[发明专利]一种球床式高温气冷堆顶反射层内冷气室结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种球床式高温气冷堆顶反射层内冷气室结构,适用于高温气冷堆堆内构件技术领域。

背景技术

球床式高温气冷堆由反射层石墨砖组成堆芯腔。在堆芯腔内燃料组成堆芯球床。燃料球由顶反射层内的供球管进入堆芯腔，然后由上向下流动，经卸球管流出堆芯腔。载热剂(也称冷却剂)由顶反射层内的冷气室进入堆芯腔，经过堆芯加热下流，通过底反射层内的孔道流向热气室。

所有反射层都是由扇形石墨砖堆砌起来的。由于石墨是不能焊接的材料，所以石墨砖只能堆砌在一起用键和榫连接成一个整体。

在高温气冷堆中冷氦气一般的情况下都是由堆芯的上部-顶反射层内的冷气室进入球床堆芯向下流动，在堆芯被加热的载热剂进入下部的热气室。因此冷气室是高温气冷堆中的重要部件。

但是根据高温气冷堆的结构形式不同、早期和现在的高温气冷堆结构的差别，其本身的冷气室结构也有很大的差别。

柱状燃料元件高温气冷堆没有整体的冷气室，而是由堆芯结构上部的空间进入柱状燃料元件冷却孔。每个燃料元件内设有节流孔板可以调节燃料元件本身内冷氦气流量。因此整体冷气室的作用就不重要了。

而对于球床式高温气冷堆希望进入堆芯的冷氦气是较为均匀的，就必须使冷氦气先进入冷气室然后再进入堆芯腔。因此在球床式高温气冷堆的顶反射层内设计了一个冷气室，以保证进入堆芯腔的冷氦气能均匀分配。

最早建成的球床式高温气冷实验堆AVR，其冷氦气是从下部进入堆芯的。这种氦气流动方式并不理想，当氦气流动压差过高时会产生球床的浮动，从而引起功率波动。后来的球床式高温气冷堆均不采用这种方法。

球床式高温气冷堆原型堆THTR-300就是在顶反射层内设计了具有冷气室的冷氦气流动方式。但由于该堆功率大，堆的体积也大。它的堆芯直径达到5.6m。可以想象在这么大的堆上不可能用整体石墨砖做顶反射层。只能把小块石墨砖用金属吊杆机构吊挂起来形成一个整体顶反射层结构。冷气室也就放在这个吊挂的顶反射层中。这样的吊挂结构非常复杂，又要和周围的固定结构运动相匹配，补偿热膨胀差，给设计造成了很大的难度。

高温气冷堆的发展已经进入了一个新阶段。当前具有第四代安全特征的模块式高温气冷堆体积适中，例如典型的球床式高温气冷反应堆的堆芯直径是3m，使用整块的石墨砖建造顶反射层完全成为可能。也就能够合理地在顶反射层中布置冷气室。

10MW高温气冷实验堆就是一个例子。它的顶反射层就是用很多整块石墨砖搭建的，这些石墨砖在堆芯顶部形成悬臂梁。上下两个相邻的石墨砖中间加工成中空的环形空间，作为冷气室。冷气室的底部石墨砖，钻有很多圆孔，分布在堆芯范围的上部。这些圆孔直通堆芯腔。冷氦气在冷气室集合后经圆孔进入堆芯腔。

10MW高温气冷实验堆是个小功率的模块反应堆，它的顶反射层和冷气室设计方案完全能够满足作为冷气室的要求。但对于示范电站或商用模块高温气冷堆却增加了许多新的因素。堆芯直径变大了，导致悬臂梁加长，在中央还要承载石墨圆形柱塞的重量；反应堆的功率密度增加，冷氦气体积流量加大，运行压差增加；再加上中国的多地震影响给顶反射层和冷气室的设计增加了许多困难因素。所以采用10MW高温气冷实验堆的冷气室设计方案已不能满足未来新的、用于示范电站或商用高温气冷反应堆对于顶反射层和冷气室的要求。必须创建新的结构形式以适应对未来高温气冷堆冷气室设计的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于安全可靠的高温气冷堆顶反射层2内的冷气室结构设计。这种新的冷气室结构是在上下相邻的两层顶反射层石墨砖之间，在正对着堆芯上方切除部分石墨材料，使上下两层石墨砖11和14叠摞在一起的横截面形成工字梁的结构形式，见图10。切掉部分石墨材料的地方形成一个长的中空腔体。这些中空腔体和上升的冷氦气孔道3用设计有的沟槽13相连接，在顶反射层内形成一个完整的冷气室9的中空腔体。每个中空腔体的下部，在两个相邻石墨砖的径向边界上开槽，形成冷氦气向下流动、直通堆芯腔的狭长孔道10。这样就形成了一个完整的冷气室9结构。也就是冷气室和其它顶石墨砖组成了顶反射层，冷气室是顶反射层的一部分。

附图说明

图1，2，3，4是球床式高温气冷堆顶反射层(内含冷气室)视图。顶反射层由侧反射层支承，顶反射层的下面是堆芯腔。顶反射层(内含冷气室)用细正交直线表示；

图1，2是顶反射层的轴向图，分别表示P-P和Q-Q视图；

图3，4是横截面图，分别表示A-A和B-B视图；

图5是冷气室上石墨砖；