專利名稱:提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于反應(yīng)堆零部件領(lǐng)域，特別涉及一種提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置。
背景技術(shù)：
超臨界水冷堆是國際核能界公認的第四代核能堆型之一。超臨界水冷堆在超過工質(zhì)熱工臨界點的溫度和壓力下，為了使堆芯軸向功率分布更加均勻，在堆芯中設(shè)置了單獨的中子慢化區(qū)域。目前設(shè)計中主要采用的慢化劑分為兩種，分別是固體慢化劑和液體慢化齊U。組件結(jié)構(gòu)主要有四邊形組件和六邊形組件等結(jié)構(gòu)。四邊形組件和六邊形組件的基本結(jié)構(gòu)分別見圖I和圖2。圖中圓形部分代表燃料棒，燃料棒包圍的區(qū)域為水棒，水棒內(nèi)流過慢化劑，慢化劑溫度較低。相鄰燃料棒與水棒壁圍成的區(qū)域為冷卻劑通道，冷卻劑由于接受燃料棒傳出的熱量，溫度較高。冷卻劑在堆內(nèi)的流動過程為，首先通過水棒從上向下流動，然 后通過冷卻劑通道，從下向上流動。
慢化劑軸向溫度分布會較大程度上影響堆內(nèi)中子慢化性能，進而影響組件軸向功率分布。目前大多數(shù)采用水棒結(jié)構(gòu)的組件多采用單層水棒，雖然這種設(shè)計中使用了較小熱導(dǎo)率的材料作為水棒壁材料，但是由于材料工藝以及成本問題，水棒中慢化劑仍然會有較大程度的溫升。上世紀90年代，日本研究人員曾提出過雙層圓管水棒的設(shè)計，但是沒有應(yīng)用在多種形式的超臨界組件設(shè)計中。近幾年，各核能先進國家均對超臨界水堆組件進行了深入的研究，出現(xiàn)了多種組件改進設(shè)計。在中子慢化方面，需要有新的組件改進來改善水棒中慢化劑的溫度分布趨勢，減小慢化劑的平均溫升，使組件軸向方向得到較均勻的中子慢化。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是針對目前超臨界水冷堆組件設(shè)計中單層水棒中慢化劑溫升較大，使組件軸向中子慢化不均勻，而提出的一種提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，其特征在于，所述裝置的基本結(jié)構(gòu)為四邊形及六邊形；具體結(jié)構(gòu)為在吊籃4與組件外壁12間通道2兩端分別連通上腔室I和下腔室9，工質(zhì)入口 3連接在通道2上部，雙層水棒的水棒內(nèi)管壁13下端與下腔室9連通，水棒外管壁14上端與上腔室I連通，水棒外管壁14與組件外壁12及燃料棒11表面之間形成燃料通道7，燃料棒11豎著排列在燃料通道7內(nèi)；水棒外管5下端與下聯(lián)箱8連通；水棒內(nèi)管6與上腔室I相通；工質(zhì)出口管10穿過通道2分別與組件外壁12上部和燃料通道7上部密封連接。
所述四邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和16根燃料棒即每邊包含5根燃料棒；組件每邊包含4根或6根燃料棒的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)上述每邊包含5根燃料棒的結(jié)構(gòu)擴展改變得到2X2四邊形組件包含4根水棒和45根燃料棒；根據(jù)2X2四邊形組件的擴展方式得到3X3、4X4、5X5或6X6的四邊形組件。
所述六邊形組件基本結(jié)構(gòu)是仿照四邊形組件基本結(jié)構(gòu)得到，六邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和12根燃料棒，六邊形組件基本結(jié)構(gòu)經(jīng)過與四邊形組件相同的擴展方式得到其他形式的六邊形組件。
所述雙層水棒燃料組件中水棒內(nèi)管壁13采用熱導(dǎo)率較大的不銹鋼材料；水棒外管壁14采用熱導(dǎo)率較小的二氧化鋯材料。
