專利名稱:超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和燃料組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件，具體涉及超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和燃料組件。
背景技術(shù)：
長期以來，反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性一直是核能行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題。提高反應(yīng)堆中子經(jīng)濟(jì)性的根本在于減少中子的泄漏和無益吸收。對燃料組件來說，其結(jié)構(gòu)材料和包殼材料需要盡量選用中子吸收較少的合金。
在超臨界水冷堆中，燃料組件為單層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的冷卻水流道前后一致，冷卻水從燃料組件的入口進(jìn)入，經(jīng)燃料棒加熱后，再由燃料組件的出口排出。在這種結(jié)構(gòu)下，燃料棒會將冷卻水的溫度前后加熱成一致。
由于超臨界水冷堆運(yùn)行壓力和溫度都很高，燃料組件結(jié)構(gòu)材料不能采用吸收中子較少的鋯合金，而往往選擇不銹鋼或鎳基合金等中子吸收較多的耐高溫材料。例如:歐盟開發(fā)的超臨界燃料組件結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼，包殼材料為鎳基合金；日本開發(fā)的超臨界燃料組件包殼及結(jié)構(gòu)材料均使用鎳基合金。燃料組件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，所使用的不銹鋼或鎳基合金越多，中子無益吸收就越多，反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性就越差。
在本領(lǐng)域中，急需一種中子經(jīng)濟(jì)性高的燃料組件。發(fā)明人經(jīng)過研究，設(shè)計出一種采用分層結(jié)構(gòu)的燃料組件，通過控制冷卻水流道橫截面積的大小來控制冷卻水在燃料組件中不同位置的流量，讓冷卻水在燃料組件中不同位置的溫度不同，從而使燃料組件在低溫區(qū)能夠采用中子吸收量少的材料。
申請人:還發(fā)現(xiàn)，目前普通壓水型反應(yīng)堆和超臨界水冷堆均未設(shè)置專用的流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)冷卻劑和慢化劑的準(zhǔn)確流量分配，無法改變冷卻劑和慢化劑的流量。而控制冷卻劑和慢化劑的流量能使上述采用分層結(jié)構(gòu)的燃料組件能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)控制冷卻水溫度的目的。
流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)首先應(yīng)用于沸水堆中。沸水堆堆芯流量分配要求很高，因此在堆芯下板流水孔處設(shè)置了可更換的節(jié)流件，以方便調(diào)節(jié)進(jìn)入每組燃料組件的冷卻劑流量。沸水堆節(jié)流件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且由于沸水堆燃料組件與超臨界水冷堆燃料組件結(jié)構(gòu)形式差異，其節(jié)流件并不適用于超臨界水冷堆燃料組件。超臨界水冷堆雙流程結(jié)構(gòu)決定了堆芯冷卻劑分配遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于普通電站壓水堆及沸水堆，因此，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)更為簡單，且適用于超臨界水冷堆雙流程堆芯結(jié)構(gòu)的流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的即在于提供一種超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，該流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)適用于超臨界水冷堆雙流程結(jié)構(gòu)，而且結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明的第一個目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括分配筒，分配筒上端面上開設(shè)有主分流孔和多個副分流孔，副分流孔均勻分布于主分流孔周圍。冷卻水通過主分流孔流經(jīng)燃料組件，慢化劑通過副分流孔流出燃料組件，實(shí)現(xiàn)冷卻水和慢化劑的分配。其中，副分流孔的數(shù)量可以根據(jù)燃料組件中慢化劑管的數(shù)量自由設(shè)定。主分流孔和副分流孔的孔徑可以根據(jù)燃料組件的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，功率越高，孔徑越大，流量越大，反之越小。通過更換不同孔徑的本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)冷卻水和慢化劑流量的調(diào)節(jié)和分配，適用面廣，自適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明定位精度要求不高，與堆芯下板流水孔之間允許存在一定間隙，有利于流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的安裝與更換。
