CN105788674A - 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统 - Google Patents

一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105788674A
CN105788674A CN201610136324.7A CN201610136324A CN105788674A CN 105788674 A CN105788674 A CN 105788674A CN 201610136324 A CN201610136324 A CN 201610136324A CN 105788674 A CN105788674 A CN 105788674A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat pipe
temperature heat
discharge box
temperature
air duct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610136324.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张大林
刘明皓
秋穗正
王成龙
苏光辉
田文喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610136324.7A priority Critical patent/CN105788674A/zh
Publication of CN105788674A publication Critical patent/CN105788674A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明公开了一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，包括热管阵列、熔盐卸料箱和排热风筒：熔盐卸料箱通过熔盐管道连接熔盐堆一回路，通过保护气体管道连接保护气体系统；熔盐卸料箱侧面斜插高温热管；多支高温热管有序排列成环形管束，形成高温热管阵列；熔盐卸料箱与高温热管整体放置于排热风筒内；本发明采用高温热管冷却熔盐堆的高温燃料盐，通过热管工作介质的相变和风筒内空气自然对流等自然过程驱动系统自发运作，消除了对电力动力设备以及操作人员的依赖，充分满足熔盐堆非能动设计需求。

Description

一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统
技术领域
本发明属于熔盐堆系统设计及安全技术领域，具体涉及一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统。
技术背景
熔盐堆作为第四代反应堆中的一种，已成为当前国际上的热点研究堆型。我国目前正大力开展熔盐堆的相关研究并计划建成熔盐实验研究堆，因此需要对整个熔盐堆系统进行全面设计。余热排出系统为熔盐堆系统的重要组成部分，因此对该系统的设计与研究为重中之重。余热排出系统的作用可简单表述为：当正常停堆或者事故中需要紧急停堆时，反应堆内的温度高达600摄氏度以上的高温燃料盐通过熔盐管道排入余热排出系统，并安全储存于系统的卸料箱中。燃料盐温度极高，并且由于放射性核素衰变，其在后续一段时间内都会以较高功率释放热量，因此所排出的燃料盐需要高效的长期冷却，充分确保反应堆及公众环境安全。
熔盐堆的系统设计充分强调非能动安全性的设计思路，即依靠重力、温差和气体膨胀力等自然驱动来驱动系统运作，避免使用泵、风机等其他电力设备。然而现有的熔盐堆燃料盐余热排出的传统设计采用一种套管式换热元件(BayonetCoolingThimble)进行热量导出，利用换热元件内水的液相-汽相转变实现热量传递。这种换热器配备安装了一套复杂的由泵驱动的冷凝系统，以持续获得冷却水，实现换热元件内冷却工质的充分冷却。显而易见，这套系统与非能动安全设计理念尚有较大差距。这种方法依赖泵的有效运作，因此事故中系统可靠性较差；同时系统较为繁琐，系统故障发生的可能性也会相应提升。
发明说明
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，该系统充分结合高温热管技术，利用高温热管内液态金属工质的相变自然循环和排热风筒内部的空气自然对流，实现卸料箱内燃料盐热量的长期高效排放；该系统的运作仅依靠系统本身的自然驱动力自发进行，避免了外界驱动力的引入，使系统运行(尤其在事故工况下)更为可靠，同时使系统结构得到大幅简化。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，包括排热风筒1，设置在排热风筒1内的熔盐卸料箱5；所述熔盐卸料箱5为立式熔盐罐，立于排热风筒1内，从上至下依次包括卸料箱上封头8、卸料箱直筒段9和卸料箱下封头10，卸料箱直筒段9侧面安插布置高温热管阵列4；所述高温热管阵列4为环形排列管束，整体位于卸料箱直筒段9中间偏下区域，每层高温热管在卸料箱直筒段9横截面位置对称布置，间距均匀，每列高温热管竖直对齐，层与层间距保持一致；高温热管蒸发段完全插入卸料箱直筒段9内，高温热管冷凝段伸出熔盐卸料箱5外，暴露于排热风筒1内的空气中，高温热管绝热段为连接高温热管蒸发段和高温热管冷凝段的过渡区域，每根高温热管均向上倾斜，使高温热管冷凝段上翘；最底层高温热管冷凝段高于排热风筒1的进风口3；不同的熔盐堆功率设计会导致一回路排出的燃料盐有不同的温度和衰变热功率，因此所需高温热管的总数量为几十根至上百根；连通熔盐堆一回路的熔盐管道7以及连通熔盐堆惰性保护气体系统的保护气体管道2连接在卸料箱上封头8；熔盐管道7从顶部中央插入，穿过高温热管蒸发段区域，直达卸料箱下封头10；相关压力、温度测量仪表部件根据需求安装于卸料箱上封头8上；
熔盐堆采用液态熔盐作为燃料，当熔盐堆停堆或者发生事故，需要排放燃料盐时，熔盐堆一回路内高温燃料盐通过熔盐管道7排放至熔盐卸料箱5内；高温燃料盐逐步注入熔盐卸料箱5，液面上升逐渐淹没高温热管蒸发段，使高温热管自动启动；高温热管内的工作介质在高温热管蒸发段受热蒸发，沿高温热管流过高温热管绝热段，在高温热管冷凝段冷却液化，之后回流至高温热管蒸发段，形成流动循环；熔盐热量沿热管，通过高温热管冷凝段排放至散热风筒1内；空气从散热风筒1底部进风口3进入排热风筒1，自下而上流过高温热管阵列4，从排热风筒1出口流出，形成自然对流。
所述的高温热管外观为柱状金属棒。
所述高温热管冷凝段与水平面有5～10度夹角，以多层形式整齐布置于卸料箱直筒段9侧面；冷凝段上安装有翅片。
所述高温热管内的的工作介质为钠、钾或者钠钾合金。
所述排热风筒1具有锥度，顶部空气出口直径小于底部直径；进风口位于底部侧面，共计2～6个。
所述熔盐卸料箱5通过支撑结构6支撑，使其与高温热管阵列4整体能够平稳放置于排热风筒1底部。
所述支撑结构6为支脚或支撑平台。
所述熔盐卸料箱5的卸料箱上封头8顶部设置有吊耳11。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点和有益效果：
1、采用高温热管导出燃料盐衰变热，使燃料盐得到有效冷却。热管通过工作介质的相变实现热量的快速吸收与释放，利用工作介质密度差自发驱动工质进行自然循环流动，实现热量的长期高效稳定传输。
2、采用锥形排热风筒强化高温热管冷凝段的空气自然对流，在不需要泵、风机等驱动设备的情况下，快速有效地将热量排放至外界环境。
3、系统运作全部由自然驱动力驱动，充分实现熔盐堆的非能动性安全需求，消除了对电力动力设备以及操作人员的依赖。
4、系统所采用的热管为一体式热管，极大降低了系统结构的复杂性，使系统更为可靠，同时有利于熔盐堆的模块化、一体化设计。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统整体结构示意图。
图2为本发明熔盐卸料箱热管安装示意图。
图中，1为排热风筒、2为保护气体管道，3为进风口，4为高温热管阵列，5为熔盐卸料箱，6为支撑结构，7为熔盐管道；8为卸料箱上封头，9为卸料箱直筒段，10为卸料箱下封头，11为吊耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
如图1所示，本发明一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统主要包括高温热管阵列4、熔盐卸料箱5和排热风筒1。通过熔盐管道7连接熔盐堆一回路，保护气体管道2连接熔盐堆保护气体系统。高温燃料盐通过熔盐管道7注入熔盐卸料箱5。
如图2所示，卸料箱直筒段9上安插布置高温热管阵列4。高温热管阵列4为环形排列管束，整体位于卸料箱直筒段9中间偏下区域：每层高温热管在卸料箱直筒段9横截面位置对称布置，间距均匀；每列高温热管竖直对齐，层与层间距保持一致。不同的熔盐堆功率设计会导致一回路排出的燃料盐有不同的温度和衰变热功率，因此所需高温热管总数量可为几十根至上百根，但高温热管排列方式相同。
熔盐卸料箱5放置于排热风筒1内，通过支撑结构6支撑，保持其稳定，同时使最底层高温热管略高于进风口。排热风筒具有一定锥度，底部直径大于顶部直径。风筒底部侧面设置2～6个进风口，确保风筒内空气流量充足。
上述高温热管外观为柱状金属棒，结构上分为高温热管蒸发段、高温热管绝热段和高温热管冷凝段3部分。高温热管蒸发段从卸料箱直筒段9侧面完全斜插入熔盐卸料箱5内，与熔盐直接接触；高温热管冷凝段伸出熔盐卸料箱5外，暴露于排热风筒1内的空气中；高温热管绝热管为连接高温热管蒸发段和高温热管冷凝段的过渡区域。每根热管均向上倾斜，使高温热管冷凝段上翘，与水平面呈5～10度夹角。热管工作介质为钠、钾或者钠钾合金等金属。为强化散热效率，可根据需求在高温热管冷凝段上安装翅片。
上述熔盐卸料箱为立式熔盐罐，熔盐管道和气体管道2与卸料箱顶部相连；熔盐管道7从顶部中央插入，穿过高温热管蒸发段区域，直达卸料箱下封头10；相关压力、温度等测量仪表部件可根据需求安装于卸料箱上封头8。
本发明所述基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统的工作原理与流程表述如下：
熔盐堆一回路内高温燃料盐通过熔盐管道7注入本发明所述系统的熔盐卸料箱5。箱内熔盐液位上升，淹没高温热管蒸发段。高温热管接触高温熔盐后受热自发启动，开始散热。热管内工作介质在高温热管蒸发段受热蒸发，沿热管流过高温热管绝热段，在高温热管冷凝段冷却液化，之后回流至高温热管蒸发段，形成流动循环。因此，通过工作介质的相变高效吸热放热，将熔盐卸料箱5内熔盐的热量传输至熔盐卸料箱5外，实现燃料盐的冷却。排热风筒1内的空气吸收高温热管冷凝段排出热量后，受热后向上流动，从排热风筒1顶部出口流出，同时系统外的低温空气从进风口3补充至排热风筒1内，形成稳定的自然对流，进而将热量最终排放至外界环境空气中。上述一系列过程均不需要人为提供外界驱动力，纯粹依靠密度差等自然驱动力自发进行，形成稳定的自然循环，从而实现系统的长期高效运行。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：包括排热风筒(1)，设置在排热风筒(1)内的熔盐卸料箱(5)；所述熔盐卸料箱(5)为立式熔盐罐，立于排热风筒(1)内，从上至下依次包括卸料箱上封头(8)、卸料箱直筒段(9)和卸料箱下封头(10)，卸料箱直筒段(9)侧面安插布置高温热管阵列(4)；所述高温热管阵列(4)为环形排列管束，整体位于卸料箱直筒段(9)中间偏下区域，每层高温热管在卸料箱直筒段(9)横截面位置对称布置，间距均匀，每列高温热管竖直对齐，层与层间距保持一致；高温热管蒸发段完全插入卸料箱直筒段(9)内，高温热管冷凝段伸出熔盐卸料箱(5)外，暴露于排热风筒(1)内的空气中，高温热管绝热段为连接高温热管蒸发段和高温热管冷凝段的过渡区域，每根高温热管均向上倾斜，使高温热管冷凝段上翘；最底层高温热管冷凝段高于排热风筒(1)的进风口(3)；不同的熔盐堆功率设计会导致一回路排出的燃料盐有不同的温度和衰变热功率，因此所需高温热管的总数量为几十根至上百根；连通熔盐堆一回路的熔盐管道(7)以及连通熔盐堆惰性保护气体系统的保护气体管道(2)连接在卸料箱上封头(8)；熔盐管道(7)从顶部中央插入，穿过高温热管蒸发段区域，直达卸料箱下封头(10)；相关压力、温度测量仪表部件根据需求安装于卸料箱上封头(8)上；
