CN1061105A - 深水池强迫循环分置式核供热反应堆 - Google Patents

Abstract

本项发明属于低温核能供热技术。深水池强迫 循环分置式供热堆主要特点是利用现有技术和采用 常用的换热器、水泵、混凝土水池及控制棒等设备，达 到核能低温供热的目的。这种供热堆结构简单、运行 可靠、维修方便、具有高度固有安全性及造价较低的 特点。它可为热网提供90℃的循环水，在供热的同 时还可较方便地利用其辐射能，具有较好的经济效 益。

Description

本发明属于核反应堆领域，尤其涉及低温核供热反应堆。

目前国内外设计与建造的低温核供热反应堆有许多种。中国发明专利CN  85100044提供了一种深水池式供热堆。其特点是利用深水池，由水静压力提高堆芯出口水的温度，并在池内设置换热器，由自然循环来冷却反应堆。其中也提到可在自然循环的基础上增设循环泵，并能在停堆停泵的条件下，仍可保持自然循环冷却堆芯余热的能力。其中池内换热器需要特殊研制。

瑞典设计了一种低温核供热反应堆，是加压池式堆。（L.NILSSON，M.HANNUS，SECURE  Nuclear  District  Heating  Plant，Nucl.Tech.Vol.38，1978.）该设计中将反应堆水池加压力，池水中加入硼溶液。换热器及水泵置于池外，即为强迫循环分置式冷却回路。在冷却回路中调节硼的浓度来控制反应堆的运行，没有控制棒。其冷却回路与池水之间在堆芯上、下各有一处相通，上部为气塞。当水泵运行时，气塞内充气将回路与水池分开。当水泵停转以后，气塞中气体自动逸出，池水（为浓硼水）进入堆芯停止了反应堆，又建立了池水与堆芯的自然冷却条件。

加拿大原子能有限公司的白壳实验室已建立了一种小型池式核供热堆。（AECL-8257，The  Canadian  Slowpoke  Heating  Reactor，by  J.S.Glen  and  J.W.Hilbon.）这是一种功率为2兆瓦的小型核供热堆，水池深度为9米，供水温度为70℃，还不能扩大规模为城市集中供热服务。这种堆的控制是依靠装在池顶的传动机构，带动堆芯中的控制棒来实现的。

本发明的目的在于利用现有技术和采用常用的换热器、水泵、混凝土水池及控制棒等设备，达到低温供热的目的。

本发明的主要内容是：在水池底部安装堆芯，池水深度为10～40米，采用控制棒控制的核供热反应堆，其特征是换热器及水泵安装在池外，在池内循环管路上装设有气塞，气塞内的液面上设有依靠液面变化的非能动地（Passive）停堆机构。

本发明的技术方案如下：

1.堆芯出口水管在水下的一定深度内，穿过池壁引向池外。其深度由管内水温决定，应保持管内水不出现沸腾。在池外设置水泵和换热器，由强迫循环来冷却反应堆。

2.在池内堆芯出口管路上设置气塞。当水泵运行时，向气塞内充以气体，阻断了由气塞处引入回路的水流。当水泵停转时，气塞内的气体自动逸出，气塞两侧水相通，堆芯与池水之间由此通路建立自然循环，形成冷却堆芯剩余发热的回路。

3.在气塞内的液面上，可装设一种靠浮力浮在液面上的安全棒。当水泵停转液面上升时，安全棒内腔充水，安全棒下沉并达到停堆的目的。此停堆机制安全不依赖于控制和信号系统，是一种依靠液面变化非能动地（Passive）停堆机构。它可作为有别于现有控制保护系统的另一种停堆方式，增强了反应堆的固有安全性。

本发明与原有深水池式供热堆相比，具有优点如下：

1.可以不去研制池内自然循环换热器，而直接采用通常使用的板式换热器。

2.池外安装的换热器，便于检修和维护。

3.原自然循环冷却的反应堆，设计的反应堆功率有一定限度。而强迫循环冷却可以设计更高功率的反应堆。从而达到更好的经济性。

4.强迫循环冷却的反应堆，可以缩小堆芯出入口温差。从而可以减少核燃料装载量，和提高对外供水温度。

5.强迫循环冷却的反应堆，便于利用现有设计计算手段，可避免自然循环的实验研究工作。

本发明与瑞典的SECURE供热堆的设计方案相比，具有优点如下：

1.由于水池不加压力，简化了结构和设备，提高了安全性能。

2.由于水池不加压力，可在池顶安装控制传动机构，采用常用的控制棒控制，避免由硼水浓度调节控制反应堆而需要的研制工作。

3.由于水池不加压力，保持了池式堆可方便利用辐照条件的优点。

附图说明：图1  气塞原理图;

图2  深水池强迫循环分置式供热堆示意图。

[1]堆芯  [2]出口管  [3]通气管  [4]气塞帽  [5]外液面  [6]内液面  [7]堆芯  [8]控制棒  [9]上升筒  [10]衰减筒[11]气塞  [12]传动机构  [13]换热器  [14]水泵。

由附图1可见，水池底部安装堆芯[1]，堆芯出口管[2]的顶部为气塞[11]，气塞由气塞帽[4]及通气管[3]等组成。在水泵开启后，由通气管[3]通入气体，形成气塞的内液面[6]及外液面[5]。内外液面差决定于水流通过堆芯的阻力。由于液面差阻断了气塞处的水流，通过堆芯的水流程如实线箭头所示。当水泵停转时，液面[6]上升，气体由[5]的位置逸出气塞，气塞内外水相通。由于停堆以后的剩余发热，则会形成以堆芯为热源，以池水为热阱的自然循环，其流程如虚线箭头所示。

实施例：

一座120兆瓦低温供热堆的设计。每小时可供出100百万大卡的热量。混凝土水池内径7米，水深24米。在水池底部安装堆芯[7]，控制棒[8]由池顶盖上的传动机构[12]通过钢丝绳带动。池水在水泵[14]的驱动下，由堆芯底部进入堆芯，经上升筒[9]流向侧面，进入放射性衰减筒[10]，在水深6米以下部位穿出池壁，进入板式换热器[13]，再经水泵[14]返回水池。在上升筒[9]顶部安装气塞[11]，当水泵运转时，气塞内的气体阻断了此处水流。当水泵停止以后，气塞内气体逸出，上升筒[9]内被堆芯加热的水自动上升，较冷的池水自动向下，完全非能动地建立了余热的自然循环冷却系统。

这座反应堆可为城市供热管网提供90℃的循环水，可以满足一般采暖的需要。在热网系统中与峰值锅炉相配合时，热网供水也可由峰值锅炉提高到120℃，从而满足大型热网高温差供水的需要。

Claims (2)

1、一种堆芯在水池底部，池水深度为10～40米，采用控制棒控制，其特征在于换热器及水泵设在池外，在池内循环管路上，装设有停泵时可自动形成自然循环冷却堆芯的气塞。

2、根据权利要求1所述的核供热堆，其特征在于在所说的气塞内液面上设有依靠液面变化而非能动地（Passive）停堆机构。

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