本實用新型的有益效果是在超臨界水冷堆中采用雙層的水棒結(jié)構(gòu)，增加一層水棒壁，改變工質(zhì)流動方式，從而得到比采用單層水棒更加均勻的軸向慢化劑溫度分布，進而使組件軸向功率分布更加均勻。由此可以降低相同平均熱流密度條件下的最大燃料包殼溫度，也可以有足夠的余量來增大平均熱流密度 。在超臨界水冷堆中采用雙層水棒結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以提高反應(yīng)堆的安全性，同時增加提升反應(yīng)堆總功率的空間，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，效果明顯，對原始設(shè)計改進較小的特點，可以用于將來的批量生產(chǎn)。


圖I是現(xiàn)有設(shè)計中六邊形組件；
圖2是現(xiàn)有設(shè)計中四邊形組件；
圖3是采用雙層水棒組件的堆芯工質(zhì)流動方式圖；
圖4是四邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的水平剖面圖；
圖5是四邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的三維圖；
圖6是2X2四邊形雙層水棒燃料組件圖的水平剖面圖；
圖7是六邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的水平剖面圖。
圖中，I是上腔室；2是吊籃與組件外壁間通道；3是工質(zhì)入口 ；4是吊籃；5是水棒外管；6是水棒內(nèi)管；7是燃料通道；8是下聯(lián)箱；9是下腔室；10是工質(zhì)出口管；11是燃料棒；12組件外壁；13是水棒內(nèi)管壁；14是水棒外管壁。
具體實施方式
本實用新型提出的一種提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，使慢化劑在水棒中沿著相反的方向流動，然后進入冷卻劑通道的雙層水棒結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖予以說明。
圖3是采用雙層水棒組件的堆芯工質(zhì)流動方式圖，說明了增加一層水棒壁后，堆芯中工質(zhì)的流動方式。圖3中，吊籃4與組件外壁12(壓力容器)間通道2兩端分別連通上腔室I和下腔室9，工質(zhì)入口 3連接在吊籃4與組件外壁12間通道2上部，雙層水棒的水棒內(nèi)管壁13下端與下腔室9連通，水棒外管壁13上端與上腔室I連通，水棒外管壁14與組件外壁12及燃料棒11表面之間形成燃料通道7 (如圖4、圖5所示)燃料棒11豎著排列在燃料通道7內(nèi)；水棒外管5下端與下聯(lián)箱8連通；水棒內(nèi)管6與上腔室I相通；工質(zhì)出口管10穿過通道2分別與組件外壁12上部和燃料通道7上部密封連接。
工質(zhì)在堆芯中折返的流動三次，分別通過水棒內(nèi)管6、水棒外管5和燃料通道7。具體流動方式為工質(zhì)通過入口 3進入堆內(nèi)，分為兩部分從吊籃4與組件外壁12間通道2中流過，一部分向上流動進入上腔室1，另一部分向下流動進入下腔室9。進入下腔室9的工質(zhì)通過水棒內(nèi)管6向上流動進入上腔室I。上腔室中的工質(zhì)混合后經(jīng)過水棒外管5向下流動進入下聯(lián)箱8，然后從下向上通過燃料通道7，接收由燃料棒11產(chǎn)生的熱量，接收燃料棒熱量的工質(zhì)最終通過工質(zhì)出口管10流出堆芯。[0020]圖4是四邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的水平剖面圖。四邊形組件基本結(jié)構(gòu)是四邊形組件的基礎(chǔ)，是其最小單元，四邊形組件可由基本結(jié)構(gòu)擴展而成。四邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和16根燃料棒。工質(zhì)流動方式與圖3所示一致。水棒內(nèi)管6中工質(zhì)從下向上流動，水棒外管5中工質(zhì)從上向下流動，燃料通道7中工質(zhì)從下向上流動。水棒內(nèi)管壁13采用熱導(dǎo)率較大的材料，如不銹鋼等；水棒外管壁14采用熱導(dǎo)率較小的材料，如二氧化鋯等；組件外壁12用來固定整個組件的結(jié)構(gòu)。燃料棒11用來產(chǎn)生熱量。圖5是四邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的三維圖。組件每邊包含4或6根燃料棒的基本結(jié)構(gòu)可根據(jù)圖4和圖5結(jié)構(gòu)改變得到。圖6是2X2四邊形雙層水棒燃料組件圖的水平剖面圖。2X2四邊形組件是由四邊形組件基本結(jié)構(gòu)擴展得到。2X2四邊形組件包含4根水棒和45根燃料棒。工質(zhì)流動方式與圖3所示一致。
圖7是六邊形雙層水棒燃料組件基本結(jié)構(gòu)的水平剖面圖。六邊形組件基本結(jié)構(gòu)是仿照四邊形組件基本結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)得到。六邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和12根燃料棒。工質(zhì)流動方式與圖3所示一致。六邊形組件基本結(jié)構(gòu)與四邊形組件的擴展方式相似而得到其他形式的六邊形組件。
權(quán)利要求
1.一種提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，其特征在于，所述裝置的基本結(jié)構(gòu)為四邊形及六邊形，具體結(jié)構(gòu)如下 吊籃(4)與組件外壁(12)間通道(2)兩端分別連通上腔室(I)和下腔室(9)，工質(zhì)入口(3)連接在通道(2)上部，雙層水棒的水棒內(nèi)管壁(13)下端與下腔室(9)連通，水棒外管壁(14)上端與上腔室(I)連通，水棒外管壁(14)與組件外壁(12)及燃料棒(11)表面之間形成燃料通道(7)，燃料棒(11)豎著排列在燃料通道(7)內(nèi)；水棒外管(5)下端與下聯(lián)箱⑶連通；水棒內(nèi)管(6)與上腔室⑴相通；工質(zhì)出口管(10)穿過通道⑵分別與組件外壁(12)上部和燃料通道(7)上部密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，其特征在于，所述四邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和16根燃料棒即每邊包含5根燃料棒；組件每邊包含4根或6根燃料棒的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)上述每邊包含5根燃料棒的結(jié)構(gòu)擴展改變得到；2X2四邊形 組件包含4根水棒和45根燃料棒；根據(jù)2X2四邊形組件的擴展方式得到3X3、4X4、5X5或6X6的四邊形組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，其特征在于，所述六邊形組件基本結(jié)構(gòu)是仿照四邊形組件基本結(jié)構(gòu)得到，六邊形組件基本結(jié)構(gòu)包含I根水棒和.12根燃料棒，六邊形組件基本結(jié)構(gòu)經(jīng)過與四邊形組件相同的擴展方式得到其他形式的六邊形組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置，其特征在于，雙層水棒燃料組件中水棒內(nèi)管壁(13)采用熱導(dǎo)率較大的不銹鋼材料；水棒外管壁(14)采用熱導(dǎo)率較小的二氧化鋯材料。
專利摘要
本實用新型公開了屬于反應(yīng)堆零部件領(lǐng)域的一種提高超臨界水冷堆性能的雙層水棒裝置。該裝置是在超臨界水冷堆中采用雙層的水棒結(jié)構(gòu)，增加一層水棒壁，即吊籃與組件外壁器間通道兩端分別連通上腔室和下腔室，雙層水棒的水棒內(nèi)管壁下端與下腔室連通，水棒外管壁上端與上腔室連通，水棒外管壁與組件外壁及燃料棒表面之間形成燃料通道，燃料棒豎著排列在燃料通道內(nèi)；因此改變工質(zhì)流動方式，從而得到比采用單層水棒更加均勻的軸向慢化劑溫度分布，進而使組件軸向功率分布更加均勻。由此可以降低相同平均熱流密度條件下的最大燃料包殼溫度，該結(jié)構(gòu)可以提高反應(yīng)堆的安全性，同時增加提升反應(yīng)堆總功率的空間。具有結(jié)構(gòu)簡單，對原始設(shè)計改進較小的特點。
文檔編號G21C15/18GKCN202487184SQ201220077582
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月2日
發(fā)明者周濤, 孫燦輝, 程萬旭, 陳娟 申請人:華北電力大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan