[發(fā)明專利]一種基于溫升熱膨脹系數(shù)突變的熱敏材料的非能動(dòng)停堆裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310032285.2
• 申請(qǐng)日: 2013-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103077753A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸道綱;馬文慧;衣聰慧;李雨瀟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G21C7/02
• 分類號(hào): G21C7/02;G21C9/02
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆非能動(dòng)停堆的安全設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于溫升熱膨脹系數(shù)突變的熱敏材料的非能動(dòng)停堆裝置。

背景技術(shù)

核反應(yīng)堆常規(guī)的停堆系統(tǒng)，其原理為設(shè)備操作人員在反應(yīng)堆出現(xiàn)異?；蛘呤鹿拾l(fā)生的情況下通過(guò)調(diào)控設(shè)備達(dá)到安全停堆的目的。但這些方式都需要人員判斷或者外部提供能源動(dòng)力，并不能做到安全及時(shí)的停堆，還有可能會(huì)失去作用。

目前國(guó)際上進(jìn)行研究的非能動(dòng)停堆裝置有以下幾種：（1）磁性材料居里點(diǎn)溫度控制的非能動(dòng)停堆裝置，主要的工作原理為：控制棒與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間用磁性物質(zhì)連接，利用磁性材料具有居里點(diǎn)溫度的特點(diǎn)，即當(dāng)溫度升到一定程度時(shí)，磁物質(zhì)的磁性下降，使控制棒脫離而下落，這種設(shè)計(jì)最典型的代表是日本在其商用快堆設(shè)計(jì)中采用的自停堆系統(tǒng)；（2）氣體膨脹驅(qū)動(dòng)裝置：在快堆堆芯布置充有氣體的套管，在正常工況時(shí)，套管的鈉液面高度超過(guò)堆芯高度，起到將中子反射回堆芯的作用，當(dāng)發(fā)生一回路失流事故時(shí)，鈉液面下降使堆芯中子泄漏增加，從而引入負(fù)反應(yīng)性，這種停堆系統(tǒng)是針對(duì)非保護(hù)失流事故，適用于小型堆芯，對(duì)于大型堆芯，不能提供足夠的負(fù)反應(yīng)性，需與其他非能動(dòng)停堆裝置聯(lián)合使用（例如，在堆芯中同時(shí)設(shè)置磁性材料居里點(diǎn)溫度控制的非能動(dòng)停堆裝置SASS和氣體膨脹驅(qū)動(dòng)裝置GEM），日本和美國(guó)對(duì)這種裝置進(jìn)行了較多的研究；（3）液體懸浮的非能動(dòng)停堆裝置，正常運(yùn)行工況下，利用冷卻劑浮力使控制棒位于堆芯上部，事故工況下，冷卻劑流量下降到設(shè)計(jì)限值時(shí)，控制棒重量超過(guò)冷卻劑浮力，控制棒下落，這種停堆裝置針對(duì)的也是非保護(hù)失流事故。這種停堆裝置的代表是俄羅斯的液體懸浮非能動(dòng)停堆裝置PPS和HRS；（4）控制棒熱膨脹強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用熱膨脹強(qiáng)化設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵材料采用具有特殊熱效應(yīng)的材料（例如，熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于一般材料，或具有溫度記憶性能等），當(dāng)反應(yīng)堆溫度升高時(shí)，熱效應(yīng)材料性能發(fā)生變化，控制棒則可以一定程度的下插；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定限值時(shí)，熱效應(yīng)材料的性能變化也達(dá)到設(shè)定限值，啟動(dòng)控制棒釋放裝置，控制棒依靠重力插入堆芯，俄羅斯的多種溫度效應(yīng)驅(qū)動(dòng)非能動(dòng)停堆組件—，日本的強(qiáng)化熱膨脹驅(qū)動(dòng)裝置，德國(guó)為歐洲快堆設(shè)計(jì)的，均屬于這一類。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于溫升熱膨脹系數(shù)突變的熱敏材料的非能動(dòng)停堆裝置，用于核反應(yīng)堆的非能動(dòng)停堆。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

驅(qū)動(dòng)體的下部通過(guò)兩個(gè)合頁(yè)分別與兩個(gè)活動(dòng)吊板連接；預(yù)緊彈簧的兩端分別與兩個(gè)活動(dòng)吊板連接；水平扣板的一端與一側(cè)的活動(dòng)吊板鉸接，在另一側(cè)的活動(dòng)吊板上設(shè)置與水平扣板匹配的卡扣；正常工況下，水平扣板與卡扣扣緊，預(yù)緊彈簧處于壓縮狀態(tài)，兩個(gè)活動(dòng)吊板的底端將控制棒夾緊；所述水平扣板的下方設(shè)置一個(gè)搭板，并在搭板上放置熱敏材料；在事故工況的溫度下，熱敏材料發(fā)生形變，其上端將水平扣板頂開(kāi)，兩個(gè)活動(dòng)吊板在預(yù)緊彈簧的作用力下打開(kāi)，釋放控制棒。

所述熱敏材料是聚合材料，具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度T_g，當(dāng)材料自身溫度大于T_g，該材料的熱膨脹系數(shù)發(fā)生突變?cè)龃?，引起材料的體積發(fā)生突變；其中，T_g的取值范圍為580-630℃。

本裝置中所利用的熱敏材料在冷卻劑溫度超過(guò)其玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，該材料自身的熱膨脹系數(shù)急劇升高，體積隨著溫度的升高迅速膨脹，將水平扣板頂起，預(yù)緊彈簧釋放其存儲(chǔ)的彈性勢(shì)能，導(dǎo)致鋼板向外張開(kāi)，最終控制棒由于自身重力作用而下落，實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)停堆的目的。

本發(fā)明的有益效果為：實(shí)現(xiàn)了核電站出現(xiàn)異?；虬l(fā)生事故時(shí)的安全、及時(shí)的非能動(dòng)停堆，降低了可能造成核反應(yīng)堆未能及時(shí)停堆，從而導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果的危險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為反應(yīng)堆非能動(dòng)停堆的控制棒驅(qū)動(dòng)裝置中彈簧壓縮時(shí)示意圖

圖2為反應(yīng)堆非能動(dòng)停堆的控制棒驅(qū)動(dòng)裝置中彈簧撐開(kāi)時(shí)示意圖

圖中標(biāo)注：

1-驅(qū)動(dòng)體；2-合頁(yè)；3-預(yù)緊彈簧；4-水平扣板；5-熱敏材料；6-活動(dòng)吊板；7-控制棒

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種基于溫升熱膨脹系數(shù)突變的熱敏材料的非能動(dòng)停堆裝置，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。