[發明專利]一種適用于超臨界水冷堆的水棒

有效

• 申請號: 201210336919.9
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102855946A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 周濤;程萬旭;劉亮;陳娟
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G21C5/16
• 分類號: G21C5/16;G21C15/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于核反應堆設計技術領域，特別涉及一種適用于超臨界水冷堆的水棒結構。具體說，是采用雙層水棒結構改變工質流動方式，選取熱導率較小的水棒外壁材料和熱導率較大的水棒內壁材料，使慢化劑軸向溫升降低，從而起到更好的慢化效果，獲得更加均勻的軸向功率分布。

背景技術

超臨界水冷堆是國際核能界公認的第四代核能堆型之一。超臨界水冷堆工作在超過工質熱工臨界點的溫度和壓力下，超臨界水冷堆堆芯結構以及工質流動方式有其自己的特點。為了使堆芯軸向功率分布更加均勻，在堆芯中設置了水棒結構。水棒中工質的流動與換熱特點，對堆芯熱工水力以及反應性系數產生了重要影響。目前大多數采用水棒結構的組件多采用單層水棒，雖然這種設計中使用了較小熱導率的材料作為水棒壁材料，但是由于材料工藝以及成本問題，水棒中慢化劑仍然會有較大程度的溫升。上世紀90年代，日本研究人員曾提出過采用單一材料的雙層圓管水棒的設計，但是沒有應用在多種形式的超臨界組件設計中。多年來，材料的導熱性較高與結構形式成為制約水棒功能的瓶頸問題。只有通過適當的設計水棒結構，并選取合適熱導率的水棒材料，才可以降低慢化劑溫升，才能減少燃料通道向慢化劑通道導出的熱量。由此獲得更加均勻的慢化劑溫度分布和功率分布，從而可提高燃料通道冷卻劑出口溫度，提高熱效率。

發明內容

本發明提供了一種具有較低熱導率的適用于超臨界水冷堆的水棒結構。在超臨界水冷堆設計中，降低超臨界水冷堆中慢化劑軸向溫升，從而獲得更加均勻的軸向功率分布。

本發明采用的技術方案如下：

一種適用于超臨界水冷堆的水棒，該水棒由水棒外壁和水棒內壁組成，其中，水棒外壁由兩種材料構成，分為三層，其內外兩層均采用不銹鋼材料，中間層采用嵌入鍺納米晶體的絕熱硅材料；水棒內壁由一種材料構成，只有一層。

水棒外壁和水棒內壁圍成了方環形水棒外管，水棒內壁圍成了方形水棒內管。

水棒外壁中間層由嵌入鍺納米晶體的絕熱硅材料構成，其導熱系數可降至低于1W/（m·K）。由于良好的絕熱性能，可減少燃料通道與慢化劑之間的熱量傳遞，降低慢化劑溫升，同時也可降低材料厚度，進而降低對中子的吸收強度。

水棒內壁，是由鋯合金材料構成。鋯合金在溫度低于380℃時，具有較好的抗腐蝕特性和較好的機械性能。由于良好的導熱性能，使得水棒外管中慢化劑與水棒內管中慢化劑之間換熱增強，從而使得慢化劑軸向溫度分布更為均勻。

水棒外壁內外兩層壁厚均優選0.1mm至0.3mm，中間層壁厚優選0.5mm至1.5mm，水棒內壁的壁厚優選?1mm至2mm。

水棒外管與水棒內管內慢化劑反向流動。由水棒外壁和水棒內壁圍成的水棒外管內，慢化劑向下流動。

本發明的有益效果為：

在超臨界水冷堆水棒設計中，通過改進水棒的結構設計，采用熱導率較小的水棒外壁材料和熱導率較大的水棒內壁材料，從而使慢化劑軸向溫升降低，慢化劑慢化效果增強，提高堆芯軸向功率分布的均勻性。

由水棒內壁圍成的水棒內管內，慢化劑向上流動。由水棒外壁和水棒內壁圍成的水棒外管內，慢化劑向下流動。在超臨界水冷堆中采用此種水棒結構，可以降低慢化劑的溫升，防止慢化劑在超臨界壓力下達到擬臨界溫度，可以增強慢化效果，改善組件的軸向功率分布不均勻因子。該水棒具有結構簡單，對原超臨界水堆組件設計改進較小的特點，可以提高反應堆的安全性。

附圖說明

圖1是采用本發明水棒組件的堆芯工質流動方式圖；

圖2是本發明的水棒結構的水平剖面圖。

圖中標號：

1、上腔室；2、吊籃與壓力容器間通道；3、堆芯入口；4、燃料棒；5、水棒外管；6、水棒內管；7、燃料通道；8、下聯箱；9、下腔室；10、堆芯出口；11、水棒外壁不銹鋼層；12、水棒外壁絕熱層；13、水棒內壁；14、水棒外壁。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。

本發明的目的是針對目前超臨界水冷堆組件設計中水棒中慢化劑溫升較大，使組件軸向中子慢化不均勻，提出的一種新型雙層水棒結構。水棒的水棒外壁14采用導熱率較小的材料，而水棒內壁13采用熱導率較大材料，?從而降低慢化劑軸向溫升。下面結合附圖予以說明。