CN1027201C - 轻水反应堆的热反应堆系统及其应用 - Google Patents

Abstract

自然循环工作的热反应堆，后热排除管道(10、11、12)通过流量调节机构与中间循环(ZK)相连，该机构在后热排除运行状态下，维持少量流体通过后热排除冷却器(10)，中间循环通过热管道和冷管道使在反应堆内的第一热交换器与第二热交换器相连，冷管道内含有泵(5)本发明应用一种强射流的可控元件作为流量调节部件，即具有供给，控制和排出流体(S1，C1，e1)的三个流体连接口的涡流室式阀门，后热排除管路的流入管道通过涡流室式阀门(WV)的内部可控流路与中间循环热管道相连，控制流(C1)的射流连接口(CO)在中间循环泵(5)的压力侧与冷管道相连。

Description

本发明涉及热反应堆系统，尤其是轻水反应堆系统，它具有一个第一热交换器和一个第二热交换器，它们通过使用第二冷却介质的中间环路相互连接在一起，以及后热排除管路，该管路包括后热排除冷却器，由管路将流入和回流管道通称为冷却器连接管道，它与中间回路相连接，并在冷却器连接管道内至少接入一个流量控制机构。

在杂志“核欧洲”（Neclear    Europe）”11-12/1987，P.28-30，P29图3中公开了这样一种核反应系统，其后热排除冷却器，特别是空气冷却器不是直接连到中间循环的管道上，而是间接地通过一个中间热交换器，在中间热交换器侧边分别通过在其内安置有关闭阀门的前置及回流管道与中间循环的热、冷的含有第二冷却介质管道相连接，该公知的热反应堆系统是按功率5MW设置的。

本发明致力于具有功率范围从5-200MW的热核反应堆系统，基本思路是该系统所有的子系统应尽可能地简单建造，但又不致在安全保险方面受到损害。后热排除管路具有阀门和驱动泵，这些装置不仅需考虑其价格，又需考虑其电源（实际上是备用电源）和监视问题。由此，保险系统的开关机构必需接入。

本发明的任务是从权利要求1的前序部分的热反应堆系统出发构成后热排除-管路，当使热反应堆的正常运行状态转换成后热排除排除运行状态时，并不使用常用的那类关闭和调节阀门，即不用阀门-气门阀或闭锁部件，它是与一个阀杆或类似的机械结构相配合顶在阀座上（关闭位置），或由这个位置移开（打开状态）转换正常运行状态到后热排除运行状态，进行核冷却时，应尽可能不使用这样一类配件，这是被动的，但同时又是保险后 热排除管路中所固有的，即根据“核欧洲”杂志公开的核反应堆系统是不同于本发明的，在后热排除情况下，中间循环的第二介质通过打开常用的阀门导入后热排除冷却器。

依发明对具有前述后热排除管道的热反应堆系统所提出的任务是通过设置涡流室式阀门作为流量-控制机构得以解决。

涡流室式阀门是一种射流元件，它完全是按流体效应工作的，并不具有活动的部件，也不需要系统辅助能量。在此可与由H、Brombach在杂志“测量-控制-调节”（VEB技术出版社，柏林）vol、11，P638-642，1978、11，尤其是P641和642页中的文章“涡流仪器的结构和功率”作比较。

权利要求1的主题其优点的进一步构形在权利要求2至7中给出。

本发明的优点是不使用所谓电机衔铁（可遥控的电机驱动的阀门）或其它装置中使用的具有闭锁件和阀门座的阀门;带有涡流室式阀门的后热排除一管路实现自动的完全的转换，而在射流或流体的通路内没有机械移动部件。

根据本发明的实施方式是对一个在中间循环内设置泵的热反应堆系统涡流室式阀门，它具有供给连接口，控制连接口和排出连接口，其中，控制连接口接到热管道上，排出连接口通过后热排除冷却器连到冷却管道上，而控制连接口在泵的压力侧也同样连接到中间循环的冷管道上，当中间循环内的泵处在静止状态时，通过涡流室式阀门，以此根据自然循环原理实现自动转换成后热排除运行状态。为此目的，涡流室式阀门有利地接入后热排除冷却器的流入管道内。依进一步的实施方式，处于水容积内第一热交流器设置核上方边缘，并离核有一段距离，在交换器的第一侧（初级侧）受到第一冷却介质作用，而其第二侧（次级侧）与第一热交换器的热交换管连接的中间循环的管道穿过核反应堆压力容器壁向外伸出，不使用管道穿过反应堆压力容器的盖，按此目的，第二侧的连接到第一热交换器的热交换管的管道在盖边缘的下方穿过反应堆压力容器的防护壁。