熔盐堆采用液态熔盐作为燃料，当熔盐堆停堆或者发生事故，需要排放燃料盐时，熔盐堆一回路内高温燃料盐通过熔盐管道(7)排放至熔盐卸料箱(5)内；高温燃料盐逐步注入熔盐卸料箱(5)，液面上升逐渐淹没高温热管蒸发段，使高温热管自动启动；高温热管内的工作介质在高温热管蒸发段受热蒸发，沿高温热管流过高温热管绝热段，在高温热管冷凝段冷却液化，之后回流至高温热管蒸发段，形成流动循环；熔盐热量沿热管，通过高温热管冷凝段排放至散热风筒(1)内；空气从散热风筒(1)底部进风口(3)进入排热风筒(1)，自下而上流过高温热管阵列(4)，从排热风筒(1)出口流出，形成自然对流。
2.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述的高温热管外观为柱状金属棒。
3.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述高温热管冷凝段与水平面有5～10度夹角，以多层形式整齐布置于卸料箱直筒段(9)侧面；冷凝段上安装有翅片。
4.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述高温热管内的的工作介质为钠、钾或者钠钾合金。
5.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述排热风筒(1)具有锥度，顶部空气出口直径小于底部直径；进风口位于底部侧面，共计2～6个。
6.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述熔盐卸料箱(5)通过支撑结构(6)支撑，使其与高温热管阵列(4)整体能够平稳放置于排热风筒(1)底部。
7.根据权利要求6所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述支撑结构(6)为支脚或支撑平台。
8.根据权利要求1所述的一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，其特征在于：所述熔盐卸料箱(5)的卸料箱上封头(8)顶部设置有吊耳(11)。
CN201610136324.7A 2016-03-10 2016-03-10 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统 Pending CN105788674A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610136324.7A CN105788674A (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610136324.7A CN105788674A (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105788674A true CN105788674A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56388454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610136324.7A Pending CN105788674A (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105788674A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106653107A (zh) * 2016-09-26 2017-05-10 南华大学 一种液态金属冷却池式反应堆非能动事故余热排出系统
CN107993730A (zh) * 2017-11-02 2018-05-04 西安交通大学 基于熔盐堆非能动余热排出系统的氟盐实验系统及方法
CN108492894A (zh) * 2018-03-06 2018-09-04 哈尔滨工程大学 一种熔盐的安全冷却装置
CN110310751A (zh) * 2019-06-29 2019-10-08 西安交通大学 一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源
CN113362974A (zh) * 2021-04-20 2021-09-07 上海交通大学 一种海洋环境影响下熔盐与热管的传热特性实验系统
CN113793706A (zh) * 2021-08-30 2021-12-14 西安交通大学 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2472522A2 (en) * 2010-12-29 2012-07-04 Westinghouse Electric Company LLC Optimum configuration for fast reactors
CN103366838A (zh) * 2013-07-17 2013-10-23 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆缓冲盐自然循环冷却系统
CN103377732A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 上海核工程研究设计院 一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统
CN103400608A (zh) * 2013-07-09 2013-11-20 哈尔滨工程大学 一种用于熔盐堆的非能动余热排出系统
CN103996419A (zh) * 2014-05-20 2014-08-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆余热冷却装置及其方法
US20150036779A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-05 Terrestrial Energy Inc. Integral molten salt reactor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2472522A2 (en) * 2010-12-29 2012-07-04 Westinghouse Electric Company LLC Optimum configuration for fast reactors
CN103377732A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 上海核工程研究设计院 一种基于热管的乏燃料池非能动余热导出系统
CN103400608A (zh) * 2013-07-09 2013-11-20 哈尔滨工程大学 一种用于熔盐堆的非能动余热排出系统
CN103366838A (zh) * 2013-07-17 2013-10-23 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆缓冲盐自然循环冷却系统
US20150036779A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-05 Terrestrial Energy Inc. Integral molten salt reactor
CN103996419A (zh) * 2014-05-20 2014-08-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆余热冷却装置及其方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王成龙等: "新概念熔盐堆非能动余热排出系统中钠热管的特性研究", 《原子能科学技术》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106653107A (zh) * 2016-09-26 2017-05-10 南华大学 一种液态金属冷却池式反应堆非能动事故余热排出系统
CN106653107B (zh) * 2016-09-26 2018-09-07 南华大学 一种液态金属冷却池式反应堆非能动事故余热排出系统
CN107993730A (zh) * 2017-11-02 2018-05-04 西安交通大学 基于熔盐堆非能动余热排出系统的氟盐实验系统及方法
CN107993730B (zh) * 2017-11-02 2019-07-19 西安交通大学 基于熔盐堆非能动余热排出系统的氟盐实验系统及方法
CN108492894A (zh) * 2018-03-06 2018-09-04 哈尔滨工程大学 一种熔盐的安全冷却装置
CN110310751A (zh) * 2019-06-29 2019-10-08 西安交通大学 一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源
CN113362974A (zh) * 2021-04-20 2021-09-07 上海交通大学 一种海洋环境影响下熔盐与热管的传热特性实验系统
CN113793706A (zh) * 2021-08-30 2021-12-14 西安交通大学 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105788674A (zh) 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统
KR100906717B1 (ko) 고온가스로의 노심 잔열제거를 위한 공기/물 복합형 피동원자로 공동 냉각장치
US7526057B2 (en) Decay heat removal system for liquid metal reactor
CN103377728B (zh) 一种水淹式安全壳完全非能动余热导出系统
US20210172319A1 (en) Multilevel deep well cooling and geothermal utilization system and process
CN103280247B (zh) 一种氟盐冷却高温堆的非能动余热排出系统
CN101710494B (zh) 一种非能动排热的核电站严重事故缓解装置
CN104361914A (zh) 非能动安全冷却系统
CN102623072A (zh) 一种复合型的加速器驱动次临界堆事故余热排出系统
BR112013029172B1 (pt) método e aparelho de controle de reator nuclear
US20150060018A1 (en) Heat pipe based passive residual heat removal system for spent fuel pool
CN103366838B (zh) 一种熔盐堆缓冲盐自然循环冷却系统
CN104269194A (zh) 一种温度触发的池式反应堆非能动事故余热排出系统
WO2016015475A1 (zh) 混凝土安全壳非动能冷却系统
CN104103325B (zh) 一种长期非能动安全壳热量导出系统
CN106297914A (zh) 一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法
KR101404647B1 (ko) 가압경수로의 피동형 원자로 및 격납용기 응축시스템
CN106062883A (zh) 具有铅冷快速反应堆的反应堆系统
CN104347125A (zh) 一种双通道自然循环系统装置
CN203550643U (zh) 核反应堆非能动冷凝器
CN108643984A (zh) 一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池非能动冷却系统
CN202855317U (zh) 一种非能动启动冷却系统
CN103996419A (zh) 一种熔盐堆余热冷却装置及其方法
CN204680390U (zh) 压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统
CN207866030U (zh) 换热装置及换热系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160720