CN107464588A - 用于反应堆的内部容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于反应堆容器的内部容器，其包括第一圆柱形筒体、截锥体和第二圆柱形筒体。所述截锥体限定出在锥体基准直径的相对两侧以对称构型布置的多个穿孔。圆形套管从所述多个穿孔中的每一个延伸出来。所述截锥体在所述截锥体的最小圆周处与所述第一圆柱形筒体连接。所述第二圆柱形筒体在所述截锥体的最大圆周处与所述截锥体连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于反应堆的内部容器。
背景技术
核裂变反应堆包括增殖-燃烧快速反应堆(也被称为行波反应堆，或TWR)。TWR指将被设计成在起动之后使用天然铀、贫铀、乏轻水反应堆燃料或钍作为重载燃料无限期地运转并且其中增殖且随后燃烧的波将相对于燃料行进的反应堆。因此，在一些方面，TWR是依赖于增殖至可用状态并现场燃烧的亚临界重载燃料运行的直通式快速反应堆。在TWR中，增殖和裂变波(“增殖-燃烧波”)起源于反应堆的中央芯体中并且相对于燃料移动。在燃料静止的情况下，增殖和燃烧波从燃点向外扩展。在一些情况下，燃料可移动以使得增殖和燃烧波相对于芯体静止(例如，驻波)但相对于燃料移动；驻波应被视为一种TWR。燃料组件的移动称为“燃料倒换(fuel shuffling)”并且可完成驻波，这是对反应堆特性(热、通量、功率、燃料燃烧等)的调节。其中燃料组件被倒换的中央芯体配置在反应堆容器中。燃料组件包括裂变核燃料组件和能产生裂变物质的核燃料组件。在中央芯体中还可配置有用于调节反应堆特性的反应控制组件。
通过驻波限定的裂变能量形成热能，所述热能经一个或多个主冷却剂环路和中间冷却剂环路连续地传递到蒸汽发生器以发电，并且低温热通过一组水冷式真空冷凝器排除。冷却剂系统分离成主冷却剂环路和中间冷却剂环路有助于维持芯体和主冷却剂环路的完整性。在TWR中，主冷却剂环路和中间冷却剂环路两者都采用液态钠作为冷却剂。
发明内容
本发明公开了一种用于反应堆容器的内部容器。在一方面，所述内部容器包括具有第一筒体轴线的第一圆柱形筒体、截锥体和第二圆柱形筒体。所述截锥体具有最小圆周、最大圆周、最大圆周处的锥体基准直径和与第一所述筒体轴线对齐的锥体轴线。所述第一圆柱形筒体在弯曲过渡部中于所述最小圆周处与所述截锥体连接。此外，所述截锥体限定出在所述锥体基准直径的相对两侧以对称构型布置的多个穿孔。圆形套管从所述多个穿孔延伸出来，每个圆形套管都具有横向表面区域和平行于所述锥体轴线的套管轴线。所述圆形套管包括四个短套管和两个长套管。所述第二圆柱形筒体在所述最大圆周处与所述截锥体连接。此外，所述第二筒体轴线与所述锥体轴线对齐。
可选择地，所述截锥体包括至少六个穿孔。在一些情况下，所述至少六个穿孔中的四个尺寸相等。在一些情况下，第七穿孔由所述锥体基准直径二等分。可选择地，所述两个长套管既从所述截锥体的内表面又从所述截锥体的外表面延伸。可选择地，所述四个短套管从所述截锥体的内表面延伸。可选择地，所述四个套管构造成与贯穿其中的相关构件形成密封件。在一些情况下，锥角为约60°。
附图说明
以下构成本申请的一部分的附图对所描述的技术而言是说明性的且并非意在以任何方式限制要求专利权的技术的范围，该范围应当基于在此所附的权利要求。
图1以框图形式示出TWR反应堆的一些基本构件。
图2A是内部容器的一个示例性实施例的透视图。
图2B是图2A所示的内部容器的截面图。
图2C是图2A所示的内部容器的顶部平面图。
图3A是图2A所示的内部容器的一部分的透视图。
图3B是图3A所示的内部容器的一部分的侧视截面图。
具体实施方式
图1以框图形式示出行波反应堆(TWR)100的一些基本构件。一般而言，TRW100包括容纳多个燃料组件(未示出)的反应堆芯体102。芯体102配置在保持一定体积的液态钠冷却剂106的池104内的最低位置处。池104被称为热池并且具有比也容纳液态钠冷却剂106的周围冷池108高的钠温度(归因于通过反应堆芯体102中的燃料组件产生的能量)。热池104通过内部容器110与冷池108分开。钠冷却剂106的液面上方的可选择的顶部空间112可充填有诸如氩气的惰性保护气体。安全壳114包围反应堆芯体102、热池104和冷池108，并且利用反应堆顶盖116密封。反应堆顶盖116提供通向安全壳114的内部中的各种检修点。
反应堆芯体102的尺寸基于多个因素来选择，包括燃料的特性、期望的发电量、可获得的反应堆100空间等等。TWR的各种实施例可根据需要或期望用于低功率(约300MWe-约500MWe)、中功率(约500MWe-约1000MWe)和大功率(约1000MWe以上)应用中。可通过在芯体102周围设置未示出的一个或多个反射体以中子反射回到芯体102中来改善反应堆100的性能。
钠冷却剂106经由主钠冷却剂泵118在容器114内循环。主冷却剂泵118从冷池108抽吸钠冷却剂106并且在反应堆芯体下方将它喷射到热池104中，在此冷却剂106由于反应堆芯体102内发生的反应而被加热。一部分被加热的冷却剂106从热池104的上部进入中间热交换器120，并且在冷池108中的某一位置处离开中间热交换器120。这种主冷却剂环路122因而使钠冷却剂106完全在反应堆容器114内循环。
中间热交换器120还包括液态钠冷却剂并且用作主冷却剂环路122与发电系统123之间的屏障，因此能确保芯体102和主冷却剂环路122的完整性。中间热交换器120将热从主冷却剂环路122(完全容纳在容器114内)传递到中间冷却剂环路124(仅部分地位于容器114内)。中间热交换器120穿过内部容器110中的开口，从而桥接热池104和冷池108(以便允许主冷却剂环路122中的钠106在其间流动)。在一个实施例中，四个中间热交换器120分布在容器114内。
中间冷却剂环路124使经管道进出容器114的钠冷却剂126经由反应堆顶盖116循环。位于反应堆容器114的外部的中间钠泵128使钠冷却剂126循环。热从主冷却剂环路122的钠冷却剂106传递到中间热交换器120中的中间冷却剂环路124的钠冷却剂126。中间冷却剂环路124的钠冷却剂126穿过中间热交换器120内的多个管130。这些管130保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与中间冷却剂环路124的钠冷却剂126分隔开，同时在其间传递热能。
直接热交换器132延伸入热池104内并且向主冷却剂环路122内的钠冷却剂106提供额外的冷却。直接热交换器132构造成允许钠冷却剂106从热池104进入和离开热交换器132。直接热交换器132具有与中间热交换器120相似的结构，其中所述管134保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与直接反应堆冷却剂环路138的钠冷却剂136分隔开，同时在其间传递热能。在一个例子中，钠冷却剂136可以是液态钠-钾合金。
其它辅助反应堆构件(位于反应堆容器114内的和位于反应堆容器114外的)包括但不限于未示出但对本领域的技术人员而言将显而易见的泵、止回阀、截止阀、凸缘、疏水槽等。穿过反应堆头部116的另外的贯通孔(例如，用于主致冷剂泵118的端口、惰性覆盖气体和检查端口、钠处理端口等)未示出。控制系统140用于控制和监测反应堆100的各种构件。
宽泛而言，本发明描述了改善图1所述的反应堆100的性能的构型。具体地，内部容器110的实施例、构型和布置结构被示出并且以下参考图2-5更详细地描述。
