專利名稱:規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法，屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
高溫氣冷堆是國(guó)際上公認(rèn)的安全性好、發(fā)電效率高、用途廣泛的先進(jìn)核反應(yīng)堆堆型。由于采用耐高溫的陶瓷型涂敷顆粒為燃料，惰性氣體氦為冷卻劑，石墨為慢化劑和堆芯結(jié)構(gòu)材料，使它可以產(chǎn)生950度以上的高溫，不僅高效率發(fā)電，而且在煤的氣化和液化、制氫等方面有廣泛的應(yīng)用前景。
在上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的模塊式高溫氣冷堆，使這項(xiàng)技術(shù)取得較大進(jìn)展。模塊式高溫氣冷堆以小型化和固有安全性為特征，在喪失冷卻劑的事故情況下，仍可依靠熱傳導(dǎo)和熱輻射散出余熱，保持燃料和堆芯完整，從根本上排出了堆芯熔化的可能性。與此同時(shí)，還提出了與模塊式高溫氣冷堆相配合的系統(tǒng)簡(jiǎn)單而高效地氦氣透平直接循環(huán)發(fā)電技術(shù)，使小型模塊堆具有與大型核電站相比的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，受到廣泛重視，被國(guó)際上稱為第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)。
模塊式高溫氣冷堆有兩種設(shè)計(jì)，一種是以原美國(guó)技術(shù)為基礎(chǔ)的棱柱型燃料堆型，目前以美國(guó)、俄羅斯、日本為主設(shè)計(jì)的商用600兆瓦反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱塊型堆。主要特征是以包含燃料顆粒的大型石墨塊堆砌組成反應(yīng)堆堆芯，周期性的停堆更換燃料。
另一種是以原德國(guó)技術(shù)為基礎(chǔ)的球形燃料元件堆型，目前以南非、中國(guó)為主設(shè)計(jì)的商用400兆瓦反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱球床堆。主要特征是用燃料顆粒和石墨制成60毫米直徑的燃料球，大量的燃料球以無(wú)規(guī)則堆積方式形成堆芯。在反應(yīng)堆運(yùn)行中，燃料球由頂部連續(xù)添加，從底部連續(xù)卸出，不需要停堆更換燃料。
另外，在上世紀(jì)80年代模塊堆概念出現(xiàn)前，在美國(guó)專利USP5,051,230中，提出了另一種添加燃料球方法的球床堆。每次停堆換料只填滿部分空腔，其中燃料數(shù)量達(dá)到反應(yīng)堆運(yùn)行的初始需要量，反應(yīng)堆運(yùn)行后向空腔剩余部分連續(xù)添加燃料球，運(yùn)行中不卸出燃料球，至空腔全部填滿后停堆，一次性的卸出全部燃料。其中提出填入空腔中的燃料球可以是無(wú)規(guī)則堆積形式，也可以是規(guī)則堆積形成規(guī)則床。
球床堆具有堆芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，燃料元件成本低、適于批量生產(chǎn)、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、便于輸送和貯存、可達(dá)到深燃耗等優(yōu)點(diǎn)。但無(wú)規(guī)則堆積的燃料球在堆芯中從上向下移動(dòng)，不能獲得最佳功率和溫度分布，盡管燃料球在成為乏燃料之前平均通過(guò)堆芯次數(shù)在10次以上，但軸向和徑向功率不均勻系數(shù)都很大，使得在模塊式反應(yīng)堆的有限體積內(nèi)，反應(yīng)堆的最大輸出熱功率只能達(dá)到400兆瓦左右。再加上球床堆芯冷卻劑流動(dòng)阻力大，采用氦氣透平直接循環(huán)發(fā)電時(shí)，減小溫差增大流量的高效率措施受到限制，因此其凈發(fā)電效率僅為41％左右。而塊型堆不僅熱功率輸出為600兆瓦，其凈發(fā)電效率也在47％左右，兩種模塊式高溫氣冷堆電功率輸出相差很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法，達(dá)到具有球床堆的主要優(yōu)點(diǎn)，又能降低冷卻劑循環(huán)阻力和提高功率輸出的目的。
