用于反应堆冷中子源的单相慢化剂自然循环装置制造方法及图纸

一种应用于反应堆冷中子源的单相慢化剂自然循环装置，包括一个壳管式换热器，该换热器的管侧入口连通上升管内流道的出口和慢化剂储罐连接管，换热器的管侧出口连通下降管的内流道的入口；换热器的壳侧入口连通冷源供气管，换热器的壳侧出口连通下降管的外夹层的入口；下降管的内流道出口连通冷包的内流道的入口，下降管的外夹层出口连通冷包的外夹层入口；冷包的内流道出口连通上升管的内流道入口，冷包的外夹层出口连通上升管的外夹层，上升管的外夹层下部连通冷源回气管；换热器管侧与下降管，冷包，上升管的内流道构成慢化剂循环回路，冷源供气管、换热器的壳侧、下降管的外夹层、冷包的外夹层、上升管的外夹层和冷源回气管构成制冷剂回路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种应用于反应堆冷中子源的単相慢化剂自然循环装置，特別涉及应用于大功率反应堆冷中子源的単相慢化剂自然循环装置。
技术介绍
冷中子是指能量小于Be的晶格切断能5meV的ー类中子，由于其波长与物质的分子尺度相近，因此被广泛应用于识别各种物质结构的中子散射实验中。冷中子源是获取冷中子的装置，它的工作原理是令反应堆产生的热中子穿过慢化剂，从而改变中子能谱，有效増加冷中子的份额。目前国外许多研究堆上都建造有冷中子源装置，我国自行建造的功率为60MW的中国先进研究堆(CARR堆)也计划建造大型冷中子源及冷中子应用的多个中子散射孔道，用于多学科领域微观结构的识别和检测。冷中子源的核心系统是慢化剂回路，其中对于单相慢化剂，慢化剂自然循环回路一般由换热器，冷包和两根传输管组成。它们的作用是将冷包中由于中子慢化产生的热量通过单相自然循环转移到顶部的换热器中，再通过外加的制冷系统将换热器中的热量带到常温。単相慢化剂自然循环系统的优点是不需要任何外加驱动力，仅通过温差产生的热虹吸效应驱动，运行稳定可靠，这对于安全可靠性要求极高的反应堆系统具有重要意义。但是单相慢化剂循环系统的缺点是热虹吸效应产生的驱动カ小，循环速度低，因此换热能力较小。在以往的实践中，单相慢化剂循环回路多用于小功率反应堆的冷中子源。对于像CARR 堆这样的大型反应堆，单相慢化剂循环回路的设计还是ー个有待解决的技术难题。另ー方面，传统的単相慢化剂自然循环回路直接暴露在反应堆孔道的真空防爆管内。一旦慢化剂回路发生泄露，慢化剂将气化并充满真空管，由于慢化剂多采用氢，氘，甲烷等易燃エ质，因此存在着一定的安全隐患。
技术实现思路
根据上述的技术现状和传统单相慢化剂自然循环回路的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种适应大功率反应堆冷中子源的単相慢化剂自然循环装置。为了实现以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的—种应用于反应堆冷中子源的単相慢化剂自然循环装置，其特征在干，包括ー个壳管式换热器、ー个带夹层的下降管、一个带夹层的冷包、一个带夹层的上升管，所述换热器的管侧入口连通上升管内流道的出口和慢化剂储罐连接管，换热器的管侧出口连通下降管的内流道的入口 ；换热器的壳侧入口连通冷源供气管，换热器的壳侧出口连通下降管的外夹层的入口 ；下降管的内流道出口连通冷包的内流道的入口，下降管的外夹层出口连通冷包的外夹层入口 ；冷包的内流道出口连通上升管的内流道入口，冷包的外夹层出口连通上升管的外夹层，上升管的外夹层下部连通冷源回气管；换热器管侧与下降管，冷包，上升管的内流道构成慢化剂循环回路，冷源供气管、换热器的壳侧、下降管的外夹层、冷包的外夹层、上升管的外夹层和冷源回气管构成制冷剂回路。上述方案中，位于上升管内流道出口与换热器管侧入口连通处的上升管外夹层具有一封闭的盲端，使上升管外夹层与换热器壳侧不连通。所述换热器壳侧的上端与慢化剂储罐连接管固联；上升管外夹层的盲端与换热器壳侧固联。在冷包上方罩有ー个倒置漏斗形的铍反射体，该反射体直接固定在上升管和下降管的底端。本专利技术具有如下优点首先，慢化剂回路处处被制冷剂包裏，制冷剂流过各段慢化剂通道的外夹层，这样一方面换热不再仅仅局限于换热器，而延伸到多个位置，极大的増加了换热面积，尤其是在核发热集中的冷包部分，外夹层的制冷剂可以及时将冷包内慢化剂产生的热量以及所有金属壁面产生的热量迅速带走，这样将大幅度提升自然循环系统的换热能力；另一方面制冷剂包裹在慢化剂外层，形成了一道保护层。一般冷中子源多采用氦制冷系统作为冷源，氦是惰性气体，一旦慢化剂回路有损坏，慢化剂会泄露到外夹层，氦气可以稀释慢化剂浓度，能有效的防止爆炸的发生，提高循环系统的安全性。其次，对于上升管段的制冷剂夹层，制冷剂的出口并没有顺着流动方向布置在上升管顶部，而设置在上升管的底部，这样使得上升管段的外夹层成为ー个制冷剂几乎不流动的空间，这样设计的目的是降低制冷剂对上升管的冷却作用，使上升管和下降管内的慢化剂之间保持更大的温差以提高循环的驱动力，从而增强换热能力。而与此同时几乎不流动的制冷剂可以继续在外夹层发挥安全保护作用。