[发明专利]控温式密度锁

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种反应堆非能动安全系统设备，具体涉及到安装在反应堆非能动余热排出系统管道回路中的一种控温式密度锁结构。

(二)背景技术

80年代以来，以美国西屋公司为代表，在反应堆的设计中采用了非能动安全技术。到目前为止，已有较多核电站采用了非能动安全系统保障反应堆的安全运行。在新型反应堆的设计中也都在非能动安全系统方面有所创新，其中一个重要的方法就是采用密度锁技术。密度锁是一种安装在反应堆冷却剂边界，通过水力平衡，将反应堆的正常冷却系统与事故冷却系统隔开的设备。密度锁内部没有挡板和运动部件，完全靠特殊结构和冷热流体的密度差使冷热流体分开，当密度锁中的流体分层平衡被打破时，密度锁会自动打开，事故冷却系统投入运行，依靠上下密度锁的高位差，通过自然循环进行堆芯冷却。

目前在采用密度锁技术的新概念反应堆设计中，反应堆置于一个含高浓度硼酸的巨大冷却水池中，反应堆主冷却剂系统通过上、下密度锁与大水池隔离。专利号为JP1123196的日本专利申请文件、专利号为US4939754的专利申请文件中，以及2005年12月出版的《核动力工程》第26卷第6期中报道的《密度锁在反应堆非能动安全中的作用分析》等文献中，对密度锁的结构都有相关论述。但是，目前采用的密度锁内部是由许多两端开口的小通道组成，当有压力扰动存在时，每个子通道内的压力会存在不平衡现象，因此影响了密度分层的稳定性。而且，这种新概念堆目前仍处在初级设计阶段，真正投入商业运行还需要一段过程。如果能通过改进设计，把密度锁技术应用到技术成熟的分散式布置的压水堆中，则可以大大提高反应堆的固有安全性和经济性。

如果直接把传统的密度锁结构应用到目前的压水堆系统中，会存在很多问题：1.当密度锁上方产生扰动时，密度锁各通道内压力会出现分布不均匀现象，从而导致子通道之间形成自然循环回路，破坏流体的分层稳定性；2.密度锁内各通道之间会存在水平温差，这种温差的存在会在子通道内或子通道之间形成自然对流，最终导致冷热流体分层消失；3.密度分层在有扰动存在时，会在分层界面上形成内波，这种内波对界面分层的稳定性具有很大的破坏性；4.反应堆正常运行时，密度锁内冷流体会不断被热流体加热，冷热流体的分层将不能保持恒定。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能保证反应堆在正常运行工况下，密度锁内冷热流体稳定分层，并且安全有效地将主冷却剂回路与非能动余热排出回路隔离的温控密度锁。

本发明的目的是这样实现的：它由降扰均压段、密度分层段和温控段组成；降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成，锯齿形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成；密度分层段安置在降扰均压段下方，位于控温式密度锁的中部，由管板、管束和外壳体组成；温控段位于密度锁的下方，由管束、下管板和下封头组成。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、降扰均压段的栅格结构的外缘与上封头的内壁相切。

2、相邻隔板的高度差为1/2长隔板的高度，并且大于子通道当量直径的4倍长。

3、所述密度分层段的管束通过上管板和中管板固定在外壳体的内侧，管束外侧与外壳体内壁之间的封闭空间里充入流体。

4、密度分层段管束的排列与降扰均压段的锯齿形栅格错开分体布置，每四个子通道对应一个圆管。

5、所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。

本发明控温式密度锁分成降扰均压段、密度分层段和温控段三个独立单元。所述降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成。锯齿形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成，将密度锁分成一系列小的矩形子通道。栅格结构的外缘与上封头的内壁相切。当密度锁上方产生扰动时，高低不同的栅格通道可以将扰动强度分解降低。当相邻隔板的高度差为1/2长隔板的高度，并且大于子通道当量直径的4倍长时，扰动强度可以被显著降低。当矩形子通道之间存在压力不均衡现象时，则在子通道之间会形成自然对流，从而实现流体在进入密度分层段时，各通道内的压力已达到均衡，保证了密度分层段内流体分层不会因为子通道之间存在压力差而导致分层消失。