作為本發(fā)明的第一種優(yōu)化方案，將主分流孔設(shè)計成為上細(xì)下粗的臺階孔，所述主分流孔的臺階面上設(shè)置有定位槽。該定位槽用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。通過長桿插入該定位槽，即可遠(yuǎn)距離進(jìn)行本發(fā)明的安裝、拆卸或調(diào)節(jié)，使本發(fā)明更具易用性。尤其是在溫度較高時，避免人員近距離安裝、拆卸或調(diào)節(jié)本發(fā)明，安全性高。
作為本發(fā)明的第二種優(yōu)化方案，還包括定位鍵，所述分配筒上端的直徑大于所述分配筒下端的直徑，定位鍵設(shè)置于所述分配筒下端外圓面上。本發(fā)明安裝于堆芯下板流水孔內(nèi)，通過分配筒直徑的變化得到一個臺階面，臺階面能夠方便本發(fā)明安裝，提高定位精度，并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軸向壓緊。定位鍵用于限制本發(fā)明的周向轉(zhuǎn)動。定位鍵采用變形量小的冷裝方式安裝。
作為本發(fā)明的第三種優(yōu)化方案，所述分配筒下端的外圓面上設(shè)置有圓錐過渡面。該圓錐過渡面可以使本發(fā)明在沒完全對準(zhǔn)堆芯下板流水孔時，也能順利安裝。
本發(fā)明的第二個目的即在于提供一種反應(yīng)堆燃料組件，以克服現(xiàn)有的超臨界燃料組件沒有流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，只能使用銹鋼或鎳基合金等中子吸收較多的耐高溫材料，導(dǎo)致反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性差的缺陷。
本發(fā)明的第二個目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
超臨界水冷堆燃料組件，包括燃料棒盒，燃料棒盒的內(nèi)部空間構(gòu)成冷卻劑流道，還包括上述任意一種超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述燃料棒盒包括相互連通的高溫盒和低溫盒，高溫盒中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒中冷卻劑流道的橫截面積，高溫盒由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成，低溫盒由鋯合金構(gòu)成；
還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座、高溫慢化劑盒和高溫慢化劑管，還包括由鋯合金構(gòu)成的低溫管座、低溫慢化劑盒和低溫慢化劑管，高溫慢化劑盒設(shè)置于所述高溫盒中，低溫慢化劑盒設(shè)置于所述低溫盒中，高溫管座與所述高溫盒連通，低溫管座與所述低溫盒連通，高溫慢化劑盒與低溫慢化劑盒連通，高溫慢化劑管貫穿高溫管座，高溫慢化劑管與高溫慢化劑盒連接，低溫慢化劑管貫穿低溫管座，低溫慢化劑管與低溫慢化劑盒連接，高溫管座上開設(shè)有冷卻水出口，低溫管座上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口 ；
所述分配筒的上端緊靠低溫管座，所述主分流孔與冷卻水進(jìn)口對應(yīng)，所述副分流孔與低溫慢化劑管對應(yīng)。
發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，冷卻水在現(xiàn)有的超臨界燃料組件中會被加熱至較高的溫度(通常為500°C以上)，這種溫度對于中子吸收量較少的材料(如鋯合金)是無法承受的，因此，現(xiàn)有的超臨界燃料組件只能使用銹鋼或鎳基合金等中子吸收較多的耐高溫材料，導(dǎo)致反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性差。為了得到中子經(jīng)濟(jì)性高的燃料組件，發(fā)明人希望能將鋯合金最大程度的應(yīng)用到超臨界燃料組件中，而面臨的問題在于如何降低冷卻水溫。最終，發(fā)明人發(fā)明的技術(shù)方案是采用分層設(shè)計，將燃料組件分成兩部分，通過控制兩部分中冷卻水流道的橫截面積來控制冷卻水的流速。在低溫盒中，由于冷卻水流道的橫截面積較小，冷卻水流速快，冷卻水以較短的時間通過燃料棒，燃料棒對冷卻水的加熱時間短，使得低溫盒中冷卻水的溫度較低。經(jīng)過加熱的冷卻水從低溫盒進(jìn)入高溫盒，由于高溫盒中冷卻水流道的橫截面積較大，冷卻水流速慢，冷卻水與燃料棒接觸的時間長，燃料棒能夠充分對冷卻水加熱，使冷卻水的溫度達(dá)到預(yù)定溫度。采用上述結(jié)構(gòu)，在滿足出口冷卻水溫度達(dá)到預(yù)定值的情況下，使低溫盒中的冷卻水溫低于高溫盒中的冷卻水溫，從而能夠用中子吸收較少但不耐高溫的鋯合金制造低溫盒，提高了反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)明人還增加了超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，用于分配每組燃料組件的冷卻劑流量，能使超臨界水冷堆燃料組件能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)控制冷卻水溫度的目的。
