CN113674880B - 一种棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆，属于核技术领域，下反射层由多个石墨砖构成，所述石墨砖内部开有腔室和槽道，所述腔室位于所述石墨砖的中心位置，用于流通冷却剂；所述槽道位于所述石墨砖的上段，槽道入口位于所述石墨砖的上端面上，并与堆芯冷却剂出口连通，槽道出口与所述腔室连通。本发明提供的下反射层结构可用于将冷却剂汇流，提高冷却剂流出堆芯的均匀性，并通过结构布置调整冷却剂流量分配以展平堆芯温度分布。
Description
技术领域
本发明属于核技术领域，具体为一种棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆。
背景技术
在已有的棱柱式高温气冷堆中，下反射层结构仅具备基本的中子反射功能，并未设计汇集各个冷却剂通道内流体的功能，也未设计调整堆芯冷却剂流量分配的功能，下反射层石墨砖块开有通孔，与燃料区石墨砖块的结构一致。
然而，在现有的高温气冷堆中，冷却剂进入堆芯燃料区域时存在冷却剂流量分配不理想，冷却剂流出堆芯时存在流场分布不均匀等问题，导致堆芯燃料局部温度过高以及堆芯下部构件承压承温过高，对于高温气冷堆的安全运行造成不良影响，因此需要研发新的下反射层石墨砖块的结构形式以提高高温气冷堆安全性。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆，可以将冷却剂汇流，提高冷却剂流出堆芯的均匀性，并调整冷却剂流量的分配情况。
为达到以上目的，本发明采用的第一种技术方案是：
一种棱柱式高温气冷堆下反射层，包括多个石墨砖，每个所述石墨砖内部开有腔室和多个冷却剂槽道，所述腔室位于所述石墨砖的中心位置，用于流通冷却剂；
所述冷却剂槽道位于所述石墨砖的上段，冷却剂槽道入口位于所述石墨砖的上端面上，并与外部的堆芯冷却剂通道出口连通，冷却剂槽道出口与所述腔室连通。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，所述腔室为圆柱形。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，所述冷却剂槽道为长方形狭长通道组成的枝杈型结构。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，从所述石墨砖周围向中心方向，所述冷却剂槽道的深度逐渐加深。
进一步，如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，多个所述石墨砖均沿水平方向并列分布。
基于上述棱柱式高温气冷堆下反射层，本发明采用的第二种技术方案是：
一种堆芯，包括燃料区以及设于所述燃料区下部的下反射层，所述燃料区内设有多个冷却剂通道，所述下反射层为如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层。
进一步，如上所述的堆芯，各石墨砖的所述腔室直径沿所述燃料区的径向逐渐递增或递减。
进一步，如上所述的堆芯，各石墨砖的所述冷却剂槽道与对应的燃料区上的各所述冷却剂通道对接。
进一步，如上所述的堆芯，各石墨砖的所述冷却剂槽道宽度与燃料区的冷却剂通道直径相等。
基于上述堆芯，本发明采用的第三种技术方案是：
一种高温气冷堆，包括堆芯，所述堆芯采用如上所述的堆芯结构。
采用本发明所述的棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆，具有以下显著的技术效果：
本发明所述的下反射层通过在石墨砖内部设置腔室及槽道，形成枝杈状的汇集型通道结构，引导堆芯燃料区各个石墨砖的冷却剂通道内冷却剂向中心汇集，调配了冷却剂流量在各个通道内的流量，并提高冷却剂流出堆芯后的均匀性，从而提高堆芯整体的换热性能，有效展平堆芯的温度分布，降低流出的冷却剂对于堆芯下部构件的冲击，增加堆芯安全裕量；并且可以使下反射层保有较大的石墨体积，从而减少堆芯中子泄露风险，提高下反射层的结构强度，确保下反射层及堆芯的可靠性和稳定性，进而为高温气冷堆的正常运行提供有力保障。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的棱柱式高温气冷堆下反射层的结构示意图；
图2是图1中棱柱式高温气冷堆下反射层的气体流道结构示意图；
图3是图1中棱柱式高温气冷堆下反射层的纵向剖面图；
其中，1-石墨砖；2-冷却剂槽道；3-腔室。
具体实施方式
下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
