[發明專利]用于反應堆冷中子源的單相慢化劑自然循環裝置

無效

• 申請號: 201010273381.2
• 申請日: 2010-09-06
• 公開（公告）號: CN101964214A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 馮全科;孫碩;李健;余小玲;吳偉烽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C5/14
• 分類號: G21C5/14;G21C5/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種應用于反應堆冷中子源的單相慢化劑自然循環裝置，特別涉及應用于大功率反應堆冷中子源的單相慢化劑自然循環裝置。

背景技術

冷中子是指能量小于Be的晶格切斷能5meV的一類中子，由于其波長與物質的分子尺度相近，因此被廣泛應用于識別各種物質結構的中子散射實驗中。冷中子源是獲取冷中子的裝置，它的工作原理是令反應堆產生的熱中子穿過慢化劑，從而改變中子能譜，有效增加冷中子的份額。目前國外許多研究堆上都建造有冷中子源裝置，我國自行建造的功率為60MW的中國先進研究堆(CARR堆)也計劃建造大型冷中子源及冷中子應用的多個中子散射孔道，用于多學科領域微觀結構的識別和檢測。

冷中子源的核心系統是慢化劑回路，其中對于單相慢化劑，慢化劑自然循環回路一般由換熱器，冷包和兩根傳輸管組成。它們的作用是將冷包中由于中子慢化產生的熱量通過單相自然循環轉移到頂部的換熱器中，再通過外加的制冷系統將換熱器中的熱量帶到常溫。單相慢化劑自然循環系統的優點是不需要任何外加驅動力，僅通過溫差產生的熱虹吸效應驅動，運行穩定可靠，這對于安全可靠性要求極高的反應堆系統具有重要意義。但是單相慢化劑循環系統的缺點是熱虹吸效應產生的驅動力小，循環速度低，因此換熱能力較小。在以往的實踐中，單相慢化劑循環回路多用于小功率反應堆的冷中子源。對于像CARR堆這樣的大型反應堆，單相慢化劑循環回路的設計還是一個有待解決的技術難題。

另一方面，傳統的單相慢化劑自然循環回路直接暴露在反應堆孔道的真空防爆管內。一旦慢化劑回路發生泄露，慢化劑將氣化并充滿真空管，由于慢化劑多采用氫，氘，甲烷等易燃工質，因此存在著一定的安全隱患。

發明內容

根據上述的技術現狀和傳統單相慢化劑自然循環回路的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種適應大功率反應堆冷中子源的單相慢化劑自然循環裝置。

為了實現以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種應用于反應堆冷中子源的單相慢化劑自然循環裝置，其特征在于，包括一個殼管式換熱器、一個帶夾層的下降管、一個帶夾層的冷包、一個帶夾層的上升管，所述換熱器的管側入口連通上升管內流道的出口和慢化劑儲罐連接管，換熱器的管側出口連通下降管的內流道的入口；換熱器的殼側入口連通冷源供氣管，換熱器的殼側出口連通下降管的外夾層的入口；下降管的內流道出口連通冷包的內流道的入口，下降管的外夾層出口連通冷包的外夾層入口；冷包的內流道出口連通上升管的內流道入口，冷包的外夾層出口連通上升管的外夾層，上升管的外夾層下部連通冷源回氣管；換熱器管側與下降管，冷包，上升管的內流道構成慢化劑循環回路，冷源供氣管、換熱器的殼側、下降管的外夾層、冷包的外夾層、上升管的外夾層和冷源回氣管構成制冷劑回路。

上述方案中，位于上升管內流道出口與換熱器管側入口連通處的上升管外夾層具有一封閉的盲端，使上升管外夾層與換熱器殼側不連通。

所述換熱器殼側的上端與慢化劑儲罐連接管固聯；上升管外夾層的盲端與換熱器殼側固聯。

在冷包上方罩有一個倒置漏斗形的鈹反射體，該反射體直接固定在上升管和下降管的底端。

本發明具有如下優點：

首先，慢化劑回路處處被制冷劑包裹，制冷劑流過各段慢化劑通道的外夾層，這樣一方面換熱不再僅僅局限于換熱器，而延伸到多個位置，極大的增加了換熱面積，尤其是在核發熱集中的冷包部分，外夾層的制冷劑可以及時將冷包內慢化劑產生的熱量以及所有金屬壁面產生的熱量迅速帶走，這樣將大幅度提升自然循環系統的換熱能力；另一方面制冷劑包裹在慢化劑外層，形成了一道保護層。一般冷中子源多采用氦制冷系統作為冷源，氦是惰性氣體，一旦慢化劑回路有損壞，慢化劑會泄露到外夾層，氦氣可以稀釋慢化劑濃度，能有效的防止爆炸的發生，提高循環系統的安全性。

其次，對于上升管段的制冷劑夾層，制冷劑的出口并沒有順著流動方向布置在上升管頂部，而設置在上升管的底部，這樣使得上升管段的外夾層成為一個制冷劑幾乎不流動的空間，這樣設計的目的是降低制冷劑對上升管的冷卻作用，使上升管和下降管內的慢化劑之間保持更大的溫差以提高循環的驅動力，從而增強換熱能力。而與此同時幾乎不流動的制冷劑可以繼續在外夾層發揮安全保護作用。