高溫管座與低溫管座用于與反應(yīng)堆的其它裝置相連接，并為冷卻水與慢化劑提供出口和進(jìn)口。慢化劑盒和慢化劑管用于為慢化劑提供一個完整的流通管道。冷卻劑通過超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)從低溫管座上的冷卻劑進(jìn)口進(jìn)入，然后依次通過低溫盒、高溫盒、高溫管座流出。慢化劑從低溫慢化劑管進(jìn)入，然后依次通過低溫慢化劑盒、高溫慢化劑盒、高溫慢化劑管流出。上述結(jié)構(gòu)能夠使慢化劑與冷卻劑分流，并讓慢化劑與冷卻劑的流量一致，縮短了流程，使慢化均勻，提高了堆芯安全性。另外，為了進(jìn)一步加強(qiáng)反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性，配合高溫盒與低溫盒中冷卻水的不同溫度，采用不銹鋼或鎳基合金制成高溫管座、高溫慢化劑盒和高溫慢化劑管，采用鋯合金制成低溫管座、低溫慢化劑盒和低溫慢化劑管。
作為本發(fā)明的第一種優(yōu)化方案，還包括燃料棒，燃料棒分別設(shè)置于所述高溫盒和低溫盒內(nèi)。在高溫盒與低溫盒內(nèi)分別設(shè)置燃料棒，對低溫盒與高溫盒中的冷卻水分開加熱。所述高溫盒內(nèi)燃料棒的數(shù)量少于所述低溫盒內(nèi)所述燃料棒的數(shù)量。要使高溫盒中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒中冷卻劑流道的橫截面積，可以采用多種方法實(shí)現(xiàn)，比如:在壁厚相同的情況下，將高溫盒的橫截面積設(shè)計得大于低溫盒的橫截面積；橫截面積相同的情況下，將高溫盒的壁厚設(shè)計得小于低溫盒的壁厚。但是，上述兩種方式都存在不足:在反應(yīng)堆內(nèi)，燃料組件的安裝較為緊密，將高溫盒的橫截面積設(shè)計得大于低溫盒的橫截面積必然導(dǎo)致燃料組件安裝困難；將高溫盒的壁厚設(shè)計得小于低溫盒的壁厚，不但增加了材料成本，還使得燃料組件的穩(wěn)定性變差。將上述兩種方式相結(jié)合也存在上述問題。需要說明的是，上述兩種方式或者兩者的結(jié)合雖然存在一定不足，但是是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)明目的的，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
最終，發(fā)明人通過控制高溫盒與低溫盒中燃料棒數(shù)量的方式來控制冷卻劑流道的橫截面積，在橫截面積和壁厚都相同的情況下，低溫盒中燃料棒的數(shù)量多，燃料棒占用的空間大，低溫盒中冷卻劑流道的橫截面積自然較小，反之高溫盒中冷卻劑流道的橫截面積較大。采用這種方式不影響燃料組件的安裝，不增加材料成本，也不影響燃料組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
作為本發(fā)明的第二種優(yōu)化方案，還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的連接盒和連接管，所述高溫盒和低溫盒通過連接盒連通，連接管設(shè)置于連接盒內(nèi)，連接管連通所述高溫慢化劑盒和低溫慢化劑盒。
如果從低溫盒中流出的冷卻水立即進(jìn)入高溫盒中加熱，高溫盒中冷卻水的部分熱量會直接傳導(dǎo)至低溫盒中的冷卻水，使低溫盒中冷卻水溫度升高。為了解決新出現(xiàn)的問題，增設(shè)連接盒，連接盒為低溫盒內(nèi)的冷卻水和高溫盒內(nèi)的冷卻水提供過渡空間，防止高溫盒內(nèi)的冷卻水直接將熱量傳導(dǎo)至低溫盒內(nèi)的冷卻水中。連接管使連接盒中的慢化劑與冷卻水分流。連接盒中冷卻水的溫度會高于低溫盒中冷卻水的溫度，因此，采用不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成連接盒和連接管。
作為本發(fā)明的第三種優(yōu)化方案，所述冷卻水出口為設(shè)置于高溫管座側(cè)面的蒸汽窗。高溫管座與反應(yīng)堆蒸汽腔連接，蒸汽窗位于反應(yīng)堆蒸汽腔中，蒸汽窗用于排放被加熱成蒸汽的冷卻水，使蒸汽能夠通過反應(yīng)堆蒸汽腔被導(dǎo)出。
作為本發(fā)明的第四種優(yōu)化方案，還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座連接件、由鋯合金構(gòu)成的低溫管座連接件，所述高溫管座通過高溫管座連接件與所述高溫盒連通，所述低溫管座通過低溫管座連接件與所述低溫盒連通。
作為本發(fā)明的第五種優(yōu)化方案，還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的分流板，分流板設(shè)置于所述高溫管座中將高溫管座內(nèi)部分成不相通的兩個腔室，所述兩個腔室分別與兩個所述高溫盒連通，兩個所述高溫慢化劑管分別貫穿兩個腔室，高溫慢化劑管與對應(yīng)的高溫盒中的高溫慢化劑盒連接。所述低溫管座與兩個所述低溫盒連通，兩個低溫慢化劑管貫穿低溫管座，兩個所述低溫慢化劑管分別與兩個所述低溫慢化劑盒連接。
