CN106205749A - 核反应堆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核反应堆系统，包括主容器，主容器内设有：反应堆容器，所述反应堆容器底部设有堆芯；反应堆容器外侧套设有分隔容器，分隔容器与反应堆容器之间的间隔形成供一回路冷却剂流通的环形室；分隔容器与反应堆容器的底部连通；环形室的外侧设置有一回路冷却剂容器，一回路冷却剂容器中安装循环泵，循环泵的输出口通过管道与环形室的上部连通；反应堆容器的中部开设有导流口，导流口通过管道连接蒸汽发生器中上部入口；所述蒸汽发生器上还设有一回路冷却剂排口，一回路冷却剂排口通过管道与一回路冷却剂容器连接。该系统结构紧凑，能够降低有害蒸汽夹带量。

Description

核反应堆系统
技术领域
本发明涉及核工业设备领域，特别是一种核反应系统。
背景技术
目前，铅冷却核反应堆对燃料的利用率较高，经济环保，已经成为了新一代核反应堆的代表。
现有的铅冷却核反应堆，主要包括堆芯系统、冷却系统和蒸汽发生系统。冷却系统用于和堆芯系统换热，并将热量传递给蒸汽发生系统，在蒸汽发生系统中，一回路冷却剂和二回路冷却剂换热，使得二回路冷却剂二回路变成蒸汽，从而使得蒸汽发生系统利用热量产生蒸汽，驱动发电机工作，以产生电能。
目前的铅冷却核反应堆的主要问题包括：第一，结构设计不合理，占用空间较大。第二，冷却剂在循环过程中，容易夹带有害蒸汽。第三，热能利用率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑，能够降低有害蒸汽夹带量的核反应系统。
为了实现上述目的，本发明提供的一种反应堆容器，所述反应堆容器底部设有堆芯；
反应堆容器外侧套设有分隔容器，分隔容器与反应堆容器之间的间隔形成供一回路冷却剂流通的环形室；分隔容器与反应堆容器的底部连通；
环形室的外侧设置有一回路冷却剂容器，一回路冷却剂容器中安装循环泵，循环泵的输出口通过管道与环形室的上部连通；
反应堆容器的中部开设有导流口，导流口通过管道连接蒸汽发生器中上部入口；
所述蒸汽发生器上还设有一回路冷却剂排口，一回路冷却剂排口通过管道与一回路冷却剂容器连接。
可选地或优选地，所述堆芯下方设置有堆芯支撑机构；所述堆芯支撑机构包括竖直设置的主支撑架，主支撑架两侧斜向上倾斜设置左支撑架和右支撑架，左支撑架和有支撑架的中部开设有供冷却剂流通的通孔。
可选地或优选地，所述导流口的数量为8个，并环绕反应堆容器周面均匀设置；每个导流口连接一个蒸汽发生器。
可选地或优选地，所述主容器的顶部设有混凝土保护顶盖，混凝土保护顶盖上设有用于安装循环泵和蒸汽发生器的安装槽。
可选地或优选地，导流口至混凝土保护顶盖之间的空间为保护气体容纳室，保护气体容纳室通过排气管道与外部空间连通。
可选地或优选地，保护气体容纳室的容积为300m3。
可选地或优选地，所述反应堆容器中堆芯的上方设有堆内存储室，堆内存储室用于存放用过的乏燃料以降低其热功率。
可选地或优选地，所述反应堆容器中堆芯的上方设有堆内存储室，堆内存储室用于存放新加入的燃料。
本发明提供的核反应堆系统，包括主容器，主容器内设置有反应堆容器，反应堆容器的外侧为分隔容器，分隔容器和反应堆容器之间形成供一回路冷却剂流通的环形室。分隔容器与反应堆容器的底部连通；环形室的外侧设置有一回路冷却剂容器，一回路冷却剂容器中安装循环泵，循环泵的输出口通过管道与环形室的上部连通；反应堆容器的中部开设有导流口，导流口通过管道连接蒸汽发生器中上部入口；所述蒸汽发生器上还设有一回路冷却剂排口，一回路冷却剂排口通过管道与一回路冷却剂容器连接。采用这种设计后，第一冷却溶剂在冷却系统的循环中，会经历两次下落过程，第一次是从一回路冷却剂容器进入环形室时，沿着环形室下落到底部然后进入反应堆容器与堆芯换热。第二次下落是从反应堆容器上部的导流口进入蒸汽发生器的中上部入口，这样可以沿着蒸汽发生器的内管下落与逆流而上的二回路冷却剂换热以产生蒸汽。经历两次下落的好处在于，如果冷却剂中夹带有害气体，下落的流道给了这些有害气体充分地上升时间，使它们能够被排出到液面之上，避免进入堆芯内部。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的核反应堆系统的主视结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的核反应堆系统的俯视半剖结构示意图；
图3为堆芯支撑机构的结构示意图；
图中：
1-主容器；2-反应堆容器；3-分隔容器；4-蒸汽发生器；5-一回路冷却剂容器；6-堆芯；7-环形室；8-循环泵；9-导流口；10-堆芯支撑机构；11-主支撑架；12-左支撑架；13-右支撑架；14-通孔；15-混凝土保护顶盖；16-保护气体容纳室；17-堆内存储室；18-乏燃料装载设备；19-旋转插头；20-二回路冷却剂进口；21-二回路冷却剂出口；22-乏燃料输送管道；23-燃料组件；24-输出口
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1-3，本发明提供的一种核反应堆系统，包括主容器1，该主容器1至少用于容纳反应堆容器2、分隔容器3、蒸汽发生器4和一回路冷却剂容器5。
反应堆容器2的底部设置有燃料组件23和堆芯6，为整个系统的热源。在反应堆容器2的外侧套设有分隔容器3，分隔容器3与反应堆容器2保持间隔以形成环形室7，分隔容器3的底部(即环形室7底部)与反应堆容器2底部连通。在分隔容器3的外侧还设置有一回路冷却剂容器5，其内填充有一回路冷却剂，一回路冷却剂可以是各种重金属液，本实施例中为铅剂。在一回路冷却剂容器5内设置有循环泵8，循环泵8的输出口24位于上部，以将一回路冷却剂自下而上的抽出。输出口24与环形室7的上部对接，这样，可以将一回路冷却剂送入环形室，使得一回路冷却剂沿着环形室7下落。
反应堆容器2的外侧还设置有蒸汽发生器4，蒸汽发生器4的一回路冷却剂入口位于侧壁的中上部。在反应堆容器2的上部开设有导流口9，并通过管道或者法兰与蒸汽发生器4入口对接，以将与堆芯换热后上升的一回路冷却剂导入到蒸汽发生器4内部，并沿着蒸汽发生器4的内管向下流动。蒸汽发生器4内具有二回路冷却剂(如水)的循环管道。一回路冷却剂和二回路冷却剂在蒸汽发生器4内换热，二回路冷却剂蒸发形成蒸汽输出到核反应堆系统外部，用于驱动蒸汽发电机发电。一回路冷却剂和二回路冷却剂在蒸汽发生器4内部是相互逆流运动的。
堆芯6下方设置有堆芯支撑机构10，该堆芯支撑机构10包括竖直设置的主支撑架11，主支撑架11两侧斜向上倾斜设置左支撑架12和右支撑架13，左支撑架12和右支撑架13的中部开设有供冷却剂流通的通孔14。这些通孔14可以供一回路冷却剂通过，在反应堆容器2底部形成回旋冷流，冷流在上升过程中以回旋地状态与堆芯6接触，使得换热效率更高。
导流口9的数量为8个，并环绕反应堆容器2周面均匀设置，每个导流口9都连接一个蒸汽发生器4。这种排布方式充分利用了主容器1内的空间，提高了蒸汽生产量，从而提高了发电量。
主容器1的顶部设有混凝土保护顶盖15，混凝土保护顶盖15上设有用于安装循环泵8和蒸汽发生器4的安装槽，循环泵8的外壳从混凝土保护顶盖15上伸出，蒸汽发生器4的二回路冷却剂进口20和二回路冷却剂出口21也都从混凝土保护顶盖15上伸出。混凝土保护顶盖15的作用是形成辐射屏蔽层，防止反应堆容器2核泄漏以及蒸汽发生器4和一回路冷却剂溶剂发生泄漏，为核反应堆系统提供全面的保护。
从导流口9处起至混凝土保护顶盖15之间的空间为保护气体容纳室16，保护气体容纳室16通过排气管道与外部空间连通(图中未示出)。当蒸汽发生器4或反应堆容器2发生故障时，可以通过保护气体容纳室16向外排气释放压力，防止内压过大造成更大的内壳破裂。经过发明人的工程试验发现，保护气体容纳室16的容积为300m3最为合适。
反应堆容器2中堆芯6的上方设有堆内存储室17，堆内存储室17用于存放用过的乏燃料以降低其热功率。该堆内存储室17还可以用于存放新加入的乏燃料。这样对反应堆容器2内部空间的利用率更高，结构更加紧凑。该堆内存储室17的主体可以由40个环形排布的圆筒构成，在每个圆筒中都贮存燃料。
此外，在混凝土保护顶盖15上方还可以安装燃料装载设备18。
导流口9的上方还可以设置旋转插头19，一方面用于分隔出保护气体容纳室16，另一方面用于安装燃料输送管道22。
以一回路冷却剂为铅剂，二回路冷却剂为水为例，本发明的反应堆系统工作方式如下：启动循环泵8，铅剂被抽送到一回路冷却剂容器5液面以上2m左右，然后从循环泵8的输出口的管道输送到环形室7，铅剂沿着环形室7不断下降至底部，进入内层的反应堆容器2，与堆芯6换热后继续上升至导流口9处，流入蒸汽发生器4的内管，在内管中继续下落，与内管的循环管路中的水换热以生成大量蒸汽用于发电。然后再次流入一回路冷却剂容器5进入新的循环过程。在一个循环过程中，铅剂至少经历两次下落过程，如果冷却剂中夹带有害气体，下落的流道给了这些有害气体充分地上升时间，使它们能够被排出到液面之上，避免进入堆芯6内部。
以上对本发明所提供的核反应堆系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.核反应堆系统，其特征在于，包括主容器，主容器内设有：
反应堆容器，所述反应堆容器底部设有堆芯；
反应堆容器外侧套设有分隔容器，分隔容器与反应堆容器之间的间隔形成供一回路冷却剂流通的环形室；分隔容器与反应堆容器的底部连通；
环形室的外侧设置有一回路冷却剂容器，一回路冷却剂容器中安装循环泵，循环泵的输出口通过管道与环形室的上部连通；
反应堆容器的中部开设有导流口，导流口通过管道连接蒸汽发生器的中上部入口；
所述蒸汽发生器上还设有一回路冷却剂排口，一回路冷却剂排口通过管道与一回路冷却剂容器连接。
2.根据权利要求1所述的核反应堆系统，其特征在于，所述堆芯下方设置有堆芯支撑机构；所述堆芯支撑机构包括竖直设置的主支撑架，主支撑架两侧斜向上倾斜设置左支撑架和右支撑架，左支撑架和有支撑架的中部开设有供冷却剂流通的通孔。
3.根据权利要求1所述的核反应堆系统，其特征在于，所述导流口的数量为8个，并环绕反应堆容器周面均匀设置；每个导流口连接一个蒸汽发生器。
4.根据权利要求1所述的核反应堆系统，其特征在于，所述主容器的顶部设有混凝土保护顶盖，混凝土保护顶盖上设有用于安装循环泵和蒸汽发生器的安装槽。
5.根据权利要求4所述的核反应堆系统，其特征在于，导流口至混凝土保护顶盖之间的空间为保护气体容纳室，保护气体容纳室通过排气管道与外部空间连通。
6.根据权利要求5所述的核反应堆系统，其特征在于，保护气体容纳室的容积为300m3。
7.根据权利要求1所述的核反应堆系统，其特征在于，所述反应堆容器中的堆芯的上方设有堆内存储室，堆内存储室用于存放用过的乏燃料以降低其热功率。
8.根据权利要求1所述的核反应堆系统，其特征在于，所述反应堆容器中的堆芯的上方设有堆内存储室，堆内存储室用于存放新加入的燃料。
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