图2A是内部容器200的一个示例性实施例的透视图。图2B是图2A的内部容器200的截面图，而图2C是图2A的内部容器200的顶部平面图。图2B所示的截面是沿图2C中的线D示出的。一并描述全部图2A-2C。内部容器200包括与截锥体210连接的第一圆柱形筒体202和与截锥体210连接的第二圆柱形筒体240。第二圆柱形筒体240可以其它方式支承或固定到内部容器200内的其它结构上。
第一圆柱形筒体202的直径比第二圆柱形筒体240小。第一圆柱形筒体202、截锥体210和第二圆柱形筒体240中的每一者都分别具有重合的中心轴线A、B和C并且可焊接或以其它方式接合在一起。内部容器200还包括与截锥体210一体化的热交换套管212和钠泵套管214。用于反应堆的内部容器的其它实施例可包括或多或少的构件、套管等等。
第一圆柱形筒体202和截锥体210包围反应堆芯体并且将热池与冷池分隔开。第一圆柱形筒体202位于反应堆容器的底部附近并由芯体/容器界面结构支承。在所示的实施例中，圆柱形筒体202限定出提供供管道232穿过的多个钠泵凹槽204。管道232运送来自未示出但大体位于钠泵内的主钠泵的输出，并且将冷钠排出到反应堆芯体中。钠泵摄入口230从冷池抽吸。
另外，燃料移送保持件242穿过截锥体210并且用于在燃料移送程序期间暂时储存燃料棒。燃料移送保持件242包括位于截锥体210的内表面216上方的盆锥体244和固定在圆柱形筒体202的外部上的下部246。燃料移送保持件242与反应堆头部(未示出)中的燃料移送端口对齐。
截锥体210限定出多个穿孔，这些穿孔具有自其延伸的多个套管212和214。这些套管212和214可焊接或以其它方式与截锥体210连接。以下参考图3A和3B更详细地示出和说明穿孔。套管212包括内配合面，其使得能够在套管212与贯穿其中的相关构件之间形成密封件。这防止了钠冷却剂经套管212在热池与冷池之间流动。在所示的实施例中，四个比较短的套管212从截锥体210的内表面216向上延伸。这些套管212构造成接纳以上在图1中描述的中间热交换器。
两个比较长的套管214在截锥体210的内表面216上方和外表面218下方延伸。两个长套管214构造成接纳包围主钠泵的插入件248。另外，两个长套管214从内表面216足够高地延伸以防止插入件248与热池中的钠冷却剂之间的直接接触。两个长套管214也可包括内配合表面，但在两个长套管214在第二圆柱形筒体240上方延伸的情况下可以不需要内配合表面。两个长套管214在第二圆柱形筒体240上方延伸的这种构型在图2B中被示出。四个短套管212和两个长套管214中的每一者都具有弯曲的横向表面区域和平行于截锥体210的中心轴线B(并且因此平行于中心轴线A和C)的中心轴线X。
图2C示出截锥体210的最大直径处的基准直径D和第二筒体240。基准直径D提供用于钠泵套管214和热交换器套管212的对称轴线。即，两个热交换器套管214对称地位于基准直径D的两侧。用于燃料移送盆242的穿孔与基准直径D对齐并且可由其等分。此外，单个钠泵套管214位于基准直径D的两侧，其中钠泵套管214配置在两个热交换器套管212之间。因此，钠泵套管214和热交换器套管212(以及与其相关的开口)在基准直径D的相对两侧形成镜像。
现在一并参照图3A和3B，图3A是内部容器200的一部分的透视图，而图3B是内部容器200的一部分的侧视截面图。所示的内部容器200的一部分包括在弯曲过渡部211处与截锥体210连接的圆柱形筒体202。弯曲过渡部211在与直径D1的位置大体上对应的截锥体210的最小圆周处开始。套管212和214被省略以显示筒体部分202和截锥体210中的多个穿孔或开口。
截锥体210包括内表面216和外表面218以及贯穿其中的多个穿孔220、222和224。套管212和214与这些穿孔一体化并且具有比穿孔的圆周大的外周。这些穿孔包括一对钠泵穿孔220、四个热交换器穿孔222和燃料移送端口穿孔224。钠泵穿孔220、热交换器穿孔222和燃料移送端口穿孔224中的每一者都呈圆形。热交换器穿孔222的尺寸大致彼此相等。此外，钠泵穿孔220的尺寸彼此相等。套管214在钠泵穿孔220处与截锥体210连接，而套管212在热交换器穿孔222处与截锥体210连接。
圆柱形筒体202的内表面206具有固定在其上的唇部208。唇部208围绕内表面206的整个圆周延伸并且用作密封件以将热池104与冷池108分隔开。如果期望的话，可利用托架以吸纳不同的热膨胀。
如上所述，第一筒体202的中心轴线A和截锥体210的中心轴线B重合。第二筒体(未示出)的中心轴线也重合。在筒体202与截锥体210之间形成了角度α。在所示的实施例中，角度α为约60°。过渡部211的定位和角度α是这样的，即热交换器的输出不受截锥体210妨碍。可设想其它角度。
应理解，本发明不限于在此公开的特定结构、处理步骤或材料，但扩展至相关领域的普通技术人员将认识到的它们的等同物。还应理解，这里使用的术语仅仅是出于描述具体实施例的目的，且并非意图进行限制。必须指出的是，如在本说明书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“所述的”包括复数的指代，除非在上下文中另有明确的说明。
将显而易见的是，这里描述的系统和方法很好地适合实现提到的目的和优点以及其中固有的目的和优点。本领域的技术人员将认识到，本说明书内的方法和系统可采用许多方式实施并且因此不应受前面例示的实施例和例子限制。在这方面，这里描述的不同实施例的任意数量的特征可组合成一个实施例并且具有比这里描述的全部特征多或少的特征的替代实施例是可以的。
虽然已出于本发明的目的描述了各种实施例，但可做出各种变更和修改，其很好地处于本发明所设想的范围内。可做出本领域的技术人员将任意地想到并且被涵盖在本发明的精神内的许多其它变更。
Claims (8)
1.一种用于反应堆容器的内部容器，所述内部容器包括：
具有第一筒体轴线的第一圆柱形筒体；
截锥体，所述截锥体包括最小圆周、最大圆周、所述最大圆周处的锥体基准直径和与所述第一筒体轴线对齐的锥体轴线，其中所述第一圆柱形筒体在弯曲过渡部中于所述最小圆周处连接到所述截锥体，并且其中所述截锥体限定出以对称构型布置在所述锥体基准直径的相对两侧的多个穿孔；
从所述多个穿孔中的每一个延伸出的圆形套管，每个所述圆形套管都具有横向表面区域和平行于所述锥体轴线的套管轴线，其中所述圆形套管包括四个短套管和两个长套管；和
具有第二筒体轴线的第二圆柱形筒体，其中所述第二圆柱形筒体在所述最大圆周处连接到所述截锥体，并且其中所述第二筒体轴线与所述锥体轴线对齐。
2.根据权利要求1所述的内部容器，其中，所述截锥体包括至少六个穿孔。
3.根据权利要求2所述的内部容器，其中，所述至少六个穿孔中的四个穿孔尺寸相等。
4.根据权利要求3所述的内部容器，其中，第七穿孔由所述锥体基准直径二等分。
5.根据权利要求4所述的内部容器，其中，所述两个长套管既从所述截锥体的内表面又从所述截锥体的外表面延伸出来。
6.根据权利要求5所述的内部容器，其中，所述四个短套管从所述截锥体的内表面延伸出来。
7.根据权利要求6所述的内部容器，其中，所述四个短套管构造成与贯穿其中的相关构件形成密封。
8.根据权利要求1所述的内部容器，其中，锥角为约60°。
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