為了使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加緊湊，用一個高溫管座同時連接兩個高溫盒，為了使兩個高溫盒中出的冷卻水分流，在高溫管座中增設(shè)分流板，將高溫管座內(nèi)部分成兩個獨(dú)立的腔室。為了對應(yīng)兩個高溫盒中的高溫慢化劑盒，自然也設(shè)置了兩個高溫慢化劑管。為了使分流板能夠承受高溫冷卻水的溫度，采用不銹鋼或鎳基合金制成分流板。用一個低溫管座同時連接兩個低溫盒，為了對應(yīng)兩個低溫盒中的低溫慢化劑盒，自然也設(shè)置了兩個低溫慢化劑管。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
1.提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用于超臨界水冷堆雙流程堆芯結(jié)構(gòu)的流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，能用于分配每組燃料組件的冷卻劑流量，能使超臨界水冷堆燃料組件能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)控制冷卻水溫度的目的；
2.提供了一種超臨界水冷堆燃料組件，采用分層結(jié)構(gòu)，設(shè)置冷卻劑流道的橫截面積不同的高溫盒和低溫盒，讓低溫盒中的冷卻劑溫度較低，使得低溫盒及其與之連接的部件可以采用吸收中子較少的鋯合金，相對于現(xiàn)有的燃料組件，大大提高了反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性；
3.冷卻劑與慢化劑分流，冷卻劑與慢化劑流向一致，縮短了流程，使慢化均勻，提高了堆芯安全性；
4.設(shè)置有連接盒，為低溫盒內(nèi)的冷卻水和高溫盒內(nèi)的冷卻水提供過渡空間，防止高溫盒內(nèi)的冷卻水直接將熱量傳導(dǎo)至低溫盒內(nèi)的冷卻水中，保證本發(fā)明的效果；
5.結(jié)構(gòu)緊湊。


為了更清楚地說明本發(fā)明的實(shí)施例，下面將對描述本發(fā)明實(shí)施例中所需要用到的附圖作簡單的說明。顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)下面的附圖，得到其它附圖。
圖1為超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的俯視圖；
圖3為超臨界水冷堆燃料組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的零部件名稱如下:
1-高溫盒，2-低溫盒，3-燃料棒，41-高溫管座，42-低溫管座，51-高溫慢化劑盒，52-低溫慢化劑盒，61-高溫慢化劑管，62-低溫慢化劑管，7-連接盒，8-連接管，9-蒸汽窗，10-高溫管座連接件，11-低溫管座連接件，12-分流板，131-高溫基板，132-低溫基板，141-高溫上連接板，142-低溫上連接板，151-高溫下連接板，152-低溫下連接板，16-分配筒，161-主分流孔，162-副分流孔，163-定位槽，164-圓錐過渡面，17-定位鍵。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明實(shí)施例中的一部分，而不是全部。基于本發(fā)明記載的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下得到的其它所有實(shí)施例，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
實(shí)施例1:
如圖1和圖2所示，超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括分配筒16，分配筒16上端面上開設(shè)有主分流孔161和多個副分流孔162，副分流孔162均勻分布于主分流孔161周圍。冷卻水通過主分流孔161進(jìn)入燃料組件，慢化劑通過副分流孔162進(jìn)入燃料組件，實(shí)現(xiàn)冷卻水和慢化劑的分配。其中，副分流孔162的數(shù)量可以根據(jù)燃料組件中慢化劑管的數(shù)量自由設(shè)定。主分流孔161和副分流孔162的孔徑可以根據(jù)燃料組件的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。通過更換不同孔徑的本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)冷卻水和慢化劑流量的調(diào)節(jié)和分配，適用面廣，自適應(yīng)性強(qiáng)。
實(shí)施例2:
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，將主分流孔161設(shè)計成為上細(xì)下粗的臺階孔，所述主分流孔161的臺階面上設(shè)置有定位槽163。該定位槽163用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。通過長桿插入該定位槽163，即可遠(yuǎn)距離進(jìn)行本發(fā)明的安裝、拆卸或調(diào)節(jié)，使本發(fā)明更具易用性。尤其是在溫度較高時，避免人員近距離安裝、拆卸或調(diào)節(jié)本發(fā)明，安全性高。
實(shí)施例3:
如圖1和圖2所示,本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，還包括定位鍵17,所述分配筒16上端的直徑大于所述分配筒16下端的直徑，定位鍵17設(shè)置于所述分配筒下端外圓面上。本發(fā)明安裝于堆芯下板流水孔內(nèi)，通過分配筒16直徑的變換得到一個臺階面，臺階面能夠方便本發(fā)明安裝，提高定位精度，并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的軸向壓緊。定位鍵用于限制本發(fā)明的周向轉(zhuǎn)動。
實(shí)施例4:
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例在實(shí)施例f 3中任意一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，在分配筒16下端的外圓面上設(shè)置有圓錐過渡面164。該圓錐過渡面164可以使本發(fā)明在沒完全對準(zhǔn)堆芯下板流水孔時，也能順利安裝。
上述各實(shí)施例中記載的技術(shù)方案相互組合，也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例5: 如圖3所示，一種反應(yīng)堆分層燃料組件，包括燃料棒盒，燃料棒盒的內(nèi)部空間構(gòu)成冷卻劑流道，所述燃料棒盒包括相互連通的高溫盒I和低溫盒2，高溫盒I中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒2中冷卻劑流道的橫截面積。
在低溫盒2中，由于冷卻水流道的橫截面積較小，冷卻水流速快，冷卻水以較短的時間通過燃料棒，燃料棒對冷卻水的加熱時間短，使得低溫盒2中冷卻水的溫度較低。經(jīng)過加熱的冷卻水從低溫盒2進(jìn)入高溫盒1，由于高溫盒I中冷卻水流道的橫截面積較大，冷卻水流速慢，冷卻水與燃料棒接觸的時間長，燃料棒能夠充分對冷卻水加熱，使冷卻水的溫度達(dá)到預(yù)定溫度。
由于低溫盒2中的溫度低，低溫盒2采用中子吸收量較少的鋯合金構(gòu)成，以提高反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性。由于高溫盒I中的溫度高，高溫盒I采用不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成，以提聞耐熱性能。
還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座41、高溫慢化劑盒51和高溫慢化劑管61，還包括由鋯合金構(gòu)成的低溫管座42、低溫慢化劑盒52和低溫慢化劑管62，高溫慢化劑盒51設(shè)置于所述高溫盒I中，低溫慢化劑盒52設(shè)置于所述低溫盒2中，高溫管座41與所述高溫盒I連通，低溫管座42與所述低溫盒2連通，高溫慢化劑盒51與低溫慢化劑盒52連通，高溫慢化劑管61貫穿高溫管座41，高溫慢化劑管61與高溫慢化劑盒51連接，低溫慢化劑管62貫穿低溫管座42，低溫慢化劑管62與低溫慢化劑盒52連接，高溫管座41上開設(shè)有冷卻水出口，低溫管座42上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口。
高溫管座41與低溫管座42用于與反應(yīng)堆的固定裝置相連接，并為冷卻水與慢化劑提供出口和進(jìn)口。慢化劑盒和慢化劑管用于為慢化劑提供一個完整的流通管道。冷卻劑從低溫管座42上的冷卻劑進(jìn)口進(jìn)入，然后依次通過低溫盒2、高溫盒1、高溫管座41流出。慢化劑從低溫慢化劑管62進(jìn)入，然后依次通過低溫慢化劑盒52、高溫慢化劑盒51、高溫慢化劑管61流出。上述結(jié)構(gòu)能夠使慢化劑與冷卻劑分流，并讓慢化劑與冷卻劑的流量一致。另外，為了進(jìn)一步加強(qiáng)反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性，配合高溫盒I與低溫盒2中冷卻水的不同溫度，采用不銹鋼或鎳基合金制成高溫管座41、高溫慢化劑盒51和高溫慢化劑管61，采用鋯合金制成低溫管座42、低溫慢化劑盒52和低溫慢化劑管62。
還包括實(shí)施例f 4中任意一項(xiàng)記載的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其分配筒16的頂部緊靠低溫管座42，主分流孔161與冷卻水進(jìn)口對應(yīng)，所述副分流孔162與低溫慢化劑管62對應(yīng)。超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于分配每組燃料組件的冷卻劑流量，能使超臨界水冷堆燃料組件能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)控制冷卻水溫度的目的。
實(shí)施例6:
如圖3所示，本實(shí)施例在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，對燃料棒3的布置作出限定，燃料棒3分別設(shè)置于所述高溫盒I和低溫盒2內(nèi)，對低溫盒2與高溫盒I中的冷卻水分開加熱。同時，對燃料棒3的數(shù)量進(jìn)行限定。在高溫盒I與低溫盒2的橫截面積與壁厚相同的情況下，高溫盒I內(nèi)燃料棒3的數(shù)量少于所述低溫盒2內(nèi)所述燃料棒3的數(shù)量。在低溫盒2中，燃料棒3的數(shù)量較多，燃料棒3占據(jù)低溫盒2內(nèi)空間較大，使得低溫盒2內(nèi)的冷卻劑流道的橫截面積小于高溫盒I內(nèi)冷卻劑流道的橫截面積。
需要說明的是，要使高溫盒I中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒2中冷卻劑流道的橫截面積，可以采用多種方法實(shí)現(xiàn)，比如:在壁厚相同的情況下，將高溫盒I的橫截面積設(shè)計得大于低溫盒2的橫截面積；橫截面積相同的情況下，將高溫盒I的壁厚設(shè)計得小于低溫盒2的壁厚。但是，上述兩種方式都存在不足:在反應(yīng)堆內(nèi)，燃料組件的安裝較為緊密，將高溫盒I的橫截面積設(shè)計得大于低溫盒2的橫截面積必然導(dǎo)致燃料組件安裝困難；將高溫盒I的壁厚設(shè)計得小于低溫盒2的壁厚，不但增加了材料成本，還使得燃料組件的穩(wěn)定性變差。將上述兩種方式相結(jié)合也存在上述問題。上述兩種方式或者兩者的結(jié)合雖然存在一定不足，但是是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)明目的的，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外在上述兩種方式或者兩者的結(jié)合的基礎(chǔ)上控制燃料棒3的數(shù)量也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
本實(shí)施例是在保證燃料組件安裝工藝性、穩(wěn)定性和低成本前提下的一種優(yōu)選方案。
實(shí)施例7:
如果從低溫盒2中流出的冷卻水立即進(jìn)入高溫盒I中加熱,高溫盒I中冷卻水的部分熱量會直接傳導(dǎo)至低溫盒2中的冷卻水，使低溫盒2中冷卻水溫度升高。為了解決新出現(xiàn)的問題，如圖3所示，本實(shí)施例在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，增設(shè)不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的連接盒7和連接管8，所述高溫盒I和低溫盒2通過連接盒7連通，連接管8設(shè)置于連接盒7內(nèi)，連接管8連通所述高溫慢化劑盒51和低溫慢化劑盒52。
連接盒7為低溫盒2內(nèi)的冷卻水和高溫盒I內(nèi)的冷卻水提供過渡空間，防止高溫盒I內(nèi)的冷卻水直接將熱量傳導(dǎo)至低溫盒2內(nèi)的冷卻水中。連接管8使連接盒7中的慢化劑與冷卻水分流。連接盒7中冷卻水的溫度會高于低溫盒2中冷卻水的溫度，因此，采用不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成連接盒7和連接管8。
實(shí)施例8:
如圖3所示，本實(shí)施例在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，將所述冷卻水出口限定為設(shè)置于高溫管座41側(cè)面的蒸汽窗9。高溫管座41與反應(yīng)堆蒸汽腔連接，蒸汽窗9位于反應(yīng)堆蒸汽腔中，蒸汽窗9用于排放被加熱成蒸汽的冷卻水，使蒸汽能夠通過反應(yīng)堆蒸汽腔被導(dǎo)出。
實(shí)施例9:
如圖3所示，本實(shí)施例在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，增設(shè)由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座連接件10、由鋯合金構(gòu)成的低溫管座連接件11，所述高溫管座41通過高溫管座連接件10與所述高溫盒I連通，所述低溫管座42通過低溫管座連接件11與所述低溫盒2連通。
實(shí)施例10:
為了使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加緊湊，如圖3所示，在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，增設(shè)分流板12，設(shè)置兩個高溫盒1，為了使兩個高溫盒I中出的冷卻水分流，分流板12設(shè)置于所述高溫管座41中將高溫管座41內(nèi)部分成不相通的兩個腔室，所述兩個腔室分別與兩個所述高溫盒I連通。為了對應(yīng)兩個高溫盒I中的高溫慢化劑盒51，自然也設(shè)置了兩個高溫慢化劑管61，兩個所述高溫慢化劑管61分別貫穿兩個腔室，高溫慢化劑管61與對應(yīng)的高溫盒I中的高溫慢化劑盒51連接。為了使分流板12能夠承受高溫冷卻水的溫度，采用不銹鋼或鎳基合金制成分流板12。設(shè)置兩個低溫盒2，所述低溫管座42與兩個所述低溫盒2連通，兩個低溫慢化劑管62貫穿低溫管座42，兩個所述低溫慢化劑管62分別與兩個所述低溫慢化劑盒52連接。
明顯的，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)施例5 實(shí)施例9中的描述，可以將實(shí)施例5 實(shí)施例9中記載的任意方案相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
為了本便于理解,下面還公布了實(shí)施例10,實(shí)施例10為實(shí)施例實(shí)施例9中方案的結(jié)合。
如圖3所示，一種反應(yīng)堆分層燃料組件，包括燃料棒盒，燃料棒盒的內(nèi)部空間構(gòu)成冷卻劑流道，所述燃料棒盒包括相互連通的高溫盒I和低溫盒2，高溫盒I與低溫盒2的橫截面積與壁厚相同，還包括燃料棒3，燃料棒3分別設(shè)置于所述高溫盒I和低溫盒2內(nèi)，所述高溫盒I內(nèi)燃料棒3的數(shù)量少于所述低溫盒2內(nèi)所述燃料棒3的數(shù)量，使高溫盒I中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒2中冷卻劑流道的橫截面積，高溫盒I由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成，低溫盒2由錯合金構(gòu)成。
