一种反应堆屏蔽组件

技术领域

本发明涉及核电厂系统设备和安全技术领域，尤其涉及一种反应堆屏蔽组件。

背景技术

为适应核能的多用途发展，先进紧凑型布置要求成为主流。当堆芯开始运行时，堆芯内燃料发生裂变反应，会产生大量的中子、伽马射线和β射线。为保障设备安全，需要在反应堆周围布置屏蔽层，减轻对反应堆压力容器周围设备、仪器仪表的辐照损伤。

在屏蔽设计中，还需要考虑射线作用导致屏蔽材料的产热，在传统反应堆设计中，一般是通过布置保温层等合理的布置方式保证屏蔽层的散热；在紧凑型布置的反应堆中，布置保温层等方式不能满足屏蔽层的散热需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述背景技术中提及的相关技术存在的至少一个缺陷：在紧凑型布置的反应堆中，布置保温层等方式不能满足屏蔽层的散热需要，提供一种反应堆屏蔽组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种反应堆屏蔽组件，可用于反应堆压力容器，所述反应堆屏蔽组件包括屏蔽件及至少一个热管；其中，所述屏蔽件设于所述压力容器4外围，所述热管2中设有相变换热介质和毛细结构，所述热管包括至少部分嵌入所述屏蔽件的嵌入段、设于所述屏蔽件外部的换热段；所述嵌入段中的所述相变换热介质吸收所述屏蔽件的热量汽化，流至所述换热段中换热冷凝，并通过所述毛细结构回流至所述嵌入段。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述屏蔽件设有至少一端与外部连通的安装槽，所述嵌入段至少部分进入所述安装槽并与所述屏蔽件固定连接。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述嵌入段嵌入所述屏蔽件的部分为平板状。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述嵌入段与所述屏蔽件焊接或铆接固定。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，还包括冷源，所述换热段至少部分设于所述冷源中；所述换热段包括过渡段和冷凝段，所述过渡段连接所述嵌入段和所述冷凝段，所述冷凝段设于所述冷源中。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述冷凝段外围设置有若干换热翅片。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述冷源包括设置在所述压力容器下侧的抑压池、以及在所述抑压池中注入的冷却水；所述冷凝段设置在所述冷却水中。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述冷源包括气体，所述冷凝段暴露在所述气体中。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述屏蔽件为屏蔽中子、伽马射线的屏蔽件。

优选地，在本发明所述的反应堆屏蔽组件中，所述屏蔽件由单种屏蔽材料组成或由多种屏蔽材料组成。

通过实施本发明，具有以下有益效果：

本发明的反应堆屏蔽组件在满足射线的屏蔽设计需求的情况下，通过将热管部分嵌入屏蔽件，大大提高了屏蔽件的散热效率，长期稳定地维持屏蔽件的屏蔽功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明反应堆屏蔽组件结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的反应堆屏蔽组件示意图；

图3是本发明的另一个实施例的反应堆屏蔽组件示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是化学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图3，本发明的一个实施例公开了一种反应堆屏蔽组件，可用于反应堆压力容器4，所述反应堆屏蔽组件包括：设于压力容器外围的屏蔽件1和设于屏蔽件1外侧的至少一个热管2；

热管2包括至少部分嵌入屏蔽件1的嵌入段21、设于屏蔽件1外部的换热段以及设置在热管2中的相变换热介质和毛细结构；嵌入段21中的相变换热介质吸收屏蔽件1的热量汽化，流至换热段中换热冷凝，并通过毛细结构回流至嵌入段21。优选地，本发明的相变换热介质可以是吸收液。

本发明反应堆屏蔽组件的热管2的换热原理是，当屏蔽层产生的热源在嵌入段21对其供热时，相变换热介质吸热后汽化变为蒸汽，蒸汽在压差的作用下沿热管2腔体内高速流向换热段，蒸汽在换热段向外部放出潜热后冷凝成液体；相变换热介质在蒸发段蒸发时，其气液交界面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压力，液态相变换热介质在管芯毛细压力和重力等的回流动力作用下又返回嵌入段21，继续吸热蒸发，如此循环往复，通过相变换热介质的蒸发和冷凝便把热量不断地从热端嵌入段21传递到冷端换热段。热管2利用相变换热介质的相变转换来传递热量，因此具有很大的传热能力和传热效率。

本发明反应堆屏蔽组件热管2采用非能动的工作原理，利用自然循环实现换热，提高了核电厂相关设备的可靠性和固有安全性。且现阶段热管2技术趋于完善并有广泛应用，热管2的制造工艺可满足多种设计要求。利用热管2进行换热可极大提高换热效率，增强经济性。热管2的形状、尺寸、换热面积和布置位置均可根据需要及换热要求灵活调整。热管2的设计可极好的匹配屏蔽件1的布置方式和面积要求，有利于紧凑布置。本发明在满足射线的屏蔽设计需求的情况下，通过将热管2部分嵌入屏蔽件1，大大提高了屏蔽件1的散热效率，长期稳定地维持屏蔽件1的屏蔽功能。

具体地：

屏蔽件1的材料根据屏蔽需求进行选取。根据功率运行和停堆情况下反应堆压力容器(4)的辐照源强、射线类型，以及不同屏蔽材料的屏蔽性能，结合设定的屏蔽设计目标，如屏蔽后的伽马剂量率目标等，开展屏蔽设计，包括确定屏蔽材料的类型、厚度、安装位置等。首先根据屏蔽件1的屏蔽对象选取合适的屏蔽材料类型，当堆芯开始运行时，堆芯内燃料发生裂变反应，会产生大量的中子、伽马射线和β射线。其中，中子和伽马射线可能穿透压力容器壁面。为保障设备安全，本发明在压力容器外围布置屏蔽件1，屏蔽件1为屏蔽中子、伽马射线的屏蔽件1，可以屏蔽穿透压力容器壁面的中子和伽马射线，从而减轻辐照对反应堆压力容器(4)周围设备、仪器仪表的辐照损伤。其次，确定屏蔽件1的主体结构，只要满足可以屏蔽中子和伽马射线，屏蔽件1可以由单种屏蔽材料组成或由多种屏蔽材料组成。最后，确定屏蔽件1的安装位置，根据屏蔽需求，可以将反应堆屏蔽组件布置在如压力容器顶盖上方、压力容器法兰面外围等，优选地，可以通过支撑支架将反应堆屏蔽组件固定在设计的安装位置上。

根据功率运行和停堆情况下反应堆压力容器4的辐照源、射线类型，开展屏蔽件1的发热量计算，根据发热量和热管2的散热量，以及屏蔽件1的温度限制，确定热管2段的安装位置和热管2的数量。

如图2和图3所示，由于屏蔽件1布置在离压力容器较近的地方，为保证屏蔽件1效果，需及时有效带出屏蔽件1内的热量。屏蔽件1设有至少一端与外部连通的安装槽，嵌入段21至少部分进入安装槽并与屏蔽件1固定连接。优选地，安装槽在屏蔽件1内部，在屏蔽件1的侧壁开口，以便于嵌入段21进入。

进一步地，如图1所示，为满足控制屏蔽件1温度的需求，尽可能使屏蔽件1的温度为均匀分布，嵌入段21嵌入屏蔽件1的部分为平板状以增大与屏蔽件1的接触面积。相应地，安装槽也为平板状。嵌入段21安装在屏蔽件1外侧并嵌入在屏蔽件1中，靠近反应堆压力容器4侧为内侧，以减小蒸发段与屏蔽件1之间的接触热阻，保证热管2和屏蔽件1之间的热阻满足设计要求。

为防止嵌入段21松动和脱离屏蔽件1，在嵌入段21插入安装槽后，嵌入段21与屏蔽件1焊接或铆接固定。优选地，嵌入段21与屏蔽件1外部的接壤处与屏蔽件1的外表面进行焊接或铆接固定。

如图1所示，为了增强散热效果，反应堆屏蔽组件还包括冷源3，换热段至少部分设于冷源3中；换热段包括过渡段22和冷凝段23，过渡段22连接嵌入段21和冷凝段23，冷凝段23设于冷源3中。通过设计合理的过渡段22的长度和结构形式，将冷凝段23布置在冷源3中能够满足散热需求的合适位置。优选地，过渡段22可以是绝热材质。根据屏蔽件1的散热需求，以及冷凝段23外的散热条件，冷凝段23外管壳可以设计为光管或翅片类型，优选地，冷凝段23外围设置有若干换热翅片。

为了提高换热效率，热管2组件包括若干并列设置的热管2。嵌入段21和屏蔽件1通过紧密贴合的方式，保证热管2和屏蔽件1之间的热阻满足设计要求，必要时可以在嵌入段21和屏蔽件1的连接处涂抹导热剂，以减小蒸发段与屏蔽件1之间的接触热阻。

如图3所示，紧凑型布置堆芯底部一般设置有抑压池31，用于稳定一回路压力以及事故下水位注入。可就地取材，冷源3包括设置在压力容器下侧的抑压池31、以及在抑压池31中注入的冷却水32；冷凝段23设置在冷却水32中。优选地，保证冷凝段23在抑压池31水位之下。

在其他一些实施例中，如图2所示，冷源3还包括气体，冷凝段23暴露在气体中。优选地，冷凝段23安装在安全壳大空间内。为保证冷凝段23在抑压池31水位之下或安装在安全壳大空间，过渡段22作为嵌入段21与冷凝段23的连接，需合理布置过渡段22的位置，且过渡段22需要穿过堆坑的混凝土结构，优选地，过渡段22为绝热材质。

本发明反应堆屏蔽组件的换热过程：在中子和伽马射线作用下，屏蔽件1温度逐渐升高。此时，屏蔽件1的辐照产热通过嵌入段21管壳将热量传递给热管2内的相变换热介质，相变换热介质吸热后蒸发，在自然循环驱动力的作用下，在热管2腔体内从嵌入段21流向冷管段，通过冷管段管壳将热量传递给热管2外空气，相变换热介质释热冷凝后在毛细力的作用下回流到嵌入段21，形成热管2内的闭式循环。通过热管2内的蒸发-冷凝过程，将热管2-屏蔽件1的辐照产热有效导出，进而控制屏蔽件1的温度。当屏蔽件1的释热量减少时，屏蔽材料温度逐渐下降，当温度低于某一阈值时，热管2内相变换热介质不再蒸发，热管2内自然循环中断，不再继续对屏蔽材料进行冷却，直至屏蔽材料的温度进一步升高。

通过实施本发明，具有以下有益效果：

本发明的反应堆屏蔽组件在满足射线的屏蔽设计需求的情况下，通过将热管部分嵌入屏蔽件，大大提高了屏蔽件的散热效率，长期稳定地维持屏蔽件的屏蔽功能。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述实施例或技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，即“在一些实施例”所描述的实施例可与上下任一实施例进行自由组合；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。