CN113948225B - 具有顶部热屏蔽的反应堆 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种反应堆，包括：压力容器本体，其中容纳有冷却剂；压力容器顶盖，与所述压力容器本体共同形成封闭的压力容器；以及顶部热屏蔽，在所述压力容器顶盖的下方与所述压力容器顶盖平行地设置，且所述顶部热屏蔽与所述压力容器顶盖之间形成间隙。本申请的技术方案能够提高压力容器顶盖温度的均匀性，有利于保证旋塞安装面的水平度。

Description

具有顶部热屏蔽的反应堆
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆。
背景技术
对于反应堆而言，目前有回路式反应堆和池式反应堆。回路式结构就是用管路把各个独立的设备连接成回路系统；热交换器位于压力容器外部。池式反应堆将堆芯、一回路主冷却系统浸泡在冷却剂池(即压力容器)内。通过动力泵使池内的冷却剂在堆芯组件与热交换器之间流动。
对于池式反应堆，压力容器为一回路介质的包容边界，其下部容纳有冷却剂，上部充入惰性气体(如氩气)。在对反应堆进行换料时需要实现闭式换料，保证冷却剂与空气的隔绝。
发明内容
本申请实施例提供了一种反应堆，包括：
压力容器本体，其中容纳有冷却剂；
压力容器顶盖，与所述压力容器本体共同形成封闭的压力容器；以及
顶部热屏蔽，在所述压力容器顶盖的下方与所述压力容器顶盖平行地设置，且所述顶部热屏蔽与所述压力容器顶盖之间形成间隙。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是现有技术的反应堆的示意性原理图；
图2是根据本发明实施例的池式反应堆的示意性原理图；
图3示出了两个平板和遮热板的表面的温度和吸收比；
图4是图2所示压力容器顶盖与顶部热屏蔽之间间隙的局部放大图；以及
图5示出了压力容器顶盖的结构示意图；
图6示出了顶部热屏蔽的结构示意图；
图7是根据本发明实施例的压力容器顶盖和顶部热屏蔽的局部结构图。
附图中：
11、压力容器本体；12、压力容器顶盖；121、锥形本体；1211、中心通孔；1212、安装开孔；1213、接管；122、连接部；20、栅板联箱；30、堆芯组件；40、动力泵；41、泵支承；50、热交换器；60、旋塞；70、径向热屏蔽；80、顶部热屏蔽；81、锥形本体；811、让位开孔；812、让位开孔；82、连接部。
应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
图1是根据现有技术的池式反应堆的示意性原理图。图中箭头方向表示冷却剂的流动方向。如图1所示，池式反应堆可包括压力容器顶盖12和压力容器本体11。压力容器本体11可通过螺栓等紧固件与压力容器顶盖12固定连接，两者密闭形成压力容器。
池式反应堆还包括设置于压力容器内部的栅板联箱20、堆芯组件30、动力泵40以及热交换器50。压力容器内部设有冷却剂，由动力泵40泵送至堆芯组件30内以对堆芯组件30进行降温；之后从堆芯组件30流出的冷却剂进入热交换器50进行冷却。冷却后的冷却剂再由动力泵40泵送至堆芯组件30。
动力泵40由泵支承(如图7中的泵支承41)支承，泵支承可固定在压力容器顶盖12上。泵支承的下端有泵出口，由动力泵40泵送的冷却剂经由泵支承的泵出口向外流出。
动力泵40可以是离心泵。在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况选择其他类型的动力泵40为冷却剂传输提供动力。
栅板联箱20设于堆芯组件30的下方，用于至少固定和支承堆芯组件30以及为堆芯组件30分配冷却剂流量。由动力泵40泵送的冷却剂先进入栅板联箱20内部，之后流入堆芯组件30。
