CN1451165A - 核电站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一个具有反应堆(10)的核电站(8)，反应堆包含一个堆芯，堆芯包括了在一个中心区中的许多球形减速剂元件和在环绕中心区的一个环形区中的许多球形燃料元件。核电站(8)还包括一个燃料和减速剂运送系统(40)，在核电站(8)中循环燃料和减速剂元件。本发明还涉及到一个用减速剂和燃料元件装入堆芯的方法。
Description
本发明涉及了一种核电站和核电站的一种运行方法。它也涉及了对核反应堆装料的一种方法。
在高温气体冷却型的核反应堆中，采用包括许多球形燃料元件的燃料。燃料元件或燃料球包括了在陶瓷基体中的裂变材料球，或者封装在陶瓷材料中的裂变材料球。反应堆是氦冷却。燃料元件已知为砾状，这种类型的反应堆一般称为砾状床反应堆(PBR)。在PBR中，已知运行一种多次通过的装料方案，其中燃料球多次通过反应堆的堆芯，以便燃料的烧尽程度最优化。与其他的装料方案比较，相信多次通过的装料方案在堆芯内提供了更均匀的烧尽程度分布，由此展平了轴向中子流的外形，使反应堆堆芯的热动力输出最大。在本说明书中，上述反应堆可交换地称为砾状床反应堆(PBR)或砾状床型的核反应堆。
按照本发明的一个方面，提供了一种核电站，核电站包括一个砾状床型的核反应堆，反应堆包括一个反应堆堆芯，它具有
许多球形减速剂元件，位于堆芯的一个中心区中，至少中心区的一部分为大致圆柱形；以及
许多球形燃料元件，位于环绕中心区的一个环形区中。
核反应堆的堆芯包括许多球形吸收剂元件。
在本发明的一个优选实施例中，减速剂元件是石墨球。
按照本发明的另一个方面，提供了一种核电站，核电站包括一个核反应堆，它包括
一个堆芯容纳装置，具有至少一个出口，减速剂元件和燃料元件通过出口从堆芯排出；
至少一个第一入口，每个第一入口做成容许通过每个第一入口把减速剂元件装入堆芯的第一区域；
至少一个第二入口，每个第二入口做成容许通过每个第二入口把燃料元件装入堆芯的第二区域；以及
一个运送系统，位于每个出口和每个第一与第二入口之间，在预定的速率下使减速剂元件和燃料元件循环通过堆芯的相关区域。
核反应堆是一种砾状床反应堆，堆芯容纳装置是一个堆芯筒，第一区域是一个中心区，而第二区域是环绕第一区域的一个环形区。
堆芯筒是大致圆柱形，筒的工作下端部分向内倾斜，以提供一个漏斗形的工作下端，单个出口确定在筒的工作下端，单个第一入口位于筒的工作上端，靠近堆芯的中心区，许多第二入口以环绕筒纵轴的角度上相隔的关系定位，靠近堆芯的环形区并相对于环形区对称隔开。
运送系统确定了在出口和每个入口之间的流动路径。流动路径包括了含有许多管线的一个管道布局。对运送系统全范围内引起减速剂和燃料元件运动的力至少部分地由受压气体提供，在使用中，减速剂和燃料元件被夹带在通过流动路径流动的气流中。引起减速剂和燃料元件运动的力也可由重力提供，至少部分地由重力提供。
在本发明的一个优选实施例中，运送系统的流动路径与反应堆的堆芯在流体上连通，并且依靠反应堆的冷却气体来提供气流。至少流动气流一部分中的反应堆冷却气体具有与反应堆压力容器(堆芯容纳在其中)冷却气体相似的压力。
运送系统具有一个燃料元件流动路径和一个减速剂元件流动路径，运送系统还包括一个第一类装置，在流动路径中把减速剂元件与燃料元件分离，并且把减速剂元件夹带在减速剂元件流动路径的气流中和把燃料元件夹带在燃料元件流动路径的气流中。
第一类装置包括一个第一传感器装置，在操作上与一个第一转向阀连接。第一传感器装置是一个辐射传感器，可探测气流中减速剂元件和燃料元件发射的核辐射，并且产生一个代表了所探测辐射的信号包含数据，第一转向阀可把流动气流转向到为减速剂元件流动路径的第一流动路径、为燃料元件流动路径的第二流动路径以及为排出烧尽或受损燃料元件的排出流动路径的第三流动路径。