本發(fā)明提出的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，包括燃料球堆芯、石墨塊反射層、控制棒、吸收小球、鋼制壓力容器；所述的石墨塊反射層置于鋼制壓力容器內(nèi)；所述的堆芯置于石墨塊反射層形成的空腔內(nèi)，堆芯為實(shí)心柱狀或空心柱狀，堆芯和石墨塊反射層中置有氦；所述的控制棒或吸收小球置于石墨反射層中；其特征在于燃料球在石墨反射層空腔內(nèi)的水平面上，成正方形排列，每4個(gè)球中心形成的凹陷成為次一層球的位置，以此層層累積形成規(guī)則床，規(guī)則床上下端為石墨反射層。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，規(guī)則床中任意一個(gè)水平面上相鄰燃料球的中心距為D，1.03d＜D＜1.21d，其中d為燃料球直徑，在燃料球之間形成上下貫穿堆芯的通孔。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，堆芯為實(shí)心柱狀時(shí)，堆芯側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面，第二種為平面上分布有垂直的凸出肋條或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面和第二種平面互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯為準(zhǔn)八角形、多邊形或準(zhǔn)圓形柱狀。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，堆芯為空心柱狀時(shí)，堆芯內(nèi)、外側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面，第二種為平面上分布有垂直的凸出肋條或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面和第二種平面互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯截面為環(huán)狀準(zhǔn)八角形、環(huán)狀多邊形或環(huán)狀準(zhǔn)圓形。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，石墨反射層空腔底板的表面為平面，在平面上分布有與燃料球的正方形排列相應(yīng)的凹陷、凸臺(tái)或正方形網(wǎng)格。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，與堆芯燃料球相鄰的石墨塊反射層為石墨球。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，在壓力容器頂蓋上，開(kāi)有與環(huán)形堆芯對(duì)應(yīng)的裝卸料孔。
本發(fā)明還提出了規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆的燃料球布置方法，在環(huán)狀堆芯的內(nèi)區(qū)設(shè)置2～5個(gè)第一種燃耗深度的燃料球，外區(qū)設(shè)置2～5個(gè)第二種燃耗深度的燃料球，中心區(qū)設(shè)置其余的第三種燃耗深度的燃料球。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法，與現(xiàn)有的球床堆和塊型堆相比有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明設(shè)計(jì)中堆芯燃料球采用規(guī)則的布置方法，每個(gè)球都有固定的位置，因此可以獲得最佳的功率和溫度分布，有較高的輸出功率。
2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床反應(yīng)堆堆芯是一種類似“結(jié)晶”的結(jié)構(gòu)，具有高度的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，允許冷卻劑從單一垂直方向流程變成多流程或水平方向流動(dòng)，因而顯著地減少球床流動(dòng)阻力，提高能源轉(zhuǎn)換效率。
3、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法，具有已有球床堆的主要優(yōu)點(diǎn)，單一品種的球形燃料元件便于研制和低成本的批量生產(chǎn)，燃料球的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、輻照穩(wěn)定性好，便于在屏蔽條件下的輸送和貯存，燃料球可經(jīng)過(guò)燃耗測(cè)量使其卸出時(shí)達(dá)到更均勻的深燃耗。
4、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆與球床堆相比，規(guī)則床堆積密度高，在部分程度上補(bǔ)償了不能連續(xù)換料引起的中子經(jīng)濟(jì)性上的損失。
5、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，部分快中子強(qiáng)輻照區(qū)采用石墨球反射層，減少和避免了石墨塊的更換。
6、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆雖然以與塊型堆相同的批換料方式運(yùn)行，但球形燃料元件裝卸所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，裝卸所需停堆時(shí)間短。
7、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆的燃料裝卸是在停堆和低溫低壓條件下進(jìn)行，因此與球床堆相比，不需要在反應(yīng)堆運(yùn)行中維護(hù)裝卸設(shè)備和系統(tǒng)；不需要堆底卸料，使堆底結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力容器尺寸減小。
8、已有的球床堆對(duì)不同尺寸和不同形狀的堆芯設(shè)計(jì)，都需要單獨(dú)進(jìn)行球流實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中的規(guī)則床，每個(gè)球都有固定的位置，因此不需要這些實(shí)驗(yàn)，也不需要將這種燃料球的流動(dòng)特性耦合到中子設(shè)計(jì)及熱工水力設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)化了工程前期的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。
9、本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，利用貫穿堆芯的通孔，在反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)，可以獲得實(shí)際堆芯的軸向和徑向中子注量率分布的精確測(cè)量值，對(duì)提升功率和校正計(jì)算工具十分有利。



圖1為規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆縱剖面；圖2a為環(huán)狀八角形堆芯截面的八分之一視圖；圖2b為圖2a中B-B縱剖面；圖3為實(shí)心柱狀八角形堆芯截面的四分之一視圖；圖4為環(huán)狀八角形堆芯的八分之一塑料球模型；圖5為規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆環(huán)狀堆芯橫剖面；圖6為卸球機(jī)縱剖面；圖7a為徑向區(qū)域分隔器橫剖面；圖7b為圖7中D-D縱剖面；圖7c為圖7中E-E縱剖面。
圖1a，b，c，d，e中，a為本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆空心柱狀堆芯縱剖面；b為卸料開(kāi)始；c為卸料完成；d為使用徑向區(qū)域分隔器的裝料；e為本發(fā)明的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆實(shí)心柱狀堆芯縱剖面；1是停堆冷卻系統(tǒng)；2是吸收小球卸料機(jī)；3是冷卻劑出口聯(lián)箱；4是吸收小球控制系統(tǒng)；5是下石墨球反射層；6是規(guī)則床空心柱狀堆芯；7是控制棒；8是上石墨球反射層；9是壓力容器；10是壓力容器頂蓋；11是卸球機(jī)；12是吸收小球貯存器；13是控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；14是裝卸料孔；15是裝球機(jī)；16是徑向區(qū)域分隔器；17是石墨球內(nèi)側(cè)反射層；18是石墨球外側(cè)反射層；19是外石墨塊反射層；20是內(nèi)石墨塊反射層；21是規(guī)則床實(shí)心柱狀堆芯。
圖2a、圖2b和圖3中，d為燃料球直徑；D為燃料球及凸出肋條的水平間距；22是貫穿全床的通孔；23是平面?zhèn)缺冢?4是平面上有凸出肋條的側(cè)壁；25是燃料球；26是石墨塊底板；27是石墨塊底板上的球形凹陷；28是凸出肋條。
圖5中，a為準(zhǔn)八角形；b為準(zhǔn)圓形；c為有石墨球側(cè)反射層的準(zhǔn)八角形；d為有石墨球側(cè)反射層的準(zhǔn)圓形；29是壓力容器頂蓋裝卸料孔對(duì)應(yīng)位置。
圖6中，30是圓錐機(jī)頭；31是輸球管；32是支架。
