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一种快 中子反应堆及一种快中子反应堆的中子反射层组件

阅读：102发布：2020-05-25

专利汇可以提供一种快中子反应堆及一种快中子反应堆的中子反射层组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发明涉及核电领域，尤其涉及一种可取出的含液态重金属冷却剂的快中子反应堆中子反射层组件的设计。所述快中子反应堆包括用液态重金属冷却剂冷却的燃料元件组成的堆芯，设置在堆芯周围的中子反射层组件，所述中子反射层组件包括钢制壳体，在所述壳体的高出堆芯上边缘的侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，以及至少一个安装在壳体中的垂直管，排出的冷却剂流沿着所述垂直管通过堆芯的上边缘和下边缘进入到壳体的底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来形成组件间空间内的冷却剂流的水力阻力的导流装置。技术成果为提高了快中子反应堆运行的安全性，提高了快中子反应堆的效率，并减少了蒸汽发生器的热交换面积。，下面是一种快中子反应堆及一种快中子反应堆的中子反射层组件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种快中子反应堆，其包括用液态重金属冷却剂冷却的燃料元件组成的堆芯，设置在堆芯周围的中子反射层组件，其中每一个中子反射层组件都包括钢制壳体，其特征在于，在所述壳体的高出堆芯上边缘的侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，以及至少一个安装在壳体中的垂直管，排出的冷却剂流沿着所述垂直管通过堆芯的上边缘和下边缘进入到壳体的底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来形成组件间空间内的冷却剂流的水力阻力的导流装置。
2.根据权利要求1所述的快中子反应堆，其特征在于，所述反射层组件的至少一个垂直管与高出堆芯上边缘的壳体相连接。
3.一种快中子反应堆的中子反射层组件，其包含壳体，在所述壳体侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间空间排出到壳体内部的入孔，至少一个垂直管，所述垂直管安装在所述壳体上并能引导排出的冷却剂流进入壳体底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来在组件间空间内形成冷却剂流水力阻力的导流装置。
4.根据权利要求3所述的中子反射层组件，其特征在于，所述垂直管与高出堆芯上边缘的壳体相连接。
5.根据权利要求3所述的中子反射层组件，其特征在于，所述中子反射层组件的壳体由铁素体-马氏体结构钢制成。
6.根据权利要求3所述的中子反射层组件，其特征在于，所述中子反射层组件还进一步包括一个尾部。

说明书全文

一种快中子反应堆及一种快中子反应堆的中子反射层组件

[0001] 发明所涉及的技术领域

[0002] 本发明涉及核电领域，尤其涉及一种含有可取出的中子反射层组件的液态重金属冷却快中子反应堆。

背景技术

[0003] 现有技术中已知一种液态重金属冷却快中子反应堆，其包括反射层组件[参见:http://www.atomic-energy.ru/technology/36000]，[专利RU2408094公布日期
27.12.2012]。

[0004] 在用液态重金属冷却剂冷却的快中子反应堆中的反射层组件要符合以下要求：防止位于反射层外面的无法取出换装的核装置包壳受到中子及γ 辐射；由于反射层金属结构中的能量释放量要比燃料元件中的释放量小2-3个数量级，而且在混合从堆芯元件部分流出的冷却剂时对反射层组件进行预冷却的冷却剂流量更多，能使流经反射层组件的冷却剂流量最小化；能使反射层组件横截面结构材料含量最少以减少中子的过量捕获。

[0005] 目前，在现有用钠冷却剂冷却的快中子反应堆的核电站中，反射层组件由三部分组成：头部、中间部分和尾部。这种反射层组件用尾部将其固定到能用冷却剂冷却组件的反应堆集热器上。通过安装在组件内腔中的流量孔板实现组件内部的钠冷却剂的节流，在尾部外面通过“人字形”接头，以及在外罩上部通过流量孔板实现在组件间空间内流动的环流的钠冷却剂的节流。由于在钠中的速度能局部提高到8÷10米/秒，而且节流器的流道可以有面积较小的冷却剂的流通截面，因此上述所有这些在钠冷却剂中的节流结构都相当紧凑。

具体实施方式

[0006] 该发明组的目的是提供一种能改进用液态重金属冷却剂冷却的反应堆装置的热工水力特性的快中子反应堆反射层组件结构，以保证液态重金属冷却剂的结构环流速度极限值。