减速剂元件流动路径包括一个第二类装置。第二类装置包括一个第二传感器装置，在操作上与一个第二转向阀组件连接，第二传感器装置是一个辐射传感器，可探测在减速剂流动路径气流中减速剂元件和燃料元件发射的核辐射，并且产生一个代表了所探测辐射的信号包含数据，第二转向阀组件可有选择地把减速剂元件转向到一个减速剂入口管线中，来对反应堆堆芯重新装料，并且根据对减速剂元件流动路径中燃料元件的探测，把这种燃料元件转向返回到反应堆堆芯的环形区中。
减速剂元件流动路径还包括一个缓冲贮存装置，贮存减速剂元件流动路径中的元件，以提供一个时间延迟来协助把误导入的燃料元件与减速剂元件流动路径中的减速剂元件分离。
运送系统包括一个贮存系统。贮存系统包括一个新燃料贮存系统，贮存新燃料元件和在预定时间间隔上通过第二入口把新燃料元件送入反应堆堆芯，一个贮存石墨减速剂元件的减速剂元件贮存系统，减速剂元件贮存系统包括一个减速剂元件贮存箱，箱具有一个入口和一个出口，入口在操作上连接到减速剂元件流动路径的第二转向阀组件，出口连接到减速剂元件流动路径的同一个第二转向阀组件。因此，由于第二转向阀组件的操作，从反应堆堆芯排出的石墨球转向到减速剂元件或石墨球贮存箱来贮存，而不是再循环返回到反应堆堆芯中，由此能够把石墨球从反应堆堆芯完全排出来达到堆芯的维护目的。根据需要，通过第二转向阀组件和第一入口把来自减速剂元件或石墨球贮存箱的石墨球重新装入反应堆堆芯。
贮存系统还包括一个废燃料贮存系统。废燃料贮存系统包括许多废燃料贮存箱，现场永久贮存废燃料和受损燃料元件，废燃料贮存箱的入口在操作上与第一类装置的第一转向阀连接，一个第三辐射传感器位于第一转向阀和废燃料贮存箱之间，探测任何误导入的减速剂元件或石墨球。
燃料贮存系统还包括一个临时燃料贮存系统。临时燃料贮存系统包括一个临时燃料贮存箱，贮存使用中的燃料元件，临时燃料贮存箱包括一个在操作上与第一类装置的第一转向阀连接的入口和一个在操作上与反应堆堆芯的第二入口连接的出口。因此，当采用石墨球时，在反应堆堆芯的维护期间，燃料球从反应堆堆芯排出，并且在进行维护时临时贮存在临时燃料贮存箱中而不是循环返回到堆芯。维护完成后，通过第二入口把燃料球重新装入反应堆堆芯。
燃料运送和贮存系统包括一个控制装置，在操作上与每个辐射传感器以及转向阀和阀组件连接。
控制装置是一个计算机，可用于控制转向阀的操作，根据相关辐射传感器的工作，把减速剂元件和燃料元件转向到它们相关的管路中。
控制装置根据排出到废燃料贮存系统中的废燃料和受损燃料元件，控制把新燃料元件送入反应堆堆芯，由此在包括堆芯和运送系统的循环中保持燃料元件的预选数量，当废燃料贮存系统的第三辐射传感器探测到误导入的减速剂元件时，编程的控制装置防止新的燃料元件装入反应堆堆芯，由此避免了堆芯中燃料/减速剂比值的偶然改变。
按照本发明的另一方面，提供了运行具有砾状床型核反应堆的核电站的方法，方法包括：
在预定速率下使球形减速剂元件循环通过反应堆堆芯中确定的大致圆柱形的中心区；以及
在预定速率下使球形燃料元件循环通过在环绕中心区的堆芯中确定的环形区。
方法包括把减速剂元件临时贮存在堆芯之外，以便于反应堆的维护。
方法还包括把燃料元件临时贮存在堆芯之外，以便于反应堆的维护。
按照本发明的又一个方面，提供了对砾状床型核反应堆堆芯装料的方法，包括如下步骤：
用第一减速剂元件充填堆芯，以形成一个减速剂元件床；以及
当以预定速率从中心和环形区去除第一减速剂元件时，以预定的速率同时把第二减速剂元件装入堆芯中心区和把燃料元件装入堆芯环形区，从而形成一个堆芯，堆芯具有位于中心区中的许多球形减速剂元件和位于环绕中心区的环形区中的许多球形燃料元件。
方法包括从上面装入第二减速剂元件和燃料元件，同时从下面去除第一减速剂元件。
现在参照所附的示意图举例说明本发明。在图中
图1表示了形成本发明核电站一部分的一个核反应堆的核反应堆压力容器剖视图；
图2表示了形成核电站一部分的一个运送系统的流程图；
图3表示了运送系统的系统布局的示意图；
图4表示了在卸料模式中运行的系统一部分的示意图；
图5表示了在重新装料模式中运行的系统一部分的示意图；
图6表示了在正常运行模式中运行的系统一部分的示意图；
图7表示了在正常运行模式中燃料球流动的示意图；
图8表示了在正常运行模式中石墨球流动的示意图；
图9表示了在正常运行模式中废燃料流动的示意图；以及
图10到12表示了对本发明核反应堆堆芯装料有关的步骤。
在附图中，编号10概括地表示本发明的砾状床型核反应堆。
反应堆10是一个高温气体冷却反应堆，冷却气体为氦气，反应堆具有大致为圆柱形的压力容器12。另外，反应堆具有在压力容器12之内并与之同轴的堆芯筒14。堆芯筒14沿其大部分长度大致为圆柱形，并且具有一个漏斗形下端区16，它向下朝着工作下端18向内倾斜。单个出口20确定在堆芯筒14的下端18，从下端向外突出并与之同轴。
一个反应堆芯22容纳在由堆芯筒14确定的堆芯区23之内。反应堆堆芯22包括许多球形石墨减速剂元件(图中未详细表示)，它们位于堆芯22中确定的大致为圆柱形的一个中心区26中，以及许多球形燃料元件(图中未详细表示)，它们位于确定在堆芯22中和环绕中心区26的一个环形区30中。
堆芯筒14具有单个的第一入口32，做成可通过第一入口32把球形石墨减速剂元件或石墨球装入堆芯22的中心区26。另外，堆芯筒14具有九个第二入口(其中三个如图1所示，仅其中七个示意地表示在图3中)，它们做成容许球形燃料元件或燃料球通过上述第二入口34装入环形区30中。第一和第二入口(32，34)位于反应堆压力容器12的工作上端区35。第二入口34设置成以角度上隔开的关系环绕堆芯筒14的纵轴并沿径向与纵轴隔开，并且相对于环形区30对称隔开。可以理解到，可以有多于一个的石墨球入口32以及比九个燃料球入口34或多或少的燃料球入口34。
核反应堆10形成了核电站的一部分，其一部分用编号8概括地表示。核电站8具有一个运送系统40，在出口20和每个第一和第二入口(32，34)之间，使石墨球和燃料球在预定速率下分别循环通过堆芯22中它们相关的区域26和30。至少部分地由管道线路44的设置来确定流动路径42。运送系统全范围内引起减速剂和燃料球运动的力部分地由来自反应堆压力容器1的反应堆氦冷却气体提供，减速剂和燃料球被夹带在流动路径42中流动的气流内。
运送系统40具有一个高压区45和一个低压区46，在附图中低压区46用标注46的虚线区表示。高压区45包括在低压区46之外的运送系统40的部件。在运送系统40的高压区45中，运送系统40的流动路径42在流体上与反应堆堆芯22连通，依靠在反应堆压力容器12内的冷却气体压力之下的反应堆冷却气体氦来提供气流。运送系统40的低压区46的气流由在较低压力下的清洁、干燥的空气提供，在高压区45和低压区46之间的边界上的运送系统管道44中设有气锁阀(图中未示)来跨过上述边界。
运送系统40具有一个燃料球流动路径50，它可在反应堆10正常运行期间工作，如图7示意地说明，以及一个减速剂球流动路径60，它也可在反应堆10正常运行期间工作，如图8示意地说明。
在图6，7和8所示的正常运行条件下，燃料球和石墨减速剂球在重力下连续通过反应堆10的堆芯22，从堆芯筒14的工作上区36到堆芯筒14的下端区16。在堆芯筒14的下端18，它们离开堆芯筒14，从而通过出口20离开反应堆压力容器12。