圖7a，b，c中，A，B，C為被分隔的徑向區(qū)；33是細(xì)棒束；34是多孔板。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括燃料球堆芯6及21、石墨塊反射層19及20、控制棒7、吸收小球4、鋼制壓力容器9。石墨塊反射層19及20置于鋼制壓力容器9內(nèi)；所述的堆芯6及21置于石墨塊反射層19及20形成的空腔內(nèi)，堆芯為實(shí)心柱狀21，如圖1e所示，或空心柱狀6，如圖1a所示，堆芯和石墨塊反射層中置有氦?？刂瓢?或吸收小球4置于石墨反射層19及20中；其特征在于燃料球25在石墨反射層空腔內(nèi)的水平面上，成正方形排列，每4個(gè)球中心形成的凹陷成為次一層球的位置，以此層層累積形成規(guī)則床，規(guī)則床上下端為石墨反射層。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，如圖2b所示，規(guī)則床中任意一個(gè)水平面上相鄰燃料球的中心距為D，1.03d＜D＜1.21d，其中d為燃料球25直徑，在燃料球之間形成上下貫穿堆芯的通孔22。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，如圖1e所示，堆芯為實(shí)心柱狀21時(shí)，堆芯側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面23，第二種為平面24上分布有垂直的凸出肋條28或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面23和第二種平面24互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯為準(zhǔn)八角形、多邊形或準(zhǔn)圓形柱狀，如圖3所示。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，如圖1a所示，堆芯為空心柱狀6時(shí)，堆芯內(nèi)、外側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面23，第二種為平面24上分布有垂直的凸出肋條28或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面23和第二種平面24互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯截面為環(huán)狀準(zhǔn)八角形、環(huán)狀多邊形或環(huán)狀準(zhǔn)圓形，如圖5所示。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，如圖2b所示，石墨反射層空腔底板26的表面為平面，在平面上分布有與燃料球的正方形排列相應(yīng)的凹陷27、凸臺(tái)或正方形網(wǎng)格。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，如圖1a，圖1e及圖5所示，與堆芯燃料球相鄰的石墨塊反射層可以為石墨球5，8，17，18。
上述規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆中，在壓力容器頂蓋上，開(kāi)有與環(huán)形堆芯對(duì)應(yīng)的裝卸料孔14。
本發(fā)明還提出了規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆的燃料球布置方法，如圖7a所示，在環(huán)狀堆芯的內(nèi)區(qū)C設(shè)置2～5個(gè)第一種燃耗深度的燃料球，外區(qū)A設(shè)置2～5個(gè)第二種燃耗深度的燃料球，中心區(qū)B設(shè)置其余的第三種燃耗深度的燃料球。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的底板和側(cè)壁所形成的空腔中，當(dāng)球從頂部無(wú)規(guī)則落入時(shí)，將自動(dòng)形成規(guī)則排列，如圖4所示的規(guī)則床模型。
本發(fā)明設(shè)計(jì)中堆芯燃料球采用一次全部裝入和一次全部卸出的批換料運(yùn)行方式，每個(gè)球都有固定的位置，在平衡堆芯裝入燃料時(shí)，按照軸向和徑向最佳功率和溫度分布的要求，在不同的軸向高度上，向A、B、C的三個(gè)徑向分區(qū)，如圖7a所示，配送不同燃耗深度的燃料球，以便獲得較低的最大燃料溫度和較高的功率輸出。
本發(fā)明設(shè)計(jì)中燃料球的裝入和卸出均通過(guò)壓力容器頂蓋上的開(kāi)孔完成。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中開(kāi)有8個(gè)孔，如圖5所示，頂部開(kāi)孔對(duì)應(yīng)八分之一環(huán)狀堆芯的中心位置29，由頂部開(kāi)孔操控卸球機(jī)11。如圖6所示，在卸球機(jī)11的圓錐機(jī)頭30轉(zhuǎn)動(dòng)并下降時(shí)，通過(guò)輸球管31，氦氣流可將球一個(gè)接一個(gè)的輸送出去。