热反应堆系统的反应堆压力容器的结构和第一与第二热交换器还可以有更为紧凑的结构，第二热交换器以集成的结构安放在被反应堆压力容器围绕的空间内，最好是设置在蒸汽环境内，在这种情况下，合乎目的的做法是使用前置和回流管道与第二热交换器的热交换管相联，并通过反应堆压力容器的壁向外穿出，进而与外部散热网相连，并使前置和回流管道的穿通部分离开反应堆压力容器盖，这些管道在盖边缘下面穿过反应堆压力容器的防护壁引出。

发明的主题是一种热反应堆系统，特别是一种轻水核反应堆，根据权利要求8，具有第一热交换器和第二热交换器，它们通过使用第二冷却介质的中间循环相互连接在一起。具有后热排除管路的进一步的技术特征是，该管路有一后热排除冷却器，该管路通过称为流入管道和回流管道的冷却器管道与在反应堆压力容器内设置的热反应器相连，在冷却器连接管道内接入一个涡流室式阀门作为流量调节机构，而热交换器是一个蒸汽冷凝器，它设置在反应堆容器内的蒸汽里。

本发明的任务是通过这样一类热反应堆系统解决的，权利要求9至11描述了这样一类反应堆优点的进一步构形，它特别适用于热反应堆功率范围约在5-50MW之间。而权利要求1至7的反应堆系统适用于热功率范围在50至200MW的中型或较大型的核反应堆。在这种反应堆实施例中，涡流室式阀门在控制连接口和排出连接口之间的内部可控流体通路接到后热排除-冷却器的流入管道是合乎目的的。

为了控制涡流室式阀门，在该热反应堆系统的实施例中提供了两种有优点的可能性的控制涡流室式阀门。第一种可能性，在外部散热网的回流管道内接入一个可以调节的扼流器，在它的压力侧，控制管道与涡流室式阀门的控制连接口相连，后热排除冷却器的回流管道的一支管道与扼流器的压力侧的相反侧相连。当在外部散热网正常工作的泵停止工作时，通过涡流室式阀门自动实现转换到后热排除工作状态。

第二种可能性，在控制流路放置的控制流泵，通过引入管道连接到回流管道，并通过一个压力管道连接到涡流室式阀门的控制连接口。在核反应堆正常运行状态下，通过控制液流泵在涡流室式阀门的内部可控流体的通路上产生一个关闭的或强烈的扼流压力，并设置一种在关闭反应堆时，使泵停止运转的手段。在这里，泵是一种所谓的小功率持续 工作器，它是为产生控制液流压力的目的而设置的。当反应堆关闭时，使泵停止运转的手段最好是按下述方法实现，当反应堆控制棒达到完全关闭时（完全进入反应堆的位置），切断控制流泵的驱动电机电源。发明的主题也包括带有涡流室式阀门的后热排除管道的应用。正如权利要求1至7中在热反应堆系统的第一基本实施方式所规定的，在沸水-核反应堆或压水-核反应堆中，排除后裂变热。使用该系统产生驱动蒸汽涡轮机的驱动蒸汽，利用一般情况下反应堆在反应堆压力容器内具有约15巴的压力，使用沸水核反应堆压力约70巴，以及使用压水核反应堆压力约150巴。由于在反应堆压力容器内存在较高的运行压力，所以容器的防护壁强度和受到该压力的连接管道和配件的壁强度应是较大的，为了后热排除目的，因此在将一个热交换器或者多个热交换器装入核反应堆-压力容器内部时，和该热交换器的第二侧管道穿过反应堆压力容器的护壁向外延伸，作为流入管道和回流管道，以及与带有一配属的涡流室式阀门的后热排除冷却器相连时，要考虑到承受压力的问题。应用权利要求12的两个有优点的实施方式，它们分别在权利要求13和14中阐述。

根据权利要求8，在热反应堆系统的后热排除管路中设置蒸汽冷凝器和为了在涡流室式阀门的控制连接口产生控制压力，根据权利要求11使用了被称为持续工作器的单独的小泵，在沸水-反应堆或压水-反应堆中，为了排除后裂变热。根据权利要求15所述的装置其进一步的应用于产生供蒸汽涡轮机组使用的运行蒸汽，权利要求12的应用涉及到压力大小和护壁的强度。

附图1至9阐述发明的主题和它们具有的优点。在图中给出了多个实施例及其基本结构，和涡流室式阀门的功能，简述如下。

图1：简示一个具有三管路的热反应堆系统，其中，在中间循环回路的三管路中任一个在紧急冷却情况下能通过一涡流室式阀门自动地与后热排除冷却器相连。

图2：表示中间循环回路中一个单独管路的细节及带有涡流室式阀门与此相接的支路和后热排除冷却器，其中，加深部分画出的管路形象地表示在正常运行下第二冷却剂的通路，而反应堆压力容器的表示与图1略有不同。

图3：表示图2实施装置处在后热排除运行情况下。这时接通了涡流室式阀门，加深部分画出的管道形象地表示第二冷却剂的通路。

图4：立体地图示出具有三个管道支架的涡流室式阀门，支架连接控制管道，供给管道和排放管道。

图5：表示涡流室式阀门的液流图。

图6：表示涡流室式阀门的一般管路图。

图7：表示本发明的第二个实施例。其中，中间循环回路是三管路的，和图2、图3中一样，为简化，后热排除管路仅画出一个管道。

图8：表示本发明的第三个实施例。为简化，仅画出一个管道，而且第二个热交换器位于反应堆压力容器的内部，和一个蒸汽冷凝器一样，在紧急冷却情况下，后热排除-支路可以通过涡流室式阀门与其相连。

图9：以断面方式表示图8实施例的另一个方案，为了对涡流室式阀门产生控制气流压力，设置了具有单独控制气流泵的控制流路。

图1的热反应堆系统示出了反应堆压力容器1和反应堆2，并把它们作为一个整体称为HR原子能反应堆，其自然循环中，循环的第一冷却介质是轻水，轻水的容积围绕着反应堆2，其水面3离核上边缘有一段距离，如图中带有流向箭头fl所示，第一冷却介质在自然循环过程中流动，而无需专门的循环泵。然而，发明不局限于这样的自然循环形式，为了扩大在单位时间内循环的第一冷却介质量也可在内部或外部使用循环泵，如通常那样，反应堆的核心是由长段的可燃元件组成，在多个可燃元件内部，即在可燃元件之间垂直方向设置沿可燃元件轴向延伸的冷却通道，第一冷却介质可以通过这些通道下部一直流到上部，其本身也被加热，由于它特别轻，靠浮力向上流，并流过第一热交换器的第一侧。

这些热交换器4最好如图所示，安置在水容积3内，如上所述，第一冷却介质穿流过它的第一侧，并将其加热，在第一热交换器的第二侧，在图示的热交换管4、1的内部，在至少一个泵5的作用下，循环的第二冷却介质按箭头方向流过中间循环回路zk，由于水中有三个第一热交换器4，因而也有三个分别与之相连的管道zk1、zk2和zk3作 为中间循环回路zk，并且分别为第二冷却介质配置了循环泵5和第二热交换器6。

为了能实现热反应堆系统HR的功能，这就要求至少设置一个第一热交换器4，至少支路管道zk1至zk3中的一个和至少一个第二热交换器6及一个配套使用的循环泵5;图中仅形象地画出三套装置。根据所连接的外部散热网HN的大小及需要交换的热量大小，中间循环管道zk并不限于一个，可以是二个、三个甚至更多个，而且反应堆压力容器结构的大小也由此受到影响。

第二热交换器6的第一侧（初级侧）也被第二冷却介质加热，它的热交换管子，也就是蛇形管也被示意地画出，并用6、1表示，在它的第二侧（次级侧）又被散热网HN的冷却介质流过;为此目的，在第二侧它分别与管道7a、7b、7c相连，这些管道在支路连接点7、1处形成共同的前置管道7，在其回流侧，它又分别与散热网的回流管道8a、8b、8c相连，总的或主回流管道分别分配到第二热交换器的各个管道，中间循环回路zk的每个单独支路zk1至zk3分别具有一个热第二冷却剂管道9、1和一个冷第二冷却剂管道9、2，热管道9、1连接第一热交换器4的热交换管的第一侧和第二热交换器6的热交换管6、1的流入侧，即其入口，冷第二冷却剂管道9、2从第二热交换器的热交换管6、1的出口流出，通过循环泵5到第一热交换器4的热交换管4、1的入口。

每个后热排除冷却器10a、10b、10c分别通过它们的流入管道11和回流管道12各自连接到中间循环zk的支路zk1、zk2和zk3上。其中提到的冷却器10a、10b、10c作为一个整体用10表示。后热排除冷却器10，即10a、10b、10c最好使用空气冷却器，如图所示，它们的流入管道11总是通过涡流室式阀门WV内部可控流体通路与热管道9、1相连。作为控制流使用的流体连接口CD在中间循环zk的泵5的加压侧与冷第二冷却剂管道（冷管道）9、2相连。后热排除冷却器10的回管道12在泵5的加压侧，分别与中间循环管道zk1、zk2、zk3的冷管道9、2相连，涡流室式阀门WV的功能将在后面借助于图2和图3作进一步描述。当热反应堆被关闭或逐渐向下时，（为此目的，没有在图中画出的吸收或控制棒推入反应堆2中）。这时，后热排除冷却器的任务是导出所谓的反应堆产生的后裂变的热量，并且设定，当不再要求外部散热网排除热量时，泵5就不再运转。在检查热反应堆HR时，当它的可燃元件需要换时，或在发生干扰时热反应堆将被关闭，或诸如外部散热网需进行更换、检查和修理时，都会发生这种情况。

反应堆压力容器1是被反应堆保险容器130围绕，如图中用点划线所示。当反应堆压力容器1发生泄漏时，保险容器130里将盛接泄漏的水，需将水容积3选择成，当容器1和130中的水在同一液面时，反应堆仍在水中，水面3的上部全是蒸汽14。给出的热反应堆系统管道和部件被反应堆的外罩包围起来，或放置在地下的水泥室内，并使用重的水泥盖把水泥室向外开孔盖住，而且要确保经受得住飞机坠落冲击。

本发明特别适用于热功率范围在5至200MW的热反应堆系统，对这种系统的所有子系统都可尽可能地简单建造。

为清楚起见，图2表示仅带有一个管道支路的中间循环zk的热反应堆系统，应理解成可以设置二个、三个或更多个管道zk1、zk2……等（比较图1）。与图1中功能相同的部件在图2或以后的图中均使用相同的标号表示。

在图2和图3中，冷管道9、2还使用了其它标号以表示第二热交换器6和泵之间的一段道9、21，一个管道分支点16，分支点16和其一热交换器4之间的一段管道9、23。在图1中已经看出，并不存在在紧急冷却运行情况下为进行开关所使用通常所使用的阀门。图2详细地表示，后热排除管道10、11、12所使用的流量-控制机构是涡流室式阀门WV，它具有供流体S1使用的连接口SO，供控制流体C1使用的连接口CO，和供流出流体E1使用的连接口EO。这里，内部可控流体通路SO-EO通过冷却器10的流入管道11流入一段管道11、1，在管道分支处17与中间循环zk的热管道9、1相连接，控制流体C1的流体连接口CO在中间循环18的泵5的压力侧连接到管道分支处18。

为便于理解，在图4至6中示出涡流室式阀门的细节，它的流体连接SO、CO、EO和流体流，即供给流S1，控制流C1和排出流E1与图2完全一样地标出。在图4中示意的径向涡流室式阀门 WV（也有轴向和圆锥或涡流室式阀门）由扁平-空心圆柱状涡流室的壳体19组成，它具有在其内部的涡流室19′，一个为供给流体S1或供给连接口SO使用的径向接入涡流室19′的连接口支架，一个为供给控制流体C1或控制连接口CO使用的，在正切方向接入涡流室19′的连接口支架，一个为供给排出流体E1或排出连接口EO使用的在涡流室19′或壳体19旋转轴轴向设置的连接口EO支架。排出连接口EO可以是喷嘴，也可以是文杜里一类的喷嘴。正如所述，为使压力损失尽可能地少，穿过径向设置的供给连接口SO流入的用虚线表示的供给流S1离开涡流室19′并穿过轴向排出连接口EO。首先我们假定，还没有控制流体C1流过，这个涡流室式阀门WV的扼流作用相对来说是小的，这时S1＝E1，当通过正切控制连接口流入控制压力比供给流体S1的大5%至10%的控制流体C1时，随着控制流量的增加，在涡流室19′内产生增大的强烈的涡流，它的离心力在涡流室内形成了一个相反的压力，并使供给流体的流入量减小（或当再次减小控制流C1时，而再次增大），以此方式加以控制。一个相对较小的最大控制流体流量大约为供给流体S1最大流量的10%至20%时，就足以使供给流体流入。控制流体C1从正切的控制连接口CO以螺旋状流入轴向的排出连接口EO，并在该支架继续这样的螺旋状流入，排出流体E1可以既包含控制流C1，又包含供给流体S1，在控制流体C1的流量达到额定的最大值，大约是供给流体S1的10%至20%时，可使后者完全流不进去。排出流体E1这时仅仅还有控制流体C1，这样，仅有约为被扼流的供给流体S1的20%的流量在流动。

图4是简图，图5是简化的流体流动方向图，图6标出由此而得到的涡流室式阀门MV的开关符号，这样的简化也可称为涡流室式阀门。

见图2，表示“正常运行状态”，在此状态下，通过泵5使中间循环zk的第二冷却介质循环，比较流体流动箭头F2，所配置的涡流室式阀门是用它的控制连接口CO（正切控制流体C1），通过管道13联在泵5的加压侧，并用它的供给连接口SO，通过管道11、1在管道分支点与中间循环zk的热管道相连，这样供给流体S1通过控制流体实际上被关闭，即阻止流体流过冷却器10。较小的控制流体C1流过排出连接口EO，作为排出流体E1，并通过管道11、2到冷却器10，在冷却器10中冷却，然后通过回流管道11、2流回管道分支点16，在那里它在中间循环的冷管道9、2内与第二冷却介质相混合，因为在所描述的运行状态下，实际上并没有供给流体流过，与此相应的标号标在括号内，而所属的流体流动方向用虚线表示，因排出流体E1的流量很小，而仅用虚线表示。

图3表示“后热排除”运行状态。此时泵5已经关闭了，涡流室式阀门WV已经失去了它的关闭作用，这是因为压力关系控制流C1（这时仅存在自然循环）已经中止了。中间循环zk的第二冷却介质，如按流体箭头S1-E1-F3所标明的那样通过冷却器10进行循环，并且没有或实际上没有控制流体流动，因此将标号C1括在括号内，并同时将所属的流动箭头用虚线表示，这时供给流体S1在流动，而且它的流量与排除流体E1的流量相同，因为泵5处于静止状态，流体停止在第二热交换器6的第一侧管道部分9、21内，而且为散热网HN设置的驱动泵也不在工作（没有画出）。

图7的热反应堆系统在原理上与图1和图3的热反应堆相应，但在泵5前面和后面增加了两个隔离阀门20a、20b，在中间循环的冷管道9、2分别连接到恒压器21，在支路9、21内增加了单向阀107，进而在中间循环zk的6个管道zk1至zk6内设置可用电机驱动的控制闸或阀，在热管道9、1内是控制阀105，在冷管道9、2内是控制阀106，单向阀107仅允许第一侧流体在箭头F2方向上流过第二个热交换器6，隔离阀20a、20b在进行修改和维修工作时将泵和其余部分分开。与图1至3相比较，第一热交换器4有所改进，它的热交换管4、1分成两个相互平行接入的管束，也就是蛇形管4、11和4、12，中间循环zk的热管道9、1和冷管道9、2的所有从第一热交换器4伸出的各个管道在盖连接边缘101、102的下面穿过反应堆压力容器1的防护外罩103向外伸出，这也可从图中看出，边缘101属于容器下半部分1、1，而边缘102属于盖1、2。

图1至7的实施例是以这样的回路为基础的，在该回路中，后热排除支路11、10、12连接在第一热交换器4的第二侧的热管道及冷管道9、1，9、2上。当热交换器4设置距反应堆压力容器1 内部的反应堆2有足够大的距离时，第二冷却介质的活化作用相对较小，在后热排除管路上使用第二冷却介质是有充分理由的。为了后热排除的目的，在反应堆压力容器1的蒸汽部分里设置单独的蒸汽冷凝器，这在原理上是可行的（在图1至7中没有示出）。

在图8中给出主要适用热功率范围5至50MW的热反应堆系统。反应堆室再次用15表示，它是由水泥墙构成的;并且设置在地下范围23的一个相应的室22内，带有它的流入管道11，冷却器10和回流管道12的后热排除管路通过涡流室式阀门WV连接到蒸汽冷凝器24的热管道25、1上，虽然它的可控流体通路（SO-EO）是在供给连接口SO和排出连接口EO之间，并连接到蒸汽冷凝器2A的冷管道25、2上和连接到回流管道12的连接处2b上，蒸汽冷凝器24设置在反应堆压力容器1的蒸汽部分里。通过液体流路F2和由方向箭头F4示意出在水容积3升起的蒸汽部分路径;这些蒸汽流过蒸汽冷凝器24的第一侧，当蒸汽冷凝器24的第二侧被冷却时，它们通过热交换器管24、1将其汽化热传给在管道内流动的第三种介质。这样，它们就被冷凝了，并按流体流动箭头F5的方向重新流回到水容器3中。

在蒸汽部分14内，还设置了第二个热交换器6，在此实施例中使用所谓集成的结构，也就是在由反应堆压力容器1所围绕空间内，散热网HN的前置管道7和回流管道8通过反应堆压力容器1的壁，而且最好是穿过辐射防护墙103连接到第二热交换器6的热交换管6、1的排出连接口和流入连接口。前置和回流管道在它的通往和离开第二热交换器6的管路上也穿过反应堆保险容器130和穿过反应堆室15。由外向内看的各个穿通位置，用7a、7b和7c表示前置管道7，而用8a、8b和8c表示回流管道8。前置和回流管道7、8的穿透处7c、8c均设置在压力密封的盖边缘连接处101、102的下面。第一热交换器4的第二侧，即它的热交换管道4、1的流入和流出部分，通过热和冷的第二冷却介质管路9、1及9、2与第二个（集成在内的）热交换器6的第一侧相连。因此，第二冷却介质冲洗第二热交换器6的热交换管6、1的外侧，散热网的第三种介质在正常运行状态下在管6、1内流动。在反应堆室15的内部和最好是在保险容器130的外部两个用电动机驱动的可控制阀门27及28分别连接到两管道7和8（前置和回流管道），阀门27和28可以称为隔离阀，当阀门27、28处在关闭状态时，可以将第二热交换器第二侧和散热阀完全隔开，在回流管道8内与阀门28相串接，并在其前面连接一个可调节的扼流器29。在正常热运行状态下，它可以形成压差作为控制流体的控制压力，控制流体是由在扼流器前分叉路内的流动热介质的部分流体组成，这些部分流体通过与扼流器29进入侧相连的控制管道30被传送到涡流室式阀门WV的控制连接口CO。

图8中表示的是和图1至7中所示的那些部分同样呈示意性的，供保险容器13，反应堆压力容器1，第一和第二热交换器4和6，蒸汽冷凝器24，阀门27、28，扼流器29及反应堆2使用的盖板，保持和固定装置均没有画出。反应堆压力容器1和反应堆保险器13之间的中间空间108的容积及水容积两者应如此测算，在发生泄漏情况时，在反应堆压力容器壁内的水容积3（现已减少）和在空间108内的水容积自行调整到相同的水平面，此时无论如何应使反应堆浸泡在第一冷却介质内。

回流管道12通过一管道叉路12、1连接到阀门28和扼流器29之间的连接处，在正常运行情况下，散热介质在没有进一步画出的散热网内按流体流动箭头F6（前置）和F7（回流）给出的方向流动，扼流器29是为此进行扼流的，即在它的进入侧的制动压力作为涡流室式阀门WV的控制连接口CO的控制压力而自行起作用，使可控的流体通路SO-EO进一步被关闭，致使不能通过蒸汽冷凝器24的热管道25、1供给流体，散热介质的第一部分直接通过扼流器29和阀门28流向第二热交换器6，第二部分（在正常运行情况下很少）通过控制管道30和涡流室式阀门WV控制连接口-排出连接口之间路径，CO-EO及通过流入流体管道11流入冷却器10，在那里进一步冷却，然后通过回流管道12流回连接点31，并且经连接点31到第二热交换器6。在这种运行状态下，蒸汽冷凝器24对蒸汽冷却所做的贡献实际上不值一提，因为通过涡流室式阀门的通路SO-EO段的供给流S1非常少，这种非常少的流体用虚线箭头示意表示，它由散热介质（第三种介质）供给和维持。

在维修和修理工作过程和/或更换可燃元件的情况下，关闭两个隔离阀，并且与此相应驱动散热介质所要求的外部泵也都关闭，在控制管道30内的控制压力减小，控制流C1的扼流效应停止涡流室式阀门的SO-EO段开放，这是由于它的流体流动阻力显著地减小了，形成了一个闭合的冷却循环回路。由于第一和第二热交换器4和6的任一个能对热量排除作出贡献，所以蒸汽冷凝器24的热交换管道24、1内的介质加速加热，形成了该循环回路循环的附加压力，在后热排除运行状态下，控制杆向反应堆内驶入，蒸汽冷凝器24是用来排除后裂变热，第三介质通过热管道25、1，涡流室式阀门WV的SO-EO段，经管道11流到冷却器10，并在那里被冷却（可以使用空气冷却器或水冷却器），而后通过回流管道12，连接点26和冷管道受到冷却地流到蒸汽冷凝器24的热交换管道24、1。由此可见;在图8的实施例中，后裂变热的排除无需在后热排除管路10、11、12内打开附加的阀门，涡流室式阀门WV承担了自动关闭和打开的转换，当控制压力在控制连接口CO处小于一个最小规定值时，自动进入后热排除状态，当控制压力在控制连接口CO处超过最小规定值时，又开启到正常的运行状态。

图8所示热反应堆系统的另一个方案在图9中给出，涡流室式阀门WV的控制连接口CO的控制压力不是通过散热网回流管道8内扼流产生的，而是在控制流路41、42之间连入控制泵实现的，它通过管道41在连接点26与回流管道12相连，并通过压力管道42与涡流室式阀门WV的控制连接口CO相连。在所示反应堆HR正常散热运行状态下，控制泵40持续地工作，它所提供的流量相对是小的，因此使用一个小的流体控制泵就够了。在热反应堆HR正常运行状态下，通过控制流体泵40在涡流室式阀门WV的内部可控流体支路SO-EO之间产生闭合的或很强的扼流控制压力。当热反应堆HR关闭时，即当没有画出的控制棒完全驰入热反应堆HR的堆芯时，这时控制泵40也关闭。最好是使流体控制泵40处于静止状态的手段和控制棒（没有画出）驶入命令与控制手段发生联系，例如可以使用电气或流体来命令，在控制棒完全驶入时给出关闭热核反应堆的一个电气命令，该命令可以通过一个继电器或一个电子开关中断控制泵40的驱动电机的电源。另一方面，可以控制继电器和电子开关使热反应堆HR重新开始运行，电机重新起动，而泵40开始运转。在关闭控制泵40时，涡流室式阀门的可控流路SO-EO已经打开，可以不受扼流地穿过。这样，如图8所示，通过蒸汽冷凝器24的热管道25、1，已经打开的流路SO-EO，流入管道11，冷却器10，回流管道12和蒸汽冷凝器24的冷管道25、2，流回蒸汽冷凝器的热交换管24、1形成一个自然循环，在反应堆HR中产生的后裂变热通过该循环排出。图9所示的热核反应堆系统的其余部分与图8相应，基于此仅选用断面图表示。

在图9示出的具有流体控制泵40，涡流室式阀门WV，后热排除管路11、10、12和连入蒸汽冷凝器24的后热排除管路在沸水-核反应堆及压水-核反应堆中使用有利于排除后裂变热。这是因为使用这样的轻水-核反应堆时，它用来产生供蒸汽涡轮机组使用的运行蒸汽，这种机组具有一台由运行蒸汽驱动的透平蒸汽轮机和一台为产生电能和透平蒸汽轮机耦连的透平发电机。在这种情况下，一个或多个蒸汽冷凝器设置在核反应堆的蒸汽内，并与热交换管24、1相连接，形成热和冷管道25、1，25、2的导管，以压力密封的方式穿过核反应堆的壁向外伸出。

下面将借助图1进行解释，在原理上也适用于图1至7给出的后热排除管路，在使用沸水-反应堆和压力-反应堆时将后裂变热排除，为了便于解释，在下面仅引用中间循环zk的两个管路zk1，但应理解成为了后热排除，可以使用多个管路zk1。

下面实施例是：第一热交换器4的第二侧通过一个与两个第二冷却介质管道9、1，9、2相连的以虚线画出的一段管道50代替第二热交换器6。在核反应堆正常运行状态下，通过泵5产生涡流室式阀门WV的控制连接口CO的控制压力使第二冷却介质循环，泵5和流体控制泵40一样持续工作以产生控制压力。因为在这种情况下，外部散热网HN没有连入，可以将热管道和冷管道9、1，9、2的管道缩短，涡流室式阀门WV的可控流路SO-EO被关闭或受到强烈的扼流。已经多次叙述过，在沸水或压力核反应堆中，当控制棒驶入到完全关断的位置时，给出了关断泵5驱动电机的控制 指令，这就打开了涡流室式阀门的可控的流路，后热排除运行立即进入自然循环，在第一热交换器4的热交换管4、1内受到加热的第二冷却介质通过热管道，涡流室式阀门WV的流路SO-EO，管路段11、1，流入管道11，冷却器10a和回流管12流回到冷管道9、2，并由那里流到热交换器4，第二冷却介质在冷却器10a内继续被冷却，这样就将后裂变热排出了。在该实施例中，首先放置在沸水或压水核反应堆的水容积3内的热交换器4被充分地利用作为排除为热的冷却源，作为它的热和冷管道的两管道9、1和9、2穿过反应堆压力容器的壁，以压力密封方式向外引出，这些穿通的导管可以设置在盖内或设置在没有画出的核反应堆压力容器的防护壁内。

带有供沸水或压水核反应堆的涡流室式阀门的后热排除管路的第二实施例与图9中的实施例相似，只不过取消了泵5，这时所观察到的中间循环管道zk，在仅仅达到用虚线所画出的位置61、62处也就足够了。在该实施例中，不是将控制泵设置在冷管道9、2内，而是将控制泵60设置在控制流路内，该控制泵60仅用虚线表示，因为这仅涉及到应用范围内的一个方案，控制泵60通过控制流路13的引入管道13、1与回流管道12相连（或与热管道9、2的一段连接的管道相连），并通过控制流路13的压力管道部分13、2与涡流室式阀门WV的控制连接口CO相连，由图9已经解释过，在实施例中，在核反应堆（没有画出的）的正常运行情况下，通过流体控制泵60在涡流室阀门的内部由可控的流路SO-EO产生关闭的或强扼流的控制压力。同样，再次引入一种（未画出的）手段，当关闭核反应堆时，使控制泵60处于静止状态，这已在图9中详细论述过。该实施例的优点是控制泵60的流量仅约为流量的10%至20%，这也是泵5进行循环所需的，所以控制泵可以选择相对小一点的泵就可以了。

Claims (13)

1、一种轻水反应堆的热反应堆系统，包括：

①一核反应堆，具有一反应堆压力容器，所说反应堆压力容器容纳了作为一次冷却剂的一定体积的水，

②所说核反应堆的芯被设置于所说水的体积之内；

③第一热交换器，设置在所说反应堆压力容器内并由所说一次冷却剂加热，和第二热交换器，所说第一和第二热交换通过第二冷却剂的中间循环而互相连接，所说中间循环内具有一泵，及属于所说中间循环的一热管道和一冷管道，

④一后热排除回路，包括一后热排除冷却器，该后热排除回路通过该冷却器的以一流入管和一流出管的形式的连接管而被连接到所说中间循环，

⑤至少一个流率调节单元，它被插入于所说冷却器连接管内，

其特征在于：

⑥所说流率调节单元备有一涡流室式阀门，及

⑦所说涡流室式阀门备有一供给连接口，一控制连接口和一排出连接口，供给连接口被连接到所说热管道，排出连接口通过后热排除冷却器而被连接于所说冷管道，控制连接口处于泵的压力侧，同样地被连接到中间循环的冷管道。

2、根据权利要求1的热反应堆系统，其特征在于，涡流室式阀门被连接到后热排除冷却器的流入管道。

3、根据权利要求1或2的热反应堆系统，其特征在于;

所说核反应堆的芯具有一上缘，而所说第一热交换器具有一次侧和二次侧以及热交换管道，

所说第一热交换器被安装在水的体积内距所说芯的上缘一定距离的地方，并且在一次侧被一次冷却剂所加热，和

中间循环的管道在二次侧被连接到第一热交换器的热交换管道，且穿过反应堆压力容器的壁而被导向外侧。

4、根据权利要求3的热反应堆系统，其特征在于：

所说反应堆压力容器具有一蒸汽压力通风系统于所说水体积的上方，

所说第一和第二热交换器被整体地被封于所说反应堆压力容器的内部空间，而所说第二热交换器被设置位于所说蒸汽压力通风系统之中。

5、根据权利要求4的热反应堆系统，其特征在于：连接于第二热交换器的热交换管的输出管道和回流管道穿过反应堆压力容器壁而通往外侧，并被连接到一外部供热网络。

6、根据权利要求3的热反应堆系统，其特征在于：

所说中间循环具有一热管道和一冷管道，而所说反应堆压力容器具有一外壳壁和一密封头凸缘连接部分，

所说中间循环的热管道和冷管道穿过所说反应堆压力容器的低于密封头凸缘连接部分的外壳壁而离开所说第二热交换器。

7、根据权利要求4或5的热反应堆系统，其特征在于：

所说中间循环具有一热管道和一冷管道，而所说反应堆应力容器具有一个外壳壁和一密封头凸缘连接部分，

所说输出管道和回流管道穿过所说反应堆压力容器的低于所说密封头凸缘连接部分的外壳壁而离开位于反应堆压力容器内的第二热交换器。

8、根据权利要求1的热反应堆系统，其特征在于：

第一热交换器和第二热交换器通过第二冷却剂管道，即中间循环的热管道和冷管道而互相连接。

在反应堆正常运行状态下，处于第一热交换器的二次侧的第二热交换器由连接两根二次冷却剂的管道的管道部分所取代，从而使二次冷却剂可被循环以产生控制压力，所说控制压力被供给到涡流室式阀门的控制连接口，

并具有停止装置，用以在关闭反应堆时使泵停止操作。

9、根据权利要求1的热反应堆系统，其特征在于：

位于控制流路中的一控流泵通过一吸管部分而被连接到回流管道，以及通过压力管部分而被连接到涡流室式阀门的控制连接口，

在热反应堆的正常操作情况下，由控流泵产生一控制压力，用以中断或快速地将涡流室式阀门的内部可控流路扼流，并具有停止装置，用以在关闭反应堆时使控流泵停止操作。

10、一种轻水反应堆的热反应堆系统，包括：

①一核反应堆，具有一反应堆压力容器，所说反应堆压力容器容纳了作为一次冷却剂的一定体积的水，

②所说核反应堆的芯被设置于所说水的体积之内，

③一蒸汽压力通风系统位于所说水的体积之上，

④第一热交换器，设置于所说水的体积之内，以及第二热交换器，设置于所说蒸汽压力通风系统之内，所说第一和第二热交换器通过一第二冷却剂的中间循环而互相连接，

其特征在于：

⑤具有一后热排除冷却器和另一热交换器的后热排除回路，该热交换器设置在反应堆压力容器内，而所说后热排除冷却器通过冷却器的作为流入管道和回流管道的连接管道而与该另一热交换器的二次侧连接;

⑥一个涡流室式阀门作为流速调节单元而被设置于冷却器连接管道内，而所说另一热交换器是设置于反应堆压力容器的蒸汽压力通风系统中的一冷凝器。

11、根据权利要求10的热反应堆系统，其特征在于：

所说涡流室式阀门具有一供给连接口、一输出连接口和一控制连接口，在所说供给连接口和输出连接口之间形成的涡流室式阀门的内部可控流路被插入于后热排除冷却器的流入管道。

12、根据权利要求10或11的热反应堆系统，其特征在于：

所说涡流室式阀门具有一供给连接口、一流出连接口和一控制连接口，

一可调扼流阀具有插入于外部供热网络的回流管道中的上游侧，所说扼流阀的上游侧通过一控制管道而被连接到所说涡流室或阀门的控制连接口，

所说后排除冷却器的回流管道被连接到在扼流阀的面对上游侧的那一侧上的一支管道。

13、根据权利要求10或11的热反应堆系统，其特征在于：

所说涡流室式阀门具有一供给连接口、一流出连接口和一控制连接口，以及在供给连接口与流出连接口之间的内部可控流路，

可控流路中的一控流泵通过一吸管而被连接到回流管道，及通过一压力管道而被连接到涡流室式阀门的控制连接口，

在热反应堆的正常操作情况下，由控流泵产生用以阻止或快速地将涡流室式阀门的内部可控流路预以扼流的一控制压力，且具有停止装置，用以在热反应堆关闭时停止泵的操作。

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