一对球运送机48连接到出口20，运送机48可用于把排出的燃料和减速剂球一次一个地送入一对排出流动管线52。上述每个球运送机48包括一个碎片分离器(图中未示)和碎片罐(图中未示)，运送机48可用于实际探测受损的球和从排出流动管线52去除这种球。在每条流动管线52上设置了第一辐射和烧尽传感器54。传感器54可用于检测由夹带在相关流动管线52中的减速剂或燃料球发射的核辐射，并且传送一个代表了测量值的信号包含数据。传感器54也可用于统计被夹带的燃料和减速剂球。每个传感器54在操作上通过一个计算机控制器(图中未示)与第一转向阀56连接。根据每个有关球的状态和条件，控制器被编程来控制转向阀56把进入的球转向到三个口之一，代表它们的信息由辐射和烧尽传感器54传递到控制器中。石墨球被转向到减速剂球流动路径60中；燃料球被转向到燃料球流动路径50中，以及废燃料球被转向到第三条废燃料贮存流动路径70，如图9所示。每个转向阀56还具有第四个口，通过流动管线61引导到一个临时燃料贮存箱122。
进入减速剂球流动路径的石墨球通过一个临时贮存和检查区62。在临时贮存和检查区62中，石墨球延迟一段可以是五天量级的时间，以便识别偶尔进入减速剂流动路径60的误导入燃料球。另外，在检查区62中，检查石墨球的物理缺陷。在检查区62中的流动路径60的管道64为螺旋形(虽然在图中未表示)，以便从所有侧面检查每个通过的石墨球。从检查区62，把石墨球和误导入的燃料球输送通过一个第三辐射传感器66，传感器在操作上与第二转向阀(转位阀)68连接。第二转向阀68和第三辐射传感器66均连接到控制器，并且在控制器的控制下，转向阀68可用于把燃料和减速剂送进到一个输送阀组件65，或者把石墨球转向到一个减速剂球贮存系统90，这将在以下进一步描述。
离开出口20的燃料球(既不是废燃料也不是受损燃料)通过第一转向阀56被转向到燃料球流动路径50中，并且通过一对第二入口管线73到一个球收集器74和球分配器77，分配器77与控制器连接，可用于按预定顺序分配燃料球到运送系统40的九个第二入口34。
输送阀组件65可用于使石墨球通过一条入口管线72进入堆芯筒14的第一入口32，并且把误导入的燃料球转向到流动管线75而引入球收集器74，从而通过第二入口34引入堆芯22的环形区30。
运送系统40包括一个新的燃料贮存系统80，贮存新的(未用过的)燃料球和有选择地通过第二入口34把新燃料球送入反应堆堆芯22。从一个新燃料贮存箱82和气锁阀把新燃料球引入运送系统40，从而通过球收集器74把燃料球引到入口34。
运送系统40还包括一个减速剂球贮存系统90，贮存石墨减速剂球。减速剂球贮存系统90包括一个石墨球贮存箱92，它具有入口93和出口94，入口93在操作上与减速剂球流动路径60的转向阀68连接，出口94与减速剂球流动路径60的输送阀组件65连接。因此，由于转向阀68的工作，在控制器的控制下，从反应堆堆芯22排出的石墨球被转向到石墨球贮存箱92贮存，而不是再循环返回到反应堆堆芯22中，由此能够使石墨球完全从反应堆堆芯22排出来达到维护的目的。当需要时，通过输送阀组件65，因而通过入口管线72到第一入口32，用来自石墨球贮存箱92的石墨球重新装料反应堆堆芯22。石墨球贮存箱92还具有一个第二入口96，它通过一条输送管线100与一个石墨与氦的气锁阀98连接，通过它把新鲜的石墨球引入系统40。一个第四辐射传感器102位于石墨与氦气锁阀98和石墨球贮存箱92之间的输送管线100中，检测偶尔进入石墨球贮存箱92的燃料球。依靠第三球运送机104从石墨球贮存箱92把石墨球装入减速剂球流动路径60，第三球运送机104通过管线105与输送阀组件65连接。石墨与氦气锁阀98和第四辐射传感器102是便携式的，在图中以虚线表示。
运送系统40还包括一个废燃料贮存系统110，如图9中示意地说明。废燃料贮存系统110包括十个废燃料贮存箱112，在现场永久贮存废燃料和受损燃料球，图中表示了其中三个。最好是，计算废燃料贮存箱112的容量来适应整个核反应堆10预计运行寿命期间的废燃料球和受损燃料球。废燃料贮存箱112的入口114通过一个排出气锁阀116在操作上与第一转向阀56连接。两个第五辐射传感器118设在废燃料贮存流动管线70上，在第一转向阀56和排出气锁阀116之间。传感器118可用于检测偶尔转向到废燃料贮存系统110中的石墨球。一个十接口的分配控制器119与废燃料贮存箱112连接，可用于把废燃料转向到预定的贮存箱112。
运送系统40还包括一个临时燃料贮存系统120。临时燃料贮存系统120具有一个临时燃料贮存箱122，临时贮存使用中的燃料球。临时燃料贮存箱122具有多个入口124和一个出口126，入口124通过流动管线61在操作上与第一转向阀56连接，出口126通过引到球收集器74的一条重新装料管线128在操作上与反应堆堆芯筒14的第二入口34连接。当采用石墨球时，在反应堆10维护期间，从反应堆堆芯22排出燃料球，并且不是循环返回到反应堆堆芯22，而是在维护时临时贮存在临时燃料贮存箱122中。维护完成后，依靠一个第四球运送机127通过第二入口34把燃料球重新装入反应堆堆芯22。设置了一个最终堆芯燃料罐130和装料站131，它通过燃料管线132与第四球运送机127和临时燃料贮存箱122的出口126连接。在反应堆10的运行寿命结束时把反应堆堆芯22倾倒在最终堆芯燃料罐130中。装料站131还用于通过一系列第五燃料运送机134和一条废燃料管线136，从废燃料贮存箱112送出废燃料，以及通过连接石墨球贮存箱92第三球运送机104到装料站131的一条石墨管线138，卸除已用过的石墨球。
可以理解到，在具有按多次通过装料方案运行的砾状床型反应堆10的核电站8中，燃料球多次运动通过堆芯22，例如在被耗尽(烧尽)到不能再利用之前通过达十次。这里描述的本发明核电站8包括一个运送系统40，它可用于在燃料和石墨球离开反应堆堆芯22之后保持燃料和石墨球的分离。按规定次序设置的入口供料管(32，34)把燃料和石墨球送入在砾状床之上的反应堆堆芯22中，保证两区堆芯的装料，石墨球在中心区26中和燃料球在环绕石墨填充中心区26的环形区30中。运送系统40的主要部件最好位于反应堆压力容器12之下的屏蔽的单独隔室中。废燃料贮存系统110位于反应堆建筑物的下部，它设计成作为寿命期的废燃料贮存和运行后的中间贮存。本发明提供的运送系统40能够用石墨球装入堆芯筒14和把新燃料球装入堆芯22。另外，依靠设在通到废燃料贮存箱112的废燃料贮存流动管线70上的辐射传感器118，运送系统40提供了从减速剂流动路径60去除误导入的燃料球，以及防止错误排出的石墨球来起动装入新燃料球。因此，尽管控制器可用于激发装入一个新燃料球来替代转向到废燃料贮存箱112的每个烧尽的燃料球，由传感器118探测到的一个石墨球将不会起动新燃料球的装入。还有，燃料运送和贮存系统40提供了从排出口20去除燃料和石墨球，分离受损的燃料和石墨球，分离燃料、吸收剂和石墨球，再次循环石墨球以及再次循环部分用过的燃料球通过堆芯22。测量部分用过的燃料球的烧尽程度，把废燃料球排出到废燃料贮存系统110中。可以理解，在PBR反应堆中预计到在堆芯22中包含吸收剂球。尽管这里没有具体描述从堆芯22处理吸收剂球，可以预计到，易于修改运送系统40以相似于这里对减速剂和燃料球描述的方式来分离、贮存和循环这种吸收剂球。
在正常运行中，通过燃料和石墨球排出口20把燃料和石墨球从堆芯22传送到两个球运送机48，在每个运送机48下游从排出口20送出一个连续的砾状流。受损的球被排到废燃料贮存系统110。石墨和燃料球通过排出流动管线52，逐个地释放每个燃料球或石墨球来做辐射测量，此后用一个转向阀56来分离它们。烧尽和辐射传感器54具有测量燃料球烧尽程度和区别燃料球和石墨球的能力。燃料球被送到堆芯22的环形区30之外，而石墨球被送到石墨检查区62。另外的辐射传感器(图中未示)设在检查区62中。如果由缓冲区的辐射传感器探测到一个燃料球，则中止运送系统40的正常运行。再次循环检查区62的内含物，直到依靠输送阀组件65和流动管线75把燃料球去除和转向到球收集器74时为止。当烧尽传感器54探测到一个用过的燃料球时，转向阀56将把废燃料球送到废燃料贮存箱112中。
在上述系统中，部分依靠重力，但主要依靠采用在主系统压力下的主冷却气体的气压在最好是水平或垂直方向的管线44中传送燃料和石墨球。藉助测量和计数装置(54，66，118)完成对燃料球运动的检测，其信号提供对控制系统的输入，控制系统起动了系统40中转位阀(56，68，65)的工作部件。
由主冷却剂用气压把燃料球送进到反应堆10。采用了两种类型的送进系统。第一种送进系统采用来自主气流的蒸馏气体。第二种送进系统为吹风系统。第一种送进系统绕过吹风机，从而保持了吹风机。在特殊情形中，如在排空堆芯22做检查或修理之后用石墨球初始装入堆芯22或重新充填堆芯22情形中，在压力空气中完成气压送进，反应堆压力容器12被通气。
在正常运行中，石墨和燃料球连续地分开。辐射和烧尽传感器54完成如下功能：从石墨和从吸收剂球分离燃料，给出通过传感器54的这种球的计数，以及测量燃料球的辐射和烧尽程度。每个转向阀56可用于把一个燃料球或减速剂球沿三个方向之一传送：流入废燃料贮存流动管线70；或者流入燃料球流动路径管线50；或者流入减速剂球流动路径60。
在正常运行期间把石墨球送到一个石墨检查区62(缓冲管线)，缓冲管线62保持存放一定的石墨球。检测缓冲管线62中的球的辐射。这容许有时间探测到误导入的任何燃料球，并且使它返回到球收集器74。
重要的是，在需要主动力系统与大气相通的维护插入期间，运送系统40提供了对堆芯22的卸料和重新装料，把堆芯中装的料从反应堆10输送到位于靠近反应堆压力容器12地方的分开的石墨和燃料贮存箱(92，122)中。在维护之后，在堆芯22重新装料期间运送系统40提供了从这些贮存箱(92，122)对堆芯22的重新装料。图4中示意地表示了在卸料模式期间的运送系统40构形，而图5中示意地表示了在重新装料期间的运送系统40构形。因此，本发明的一个主要优点是以较低成本和较快速度在核反应堆10寿命期间维护反应堆堆芯部件和压力容器12。
燃料运送和贮存系统40提供了保持石墨和燃料球的正确比值和分配。另外，主动力系统的主环路与燃料运送和贮存系统40隔离。在重新装料模式期间同时装入石墨和燃料球，避免燃料球对堆芯22中心26的水平运动和保证保持适当的堆芯容积。
仅在需要对大气打开主动力系统来做维护时才产生堆芯22的卸料。为了防止锈蚀，需要在氦气压力下把燃料球贮存在反应堆压力容器12附近的燃料贮存箱122中。打开压力阀来降低反应堆压力，并且把低压区与高压区连接。采用传感器54把燃料和石墨球分开。包含在堆芯22中的石墨球和已经从石墨贮存箱92回收的石墨球一起再次循环到堆芯22，并且装入堆芯22的中心区26和环形区30。用石墨球装入整个堆芯区23可避免燃料球向堆芯22中心区26的水平运动和保持适当的堆芯容积。通过入口124把燃料球送到水冷却和非常安全的燃料贮存箱122中。在卸料模式期间，废燃料贮存系统110不投入使用。另外，不进行新燃料装料和新石墨球装料或补充。
在对反应堆动力系统维护之后，开始重新装料。保持氦气所需的工作压力和温度，用石墨球充填堆芯22，以形成一个减速剂元件或石墨球的床200。从上面把减速剂元件或石墨球装入堆芯筒14来形成减速剂元件的床200。一旦床200已经形成到所希望的高度，通过第一入口32输送减速剂元件和通过第二入口34输送燃料元件到区域26、30中。同时，在与减速剂元件和燃料条件送入堆芯筒的相同速率下，通过出口20从下面抽出形成了床200的减速剂元件。这样，如附图中的图11所说明，构成一个堆芯，堆芯具有一个减速剂元件的中心区26和一个燃料元件的环形区30。这个程序一直继续到已经去除床200的所有减速剂元件和完全形成如图12的堆芯时为止。一旦建立了两区的堆芯26，30(图12)，燃料贮存箱122将变空和石墨贮存箱92将约充满四分之三，以及石墨缓冲贮存箱(图中未示)将充满。此时，开始反应堆的起动。关闭在低压46和高压管路45之间的隔离阀，使重新装料的设备退出使用，并与高压部件相隔离。
反应堆运送系统40，包括减速剂和燃料球系统90、110、120的运行过程在图2的流程图中说明，为了易于使用，图中包括了主要部件的图注和说明。在图2中，流程框a，b和c一起体现在图1所示本发明例的第一辐射和烧尽传感器54中。另外，在图2中：用编号140表示的符号代表手动操作阀；用编号150表示的符号代表自动控制阀；以及用编号160表示的符号代表一个减压阀。
Claims (35)
1.一个核电站，包括一个砾状床型的核反应堆，反应堆包括一个反应堆堆芯，它具有
许多球形减速剂元件，位于堆芯的一个中心区中，至少中心区的一部分为大致圆柱形；以及
许多球形燃料元件，位于环绕中心区的一个环形区中。
2.如权利要求1中的核电站，其中核反应堆的堆芯包括许多球形吸收剂元件。
3.权利要求1或2中的核电站，其中减速剂元件是石墨球。
4.一个核电站，包括一个核反应堆，它包括
一个堆芯容纳装置，具有至少一个出口，减速剂元件和燃料元件通过出口从堆芯排出；
至少一个第一入口，每个第一入口做成容许通过每个第一入口把减速剂元件装入堆芯的第一区域；
至少一个第二入口，每个第二入口做成容许通过每个第二入口把燃料元件装入堆芯的第二区域；以及
一个运送系统，位于每个出口和每个第一与第二入口之间，在预定的速率下使减速剂元件和燃料元件循环通过堆芯的相关区域。
5.如权利要求4中的核电站，其中核反应堆是一种砾状床反应堆，堆芯容纳装置是一个堆芯筒，第一区域是一个中心区，第二区域是环绕第一区域的一个环形区。
6.如权利要求5中的核电站，其中堆芯筒是大致圆柱形，筒的工作下端部分向内倾斜，以提供一个漏斗形的工作下端，单个出口确定在筒的工作下端，单个第一入口位于筒的工作上端，靠近堆芯的中心区，许多第二入口以环绕筒纵轴的角度上相隔的关系定位，靠近堆芯的环形区并相对于环形区对称隔开。
7.如权利要求6中的核电站，其中运送系统确定了在出口和每个入口之间的流动路径。
8.如权利要求7中的核电站，其中流动路径包括了含有许多管线的一个管道布局。
9.如权利要求7或8中的核电站，其中对运送系统全范围内引起减速剂和燃料元件运动的力至少部分地由受压气体提供，在使用中，减速剂和燃料元件被夹带在通过流动路径流动的气流中。
10.如权利要求9中的核电站，其中引起减速剂和燃料元件运动的力至少部分地由重力提供。
11.如权利要求9或10中的核电站，其中运送系统的流动路径与反应堆的堆芯在流体上连通，并且依靠反应堆的冷却气体来提供气流。
12.如权利要求7到11中任一条的核电站，其中运送系统具有一个燃料元件流动路径和一个减速剂元件流动路径，运送系统还包括一个第一类装置，在流动路径中把减速剂元件与燃料元件分离，并且把减速剂元件夹带在减速剂元件流动路径的气流中和把燃料元件夹带在燃料元件流动路径的气流中。
13.如权利要求12中的核电站，其中第一类装置包括一个第一传感器装置，在操作上与一个第一转向阀连接。
14.如权利要求13中的核电站，其中第一传感器装置是一个辐射传感器，可用于探测气流中减速剂元件和燃料元件发射的核辐射，并且产生一个代表了所探测辐射的信号包含数据，第一转向阀可把流动气流转向到为减速剂元件流动路径的第一流动路径、为燃料元件流动路径的第二流动路径以及为排出烧尽或受损燃料元件的排出流动路径的第三流动路径。
15.如权利要求12到14中任一条的核电站，其中减速剂元件流动路径包括一个第二类装置。
16.如权利要求15中的核电站，其中第二类装置包括一个第二传感器装置，在操作上与一个第二转向阀组件连接，第二传感器装置是一个辐射传感器，可用于探测在减速剂流动路径气流中减速剂元件和燃料元件发射的核辐射，并且产生一个代表了所探测辐射的信号包含数据，第二转向阀组件可有选择地把减速剂元件转向到一个减速剂入口管线中，来对反应堆堆芯重新装料，并且根据对减速剂元件流动路径中燃料元件的探测，把这种燃料元件转向返回到反应堆堆芯的环形区中。
17.如权利要求15或16中的核电站，其中减速剂元件流动路径包括一个缓冲贮存装置，贮存减速剂元件流动路径中的元件，以提供一个时间延迟来协助把误导入的燃料元件与减速剂元件流动路径中的减速剂元件分离。
18.如权利要求16或17中的核电站，其中运送系统包括一个贮存系统。
19.如权利要求18中的核电站，其中贮存系统包括一个新燃料贮存系统，贮存新燃料元件和在预定时间间隔上通过第二入口把新燃料元件送入反应堆堆芯，一个贮存石墨减速剂元件的减速剂元件贮存系统，减速剂元件贮存系统包括一个减速剂元件贮存箱，箱具有一个入口和一个出口，入口在操作上连接到减速剂元件流动路径的第二转向阀组件，出口连接到减速剂元件流动路径的同一个第二转向阀组件。
20.如权利要求18或19中的核电站，其中贮存系统还包括一个废燃料贮存系统。
21.如权利要求20中的核电站，其中废燃料贮存系统包括许多废燃料贮存箱，现场永久贮存废燃料和受损燃料元件，废燃料贮存箱的入口在操作上与第一类装置的第一转向阀连接，一个第三辐射传感器位于第一转向阀和废燃料贮存箱之间，探测任何误导入的减速剂元件。
22.如权利要求21中的核电站，其中燃料贮存系统还包括一个临时燃料贮存系统。
23.如权利要求22中的核电站，其中临时燃料贮存系统包括一个临时燃料贮存箱，贮存使用中的燃料元件，临时燃料贮存箱包括一个在操作上与第一类装置的第一转向阀连接的入口和一个在操作上与反应堆堆芯的第二入口连接的出口。
24.如权利要求18到23任一条中的核电站，其中燃料运送和贮存系统包括一个控制装置，在操作上与每个辐射传感器以及转向阀和阀组件连接。
25.如权利要求24中的核电站，其中控制装置是一个计算机，可用于控制转向阀的操作，根据相关辐射传感器的工作，把减速剂元件和燃料元件转向到它们相关的管路中。
26.如权利要求25中的核电站，其中控制装置根据排出到废燃料贮存系统中的废燃料和受损燃料元件，控制把新燃料元件送入反应堆堆芯，由此在包括堆芯和运送系统的循环中保持燃料元件的预选数量，当废燃料贮存系统的第三辐射传感器探测到误导入的减速剂元件时，编程的控制装置防止新的燃料元件装入反应堆堆芯，由此避免了堆芯中燃料/减速剂比值的偶然改变。
27.一个运行具有砾状床型核反应堆的核电站的方法，方法包括：
在预定速率下使球形减速剂元件循环通过反应堆堆芯中确定的大致圆柱形的中心区；以及
在预定速率下使球形燃料元件循环通过在环绕中心区的堆芯中确定的环形区。
28.如权利要求27中的方法，包括把减速剂元件临时贮存在堆芯之外，以便于反应堆的维护。
29.如权利要求27或28中的方法，还包括把燃料元件临时贮存在堆芯之外，以便于反应堆的维护。
30.一个对砾状床型核反应堆堆芯装料的方法，包括如下步骤：
用第一减速剂元件充填堆芯，以形成一个减速剂元件床；以及
当以预定速率从中心和环形区去除第一减速剂元件时，以预定的速率同时把第二减速剂元件装入堆芯中心区和把燃料元件装入堆芯环形区，从而形成一个堆芯，堆芯具有位于中心区中的许多球形减速剂元件和位于环绕中心区的环形区中的许多球形燃料元件。
31.如权利要求30中的方法，包括从上面装入第二减速剂元件和燃料元件，同时从下面去除第一减速剂元件。
32.如权利要求1或4中的核电站，基本上如这里所描述和图示。
33.如权利要求27中的运行核电站的方法，基本上如这里所描述和图示。
34.如权利要求30中的对核反应堆堆芯装料的方法，基本上如这里所描述和图示。
35.一个新的核电站或方法，基本上如这里所描述。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |