个，即，每个定位组23中包含的定位部231的数量按照距离中心定位部22由近及远这一顺序成倍数增长。

[0037] 如图6所示，在一些实施例中，相邻两个定位组23和两个第一连接部24之间形成镂空部25，镂空部25用于为冷却剂进入多个燃料元件10之间提供流道，使冷却剂能够在多个燃料元件10之间流通，以从燃料元件10外部对其进行冷却。

[0038] 如图2、图4和图7所示，在一些实施例中，环形燃料元件11包括：外壳体111、内壳体112、多个燃料芯块113以及两个端塞114。内壳体112间隔地设置于外壳体111内，内壳体112与外壳体111之间形成环形的容纳腔115，内壳体112内形成通孔12。燃料芯块113呈环形，多个燃料芯块113设置于容纳腔115内。两个端塞114分别密封连接于外壳体111和内壳体112的两端，用于密封容纳腔115，其中，端塞114远离燃料芯块113的一端形成有至少一个缺口
116，缺口116将通孔12与环形燃料元件11外部连通，用于为冷却剂提供流道，以在定位件20上的导流孔21发生堵塞时，冷却剂能够通过端塞114上的缺口116流入环形燃料元件11的通孔12中。本实施例通过在端塞114上设置缺口116，能够保证冷却剂在导流孔21堵塞时仍能进入环形燃料元件11内部的冷却剂流道中。

[0039] 在本实施例中，端塞114设置成圆柱状的中空结构，其一端设置成能够密封容纳腔115，另一端形成有至少一个缺口116。外壳体111和内壳体112为内径不同的薄壁圆管状结构，外壳体111的圆管内径大于内壳体112的圆管内径，外壳体111套设于内壳体112外，以在其之间形成容纳腔115。

[0040] 进一步地，本实施例中的燃料芯块113为环形柱状结构，多个燃料芯块113堆叠于容纳腔115中，两个端塞114分别连接于外壳体111和内壳体112的两端，以将燃料芯块113密封在容纳腔115内。示例地，两个端塞114通过焊接的方式连接于外壳体111和内壳体112的两端。

[0041] 在一些实施例中，两个定位件20分别与多个环形燃料元件11的两个端塞114相连接，以使多个燃料元件10组合形成燃料组件，示例地，定位件20与端塞114可以通过焊接的方式连接。

[0042] 在一些实施例中，两个定位件20上的中心定位部22和多个定位组23的多个定位部231分别与环形燃料元件11的两个端塞114对应连接，使定位件20上的导流孔21能够与端塞
114的中空部分相对应，以使冷却剂能够通过定位件20上的导流孔21的导向作用流入环形燃料元件11内部。

[0043] 在一些实施例中，环形燃料组件中的多个燃料元件10可以均为环形燃料元件11。在另一些实施例中，多个燃料元件10还包括：至少一个实心燃料元件30，实心燃料元件30与环形燃料元件11平行设置，并连接于两个定位件20之间。在本实施例中，环形燃料组件由环形燃料元件11与实心燃料元件30组合形成，以便于堆芯功率展平，从而提高反应堆的总输出功率。

[0044] 如图8所示，在一些实施例中，实心燃料元件30可以包括：壳体31、多个燃料芯块32以及两个端塞33。壳体31内部形成容纳腔34，多个燃料芯块32堆叠设置于容纳腔34内。两个端塞33分别密封连接于壳体31的两端，用于密封容纳腔34。

[0045] 本实施例中利用环形燃料元件高燃耗以及热工裕量高的优势，将由环形燃料元件组成的燃料组件应用于压力管内，燃料组件结构简单，制造工艺简便，便于大批量生产和应用，且环形燃料元件的燃料利用率高，提高了反应堆的经济性。

[0046] 另外，本实施例提供的环形燃料组件长度和外径与目前普遍使用的CANDU组件一致，现有的换料机构能够很好地适用于本实施例的环形燃料组件，因此无需对反应堆压力管的结构和换料机构做任何调整，即可用本实施例的环形燃料组件代替CANDU组件在现有的压力管式反应堆中直接使用。

[0047] 对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

[0048] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。