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床反應(yīng)堆堆芯是一種類似“結(jié)晶”的結(jié)構(gòu)，具有高度的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，無(wú)論是來(lái)自內(nèi)部溫度和壓力的波動(dòng)，溫度和輻照引起的燃料球和結(jié)構(gòu)材料的有限變形，還是來(lái)自外部的強(qiáng)烈影響(如地震等)都不會(huì)造成堆芯球床密度和規(guī)則排列的變化，不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)性影響。這種適應(yīng)性和穩(wěn)定性允許冷卻劑從不同方向通過(guò)堆芯，而現(xiàn)有球床堆只能允許從上至下與球的自身重力方向相重合的流動(dòng)。規(guī)則床則允許將單一垂直方向流程變成多流程，如從中心向上下，或從上下向中心(圖1a左)，或者變成水平方向流動(dòng)，如從環(huán)狀堆芯的外圍向中心流動(dòng)(圖1a右)。多流程和水平流向都能顯著地減少球床流動(dòng)阻力，從而提高能源轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明設(shè)計(jì)中允許將鄰近燃料球區(qū)的石墨塊反射層由與燃料球同樣直徑的石墨球組成，譬如部分上下反射層可由石墨球5及8組成，不影響冷卻劑垂直流動(dòng)(圖1a左)。當(dāng)冷卻劑水平流動(dòng)時(shí)，環(huán)狀堆芯的部分內(nèi)外側(cè)反射層也可以由石墨球17及18組成(圖1a右及圖5c和d)。因?yàn)猷徑研緟^(qū)的石墨反射層，受到較強(qiáng)快中子輻照，在反應(yīng)堆運(yùn)行壽期中需要考慮更換石墨塊。在快中子強(qiáng)輻照區(qū)采用石墨球做反射層，則可減少或避免石墨塊的更換問(wèn)題，提高了反應(yīng)堆利用率。但在換料操作時(shí)，石墨球和燃料球需要同時(shí)卸出和裝入，增加了每次球的裝卸數(shù)量。
為了給本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床反應(yīng)堆裝球，還可以設(shè)計(jì)如圖1d所示的裝球機(jī)，由壓力容器頂蓋開(kāi)孔操控的裝球機(jī)15，裝球機(jī)下端還可以安裝徑向區(qū)域分隔器16。如圖7所示，分隔器16由多孔板34和細(xì)棒束33組成，多孔板上的孔大于球直徑，細(xì)棒束下端插入球間通孔22，將堆芯徑向隔離成多區(qū)，以保證不同的燃料球或石墨球進(jìn)入相應(yīng)的區(qū)域。當(dāng)多孔板下空間被球填滿后，分隔器向上提升到新位置，以保證隨著軸向堆積的升高，徑向可以加入不同的燃料球或石墨球。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床反應(yīng)堆，還可以在壓力容器內(nèi)裝入可見(jiàn)光光源或某種射線源，并裝入探測(cè)器，在規(guī)則床形成過(guò)程中實(shí)施掃描監(jiān)測(cè)。當(dāng)大量的球同時(shí)落入時(shí)，有可能在局部出現(xiàn)相互擠靠的無(wú)規(guī)則球，從掃描成像中很容易發(fā)現(xiàn)貫穿全床的通孔22被遮擋。這時(shí)可以采用局部振動(dòng)法，如局部氣流沖擊、分隔器振動(dòng)或下落球的沖擊等，無(wú)規(guī)則球有較強(qiáng)的自愈能力，很容易恢復(fù)規(guī)則排列。實(shí)施掃描監(jiān)測(cè)可保證規(guī)則堆積地順利進(jìn)行。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的模塊式高溫氣冷堆的一個(gè)實(shí)施例的堆芯尺寸如下如圖2b所示，燃料球直徑d為60mm，燃料球中心距D為70mm。如圖5a所示，準(zhǔn)八角形環(huán)狀堆芯的外平面尺寸為4610mm，內(nèi)平面尺寸為2950mm，其當(dāng)量外徑為4790mm，當(dāng)量?jī)?nèi)徑為3010mm。堆芯高為8003mm，共裝入燃料球513064個(gè)。如圖1a左所示，上下石墨球反射層8及5高度均為610mm，共裝入石墨球78264個(gè)。
模塊式高溫氣冷堆的設(shè)計(jì)原則是在失去冷卻劑的事故狀態(tài)下，依靠熱傳導(dǎo)和熱輻射通過(guò)壓力容器散發(fā)余熱，保持燃料最高溫度不超過(guò)1600度的設(shè)計(jì)限值，具有固有安全性。在同樣的條件下，本發(fā)明設(shè)計(jì)的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆的實(shí)施例，將具有球形燃料元件的主要優(yōu)點(diǎn)，并有較小的冷卻劑流動(dòng)阻力和超過(guò)現(xiàn)有球床堆和塊型堆的最大熱功率，從而更具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。
