[发明专利]用于核反应堆的电馈通

说明书

本申请要求在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625,378号的益处。在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625,378号以全文引用的方式并入到本申请的说明书中。

背景

下文的描述涉及核反应堆领域，核发电领域、核反应堆仪表领域、核容器馈通领域和相关领域。

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通过限定于压力容器与中心立管之间的降液管环形空间朝向反应堆堆芯流动。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日公开的美国公开第2010/0316181A1号(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增加在冷却剂流失事故(LOCA)中反应堆堆芯保持浸没于冷却剂中的可能性。

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，格架组件向燃料组件提供结构支承。上端部配件和下端部配件分别在燃料组件的顶部和底部,提供结构支承。燃料组件还包括散布于燃料棒中的引导管。引导管焊接到格架组件以及上端配件和下端配件上以形成用于燃料组件的结构支承件。多个燃料组件焊接或以其它方式彼此附连以形成堆芯，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，堆芯篮可以从反应堆下容器凸缘悬挂。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、压力、流量、中子通量等)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，引导管包含控制棒或仪表，但并非二者，这归因于空间限制。

仪表和相关联的缆线被称作堆芯内构件，因为它们位于堆芯中。虽然优选地堆芯内构件在燃料组件的中心位于引导管内侧，由于其它堆芯部件的布置，它们也可以位于燃料组件的边缘处。一般而言，并非所有的燃料组件包含堆芯内构件，并且含堆芯内构件的燃料组件可能仅包含一个堆芯内构件。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辐射和不利于电子器件的环境。

用于核反应堆中仪表的一种方案使用容纳于管道中的套管，如例如在1991年9月17日提交的Brown等人的美国专利第5,120,491号和在1989年5月1日提交的Tower等人的美国专利第4,983,351号中所公开。在这种方案中，容纳于管道中的套管从密封台穿过容器延伸到堆芯内。套管在容器头部或容器底部进入反应堆容器以提供通向堆芯的直线。多个套管止于密封台，密封台位于反应堆外侧，例如在与反应堆隔室分开的专用隔室中。

这种方案的问题在于管道或密封台连接的损毁可能会导致不能隔离的主泄漏。尽管所造成的泄漏将较小并且在冷却剂充注泵的容量内，仍需要反应堆停工。套管和管道设计的另一问题在于，如果从容器的底部布设，来自容器贯穿件周围的泄漏将在不采取任何措施的情况下造成堆芯变得不被覆盖。

在控制棒的情况下，常用方案是采用控制棒驱动机构(CRDM)，其具有在外部安装于反应堆容器顶部的马达。目前关注将CRDM马达改变位置到压力容器内侧，以便于紧凑的小模块式反应堆(SMR)设计并且排除作为可能LOCA源的CRDM。其中马达位于容器中的电驱动的CRDM被称作内部CRDM。内部CRDM的缺点在于它们需要穿过压力容器的大量电贯穿件用于操作CRDM所需的电力、控制和信号(例如，位置指示器传感器)线。这些线将添加另外的套管/管道线，并且还将加重(通常已经较重地承载的)密封台的负担。

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