[发明专利]一种用于球床堆堆内温度在线测量的测温石墨球

说明书

本发明公开了一种用于球床堆堆内温度在线测量的测温石墨球，包括：与燃料元件上相同的石墨材料制成的石墨球体，其直径与燃料元件相等，石墨球体上插置有石墨柱，石墨柱上存放有由石英管和金属丝构成的若干个测温元件，其中，石英管内为密闭的真空环境，在不同的石英管内分别装有熔点不同的金属丝。本发明满足450‑1200℃的测温范围需求，满足25‑50℃的测温精确度需求；石墨球体和石墨柱分别采用与高温堆燃料元件和侧反射层石墨构件相同的材料制造，确保堆内流动状态与燃料元件相同，力学性质能够满足入堆要求；测温金属丝使用石英管封装，内部真空处理，堆内无金属熔液泄漏并污染堆芯，确保测温金属丝的堆内安全性；结构设计便于加工、装配和保存。

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种球床型高温冷气堆堆内温度测量试验中，用于在线测量堆芯内温度的测温石墨球。

背景技术

以清华大学10MW高温气冷堆（HTR-10）是以石墨为慢化剂、氦气为冷却剂的高温反应堆，氦气的堆芯出口温度高达700℃，是一种固有安全性好、发电效率高、用途极为广泛的先进核反应堆。反应堆活性区由石墨反射层围成，芯部装有大量球形燃料元件，形成球床堆芯。燃料元件直径60mm，在堆芯中依靠重力驱动按不同的流线和速度自上向下流动。为了验证球床堆堆芯理论计算的不确定性问题（例如球流、局部填充率变化、冷却剂流量分配等），了解理论计算的误差和导致偏差的因素，确定可以保证高温气冷堆安全运行的最高出口温度，需要对堆内最高温度进行测量和计算分析。根据前期分析，堆芯内最高温度出现在堆芯底部靠近出球口的位置，图1是堆芯球床示意图，“a层”为最高温度所在的位置。

由于10MW高温气冷堆球床堆芯的高温和流动特性，在堆芯内部不宜设置传统测温元件。因此如何测量堆芯内部最高温度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题：在球床型高温气冷堆堆内温度测量试验中，如何在难以布置测点、传统测温方法失效的情况下，准确测量反应堆正常运行工况下堆芯内部最高温度。

本发明的目的是：提供一种用于球床堆堆内温度在线测量的测温石墨球。

具体技术方案为：

一种用于球床堆堆内温度在线测量的测温石墨球，该测温石墨球包括：石墨球体，所述石墨球体采用与燃料元件上相同的石墨材料制成，其直径与燃料元件相等，石墨球体上插置有石墨柱，所述石墨柱上存放有由石英管和金属丝构成的若干个测温元件，其中，所述石英管为密闭结构其内腔为真空环境，在不同测温元件的石英管内分别装有熔点不同的金属丝。

进一步，所述石墨球体上设置有通孔，所述通孔的内壁上带有内螺纹结构，所述石墨柱为与该通孔形状相匹配的圆柱型，石墨柱的两端为弧形面，石墨柱的侧面上设置有外螺纹结构，通过所述内螺纹结构和所述外螺纹结构配合将石墨柱固定在石墨球体上，固定后石墨柱的两端与石墨球体的表面构成完整的球面。

进一步，所述石墨球体上设置有盲孔，所述盲孔的内壁上带有内螺纹结构，所述石墨柱为与该盲孔形状相匹配的圆柱型，石墨柱的一端为弧形面，石墨柱的侧面上带有外螺纹结构，通过所述内螺纹结构和所述外螺纹结构配合将石墨柱固定在石墨球体上，固定后石墨柱的弧形面与石墨球体的表面构成完整的球面。

进一步，所述石墨柱上开设有若干个通孔或者盲孔作为所述测温元件的存储单元，每个所述存储空间内放置有1-2个测温单元。

进一步，熔点不同所述金属丝的形状和尺寸相同。

进一步，所述金属丝的熔点在450℃-1200℃。

本发明的提供的一种球床型高温气冷堆堆内温度测量试验中进行堆内温度测量的专用测温石墨球，具有以下优点：

（1）满足450-1200℃的测温范围需求，满足25-50℃的测温精确度需求。