還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座41、高溫慢化劑盒51和高溫慢化劑管61，還包括由鋯合金構(gòu)成的低溫管座42、低溫慢化劑盒52和低溫慢化劑管62，高溫慢化劑盒51設(shè)置于所述高溫盒I中，低溫慢化劑盒52設(shè)置于所述低溫盒2中，高溫管座41與所述高溫盒I連通，低溫管座42與所述低溫盒2連通，高溫慢化劑盒51與低溫慢化劑盒52連通，高溫慢化劑管61貫穿高溫管座41，高溫慢化劑管61與高溫慢化劑盒51連接，低溫慢化劑管62貫穿低溫管座42，低溫慢化劑管62與低溫慢化劑盒52連接，高溫管座41上開設(shè)有冷卻水出口，低溫管座42上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口。所述冷卻水出口為設(shè)置于高溫管座41側(cè)面的蒸汽窗9。還包括實(shí)施例f實(shí)施例4中任意一項(xiàng)記載的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述分配筒16的上端緊靠低溫管座42，所述主分流孔161與冷卻水進(jìn)口對應(yīng)，所述副分流孔162與低溫慢化劑管62對應(yīng)。還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的分流板12，分流板12設(shè)置于所述高溫管座41中將高溫管座41內(nèi)部分成不相通的兩個腔室，每個腔室包括一個蒸汽窗9。所述兩個腔室分別與兩個所述高溫盒I連通，兩個所述高溫慢化劑管61分別貫穿兩個腔室，高溫慢化劑管61與對應(yīng)的高溫盒I中的高溫慢化劑盒51連接。還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的連接盒7和連接管8，所述高溫盒I和低溫盒2通過連接盒7連通，連接管8設(shè)置于連接盒7內(nèi)，連接管8連通所述高溫慢化劑盒51和低溫慢化劑盒52。還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的 高溫管座連接件10、由鋯合金構(gòu)成的低溫管座連接件11，所述高溫管座41通過高溫管座連接件10與所述高溫盒I連通，所述低溫管座42通過低溫管座連接件11與所述低溫盒2連通。所述低溫管座42與兩個所述低溫盒2連通，兩個低溫慢化劑管62貫穿低溫管座42，兩個所述低溫慢化劑管62與分別與兩個所述低溫慢化劑盒52連接。
實(shí)施例11:
本實(shí)施例在實(shí)施例10的基礎(chǔ)上，對各部件之間的連接關(guān)系作出進(jìn)一步說明。
如圖3所示，高溫管座41通過高溫基板131與高溫管座連接件10連接，高溫管座連接件10通過高溫上連接板141與高溫盒I連接,高溫盒I通過高溫下連接板151與連接盒 連接，連接盒7通過低溫上連接板142與低溫盒2連接，低溫盒2通過低溫下連接板152與低溫管座連接件11連接，低溫管座連接件11通過低溫基板132與低溫管座42連接。其中，高溫基板131、低溫基板132、高溫上連接板141、低溫上連接板142、高溫下連接板151和低溫下連接板152上均開設(shè)有供冷卻水通過的孔。為了配合高溫盒I和低溫盒2中冷卻水的不同溫度，高溫基板131、高溫上連接板141、高溫下連接板151都由不銹鋼或鎳基合金制成，低溫基板132、低溫上連接板142、低溫下連接板152都由鋯合金制成。
如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括分配筒(16)，分配筒(16)上端面上開設(shè)有主分流孔(161)和多個副分流孔(162)，副分流孔(162)均勻分布于主分流孔(161)周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述主分流孔(161)為上細(xì)下粗的臺階孔，所述主分流孔(161)的臺階面上設(shè)置有定位槽(163)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括定位鍵(17)，所述分配筒(16)上端的直徑大于所述分配筒(16)下端的直徑，定位鍵(17)設(shè)置于所述分配筒(16)下端外圓面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
廣3所述的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述分配筒(16)下端的外圓面上設(shè)置有圓錐過渡面(164)。
5.超臨界水冷堆燃料組件，包括燃料棒盒，燃料棒盒的內(nèi)部空間構(gòu)成冷卻劑流道，其特征在于:還包括權(quán)利要求
