CN111681787A - 一种反应堆容器的下腔室结构及反应堆容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆容器的下腔室结构及反应堆容器。下腔室结构包括堆芯支撑底板、反应堆下腔室底板、反应堆下腔室裙板和反应堆下腔室入口；堆芯支撑底板、反应堆下腔室底板和反应堆下腔室裙板合围形成一下腔室空间、且反应堆下腔室裙板用于构成下腔室空间的周向侧壁；反应堆下腔室底板与堆芯支撑底板平行；反应堆下腔室入口设于反应堆下腔室底板上；下腔室空间内还设有位于堆芯支撑底板下方的流量分配板圆板；流量分配板圆板与堆芯支撑底板同轴设置、且平行固接；流量分配板圆板的边缘不与下腔室空间的内部接触。本发明的下腔室结构实现了堆芯通道内流量的合理分配，并且有效改善了下腔室的流场特性，避免了下腔室中旋涡的出现。

Description

一种反应堆容器的下腔室结构及反应堆容器

技术领域

本发明涉及核反应堆领域，具体涉及一种反应堆容器的下腔室结构及反应堆容器。

背景技术

液态燃料熔盐核反应堆堆芯释热区域主要包括堆芯活性区、位于堆芯活性区下方的堆芯下腔室，位于堆芯活性区上方的堆芯上腔室，进口位于下腔室底部，出口位于上腔室顶部；燃料盐熔融于载体盐中，跟随载体盐一起流动，燃料盐与载体盐流体由反应堆容器底部进入反应堆下腔室后，经堆芯下支撑板进入堆芯，在由石墨组成的堆芯流道内释放裂变能后，进入上腔室，然后从上腔室顶部出口流出，从而实现热量转移(如图1所示)。

由于液态燃料核反应堆本身的特点，在整个反应堆寿期内，堆芯活性区燃料功率呈中心高径向方向上逐渐降低的分布形态。在进入堆芯前，液态燃料的流量分布形式具有重要的意义，它关系到堆芯裂变能的顺利转移，直接决定了堆芯热点位置和热管因子的大小，从而直接关系到整个反应堆乃至整个核电厂的安全。

由于反应堆容器下封头一般为(椭)球形或蝶形，其与堆芯下支撑板所围成的下腔室近似半(椭)球形，当液态燃料从下封头底部进入下腔室后，直接面对堆芯下支撑板，由于流动方向上受阻，流体会在下腔室内产生大量旋涡，并使得进入堆芯不同穿孔的液态燃料流量差异较大。对于液态燃料熔盐核反应堆，熔盐作为燃料且带有热源，下腔室的涡流及流动死区不仅会造成流动不稳定性还会导致局部温度偏高，影响堆芯材料性能和反应堆的安全性能。因此，在设计入口位于堆容器下封头底部的核反应堆时，需要在堆芯下方下腔室内设置流场调节与堆芯流量分配结构，对下腔室内的流体进行流场调节并对进入堆芯通道的流体流量进行分配，以可接受的流量分布进入堆芯活性区，并减少流体压力的损失和振动的产生。虽然前期液态燃料熔盐堆堆芯流量分配研究和设计对下腔室涡流和流动死区做了一定程度的抑制，同时也对堆芯入口流量分配进行了优化，但是最终的设计结果不够理想，还未达到在反应堆上应用的程度(参见“一种液态燃料熔盐堆堆芯流量分配设计，核技术，2016年5月，周振华、潘登等”)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术入口位于下腔室底部的反应堆结构中的下腔室内的流体产生大量旋涡，并使得进入堆芯不同孔道的液态燃料流量差异较大、分配不均匀的缺陷，而提供一种反应堆容器的下腔室结构及反应堆容器。

本发明的反应堆容器下腔室结构通过流场设计、控制，以及流量分配板的结构设置，调节进入堆芯通道的流体流量，以满足堆芯通道内流量分配设计要求，实现了堆内无明显旋涡、且流量分配精确匹配堆芯功率分布的效果。本发明结构设计的堆芯通道流量分配与堆芯功率分布偏差可降至10％以内。

本发明是通过以下方案来解决上述技术问题的：

一种反应堆容器的下腔室结构，其包括堆芯支撑底板、反应堆下腔室底板、反应堆下腔室裙板和反应堆下腔室入口；所述堆芯支撑底板、所述反应堆下腔室底板和所述反应堆下腔室裙板合围形成一下腔室空间、且所述反应堆下腔室裙板用于构成所述下腔室空间的周向侧壁；

所述反应堆下腔室底板与所述堆芯支撑底板平行；

所述反应堆下腔室入口设于所述反应堆下腔室底板上；

所述下腔室空间内还设有位于所述堆芯支撑底板下方的流量分配板圆板；

所述流量分配板圆板与所述堆芯支撑底板同轴设置、且平行固接；

所述堆芯支撑底板上开设有穿孔，且所述穿孔分布的区域为一个圆形区域；

所述流量分配板圆板的直径大于等于所述圆形区域的直径，所述流量分配板圆板的边缘不与所述下腔室空间的内部接触。

本发明中，本领域技术人员均知晓，“所述反应堆下腔室裙板构成所述下腔室空间的周向侧壁”是指所述反应堆下腔室裙板与所述堆芯支撑底板的下表面固接、且与所述反应堆下腔室底板的上表面固接。较佳地，所述反应堆下腔室裙板与所述反应堆下腔室底板的边缘连接。

本发明中，所述堆芯支撑底板的形状可为本领域常规，例如圆形。

本发明中，较佳地，所述堆芯支撑底板上的所述穿孔的位置对应所述反应堆容器的堆芯液态燃料通道位置。所述穿孔的直径可为本领域常规，所述堆芯支撑底板上所述穿孔的直径可根据流量分配需求分区域调整。所述穿孔的设置方式可为本领域常规，较佳地，所述堆芯支撑底板上的所述穿孔的整体排列方式为若干圈同心多边形由中心向周边辐射排列。更佳地，同一圈上的所述穿孔直径相同，且由中心至最外圈所述穿孔的直径逐渐减小。

本发明中，所述堆芯支撑底板可为本领域常规，所述堆芯支撑底板上的所述圆形区域的直径一般小于所述堆芯支撑底板的直径，将所述堆芯支撑底板上的所述圆形区域(即堆芯通道整体分布圆形区域)的直径记为D。

本发明中，所述反应堆下腔室入口的形状可为圆形。所述反应堆下腔室入口的内径可为本领域常规，较佳地为0.05D-0.1D，例如0.06D，亦可结合回路设备接口确定。

本发明中，较佳地，所述反应堆下腔室入口设于所述反应堆下腔室底板的中心位置处。

本发明中，所述流量分配板圆板的直径较佳地小于所述堆芯支撑底板的径向宽度。

本发明中，所述流量分配板圆板的上表面与所述堆芯支撑底板的下表面的垂直距离可为0.02D-0.1D，例如0.05D。

本发明中，所述流量分配板圆板的厚度可为本领域常规，较佳地为1-4cm，例如2cm，亦可结合结构件应力分析结果给出。所述流量分配板圆板的直径可为D-1.2D，例如1.05D。

本发明中，较佳地，所述流量分配板圆板与所述堆芯支撑底板共轴线。

本发明中，较佳地，所述反应堆下腔室底板与所述堆芯支撑底板共轴线。

其中，更佳地，所述流量分配板圆板、所述反应堆下腔室底板与所述流量分配板圆板共轴线。

本发明中，所述流量分配板圆板的下表面与所述反应堆下腔室底板的上表面的垂直距离可为0.01D-0.05D，例如0.025D。

本发明中，较佳地，所述流量分配板圆板与所述反应堆下腔室底板平行固接。

本发明中，较佳地，所述反应堆下腔室底板的径向宽度大于所述流量分配板圆板的直径。所述反应堆下腔室底板的径向宽度与所述流量分配板圆板的直径之差较佳地为0.05D-0.1D，例如0.06D。所述流量分配板圆板的边缘与所述下腔室空间的内部的间隙宽度可为0.02～0.05D，例如0.03D。

本发明通过调整所述反应堆下腔室底板、所述流量分配板圆板和所述堆芯支撑底板之间的垂直距离，可以有效地抑制下腔室旋涡与流动死区，并结合堆芯支撑板上开孔尺寸分区变化可以更好地调节进入堆芯通道的流体流量。

本发明中，平行固接可为本领域常规的连接方式，例如焊接或螺栓的方式，较佳地通过所述流量分配板圆板上设置的若干个连接件实现，例如12个。

其中，所述连接件的数量和尺寸可根据反应堆尺寸调整。所述连接件的设置方式较佳地为：所述连接件分内外两圈排布，例如内圈4个，距离所述流量分配板圆板中心R/3处，且间隔90°均匀分布；外圈8个，距离所述流量分配板圆板中心2R/3处，且间隔45°均匀分布，所述R是指所述流量分配板圆板中心的半径。

其中，更佳地，所述堆芯支撑底板、所述流量分配板圆板和所述反应堆下腔室底板之间的平行固接通过贯穿所述流量分配板圆板、上至所述堆芯支撑底板且下至所述反应堆下腔室底板的连接件实现。

其中，所述堆芯径向功率一般是指所述熔盐反应堆容器寿期不同燃耗时刻堆芯径向典型功率分布。

在本发明一较佳实施方案中，所述下腔室结构包括所述堆芯支撑底板、所述反应堆下腔室底板、所述反应堆下腔室裙板和所述反应堆下腔室入口；所述堆芯支撑底板、所述反应堆下腔室底板和所述反应堆下腔室裙板合围形成一下腔室空间、且所述反应堆下腔室裙板构成所述下腔室空间的周向侧壁；

所述反应堆下腔室裙板与所述反应堆下腔室底板的边缘连接；

所述反应堆下腔室底板与所述堆芯支撑底板平行；

所述反应堆下腔室入口设于所述反应堆下腔室底板的中心位置处；

所述下腔室结构还包括位于所述堆芯支撑底板下方的流量分配板圆板；

所述流量分配板圆板与所述堆芯支撑底板平行固接；

所述流量分配板圆板的直径小于所述堆芯支撑底板的径向宽度；

所述流量分配板圆板的直径大于等于所述堆芯支撑底板上分布有孔的圆形区域的直径、且不与所述下腔室空间的内部接触；

所述流量分配板圆板、所述反应堆下腔室底板和所述流量分配板圆板共轴线；

所述堆芯支撑底板、所述流量分配板圆板和所述反应堆下腔室底板之间的平行固接通过贯穿所述流量分配板圆板、上至所述堆芯支撑底板且下至所述反应堆下腔室底板的连接件实现。

本发明中，所述下腔室结构的流量分配结构，能够确保堆芯熔盐通道流量分配结果和功率分布的匹配性，本发明下腔室结构实现的堆芯流量分布结果与堆芯功率分布偏差可降至10％以内，偏差越小，流量分配效果越佳；其中，所述堆芯径向功率一般是指所述熔盐反应堆容器寿期不同燃耗时刻堆芯径向典型功率分布。

本发明中，所述下腔室结构实现的堆芯流量分配均匀系数可达0.7～1.5，其中堆芯流量分配均匀系数是反映堆芯所有通道内流量分配结果的一个参数，它是指某一通道内流量与所有通道的平均流量比值，是表述通道流量相对大小的一个量，所有通道的均匀系数表述流量分布的趋势。

本发明还提供了一种包含有上述下腔室结构的反应堆容器。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1)本发明的下腔室结构，通过流量分配板圆板改变了冷却剂通道的形状，有效改善了下腔室的流场特性，避免了下腔室中旋涡的出现，再通过堆芯下支撑板对流体进行流量分配，使进入堆芯的流体流量分布达到反应堆设计目标；

2)下腔室结构的流量分配均匀系数与液态燃料熔盐反应堆堆芯径向功率分布相匹配，堆芯流量分配均匀系数可为0.7～1.5；

3)本发明下腔室结构的流量分配结果与堆芯功率分布偏差可降至10％以内。

附图说明

图1为液态燃料熔盐反应堆堆芯结构及其内部流体流场示意图。

图2为本发明具有流体流向的下腔室结构的示意图。

图3为本发明中堆芯支撑底板穿孔分布示意图。

图4为本发明下腔室的三维结构示意图。

附图说明：11-反应堆下腔室入口；12-下腔室空间；13-堆芯支撑底板；14-反应堆堆芯结构件；15-反应堆堆芯活性区通道；16-反应堆上腔室；17-反应堆出口；18-流量分配板圆板；19-反应堆下腔室底板；20-连接件；21-下腔室裙板。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例

图1为液态燃料熔盐反应堆堆芯结构，其包括反应堆下腔室入口11，反应堆下腔室空间12，堆芯支撑底板13，反应堆堆芯结构件14，堆芯活性区通道15，反应堆上腔室16，反应堆出口17；

图2和图4的下腔室结构中包括流量分配板圆板18，反应堆下腔室底板19，连接件20，下腔室裙板21；其中，流量分配板圆板18位于堆芯支撑底板13下方，堆芯支撑底板13、流量分配板圆板18和反应堆下腔室底板19之间平行固接，下腔室裙板21与反应堆下腔室底板19的边缘固接。反应堆下腔室入口11设于与流量分配板圆板18平行固接的反应堆下腔室底板19中心位置处。

图3中，堆芯支撑底板13固定于焊接在反应堆容器内壁的支撑件上，对应堆芯液态燃料通道位置开有穿孔，穿孔的尺寸可根据流量分配需求分区域调整，穿孔整体分布按照若干圈同心多边形由中心向周边辐射排列，位于同一圈上的通道尺寸相同，不同圈上的通道尺寸不同。堆芯支撑板上不同径向位置处开孔尺寸不同，从中心位置至边缘位置孔径由0.04m单调减少至0.03m。

假设堆芯支撑底板13上分布有孔的圆形区域(即堆芯通道整体分布圆形区域)的直径为1.8m。流量分配板圆板18的直径1.8m，反应堆下腔室入口11的内径为0.1m；流量分配板圆板18的上表面与堆芯支撑底板13的下表面的垂直距离为0.06m，流量分配板圆板18厚度0.01m，流量分配板圆板18的下表面与反应堆下腔室底板19上水平表面的垂直距离为0.04m。

连接件20的设置方式分内外两圈排布，内圈4个，距离流量分配板中心0.3m处，且间隔90°均匀分布；外圈8个，距离分配板中心0.6m处，且间隔45°均匀分布。

本实施例中，堆芯流量分配均匀系数在0.7～1.5之间，与堆芯径向归一化功率分布偏差小于10％。

本发明并不局限于上面描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外本说明书中使用的一些特定术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种反应堆容器的下腔室结构，其特征在于，其包括堆芯支撑底板、反应堆下腔室底板、反应堆下腔室裙板和反应堆下腔室入口；所述堆芯支撑底板、所述反应堆下腔室底板和所述反应堆下腔室裙板合围形成一下腔室空间、且所述反应堆下腔室裙板用于构成所述下腔室空间的周向侧壁；

所述反应堆下腔室底板与所述堆芯支撑底板平行；

所述反应堆下腔室入口设于所述反应堆下腔室底板上；

所述下腔室空间内还设有位于所述堆芯支撑底板下方的流量分配板圆板；

所述流量分配板圆板与所述堆芯支撑底板同轴设置、且平行固接；

所述堆芯支撑底板上开设有穿孔，且所述穿孔分布的区域为一个圆形区域；

所述流量分配板圆板的直径大于等于所述圆形区域的直径，所述流量分配板圆板的边缘不与所述下腔室空间的内部接触。

2.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述反应堆下腔室裙板与所述反应堆下腔室底板的边缘连接；

和/或，所述堆芯支撑底板上的所述穿孔的位置对应所述反应堆容器的堆芯液态燃料通道的位置；

和/或，所述堆芯支撑底板上的所述穿孔的整体排列方式为若干圈同心多边形由中心向周边辐射排列；

较佳地，同一圈上的所述穿孔直径相同，且由中心至最外圈所述穿孔的直径逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述反应堆下腔室入口的内径为0.05D-0.1D，例如0.06D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径；

和/或，所述反应堆下腔室入口设于所述反应堆下腔室底板的中心位置处；

和/或，所述流量分配板圆板的直径小于所述堆芯支撑底板的径向宽度。

4.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述流量分配板圆板的上表面与所述堆芯支撑底板的下表面的垂直距离为0.02D-0.1D，例如0.05D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径；

和/或，所述流量分配板圆板的厚度为1-4cm，例如2cm；

和/或，所述流量分配板圆板的直径为D-1.2D，例如1.05D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径。

5.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述流量分配板圆板与所述堆芯支撑底板共轴线；

和/或，所述反应堆下腔室底板与所述堆芯支撑底板共轴线；

较佳地，所述流量分配板圆板、所述反应堆下腔室底板与所述流量分配板圆板共轴线。

6.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述流量分配板圆板的下表面与所述反应堆下腔室底板的上表面的垂直距离为0.01D-0.05D，例如0.025D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径；

和/或，所述流量分配板圆板与所述反应堆下腔室底板平行固接。

7.根据权利要求1所述的下腔室结构，其特征在于，所述流量分配板圆板的边缘与所述下腔室空间的内部的间隙宽度为0.02～0.05D，例如0.03D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径；

和/或，所述反应堆下腔室底板的径向宽度大于所述流量分配板圆板的直径；

较佳地，所述反应堆下腔室底板的径向宽度与所述流量分配板圆板的直径之差为0.05D-0.1D，例如0.06D，D是指所述堆芯支撑底板上分布的所述穿孔构成的圆形区域的直径。

8.根据权利要求1～7任一项所述的下腔室结构，其特征在于，平行固接通过所述流量分配板圆板上设置的若干个连接件实现，例如12个；

所述连接件的设置方式较佳地为：所述连接件分内外两圈排布。

9.根据权利要求8所述的下腔室结构，其特征在于，所述堆芯支撑底板、所述流量分配板圆板和所述反应堆下腔室底板之间的平行固接通过贯穿所述流量分配板圆板、上至所述堆芯支撑底板且下至所述反应堆下腔室底板的连接件实现。

10.一种包含如权利要求1～9任一项所述的下腔室结构的反应堆容器。

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