CN107636769B - 核反应堆、尤其是紧凑型的液态金属冷却核反应堆 - Google Patents
核反应堆、尤其是紧凑型的液态金属冷却核反应堆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种核反应堆,尤其是液态金属冷却的反应堆,在热集管和冷集管之间设置有分隔结构,其上部较窄以约束燃料组件的集管,而在芯部的活跃部分处的下部元件中则较宽,在下部元件与上部元件之间具有呈多种形状的连接元件,并且多个热交换器位于所述分隔结构的上部与反应堆容器之间,这些热交换器经由用于供给离开芯部的热的初级流体的竖直管道而接合在连接元件上。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆,尤其是配备有一个或多个初级热交换器的紧凑型的液态金属冷却核反应堆。
具体而言,本发明涉及这样一种反应堆,其中多个初级热交换器被安装在主反应堆容器内部,该主反应堆容器还容置有芯部(core,堆芯),该芯部中产生的热量在这些初级热交换器中被从初级流体(液态金属)传递到次级流体(水),换言之,(芯部)处于容纳有反应堆的那些部件的容积(volume)内,其被称为“初级系统”。包含芯部的液压分隔结构在内部限定了被称作热集管的容积以及处于外侧的被称作冷集管的容积。
背景技术
申请号为MI2005A001752和MI2007A001685的意大利专利申请示出了这种类型的反应器,其中大体圆柱形的分隔结构限定了中央热集管和围绕热集管的环形冷集管;这些冷集管容置多个一体的热交换单元,每个热交换单元均包括泵和一个或两个热交换器;每个一体的单元均具有入口,该入口通过专门设置的用于初级流体的管道而连接到热集管。
然而,如同大体类似于具有不同构造的热交换器的情况(缺点)那样,这些方案不可免除地存在缺点,尤其在尺寸方面,具体而言是由于初级流体的通道系统的复杂性和空间的不充分利用。泵-交换器单元必须被容置在热集管与冷集管之间的分隔结构外部,但是所述结构具有相对大的直径,因为其包含芯部且通常包括该结构的中子屏蔽元件。泵-交换器单元因此安装在相对于反应堆的中心的圆周部位置,导致反应堆容器的直径增大,该反应堆容器包含了初级系统的所有部件。
文献US2013/266111、EP0308691和JPH06174871有益地具有上部直径较小且下部直径较大的分隔结构。在这些方案中,从芯部离开的制冷剂流体在该分隔结构内上升到其上边缘,在此处倒转方向而自上向下供入热交换器单元。同样地,这些方案也并非没有缺陷,例如流体方向倒转的区域的结构复杂性及吸入保护气体(blanket gas,填充气体)的风险,在制冷剂流体为液态金属的情况下这种风险可能导致芯部中的意外的正反应性插入。
发明内容
本发明的目的是提供一种核反应堆,具体而言为一种液态金属冷却的核反应堆,其克服了已知方案所表现出的缺陷并在结构和安全方面具有优势。
本发明因此涉及一种核反应堆,具体而言为如随附的权利要求1所限定的液态金属冷却核反应堆,至于该核反应堆的其它特性及设备配置则在从属权利要求中限定。
附图说明
本发明通过以下非限制性实施例并参照附图来进行描述,在附图中:
图1是根据本发明的核反应堆的示意性纵截面视图,其具有多个泵和热交换器;
图2是沿图1中的平面II-II截取的反应堆的局部示意性横截面视图;
以及
图3是图1中的反应堆的局部平面视图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3,核反应堆1包括主反应堆容器2,主反应堆容器2由顶部3覆盖并且在内部包含芯部4和液压分隔结构5,主反应堆容器2具有大体呈类似双耳瓶的形状,限定了热集管6和冷集管7,芯部4的初级冷却流体8在其中循环。冷集管7由包括在反应堆容器2与分隔结构5之间的区域9限定,并因此设置在热集管6周围。
反应堆容器2容置泵10和热交换器11,初级流体8流过泵10和热交换器11并将芯部4产生的能量传递到在外部次级回路(已知但未示出)中循环的次级流体。优选地,初级流体8是液态金属,具体为液态重金属,例如铅或铅铋合金,而次级流体是水(在与初级流体热交换期间水蒸发),且因此热交换器11为蒸汽发生器。在反应堆容器2中,初级流体8之上具有保护气体。
多种辅助设备被容置在分隔结构5内,其包括用于仪器和控制杆的支撑结构,因为它们是已知的且与本发明无关,故出于简化目的而不予描述。
分隔结构5包括:格栅12,其具有已知的设计并且支撑燃料元件13;下部元件14,用于对芯部4进行液压限制(hydraulic containment),并且该下部元件14被合适地成形,该下部元件起始于距芯部的活跃部分(active part,工作部分)一定径向距离处,以将结构的中子损伤(辐射损伤)降低到可接受的限度;以及连接元件15,其具有各种可能的形状,例如圆锥状或板状,并位于下部元件14与上部元件16之间。
在该方案中,中子屏蔽功能是由在元件14与燃料元件13的外环之间插设的液态金属来实现,同时屏蔽元件的环(在已知的方案中通常置于芯部与分隔结构之间)的数量被减少或完全消除。
元件16的外侧基本呈圆柱形并具有多种厚度,而其内部轮廓被成型为能够包含并径向地限制那些余留的屏蔽元件,或者(在屏蔽元件被完全省去的情况下)能够包含并径向地限制燃料元件的外环,该外环处于这些燃料元件的不活跃的上部部分17。这使得元件16具有相对于元件14的较小的径向延伸部。
这些热交换器11被整个地设置在冷集管7内并且绕分隔结构5的圆柱形上部元件16沿周向相隔开。每个泵-交换器单元21均接合在连接元件15上;合适的密封设备18(其为已知,但为了简化而未示出)设置在连接元件15与圆柱形元件19之间,圆柱形元件19与热交换器11构成为整体,并且这些圆柱形元件限定了管道20,这些管道20向泵-交换器单元21供给离开芯部的热的初级流体8。因此,元件16内的容积基本上不流动(stagnant),不存在流体诱发的振动对容纳在其中的芯部的仪器和控制系统造成的风险。
除了为与圆柱形元件19接合而穿孔的部分之外,元件14和元件15可以是轴对称的,或者如图1至图2中所示的那样有利地具有在管道20附近径向延伸得更多的部分22和径向延伸得较少的部分23,从而使得在所述部分23与反应堆容器2之间为冷集管7留有更宽的容积24,以供安装其它部件,这些部件被概括标示为25a、25b和25c,其例如为残余能量疏散系统的热交换器和用于液态金属的净化及预热系统的部件,这些部件并未示出,因为其属于已知方案且不构成本发明的一部分。在连接元件15中,所述径向延伸较多的部分22在平面图(图2)中可展现为彼此以预定距离沿周向分隔开的瓣片(lobe)。
分隔结构5能够根据已知的方案而被适当支撑在反应堆容器的下部或反应堆顶部的上部。
图1和图3示出了分隔结构5从反应堆的顶部3被盖26支撑的方案。泵-交换器单元也抵靠于盖26。另一盖27覆盖热集管6并且是可移除的,以便执行更换燃料的操作。
从前文的描述中清晰地显现出了本发明的优点:
反应堆的初级回路是一紧凑的系统。
分隔结构5的屏蔽元件的环的数量减少或被完全省去,在经济方面有优势,并在芯部的径向约束的机械强度方面有优势。
省去屏蔽元件的环,减少了要更换的部件的数量,简化了所要执行的维护操作并缩减了反应堆的停工期。
热交换器的径向设置(定位)不受分隔结构的最大尺寸的限制,而仅受具有较小的直径的元件16的限制。
对热交换器进行供给不再需要从分隔结构径向离开的管道,也不再从元件16上方来执行(如已知方案中所设计的那样),而是经由位于向泵-交换器单元21进行供给的管道20的圆柱形元件19与连接元件15之间的一密封设备18来沿竖向执行。
分隔结构5的下部元件14、连接元件15的瓣片形状,使得在下部元件14的相对于反应堆容器2径向延伸较少的部分23与连接元件15之间留有较宽的自由容积,以供安装反应堆的更多的辅助部件25。
分隔结构5的下部元件14、连接元件的瓣片形状,以及盖26的对应的瓣片形状,使得无需拆卸反应堆的上述辅助部件25就能够更换分隔结构5。
最后,应理解的是,能够对本文所描述和阐示的反应堆做出许多更改和变型,这并不背离随附的权利要求书的范围。
Claims (12)
1.一种核反应堆(1),具有位于芯部(4)上方的热集管(6)和围绕所述热集管(6)的冷集管(7),所述热集管和所述冷集管由分隔结构(5)分隔,初级流体(8)在所述热集管和所述冷集管中循环以冷却所述芯部;所述反应堆包括至少一个热交换器(11),用以通过次级流体而从所述初级流体去除热量;所述分隔结构(5)包括位于所述芯部(4)周围的下部元件(14)和位于所述芯部(4)上方的上部元件(16),所述上部元件(16)具有相对于所述下部元件(14)减小的径向延伸,并且所述上部元件通过连接元件(15)而被连结到所述下部元件(14);所述连接元件(15)设有穿孔(28),多个竖直管道(20)从所述穿孔延伸而连接到位于所述分隔结构(5)的上部元件(16)与反应堆容器(2)之间的一个或多个热交换器(11),用以向所述热交换器供给离开所述芯部(4)的热的初级流体;所述反应堆的特征在于,所述分隔结构(5)的连接元件(15)和上部元件(16)构成所述芯部(4)的径向约束。
2.根据权利要求1所述的反应堆,其中,位于所述分隔结构(5)的下部元件(14)和上部元件(16)之间的所述连接元件(15)为板。
3.根据权利要求1所述的反应堆,其中,用于对所述热交换器(11)进行供给的所述竖直管道(20)在由所述分隔结构(5)的连接元件(15)和下部元件(14)的局部径向延伸所形成的瓣片(22)上制成的穿孔(28)上接合。
4.根据权利要求3所述的反应堆,其中,所述分隔结构(5)的下部元件(14)和连接元件(15)的瓣片形状使得在所述下部元件(14)和所述连接元件(15)的相对于所述容器(2)径向延伸较少的部分(23)之间留有多个自由容积(24),以供安装所述反应堆的辅助部件(25)。
5.根据权利要求1所述的反应堆,其中,包含在所述分隔结构(5)的上部元件(16)内的初级流体的流动性使得不存在流体诱发的振动对容纳在所述分隔结构(5)中的所述芯部(4)的仪器和控制系统造成的风险。
6.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述初级流体(8)是液态金属。
7.根据权利要求6所述的反应堆,其中,所述次级流体是水并且在所述热交换器(11)中被变成蒸汽,所述热交换器为蒸汽发生器。
8.根据权利要求6所述的反应堆,其中,所述液态金属为铅。
9.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述下部元件(14)用作所述芯部(4)的液压约束的元件,并且与所述芯部的活跃部分径向分隔开,即被置为与所述活跃部分相距一预定径向距离。
10.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述反应堆(1)为液态金属冷却核反应堆。
11.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述热交换器(11)为蒸汽发生器。
12.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述分隔结构(5)的连接元件(15)和上部元件(16)构成所述芯部(4)的相应的燃料元件(13)的不活跃的上部部分(17)的径向约束。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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