[发明专利]用于压水反应堆的堆芯内仪表缆线布设和支承元件

说明书

本申请要求保护在2012年4月17日提交的美国临时申请No.61/625,387的权益。在2012年4月17日提交的美国临时申请No.61/625,387以全文引用的方式并入到本申请的说明书中。

简要概述

下文涉及核反应堆技术、核发电技术、核反应堆仪表技术、核反应堆流体力学设计技术和相关技术。

在一体式压水反应堆(一体式PWR)型核反应堆设计中，核反应堆堆芯在压力容器底部处或附近浸没于主冷却剂中。在典型设计中，主冷却剂在圆柱形压力容器中维持在过冷液相，圆柱形压力容器大体上直立安装(即，其圆柱轴线竖直地定向)。中空圆柱形中心立管同心安置于压力容器内侧。主冷却剂向上流动穿过反应堆堆芯，在反应堆堆芯处，其被加热并且穿过中心立管上升，从中心立管的顶部排放并且反向以向下往回朝向反应堆堆芯通过限定于压力容器与中心立管之间的降液管环形空间流动。在一体式PWR设计中，至少一个蒸汽发生器位于压力容器内侧，通常在降液管环形空间中。某些说明性一体式PWR设计描述于Thome等人，“Integral Helical Coil Pressurized Water Nuclear Reactor”，在2010年12月16日公开的美国公开No.2010/0316181A1(其以全文引用的方式并入到本文中)中。其它轻水核反应堆设计诸如带有外部蒸汽发生器的PWR设计，沸水反应堆(BWR)等，改变蒸汽发生器和其它部件的布置，但通常将放射性堆芯定位于圆柱形压力容器底部处或附近以便减小在冷却剂流失事故(LOCA)中反应堆堆芯的空气暴露可能性。

核反应堆堆芯由多个燃料组件构成。每个燃料组件包括多个燃料棒。格架组件沿着燃料组件的长度竖直间隔开，格架组件向燃料棒提供结构支承。上端部配件和下端部配件分别在燃料组件的顶部和底部。燃料组件还包括散布于燃料棒中并且焊接到格架组件上的引导管。燃料组件阵列形成核反应堆堆芯，核反应堆堆芯容纳于堆芯成型器中。整个堆芯支承于堆芯篮中，堆芯篮可以例如从压力容器的下凸缘悬挂或者以其它方式支承。

包括中子吸收材料的控制棒被插入到燃料组件的引导管内并且从引导管提出以控制堆芯反应性。监视堆芯条件(例如,反应堆功率、温度等)的仪表和其附属缆线也可以插入于引导管中的某些引导管内。一般而言，引导管容纳控制棒或仪表，但通常并非二者，这归因于空间限制。仪表被称作堆芯内构件，因为它们位于堆芯中。堆芯内构件可以在燃料组件的中心或边缘处位于引导管内侧。将这些仪表定位于反应堆堆芯中或者容器中的其它位置是有挑战性的，因为反应堆容器包含高温和高压水并且堆芯产生高水平辐射。

在一种方案中，在核反应堆中的仪表使用指套管和引导管，如在1991年9月17日提交的Brown等人美国专利No.5,120,491中所公开。包含主压力的指套管从密封台延伸穿过容器到引导管内。指套管通常在容器头部或容器底部进入反应堆容器。指套管止于位于反应堆外侧的密封台，例如，在单独于反应堆隔室的专用隔室中。通过在反应堆堆芯上方或下方布设管，存在从容器贯穿件到其中加载堆芯内仪表的引导管内的(几乎)“直射程(straight shot)”。然而，如果管从容器底部布设，自引导管贯穿件周围的泄漏将在反应堆堆芯下方，这对于LOCA补救而言是有问题的。另一方面，从上方布设管可能干扰控制棒驱动件或者另一上内部部件。

在本文中公开了改进，这些改进提供各种益处，通过阅读下文的描述，这些益处对于本领域技术人员显而易见。

发明内容

根据一方面，一种设备包括：压力容器；核反应堆堆芯，其包括安置于压力容器中的裂变材料；堆芯篮，其安置于压力容器中并且容纳核反应堆堆芯；堆芯内仪表，其安置于核反应堆堆芯的引导管中并且具有从核反应堆堆芯底部伸出并且做出180°转弯的缆线；以及，底部支承元件，其附连到堆芯篮的底部并且限定或包括布设管，布设管将堆芯内仪表的缆线通过180°转弯布设。

根据另一方面，一种设备包括：结合前一段的设备执行的方法，包括：缩回缆线以将堆芯内仪表从核反应堆堆芯的引导管移出并且进入到底部支承元件的布设管内；对设备执行维护，包括利用不同的引导管替换引导管；以及，再插入缆线以将堆芯内仪表从底部支承元件的布设管移出到不同的引导管内。

根据另一方面，一种设备包括：压力容器；核反应堆堆芯，其包括安置于压力容器中的裂变材料；堆芯篮，其安置于压力容器中并且容纳核反应堆堆芯；堆芯内仪表，其安置于核反应堆堆芯的引导管中并且具有缆线，缆线从核反应堆堆芯伸出，做出180°转弯，并且在180°转弯之后向上延伸到位于核反应堆堆芯上方和压力容器顶部下方的容器贯穿件。