如图1-图3所示，本发明提供的棱柱式高温气冷堆下反射层由多个石墨砖1构成，每个石墨砖1内部开有腔室3和多个冷却剂槽道2，腔室3位于石墨砖1的中心位置，腔室3的出口在石墨砖1的下端面上，用于流通冷却剂；冷却剂槽道2为长方形狭长通道组成的枝杈型结构，位于石墨砖1的上段，从石墨砖1周围向中心方向，冷却剂槽道2的深度逐渐加深，冷却剂槽道2入口位于石墨砖1的上端面上，并与堆芯冷却剂通道出口连通，冷却剂槽道2出口与腔室3连通。
通过冷却剂槽道2引导堆芯燃料区各个冷却剂通道内的冷却剂向中心汇集，同时临近的由冷却剂槽道2连通在一起的冷却剂通道里面的冷却剂在腔室3内进行了混合，提高了冷却剂流出堆芯后的均匀性。
通过调整腔室3的直径尺寸，实现冷却剂流量在各个通道内的合理分布，从而提高堆芯整体的换热性能，有效展平堆芯的温度分布。腔室3的直径越大，流动阻力越小，由于燃料组件流道和下反射层流道是连通的，所以进入上部燃料组件的冷却剂就越多，故降低了这列燃料组件的温度；反之，腔室3的直径越小，流动阻力越大，所以进入上部燃料组件的冷却剂就越少，故升高了这列燃料组件温度。
多个石墨砖1沿水平方向并列分布。石墨砖1的数目、形状和大小，根据反应堆石墨堆内构件结构设计的需要而定；石墨砖的结构形式主要根据堆芯燃料组件冷却剂通道的进气量、大小、数量、结构形式的要求而定。
每个石墨砖1上部有多个冷却剂槽道入口，冷却剂槽道2的深度小于石墨砖1的总高度。冷却剂槽道2入口的个数、大小和位置根据上层相连的堆芯燃料组件结构设计的需要而定，要保证每一个堆芯燃料组件冷却剂通道都有与之相连的冷却剂槽道2入口，确保堆芯冷却剂可以流入棱柱式高温气冷堆底部的混合腔室。
本实施例中，腔室3的形状为圆柱形，也可为长方体形、多棱柱形或其他形状。
在反应堆运行过程中，冷却剂由堆芯经过下反射层石墨砖1上部冷却剂槽道2入口流入，沿着石墨砖1内部的冷却剂槽道2流动，经过下反射层冷却剂孔道汇流结构冷却剂汇聚，各槽道的出口与腔室3连通，最后通过腔室3出口向下流动进入棱柱式高温气冷堆底部的混合腔室中。
基于上述棱柱式高温气冷堆下反射层，本发明还提供一种堆芯，包括燃料区以及设于燃料区下部的下反射层，燃料区内设有多个冷却剂通道，下反射层为如上所述的棱柱式高温气冷堆下反射层。各石墨砖的冷却剂槽道与其对应的燃料区上的各冷却剂通道对接，且冷却剂槽道宽度与燃料区的冷却剂通道直径相等。
优选的，各石墨砖的腔室直径沿燃料区的径向逐渐递增或递减。
基于上述堆芯，本发明还提供一种高温气冷堆，包括堆芯，所述堆芯采用如上所述的堆芯结构。
本发明提供的棱柱式高温气冷堆下反射层、堆芯和高温气冷堆，通过在石墨砖块内部设置腔室及槽道，形成枝杈状的汇集型通道结构，引导堆芯燃料区各个石墨砖块的冷却剂通道内冷却剂向中心汇集，调配了冷却剂流量在各个通道内的流量，并提高冷却剂流出堆芯后的均匀性，从而提高堆芯整体的换热性能，有效展平堆芯的温度分布，降低流出的冷却剂对于堆芯下部构件的冲击，增加堆芯安全裕量；并且可以使下反射层保有较大的石墨体积，从而减少堆芯中子泄露风险，提高下反射层的结构强度，确保下反射层及堆芯的可靠性和稳定性，进而为高温气冷堆的正常运行提供有力保障。
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种棱柱式高温气冷堆下反射层，包括多个石墨砖（1），其特征在于，每个所述石墨砖内部开有腔室（3）和多个冷却剂槽道（2），所述腔室（3）位于所述石墨砖（1）的中心位置，用于流通冷却剂；
所述冷却剂槽道（2）位于所述石墨砖（1）的上段，冷却剂槽道入口位于所述石墨砖（1）的上端面上，并与外部的堆芯冷却剂通道出口连通，冷却剂槽道出口与所述腔室（3）连通，所述冷却剂槽道（2）为长方形狭长通道组成的枝杈型结构。
2.根据权利要求1所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，其特征在于，所述腔室（3）为圆柱形。
3.根据权利要求1所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，其特征在于，从所述石墨砖（1）周围向中心方向，所述冷却剂槽道（2）的深度逐渐加深。
4.根据权利要求1-3任一项所述的棱柱式高温气冷堆下反射层，其特征在于，多个所述石墨砖（1）沿水平方向并列分布。
5.一种堆芯，包括燃料区以及设于所述燃料区下部的下反射层，所述燃料区内设有多个冷却剂通道，其特征在于，所述下反射层为如权利要求1-4任一项所述的棱柱式高温气冷堆下反射层。
6.根据权利要求5所述的堆芯，其特征在于，各石墨砖的腔室（3）直径沿所述燃料区的径向逐渐递增或递减。
7.根据权利要求6所述的堆芯，其特征在于，各石墨砖的冷却剂槽道（2）与对应的燃料区上的各所述冷却剂通道对接。
8.根据权利要求7所述的堆芯，其特征在于，各石墨砖的所述冷却剂槽道（2）宽度与燃料区的所述冷却剂通道直径相等。
9.一种高温气冷堆，包括堆芯，其特征在于，所述堆芯为如权利要求5-8任一项所述的堆芯。
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