[0007] 实施所申请的发明组达到的技术成果为通过降低燃料元件包壳内的温度而提高了快中子反应堆运行的安全性，所述温度的降低是通过均衡堆芯径向的冷却剂温度实现的；通过提高冷却剂在堆芯出口的混合平均温度，即经过堆芯燃料元件部分的冷却剂的温度和经过反射层组件的冷却剂温度来提高快中子反应堆的效率，这需要通过提高经过反射层组件的冷却剂的温度来实现。

[0008] 所申请的技术成果的实现是通过快中子反应堆包含由用液态重金属冷却剂冷却的燃料元件组成的堆芯和设置在堆芯周围的中子反射层组件，所述反射层组件包含壳体，在高出堆芯上边缘的壳体侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，至少一个垂直管，所述垂直管安装在所述壳体上，排出的冷却剂流沿着所述垂直管经过堆芯的上边缘和下边缘进入壳体底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来在组件间空间内形成冷却剂流水力阻力的导流装置。

[0009] 所申请的技术成果的实现还通过快中子反应堆的中子反射层组件包含壳体，在所述壳体侧壁上设置有至少一个用于将部分冷却剂流从组件间的空间排到壳体内部的入孔，至少一个垂直管，所述垂直管安装在所述壳体上并能引导排出的冷却剂流进入壳体底部，以及在高出入孔的壳体外侧安装有用来在组件间空间内形成冷却剂流水力阻力的导流装置。

[0010] 在反射层组件之间流动的冷却剂在经过设置在壳体壁上的孔和垂直管后，第三次流经堆芯下边缘(堆芯入口)和堆芯上边缘(堆芯出口)之间，并相应地，通过冷却剂本身的辐射吸收，以及通过在反射层组件金属结构冷却过程中沿着整个冷却剂运动路径对其连续加热而实现三次更强地加热，在所述反射层组件金属结构中发生了与电离辐射吸收有关的能量释放。这样是用改变冷却剂流的流向并使其具有更长的运动路径的方式来替代具有局部高速的冷却剂节流器的使用。由于反射层组件壳体内部冷却剂流的回转，以及在更长的流动路径上的摩擦损失使得具有很高水力阻力，于是反射层组件的水力阻力也增大了，反射层组件和燃料元件在核装置一回路的液压流程图中是平行的，即，使得堆芯内的总的液压下降，因此，大量的冷却剂将会引导至堆芯的燃料元件部分，从而能够均衡堆芯径向的冷却剂加热温度。

[0011] 通过增加在堆芯燃料元件部分流动的冷却剂流而均衡流经堆芯和反射层组件的冷却剂的加热温度能够降低燃料元件包壳内的最大温度(热点温度)，该温度是确定用液态重金属冷却剂冷却的快中子反应堆中燃料元件包壳的性能标准时的主要限制因素之一。

[0012] 除此之外，在实施本发明的特定情况下，垂直管与高出堆芯上边缘的壳体相连接。

[0013] 除此之外，在实施本发明的特定情况下，中子反射层组件的壳体由铁素体-马氏体结构钢制成。

[0014] 除此之外，在实施本发明的特定情况下，中子反射层组件还进一步包括尾部。

[0015] 揭示发明内容的信息

[0016] 图1—三角放置燃料元件时的反应堆堆芯各元件的位置图；

[0017] 图2—反射层组件(纵切面)；

[0018] 图1中示出的快中子反应堆包括堆芯1，所述堆芯1由带有燃料元件2棒组的燃料组件组成，液态重金属冷却剂位于燃料元件之间，优选铅或铅铋共晶合金作为所述液态重金属冷却剂。堆芯1具有下边缘H1(堆芯的入口)和上边缘H2(堆芯的出口)。在堆芯1的周围设置有用于减少中子泄漏并让其返回到堆芯1的中子反射层组件3。

[0019] 图3中示出的中子反射层组件包括钢制壳体(外罩)4，在其侧壁上设置有一个或几个用于将部分冷却剂流6从组件间的空间排出到壳体内部聚集管51的入孔5，一个或几个用于引导排出的冷却剂流6进入壳体4底部，并利用焊缝通过聚集管51与其连接的垂直管7。垂直管7可以与反射层组件的纵轴线平行安装或者围绕其纵轴线旋转安装。在壳体4的外侧从入孔5到反射层组件出口这段的壳体上部安装有导流装置8，所述导流装置的结构能够通过在组件间空间垂直区域内对排出流形成重要的水力阻力增加从组件间空间进入到壳体4内的冷却剂排流，为了减少对壳体4环流壁的侵蚀腐蚀损坏，在导流装置8中的冷却剂速度不应超过2÷2.5米/秒。在优选实施例中，所述导流装置8包括电镀的钢板，所述钢板焊接到壳体壁一侧并在壳体4的壁表面具有梯形或波浪形的卷边，在这种钢板的作用下会改进冷却剂的流动。在电镀板上优选设置有凹槽，通过选择凹槽的宽度和长度来调节在电镀板下移动的冷却剂流量。一个反射层组件的电镀板的外侧与相邻的反射层组件的电镀板的外侧应相互接触或有一个小的间隙。为了提高导流装置8的工作效率，在高出堆芯上边缘Н2的反射层组件的每个壳体4的壁上都必须设置电镀板，这样可以覆盖反射层组件之间的所有有缝间隙。在导流装置8电镀板下的反射层组件的壳体4的壁应该更薄一些，这样可以增加在电镀板下通过的冷却剂流量。反射层组件还包括一个用于将其固定到反应堆底部的尾部9。反射层组件的壳体4在优选发明实施例中应该由铁素体-马氏体结构钢制成，因为这种钢在重金属液态冷却剂的环境中具有良好的防腐蚀性，而且能在高的中子流照射下保持良好的可塑性。垂直管7优选为固定在高出堆芯1上边缘Н2的壳体4上，由于在堆芯1的下边缘H1和上边缘Н2之间具有较高的中子流，并且由于入孔沿着反射层组件壳体向上位移而增加了冷却剂的运动路径，所以为了减少连接处的焊缝辐射脆化，垂直管7不固定在堆芯1的下边缘H1和上边缘Н2之间。反射层组件的壳体4的截面根据所使用燃料元件2可以设置形状为三角形、矩形、六边形或其他任意形状。

[0020] 装置的工作模式如下

[0021] 快中子反应堆的堆芯1装载含有燃料元件2棒组的燃料组件。在堆芯1的周围安装中子反射层组件3，设置在壳体4侧壁上的入孔5位于堆芯1上边缘Н2的上方。因此，流经堆1
芯1上边缘Н2的一部分冷却剂流6从组件间的空间穿过孔5和聚集管5进入到反射层组件的壳体4内部，即，从下向上单向流动的组件间的冷却剂流6旋转了90°。之后，排出流再次旋转
90°后经过垂直管7，流经堆芯1的上边缘Н2和堆芯1的下边缘H1，下降到壳体4的底部，在这之后冷却剂流6旋转180°并向壳体的上方上升，再次流经堆芯1的上边缘Н2和堆芯1的下边缘Н2一直到反射层组件壳体4的出口。

[0022] 因此，所提出的反射层组件壳体4内部的排出的冷却剂流6运动的液压流程图能保证流经反射层组件的冷却剂得到加热，并均衡混合区域内堆芯1径向的冷却剂温度，在混合区内经过燃料元件和经过反射层组件的冷却剂流混合在一起，因此，在反射层之间流经的一部分冷却剂流三次经过堆芯1的上边缘H2和下边缘H1之间，相应地，通过在冷却剂中的辐射吸收以及通过反射层组件3的金属结构的功率释放时的连续加热进行了三次更强地加热。当均衡堆芯1径向的温度分布时，堆芯1上边缘Н2上方的冷却剂的混合平均温度也提高了。流经堆芯1燃料元件部分和经过反射层组件3的冷却剂的温度在混合平均温度的作用下进行了混合。通过提高流经反射层组件3的冷却剂温度来进行这种均衡。当堆芯1的上边缘Н2的冷却剂的混合平均温度升高时，核装置的功率也提高了，即，在堆芯1释放同样热功率的条件下，能提高通过涡轮(图中未示出)内第二回路的冷却剂释放的功率。在同样的第二回路流速下水的焓值升高了。在保持第二回路(图中未示出)释放相同功率的条件下通过提高堆芯1出口处的混合平均温度还能够缩小蒸汽发生器内的热交换面积。

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