CN106981320A - 一种自然循环冷却液态重金属反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然循环冷却液态重金属反应堆，包括：主容器；分隔装置，分隔装置将主容器的内部空间分隔成相对独立的热池和冷池，热池的底部放置有堆芯；主换热器容器、主换热器；热连接管、冷连接管，热连接管和冷连接管分别将主容器和主换热器容器连通并形成一冷却回路；以及电磁驱动装置，其中：电磁驱动装置在反应堆启动和功率提升过程中，使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。实施本发明的自然循环冷却液态重金属反应堆，能够提高自然循环冷却液态重金属反应堆的可操控性；具备一定的非能动安全特征，有效提高自然循环冷却液态重金属反应堆的安全性和经济性。

Description

一种自然循环冷却液态重金属反应堆

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种自然循环冷却液态重金属反应堆。

背景技术

液体重金属（主要指铅或铅铋合金）具有导热性能好、沸点高、中子慢化能力小等特点，是一种良好的快中子反应堆冷却剂，已被广泛应用于先进核能系统设计中。在俄罗斯小型模块化铅铋冷却反应堆SVBR-100、俄罗斯大型铅冷快堆BREST-300、欧洲大型铅冷快堆ELFR以及欧洲加速器驱动次临界系统（ADS）实验装置MYRRHA中，均采用液体重金属作为冷却剂。

在现有的液态重金属反应堆设计方案中，普遍采用机械泵驱动的冷却模式，如俄罗斯小型模块化铅铋冷却反应堆SVBR-100、俄罗斯大型铅冷快堆BREST-300、欧洲大型铅冷快堆ELFR以及欧洲加速器驱动次临界系统（ADS）实验装置MYRRHA等。在采用机械泵驱动的液态重金属反应堆设计方案中，存在液态重金属机械泵制造难度大的问题。液态重金属与金属材料长期接触时，金属材料中的Fe、Cr和Ni等元素会溶解于液态重金属中，使得机械泵叶片遭受严重的腐蚀作用。机械泵叶片腐蚀问题增加了液态重金属机械泵的制造难度，极大制约了采用机械泵驱动的液态重金属反应堆的发展。

为了避免液态重金属机械泵的制造难题，同时发挥液态重金属自然循环能力强的特点，相关研究人员提出了采用全自然循环冷却的液态重金属反应堆，如欧洲铅冷加速驱动次临界系统EA、美国小型模块化铅冷快堆SSTAR等。在采用全自然循环冷却的液态重金属反应堆设计方案中，存在反应堆流量控制能力差的问题。例如：当反应堆采用全自然循环冷却时，其堆芯流量是由自然循环驱动力与一回路流动阻力的平衡作用决定，无法进行人为控制，这极大增加了反应堆启停、功率提升等过程中的流量控制难度。因此，全自然循环冷却的液态重金属反应堆可操控性能差，难以得到广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种自然循环冷却液态重金属反应堆，能够提高自然循环冷却液态重金属反应堆的可操控性；具备一定的非能动安全特征，有效提高自然循环冷却液态重金属反应堆的安全性和经济性。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种自然循环冷却液态重金属反应堆，包括：主容器；设置在主容器内部的分隔装置，分隔装置将主容器的内部空间分隔成相对独立的热池和冷池，热池的底部放置有堆芯；主换热器容器，主换热容器中设有主换热器；分别连接在热池和主换热器容器之间的热连接管，分别连接在冷池和主换热容器之间的冷连接管，热连接管和冷连接管分别将主容器和主换热器容器连通并形成一冷却回路；以及设置在热连接管和/或冷连接管外部的用以为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置，其中：电磁驱动装置在反应堆启动和功率提升过程中，使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。

其中，主换热器与堆芯保持一定的水平高度差，用以建立使冷却回路自然循环所需的驱动压头。

其中，电磁驱动装置由多根感生磁铁组成。

其中，主容器为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。

其中，分隔装置为使用具有一定壁厚的金属板围挡而成的圆柱状金属容器。

其中，主换热容器为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。

其中，主换热器主要由多根换热管组成。

为解决上述技术问题，本发明还公开了一种技术方案，一种自然循环冷却液态重金属反应堆，包括：液态重金属反应堆本体，液态重金属反应堆本体的内部设有冷却回路；设置在液态重金属反应堆本体外部的用以为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置，其中：电磁驱动装置在反应堆启动和功率提升过程中，使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。

本发明所提供的自然循环冷却液态重金属反应堆，具有如下有益效果：

第一、电磁驱动装置使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。将电磁驱动装置设置在自然循环冷却液态重金属反应堆的外部，能够消除机械泵叶片腐蚀的难题，降低了液态重金属反应堆的开发难度和制造技术难度。

第二，电磁驱动装置能够为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力，电磁驱动作为辅助的驱动方式，其应用于增强在反应堆启动和功率提升中的流量调节功能，加快一回路冷却剂自然循环流动的建立速度，从而提高自然循环冷却液态重金属反应堆的可操控性，提高自然循环冷却液态重金属反应堆的工程可行性。

第三、自然循环冷却液态重金属反应堆具有全自然循环冷却能力，取消了能动设备机械泵，具有非能动安全特征，能够有效提高液态重金属反应堆的安全性和经济性。

第四、结构合理，提高了电磁驱动装置的可维护性，能够避免因电磁泵故障带来的反应堆安全问题和停堆维修带来的经济损失，有效提高反应堆的经济性和系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例自然循环冷却液态重金属反应堆的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明自然循环冷却液态重金属反应堆的实施例一。

本实施例中的自然循环冷却液态重金属反应堆，包括：液态重金属反应堆本体，液态重金属反应堆本体在本实施例中包括：主容器1；设置在主容器1内部的分隔装置2，分隔装置2将主容器1的内部空间分隔成相对独立的热池1a和冷池1b，热池1a的底部放置有堆芯3；主换热器容器4，主换热容器4中设有主换热器5；分别连接在热池1a和主换热器容器4之间的热连接管6a，分别连接在冷池1b和主换热容器4之间的冷连接管6b，热连接管6a和冷连接管6b分别将主容器1和主换热器容器4连通并形成一冷却回路；以及设置在热连接管6a外部的用以为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置7，其中：电磁驱动装置7在反应堆启动和功率提升过程中，使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。

具体实施时，主容器1为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。其它实施方式中可以根据实际需要调整其形状，并不影响实施。

分隔装置2为使用具有一定壁厚的金属板围挡而成的圆柱状金属容器。分隔装置2将主容器1的内部空间分隔成相对独立的热池1a和冷池1b。热池1a位于分隔装置2围挡而成的圆柱状金属容器内，冷池1b位于上述圆柱状金属容器与主容器1之间的区域。

堆芯3放置在热池1a的底部，其是由一定数目的燃料组件和其他功能组件组成，堆芯3的作用是通过核裂变反应产生热量。

主换热器容器4为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。其它实施方式中可以根据实际需要调整其形状，并不影响实施。

进一步的，主换热容器4中设有主换热器5，主换热器5主要由多根换热管组成，其作用是传递冷却回路中冷却剂的热量。

本实施例中，主换热器5与堆芯3保持一定的水平高度差。也就是说，主换热容器4放置的位置应高于热池1a底部所置放的堆芯3的顶部。如此设置的作用是：用于提供建立一回路自然循环所需的自然循环驱动压头。

热连接管6a和冷连接管6b的结构相似，为具有一定壁厚的圆形金属管道。其中：热连接管6a用于连接主容器1中热池1a与主换热器容器4中主换热器5的入口区域。冷连接管6b用于连接主换热容器4的出口区域与主容器1中冷池1b的区域。具体实施时，6a和冷连接管6b分别将主容器1和主换热器容器4连通并形成一冷却回路。

进一步的，还包括：设置在热连接管6a外部的用以为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置7，本实施例中，电磁驱动装置7由多根感生磁铁组成，其设置在自然循环冷却液态重金属反应堆的外部。

电磁驱动装置7的作用是：使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。自然循环冷却液态重金属反应堆具有全自然循环冷却能力，取消了能动设备机械泵，能够有效提高液态重金属反应堆的安全性和经济性。可以理解的是：电磁驱动装置7的工作原理是电磁感应原理，能够产生驱动冷却回路中液态重金属流动的驱动力，使反应堆快速建立自然循环。当反应堆进入稳定运行状态后，关闭电磁驱动装置7，此时，反应堆将会进入全自然循环冷却模式。

此外，与现有采用全自然循环冷却的液态重金属反应堆相比，本实施例中采用的是自然循环为主，电磁驱动为辅的驱动方式。电磁驱动装置7能够为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力，电磁驱动作为辅助的驱动方式，其应用于增强在反应堆启动和功率提升中的流量调节功能，加快一回路冷却剂自然循环流动的建立速度，从而提高自然循环冷却液态重金属反应堆的可操控性，提高自然循环冷却液态重金属反应堆的工程可行性。

本发明自然循环冷却液态重金属反应堆的其它实施方式中，电磁驱动装置7还可以设置在冷连接管6b的外部，或者同时设置在热连接管6a和冷连接管6b的外部，只要满足具有增强在反应堆启动和功率提升中的流量调节功能的作用即可。

本发明所提供的自然循环冷却液态重金属反应堆，具有如下有益效果：

第一、电磁驱动装置使冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。将电磁驱动装置设置在自然循环冷却液态重金属反应堆的外部，能够消除机械泵叶片腐蚀的难题，降低了液态重金属反应堆的开发难度和制造技术难度。

第二，电磁驱动装置能够为冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力，电磁驱动作为辅助的驱动方式，其应用于增强在反应堆启动和功率提升中的流量调节功能，加快一回路冷却剂自然循环流动的建立速度，从而提高自然循环冷却液态重金属反应堆的可操控性，提高自然循环冷却液态重金属反应堆的工程可行性。

第三、自然循环冷却液态重金属反应堆具有全自然循环冷却能力，取消了能动设备机械泵，具有非能动安全特征，能够有效提高液态重金属反应堆的安全性和经济性。

第四、结构合理，提高了电磁驱动装置的可维护性，能够避免因电磁泵故障带来的反应堆安全问题和停堆维修带来的经济损失，有效提高反应堆的经济性和系统可靠性。

Claims (8)

1.一种自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，包括：

主容器；

设置在所述主容器内部的分隔装置，所述分隔装置将所述主容器的内部空间分隔成相对独立的热池和冷池，所述热池的底部放置有堆芯；

主换热器容器，所述主换热容器中设有主换热器；

分别连接在所述热池和所述主换热器容器之间的热连接管，分别连接在所述冷池和所述主换热容器之间的冷连接管，所述热连接管和所述冷连接管分别将所述主容器和所述主换热器容器连通并形成一冷却回路；以及

设置在所述热连接管和/或所述冷连接管外部的用以为所述冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置，其中：

所述电磁驱动装置在反应堆启动和功率提升过程中，使所述冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。

2.如权利要求1所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述主换热器与所述堆芯保持一定的水平高度差，用以建立使所述冷却回路自然循环所需的驱动压头。

3.如权利要求1所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述电磁驱动装置由多根感生磁铁组成。

4.如权利要求1或2所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述主容器为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。

5.如权利要求4所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述分隔装置为使用具有一定壁厚的金属板围挡而成的圆柱状金属容器。

6.如权利要求1或2所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述主换热容器为圆柱状金属容器，其底部由下封头进行密封，顶部由一顶盖进行密封。

7.如权利要求6所述的自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，所述主换热器主要由多根换热管组成。

8.一种自然循环冷却液态重金属反应堆，其特征在于，包括：

液态重金属反应堆本体，液态重金属反应堆本体的内部设有冷却回路；

设置在所述液态重金属反应堆本体外部的用以为所述冷却回路中的液态重金属流动提供部分驱动力的电磁驱动装置，其中：

所述电磁驱动装置在反应堆启动和功率提升过程中，使所述冷却回路中的液态重金属受磁场力作用而产生压力梯度，从而驱动冷却回路中的液态重金属流动。