在一些实施例中，反应堆内形成位于上方的热池区域和位于下方的冷池区域；冷池区域的冷却剂流入堆芯组件30携带堆芯组件30的热量进入热池区域。
热交换器50用于对来自热池区域的冷却剂进行降温，且使降温后的冷却剂流入冷池区域。从堆芯组件30流出的冷却剂进入热池区域，之后进入热交换器50进行降温，从热交换器50流出的冷却剂进入冷池区域，被动力泵40泵送至栅板联箱20，从而对堆芯组件30以及堆内其他设备进行冷却，冷却剂吸收堆芯组件30产生的热量之后，再循环回热交换器50进行降温，从而完成冷却剂在反应堆一回路中的循环。
热交换器50可通过热交换器支承(图中是未示出)安装于压力容器顶盖12上。
在一些实施例中，反应堆还包括：径向热屏蔽70，径向热屏蔽70设于压力容器本体11内，用于减少中子向压力容器本体11的直接辐照。
径向热屏蔽70的高度低于压力容器本体11的高度，可以与压力容器内冷却剂的液面基本平齐。
容易理解，径向热屏蔽70与压力容器本体11直接面对，即径向热屏蔽70与压力容器本体11之间未设置能够将两者之间的空间划分为不同区域的其他构件。
具体地，压力容器本体11与径向热屏蔽70之间形成环形间隙。该环形间隙的一般为10cm左右。
压力容器内部位于热池区域的上方区域充有惰性气体(如氩气)。在对反应堆进行换料时需要实现闭式换料，保证冷却剂与空气的隔绝。
反应堆内的堆内换料系统通常包括旋塞60、控制棒驱动机构以及换料机。旋塞60安装在压力容器顶盖12上，控制棒驱动机构和换料机安装在旋塞60上。在安装旋塞时，为了保证控制棒驱动线的对中，需要保证上旋塞60安装面的水平度。
本申请的发明人发现，在反应堆初始安装时，控制棒驱动线的对中较好，然而使用一段时间之后，控制棒驱动线的对中度会下降。本申请的发明人进一步发现，在反应堆初始安装时，压力容器顶盖12上旋塞60安装面的水平度较好，而使用一段时间后，压力容器顶盖12上旋塞60安装面的水平度会变低，从而对控制棒驱动线的对中和换料时堆芯组件30的准确抓取造成影响。
本申请的发明人认为，造成上述现象的原因可能是由于堆内换料系统在反应堆中的布置方式，使得安装于压力容器顶盖12上的堆内构件(如上文提到的动力泵40和热交换器50)不能完全周向对称，由此导致堆内构件向压力容器顶盖12的热辐射量不同。
对于大型快堆压力容器结构，压力容器顶盖12的热辐射量不同会导致压力容器顶盖12周向温度存在一定差异，进而影响压力容器顶盖12上旋塞60安装面的水平度，从而对控制棒驱动线的对中和换料时堆芯组件30的准确抓取造成影响。
鉴于堆内换料系统和控制棒驱动线的对中均需要保证压力容器顶盖12的温度均匀性，因此，在本申请中，特别地在反应堆压力容器内设置顶部热屏蔽80，来改善压力容器顶盖12的温度均匀性。
图2是根据本发明实施例的池式反应堆的示意性原理图。参见图2，在本申请实施例的反应堆中，顶部热屏蔽80在压力容器顶盖12的下方与压力容器顶盖12平行地设置，且压力容器顶盖12与顶部热屏蔽之间形成间隙。
根据辐射传热的遮热板原理，通过将金属薄板(遮热板3)插入两个平板的辐射传热表面(表面1和表面2)之间可以削弱辐射传热。如图3所示，设平板和金属薄板都是灰体，并且α1＝α2＝ε。
q1,3＝εn(Eh1-Eh3) (a)
q3,2＝εn(Eh3-Eh2) (b)
q1,3和q3,2分别为表面1对遮热板3和遮热板3对表面2的辐射传热流密度。表面1、遮热板3及遮热板3、表面2两个系统的系统发射率相同，都是
在热稳态条件下，q1,3＝q3,2＝q1,2。将式(a)和(b)相加得
与未加金属薄板时的辐射传热相比，其辐射传热量减小了一半。为使削弱辐射传热的效果更为显著，实际上都采用辐射发射率低的金属薄板作为遮热板。例如，在发射率为0.8的两个平行表面之间插入一块发射率为0.05的遮热板，可使辐射热量减小到原来的1/27。
本申请通过设置顶部热屏蔽80，减小了冷却剂和堆内构件向压力容器顶盖12的热辐射，从而改善了由于堆内构件结构布置不对称其本身的热辐射不均匀导致的压力容器顶盖12温度不均匀性问题。
图4是图2所示压力容器顶盖12与顶部热屏蔽80之间间隙h的局部放大图。在本申请优选实施例中，顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12之间的间隙h的尺寸可在7cm至15cm之间选取。如果间隙h的尺寸太小，顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12距离太近，则会降低隔热效果；如果间隙h的尺寸太大，顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12距离太远，则会较大地增加氩气对流，加剧周向的温度梯度。
在一些实施例中，顶部热屏蔽80为单层不锈钢板。顶部热屏蔽80的厚度在10mm至20mm之间选取。
本申请实施例通过在压力容器顶盖12下部增加了一层不锈钢板作为顶部热屏蔽80，与压力容器顶盖12之间形成窄气隙。由于顶部热屏蔽80的范围周向覆盖整个压力容器顶盖12，可在压力容器内侧顶部形成氩气-钢板-氩气的隔热结构。
该隔热结构减小了冷却剂和堆内构件向压力容器顶盖12的热辐射，较好地改善了压力容器顶盖12的周向温度均匀性，使得压力容器顶盖12上旋塞安装面的水平度得到了保证，确保了反应堆控制棒驱动线的对中和换料过程中堆芯组件30的准确抓取。
本领域技术人员容易理解，当压力容器顶盖12与压力容器顶盖12均为平面时，顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12平行地设置，意味着顶部热屏蔽80上的每一点到压力容器顶盖12的距离均相同。当压力容器顶盖12与压力容器顶盖12均包含锥面时，顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12平行地设置，意味着顶部热屏蔽80的锥面和压力容器顶盖12的锥面在同一竖直面的投影轮廓的形状相似。
如图2所示，顶部热屏蔽80的锥面和压力容器顶盖12的锥面在同一竖直面的投影轮廓均为等腰梯形，且两个等腰梯形的底角相同。
在本申请实施例中，顶部热屏蔽80与堆内支承件固定连接。在一些实施例中，堆内支承件包括前述的径向热屏蔽70，顶部热屏蔽80与径向热屏蔽70固定连接。
容易理解，在本申请实施例中，由于顶部热屏蔽80自径向热屏蔽70向上延伸，之后平行压力容器顶盖12向径向内侧延伸，因此，顶部热屏蔽80与压力容器本体11之间存在间隙。在本申请实施例中，顶部热屏蔽80与压力容器本体11之间也存在间隙；顶部热屏蔽80与压力容器顶盖12之间也存在间隙。这里的间隙不能理解为“轴”、“孔”之间的间隙配合”，而是指两者之间存在厘米量级的距离。
在一些实施例中，顶部热屏蔽80与旋塞60之间不存在热连接关系或机械连接关系；顶部热屏蔽80与热交换器50和动力泵40之间也不存在热连接关系或机械连接关系。容易理解，当热交换器50外侧设有热交换器支承时，顶部热屏蔽80与热交换器支承之间也不存在热连接关系或机械连接关系；当动力泵40外侧设有泵支承时，顶部热屏蔽80与泵支承之间也不存在热连接关系或机械连接关系；当泵支承外侧设有热屏蔽时，顶部热屏蔽80与热屏蔽之间也不存在热连接关系或机械连接关系。
在一些实施例中，参见图5，压力容器顶盖12包括：连接部122和锥形本体121。连接部122用于与压力容器本体11连接。锥形本体121自连接部122倾斜向上延伸，且在锥形本体121的中心处形成中心通孔1211。反应堆的旋塞60自中心通孔1211向下伸入压力容器。
顶部热屏蔽80自径向热屏蔽70的上端与连接部122和锥形本体121平行地向上延伸至旋塞60。
具体地，参见图6，顶部热屏蔽80包括：连接部82和锥形本体81。连接部82用于与径向热屏蔽70连接。锥形本体81自连接部82倾斜向上延伸，且在锥形本体81的中心处形成让位开孔811，用于为旋塞60让位。
锥形本体121上还形成多个安装开孔1212，每个安装开孔1212用于安装热交换器50或动力泵40。相应地，顶部热屏蔽80与安装开孔1212对应的区域形成让位开孔812。
图7是根据本发明实施例的压力容器顶盖12和顶部热屏蔽的局部结构图。参见图7，自锥形本体121的安装开孔1212的周缘向上延伸有接管1213，泵支承41的上端安装于接管1213处，从而固定在压力容器顶盖12上。
顶部热屏蔽80的下端(即连接部82)固定在径向热屏蔽70上，上部一直延伸到压力容器顶盖12的旋塞60开孔处。在本申请中，由于顶部热屏蔽80采取下部固定的方式，在地震载荷下，能保持结构完整性，并且当地震产生晃动时，顶部热屏蔽80也不会与压力容器顶盖12发生碰撞。
本发明的实施例在中国示范快堆上进行了应用，在压力容器顶盖12顶盖下全范围增加了一层顶部热屏蔽80，有效地解决了压力容器顶盖12顶盖温度的均匀性问题，保证了旋塞安装面的水平度，保障了反应堆的安全停堆和换料过程中堆芯组件30的准确抓取。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种具有顶部热屏蔽的反应堆，其特征在于，包括：
压力容器本体，其中容纳有冷却剂；
压力容器顶盖，与所述压力容器本体共同形成封闭的压力容器；以及
顶部热屏蔽，在所述压力容器顶盖的下方与所述压力容器顶盖平行地设置，且所述顶部热屏蔽与所述压力容器顶盖之间形成间隙；
所述反应堆还包括：设置在所述压力容器本体内部的堆内支承件；
所述顶部热屏蔽与所述堆内支承件固定连接；
所述堆内支承件包括：径向热屏蔽，设于所述压力容器本体内，用于减少中子向所述压力容器本体的直接辐照；所述径向热屏蔽与所述压力容器本体之间形成环形间隙；
所述顶部热屏蔽与所述径向热屏蔽固定连接；
所述压力容器顶盖包括：
连接部，用于与所述压力容器本体连接；和
锥形本体，自所述连接部倾斜向上延伸，且在所述锥形本体的中心处形成中心通孔；
所述反应堆还包括：
旋塞，自所述中心通孔向下伸入所述压力容器，
其中，所述顶部热屏蔽自所述径向热屏蔽的上端与所述连接部和所述锥形本体平行地向上延伸至所述旋塞。
2.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，
所述顶部热屏蔽为单层不锈钢板。
3.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，
所述顶部热屏蔽的厚度在10mm至20mm之间选取。
4.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，
所述顶部热屏蔽与所述压力容器顶盖之间的间隙的尺寸在7cm至15cm 之间选取。
5.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，所述顶部热屏蔽与所述压力容器本体之间存在间隙。
6.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，所述反应堆还包括：
堆芯组件，设于所述压力容器内；
热交换器，用于对所述冷却剂进行降温；以及
动力泵，用于将降温后的冷却剂泵送至所述堆芯组件；
其中，所述锥形本体上形成多个安装开孔，每个所述安装开孔用于安装所述热交换器或所述动力泵，
所述顶部热屏蔽与所述安装开孔对应的区域形成让位开孔。
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