进ー步地，本专利技术中内外通道的金属壳体和管道仅在换热器顶部区域的两个位置固连，而换热器管侧的下端、下降管的内管和冷包的内壳体，上升管内管的下端都是自由端，它们与在其外侧包裹的壳体和管道之间没有固定连接，因此内侧的壳体和管道允许在一定的范围内自由伸縮不受约束。这样设计的原因是冷中子源在运行中要反复经历停源和开源两种不同模式的切換，不同模式的工作温度相差几百度，因此由温度引起的热应カ问题非常突出。传统的换热器和双层同轴管道的内外壳体多是通过两端焊接将内外层结构固定，一旦有较大范围的温度变化，在局部可能引起较大的拉压应力，反复发生则很容易引起材料的疲劳断裂，这将对冷源的运行安全性产生很大影响。如果不能妥善的解决，将产生严重的后果。本专利技术的内外回路各自形成一个单独的连接体，内外壳体间只在顶部固定连接。 内管路可以相对外管路在一定的范围内自由伸縮，这将大大降低传统的固定连接带来的应力，有效提高了结构的安全性。为了避免可能产生内管在外管中震荡和摆动的问题，可以通过在内管外壁上増加部分定位翅片来实现径向的约束，由于径向尺寸与轴向相比要小得多，因此其尺寸变化较小，产生的应カ也较小。最后，本专利技术在冷包上方靠近冷包上封头的位置设置有倒置漏斗形的铍反射体， 反射体的尺寸可以完整的覆盖冷包的轴向投影。该铍反射体的作用是阻止慢化包内的中子沿着真空孔道向上逃逸。由于中子在慢化过程中与慢化剂碰撞后发生散射，散射的方向是杂乱无章的，由于整个冷中子源被放置在反应堆内的ー个垂直孔道里，孔道周围被重水包裏，重水可以有效的反射中子，而只有冷包上方沿着孔道的方向上是没有中子屏蔽体的，铍反射体的作用就是屏蔽中子。这样一方面减少中子损失，提高中子束流的強度，另ー方面也防止中子逃逸到反应堆外对实验人员造成伤害。附图说明以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进ー步的详细说明。图1是本专利技术単相慢化剂自然循环装置的系统结构图。图1中1、冷源供气管；2、 慢化剂储罐连接管；3、壳管式换热器；4、下降管；5、铍反射体；6、冷包；7、上升管；8、冷源回气管；9、上升管外夹层盲端；10、真空防爆管。图2是本专利技术単相慢化剂自然循环装置中慢化剂和制冷剂的流动示意图。图2中， 点云区域为制冷剂流动区域，网格区域为慢化剂流动区域具体实施方式參照图1，图2，本专利技术所述的单相慢化剂循环装置包括一个壳管式换热器3、ー个带夹层的下降管4，一个带夹层的冷包6，一个带夹层的上升管7，换热器的管侧入口连通上升管内流道的出口和慢化剂储罐连接管2，换热器的壳侧入口连通冷源供气管1 ；换热器的管侧出口连通下降管的内流道的入口，换热器的壳侧出口连通下降管的外夹层的入口 ； 下降管的内流道出口连通冷包的内流道的入口，下降管的外夹层出口连通冷包的外夹层入 ロ ；冷包的内流道出口连通上升管的内流道入口，冷包的外夹层出口连通上升管的外夹层， 上升管的外夹层下部连通冷源回气管8;换热器管侧与下降管，冷包，上升管等的内流道构成慢化剂循环回路，慢化剂循环回路的外夹层(冷源供气管、换热器的壳侧、下降管的外夹层、冷包的外夹层、上升管的外夹层)与冷源回气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于反应堆冷中子源的单相慢化剂自然循环装置，其特征在于，包括一个壳管式换热器（３）、一个带夹层的下降管（４）、一个带夹层的冷包（６）、一个带夹层的上升管（７），所述换热器的管侧入口连通上升管内流道的出口和慢化剂储罐连接管（２），换热器的管侧出口连通下降管的内流道的入口；换热器的壳侧入口连通冷源供气管（１），换热器的壳侧出口连通下降管的外夹层的入口；下降管的内流道出口连通冷包的内流道的入口，下降管的外夹层出口连通冷包的外夹层入口；冷包的内流道出口连通上升管的内流道入口，冷包的外夹层出口连通上升管的外夹层，上升管的外夹层下部连通冷源回气管（８）；换热器管侧与下降管，冷包，上升管的内流道构成慢化剂循环回路，冷源供气管（１）、换热器的壳侧、下降管的外夹层、冷包的外夹层、上升管的外夹层和冷源回气管（８）构成制冷剂回路。

【技术特征摘要】
1.ー种应用于反应堆冷中子源的単相慢化剂自然循环装置，其特征在干，包括ー个壳管式换热器(3)、ー个带夹层的下降管G)、一个带夹层的冷包(6)、一个带夹层的上升管 (7)，所述换热器的管侧入口连通上升管内流道的出口和慢化剂储罐连接管O)，换热器的管侧出口连通下降管的内流道的入口 ；换热器的壳侧入口连通冷源供气管(1)，换热器的壳侧出口连通下降管的外夹层的入口 ；下降管的内流道出口连通冷包的内流道的入口，下降管的外夹层出口连通冷包的外夹层入口 ；冷包的内流道出口连通上升管的内流道入口， 冷包的外夹层出口连通上升管的外夹层，上升管的外夹层下部连通冷源回气管(8)；换热器管侧与下降管、冷包、上升管的内流道构成慢化剂循环回路，冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯全科，孙硕，李健，余小玲，吴伟烽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]