權(quán)利要求
1.一種規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，該氣冷堆包括燃料球堆芯、石墨塊反射層、控制棒、吸收小球、鋼制壓力容器；所述的石墨塊反射層置于鋼制壓力容器內(nèi)；所述的堆芯置于石墨塊反射層形成的空腔內(nèi)，堆芯為實(shí)心柱狀或空心柱狀，堆芯和石墨塊反射層中置有氦；所述的控制棒或吸收小球置于石墨反射層中；其特征在于燃料球在石墨反射層空腔內(nèi)的水平面上，成正方形排列，每4個(gè)球中心形成的凹陷成為次一層球的位置，以此層層累積形成規(guī)則床，規(guī)則床上下端為石墨反射層。
2.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于所述的規(guī)則床中任意一個(gè)水平面上相鄰燃料球的中心距為D，1.03d＜D＜1.21d，其中d為燃料球直徑，在燃料球之間形成上下貫穿堆芯的通孔。
3.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于堆芯為實(shí)心柱狀時(shí)，堆芯側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面，第二種為平面上分布有垂直的凸出肋條或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面和第二種平面互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯為準(zhǔn)八角形、多邊形或準(zhǔn)圓形柱狀。
4.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于堆芯為空心柱狀時(shí)，堆芯內(nèi)、外側(cè)壁的石墨塊反射層的表面有兩種，第一種為平面，第二種為平面上分布有垂直的凸出肋條或凸臺(tái)，肋條或凸臺(tái)之間的水平間距為燃料球的中心距D，第一種平面和第二種平面互相間隔，兩種平面的法線夾角為45度，由該側(cè)壁圍成的堆芯截面為環(huán)狀準(zhǔn)八角形、環(huán)狀多邊形或環(huán)狀準(zhǔn)圓形。
5.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于石墨反射層空腔底板的表面為平面，在平面上分布有與燃料球的正方形排列相應(yīng)的凹陷、凸臺(tái)或正方形網(wǎng)格。
6.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于與堆芯燃料球相鄰的石墨塊反射層為石墨球。
7.如權(quán)利要求
1所述的規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆，其特征在于在壓力容器頂蓋上，開(kāi)有與環(huán)形堆芯對(duì)應(yīng)的裝卸料孔。
8.一種規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆的燃料球布置方法，其特征在于環(huán)狀堆芯的內(nèi)區(qū)設(shè)置2～5個(gè)第一種燃耗深度的燃料球，外區(qū)設(shè)置2～5個(gè)第二種燃耗深度的燃料球，中心區(qū)設(shè)置其余的第三種燃耗深度的燃料球。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種規(guī)則床模塊式高溫氣冷堆及其燃料球布置方法，屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域：
。反應(yīng)堆中，石墨塊反射中置有氦?？刂瓢艋蛭招∏蛑糜谑瓷鋵又?。燃料球在石墨反射層空腔內(nèi)的水平面上，成正方形排列，每4個(gè)球中心形成的凹陷成為次一層球的位置，以此層層累積形成規(guī)則床，規(guī)則床上下端為石墨反射層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用規(guī)則的布置方法，每個(gè)球都有固定的位置，可以獲得最佳的功率和溫度分布，有較高的輸出功率；堆芯是類似“結(jié)晶”的結(jié)構(gòu)，具有高度的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，冷卻劑成多流程或水平方向流動(dòng)，減少球床流動(dòng)阻力，提高能源轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)G21C5/00GKCN1731533SQ200510092973
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月26日
發(fā)明者田嘉夫 申請(qǐng)人:田嘉夫?qū)С鲆腂iBTeX, EndNote, RefMan