一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构及卧式气冷堆

技术领域

本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构以及包括该前隔热屏蔽层结构的卧式气冷堆。

背景技术

棱柱型高温气冷堆属于第四代核反应堆的一种，其堆芯部分主要由石墨砖和隔热炭砖构成，堆芯布置整齐规则，呈棱柱状，堆芯从内到外包括燃料区、上下反射层及侧反射层、上下炭砖层及侧炭砖层。反应堆采用氦气作为冷却剂，冷却剂从上到下依次流过上炭砖层、上反射层、堆芯、下反射层、热气室，冷却剂在向下流动的过程中逐渐被加热，堆芯得到冷却，被加热后的冷却剂通过热气室流出反应堆。

目前已经建成的棱柱型高温气冷堆均为立式结构，冷却剂进入堆芯之前在隔热炭砖层进行分流，再经过石墨反射层后流入堆芯。立式棱柱反应堆的隔热炭砖靠重力作用，自然产生竖直向下的压紧力，不需要与专设压紧结构进行连接。对于卧式棱柱型高温气冷堆隔热炭砖，目前尚未有相关报道。

在现有技术中，棱柱堆隔热炭砖结构，一端是多个尺寸较小的冷却剂通道，中间是一个尺寸较大的腔体，另一端也是多个尺寸较小的冷却剂通道。这种结构使得冷却剂在隔热炭砖结构内流动过程中，经过突然扩大和突然缩小的过程，导致流动阻力较大。不稳定的流动状态会增加流体流动的损耗，使得刚刚进入反射层和堆芯的冷却剂流动不均匀。

同时，现有的隔热炭砖结构，存在二十个直径十几毫米的冷却剂通道，但隔热炭砖材料硬度大，加工过程耗时较长，并且刀具损耗严重，而且，现有的隔热炭砖结构没有建立堆芯在轴向金属压紧机构有效的连接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的上述不足，提供一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构以及包括该前隔热屏蔽层结构的卧式气冷堆，所述卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构能够减小冷却剂进入堆芯前的流动阻力。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构，包括金属砖、炭砖、锁紧机构，所述金属砖的一端面与所述炭砖的一端面贴合，并且所述金属砖的中心设有第一通孔，所述炭砖的中心设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通以形成冷却剂通道，并且所述第一通孔与所述第二通孔连接处的直径相同，所述锁紧机构用于连接并锁紧所述金属砖与所述炭砖。

优选的，所述锁紧机构包括锁紧螺柱、锁紧螺母、碟簧垫片，所述金属砖上还设有凹槽，所述炭砖上还设有第三通孔，所述凹槽的开口设置在远离所述炭砖的一端，所述凹槽与所述第三通孔的位置相对应，所述锁紧螺柱穿设于所述第三通孔内，且其头端穿过所述金属砖的底部进入所述凹槽内，所述锁紧螺母卡设于所述凹槽内并螺纹连接在所述锁紧螺柱的头端，所述碟簧垫片套设在所述锁紧螺柱上，其处于所述凹槽内，并且压缩设置于凹槽的底部与所述锁紧螺母之间。

优选的，所述凹槽设有多个，多个凹槽分别在以所述第一通孔为中心的圆周上，所述第三通孔与所述锁紧机构也设有相应的多个。

优选的所述第三通孔的纵截面形状为T形，其远离所述金属砖的一端为其头端，相应的，所述锁紧螺柱的尾端处于所述第三通孔的头端中。

优选的，与锁紧螺母接触的碟簧垫片上设置有第一倒齿，所述锁紧螺母上相应设置有第二倒齿。

优选的，与凹槽接触的碟簧垫片上设置有第三倒齿，所述凹槽上相应设置有第四倒齿。

优选的，所述第一通孔的远离炭砖的一端上设有凸台。

优选的，所述金属砖采用不锈钢制成。

优选的，所述金属砖与所述炭砖均为棱柱型。

本发明还提供一种卧式气冷堆，包括堆芯、反射层，还包括上述的前隔热屏蔽层结构，所述堆芯设置在所述反射层的内部，所述反射层设置在所述前隔热屏蔽层结构后侧，冷却剂通过第一通孔与第二通孔流入所述反射层以及堆芯。

本发明中的卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构上的金属砖的第一通孔与炭砖上的第二通孔相互对齐，形成冷却剂通道，并且第一通孔与第二通孔在连接处的直径相同，以使得冷却剂能够在冷却剂通道内均匀流动，降低流动受到的阻力。

附图说明

图1是本发明实施例1中的卧式气冷堆隔热屏蔽层装置的剖面图；

图2是本发明实施例1中的卧式气冷堆隔热屏蔽层装置的立体结构示意图；

图3是本发明实施例1中的卧式气冷堆隔热屏蔽层装置的正视图。

图中：1-锁紧螺母，2-碟簧垫片，3-金属砖，4-锁紧螺柱，5-炭砖，6-第一通孔，7-第二通孔，8-第三通孔，9-凹槽，10-凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、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。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

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“连接”、“设置”、“安装”“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构，包括金属砖、炭砖、锁紧机构，所述金属砖的一端面与所述炭砖的一端面贴合，并且所述金属砖的中心设有第一通孔，所述炭砖的中心设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连通以形成冷却剂通道，并且所述第一通孔与所述第二通孔的直径相同，所述锁紧机构用于连接并锁紧所述金属砖与所述炭砖。

本发明还提供一种卧式气冷堆，包括堆芯、反射层，还包括上述的前隔热屏蔽层结构，所述堆芯设置在所述反射层的内部，所述反射层设置在所述前隔热屏蔽层结构内部，冷却剂通过第一通孔与第二通孔流入所述反射层以及堆芯。

实施例1

如图1所示，本实施例公开一种卧式气冷堆的前隔热屏蔽层结构，包括金属砖3、炭砖5、锁紧机构，在本实施例中，金属砖3与炭砖5均为棱柱型结构，具体来说，其二者的截面均为正六边形，并且二者的尺寸大小相同。

金属砖3的一端面与炭砖5的一端面贴合，并且金属砖3的中心设有第一通孔6，炭砖5的中心设有第二通孔7，第一通孔6与第二通孔7连通以形成冷却剂通道，并且第一通孔6与第二通孔7的连接处的直径相同，锁紧机构用于连接并锁紧金属砖3与炭砖5。

具体的，金属砖3采用不锈钢制成，具体型号采用316H。

如图1所示，具体的，第一通孔6沿其轴向分为相互连通的三段，即位于中间的圆柱状孔(第二段)以及位于两端的两个喇叭型孔，第一段和第三段的两个喇叭型孔的小直径端与直孔的直径相同，第二通孔7为圆柱状孔，第三段的喇叭型孔的大直径端与第二通孔7的直径相同，并且第三段的喇叭型孔的大直径端与第二通孔7的一端相接并连通。第一通孔6这样的结构设计可以使得冷却剂在进入第一通孔6时具有汇集作用，并且在流出第一通孔6时具有扩散作用，从而使得冷却剂能够在第二通道分配均匀。第一通孔6的各段直径不一样，这样设置是为了方便抓具(装换燃料期间使用的工具)伸入第一通孔6内进行抓取。

在本实施例中，锁紧机构包括锁紧螺柱4、锁紧螺母1、碟簧垫片2，金属砖3上还设有凹槽9，炭砖5上还设有第三通孔8，凹槽9的开口设置在远离炭砖5的一端，凹槽9与第三通孔8连通的位置相对应，锁紧螺柱4穿设于第三通孔8内，且其头端穿过金属砖3的底部(靠近炭砖5的一侧)进入凹槽9内，锁紧螺母1的外径与凹槽9的直径相同，锁紧螺母1卡设于凹槽9内并螺纹连接在锁紧螺柱4的头端，碟簧垫片2套设在锁紧螺柱4上，其处于凹槽9内，并且压缩设置于凹槽9的底部与锁紧螺母1之间，以用于提高金属砖3与炭砖5之间的连接强度。

由于金属和碳材料的膨胀系数差较大，在高温状态下，锁紧螺栓受热伸长，则金属砖3与炭砖5之间的连接产生松动，连接的界面可能出现缝隙，从而导致冷却剂泄漏，通过金属砖3与炭砖5的冷却剂流量减少。但是碟簧垫片2在金属砖3与炭砖5连接初期处于压缩状态，当高温导致锁紧螺栓伸长时，压缩的碟簧垫片2释放弹性势能，吸收锁紧螺栓的伸长变形量，剩余的弹性势能依旧能够维持金属砖3与炭砖5之间的紧密连接。

在本实施例中，凹槽9设有多个，如图2、3所示，具体的，凹槽9设有三个，三个凹槽9分别在以第一通孔6为中心的圆周上，相邻的两个凹槽9之间呈120°的圆心角，第三通孔8与锁紧机构也设有相应的三个。

如图1所示，第三通孔8的纵截面形状为T形，其远离金属砖3的一端为其头端，相应的，锁紧螺柱4的纵截面形状也为T形，锁紧螺柱4的尾端处于第三通孔8的头端中，具体来说，锁紧螺柱4的尾端搭接或者卡设在第三通孔8的头端上。

可选的，与锁紧螺母1接触的碟簧垫片2上设置有第一倒齿，锁紧螺母1上相应设置有第二倒齿，即第一倒齿与第二倒齿分别设置在碟簧垫片2与锁紧螺母1的接触面上，用于防止碟簧垫片2与锁紧螺母1发生松动。

可选的，与凹槽9接触的碟簧垫片2上设置有第三倒齿，凹槽9上相应设置有第四倒齿，及碟簧垫片2的外周上设有第三倒齿，凹槽9的内壁上设有第四倒齿，第三倒齿与第四倒齿相配合，用于防止碟簧垫片2在凹槽9内发生转动。

在本实施例中，第一通孔6的远离炭砖5的一端上设有凸台10，用于与反应堆内的其他部件定位连接以及在换料期间作为换料机构抓取炭砖5的定位接口。

与现有技术中的在炭砖5上开设若干个小孔的形式相比，本实施例中的前隔热屏蔽层结构的金属砖3的第一通孔6与炭砖5上的第二通孔7相互对齐，形成冷却剂通道，并且第一通孔6与第二通孔7的直径相同，以使得冷却剂在冷却剂通道内均匀流动，从而降低流动受到的阻力。并且与现有的炭砖5结构相比，本结构中的炭砖5仅进行了极少数量的孔的加工，对于高硬度的炭砖5来说，可以大大提高加工效率，并且降低刀具的损耗，节约成本。其中，锁紧机构能够保证在高温的状态下，金属砖3与炭砖5的紧密连接。

实施例2

本实施例公开一种卧式气冷堆，包括堆芯、反射层，以及实施例1的前隔热屏蔽层结构，堆芯设置在反射层的内部，反射层设置在前隔热屏蔽层结构内部，冷却剂通过第一通孔6与第二通孔7流入反射层以及堆芯。

本实施例中的卧式气冷堆中的冷却剂通过前隔热屏蔽层结构，均匀地流动到堆芯内部，并且其流动阻力小，能够高效地对堆芯内部进行降温。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。