廣4中任意一項(xiàng)所述的超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述燃料棒盒包括相互連通的高溫盒(I)和低溫盒(2)，高溫盒(I)中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒(2)中冷卻劑流道的橫截面積，高溫盒(I)由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成，低溫盒(2)由鋯合金構(gòu)成； 還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座(41)、高溫慢化劑盒(51)和高溫慢化劑管(61)，還包括由鋯合金構(gòu)成的低溫管座(42)、低溫慢化劑盒(52)和低溫慢化劑管(62)，高溫慢化劑盒(51)設(shè)置于所述高溫盒(I)中，低溫慢化劑盒(52 )設(shè)置于所述低溫盒(2 )中，高溫管座(41)與所述高溫盒(I)連通，低溫管座(42 )與所述低溫盒(2 )連通，高溫慢化劑盒(51)與低溫慢化劑盒(52)連通，高溫慢化劑管(61)貫穿高溫管座(41)，高溫慢化劑管(61)與高溫慢化劑盒(51)連接，`低溫慢化劑管(62 )貫穿低溫管座(42 )，低溫慢化劑管(62 )與低溫慢化劑盒(52)連接，高溫管座(41)上開設(shè)有冷卻水出口，低溫管座(42)上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口 ； 所述分配筒(16)的上端緊靠低溫管座(42)，所述主分流孔(161)與冷卻水進(jìn)口對應(yīng)，所述副分流孔(162)與低溫慢化劑管(62)對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超臨界水冷堆燃料組件，其特征在于:還包括燃料棒(3)，燃料棒(3 )分別設(shè)置于所述高溫盒(I)和低溫盒(2 )內(nèi)，所述高溫盒(I)內(nèi)燃料棒(3 )的數(shù)量少于所述低溫盒(2)內(nèi)所述燃料棒(3)的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超臨界水冷堆燃料組件，其特征在于:還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的連接盒(7 )和連接管(8 )，所述高溫盒(I)和低溫盒(2 )通過連接盒(7 )連通，連接管(8)設(shè)置于連接盒(7)內(nèi)，連接管(8)連通所述高溫慢化劑盒(51)和低溫慢化劑盒(52)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超臨界水冷堆燃料組件，其特征在于:所述冷卻水出口為設(shè)置于高溫管座(41)側(cè)面的蒸汽窗(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超臨界水冷堆燃料組件，其特征在于:還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的高溫管座連接件(10)、由鋯合金構(gòu)成的低溫管座連接件(11)，所述高溫管座(41)通過高溫管座連接件(10)與所述高溫盒(I)連通，所述低溫管座(42)通過低溫管座連接件(11)與所述低溫盒(2 )連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的超臨界水冷堆燃料組件，其特征在于:包括兩個所述高溫管座(41 )，還包括由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成的分流板(12)，分流板(12)設(shè)置于所述高溫管座(41)中將高溫管座(41)內(nèi)部分成不相通的兩個腔室，所述兩個腔室分別與兩個所述高溫盒(I)連通，兩個所述高溫慢化劑管(61)分別貫穿兩個腔室，高溫慢化劑管(61)與對應(yīng)的高溫盒(1)中的高溫慢化劑盒(51)連接； 包括兩個所述低溫管座(42)，低溫管座(42)與兩個所述低溫盒(2)連通，兩個低溫慢化劑管(62)貫穿低溫管座(42)，兩個所述低溫慢化劑管(62)分別與兩個所述低溫慢化劑盒(52)連接。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括分配筒，分配筒上端面上開設(shè)有主分流孔和多個副分流孔，副分流孔均勻分布于主分流孔周圍。該調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，適用于超臨界水冷堆燃料組件。本發(fā)明還公開了一種超臨界水冷堆燃料組件，包括燃料棒盒和上述超臨界水冷堆流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，燃料棒盒包括相互連通的高溫盒和低溫盒，高溫盒中冷卻劑流道的橫截面積大于低溫盒中冷卻劑流道的橫截面積，高溫盒由不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成，低溫盒由鋯合金構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，相對于現(xiàn)有的燃料組件，大大提高了反應(yīng)堆的中子經(jīng)濟(jì)性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻劑和慢化劑的準(zhǔn)確分配。
文檔編號G21C3/322GKCN103106930SQ201310042954
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月4日
發(fā)明者劉曉, 張宏亮, 盧川, 周禹, 王留兵, 李 浩, 王尚武, 張翼 申請人:中國核動力研究設(shè)計院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan