CN109887623A - 一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆 - Google Patents
一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，包括反应堆容器、堆顶盖、下封头、堆芯安装构件、堆芯、控制棒及其驱动机构、冷热池隔板、第一辅助隔板、热交换器及驱动泵。反应堆容器与堆顶盖及下封头分别成密封连接；堆芯安装于堆芯安装构件的安装位上；控制棒及其驱动机构进入反应堆容器中与堆芯顶部相连；冷热池隔板使反应堆容器隔离成互不连通的热池和冷池；第一辅助隔板位于冷热池隔板外侧并与冷热池隔板有一定距离；热交换器穿过热池进入冷池中实现热传导；驱动泵进入冷池实现冷池中冷却剂循环。实施本发明，不仅能降低堆内构件的复杂性及一回路冷却剂的流动阻力，还能避免热交换器发生传热管破裂时，微小汽泡或水滴进入反应堆堆芯的风险。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆。
背景技术
核电的使用是人类在能源利用史上的一个重大突破，利用原子核的裂变反应，核电厂能够产生其他所有传统化石能源所无法比拟的高能量输出，并且这些高能量输出往往只需要耗费少量的核燃料。这种低投入高产出的特性，使得核能已经成为世界上许多国家的重要能源组成部分，然而核电在具有极高利用价值的同时，其所可能带来的危害也令人们谈核色变。
在使用核电的过程中，一旦压水堆中反应堆容器温度迅速上升，若不及时冷却并将反应堆容器的热量导出，就可能使安全壳的温度及压力升高，从而引发严重的安全事故，将会对核电厂周边的环境乃至全人类带来及其严重的核污染灾害，因此需要对安全壳进一步设置安全保障措施。
为了解决上述问题，现有技术中公开了申请号为201280077308.5，名称为具有液态金属冷却剂的核反应堆的发明专利，该发明在热池与热交换器间采用管道连接，但是因管道位于堆内而增加了堆内构件的复杂性，同时还增加了一回路冷却剂的流动阻力，从而导致对驱动泵的功率要求较高。现有技术中又公开了申请号为200880117773.0，名称为具有新概念燃料元件的核反应堆的发明专利以及公开了申请号为201510061189.X，名称为一种用于池式液态重金属冷却反应堆的主回路循环装置的发明专利，但是二者的一回路流道设计中都存在热交换器发生传热管破裂时，微小汽泡或水滴有可能进入反应堆堆芯的风险，极易引入正反应性，导致超功率事故发生。
因此，发明人提出一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，不仅能降低堆内构件的复杂性及一回路冷却剂的流动阻力，还能避免热交换器发生传热管破裂时，微小汽泡或水滴进入反应堆堆芯的风险。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，不仅能降低堆内构件的复杂性及一回路冷却剂的流动阻力，还能避免热交换器发生传热管破裂时，微小汽泡或水滴进入反应堆堆芯的风险。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，包括反应堆容器、堆顶盖、下封头、堆芯安装构件、堆芯、控制棒及其驱动机构、冷热池隔板、第一辅助隔板、热交换器以及驱动泵；其中，
所述反应堆容器呈中空柱状，其顶端与所述堆顶盖相连后形成密封连接，底端与所述下封头相连后形成密封连接；
所述堆顶盖上设有用于液体或气体进出的第一进出口和第二进出口；
所述堆芯安装构件设置于所述反应堆容器中并位于所述下封头的上方，其顶部设有用于安装所述堆芯的安装位；
所述堆芯安装于所述堆芯安装构件顶部的安装位上；
所述控制棒及其驱动机构的一端位于所述反应堆容器的外部，另一端穿过所述堆顶盖并进入所述反应堆容器中与所述堆芯的顶部相连；
所述冷热池隔板设置于所述反应堆容器中并套设在所述控制棒及其驱动机构的外部，其呈中空锥状，椎体底部与所述堆顶盖相连后形成密封连接，椎体顶部套接在所述堆芯的外壁上后形成密封连接；其中，所述冷热池隔板将所述反应堆容器隔离成互不连通的热池和冷池；所述热池是由所述堆芯、冷热池隔板和堆顶盖三者围成的，其内部容纳有通过所述第一进出口进出的第一冷却剂和第一惰性气体；所述冷池是由所述反应堆容器中除所述热池之外的剩余腔体空间形成，其内部容纳有通过所述第二进出口进出的第二冷却剂和第二惰性气体；
所述第一辅助隔板包括水平隔板以及沿所述水平隔板的四周边缘同时朝向所述堆顶盖方向延伸形成的竖直隔板；其中，所述水平隔板的中间部位套接在所述冷热池隔板的外壁上并与所述冷热池隔板形成密封连接；所述竖直隔板朝向所述冷热池隔板设置，并与所述冷热池隔板之间预留有一定的距离；
所述热交换器至少有一个，且每一个热交换器的一端均位于所述反应堆容器的外部，另一端均依次穿过所述堆顶盖、所述冷热池隔板形成的热池后进入所述冷池中并位于所述第一辅助隔板和所述冷热池隔板之间预留的间隙内；
所述驱动泵至少有一个，且每一个驱动泵的一端均位于所述反应堆容器的外部，另一端均穿过所述堆顶盖进入所述冷池中并位于所述第一辅助隔板远离所述堆芯的一侧。
其中，还包括：与每一个热交换器对应设置的第二辅助隔板；其中，
每一个第二辅助隔板的一端均与所述冷热池隔板的侧壁相连，另一端均平行于其对应的热交换器的中心轴线方向延伸并位于所述第一辅助隔板和所述冷热池隔板之间预留的间隙内。
其中，还包括：堆顶塞；所述堆顶塞设置于所述热池中，并套接于所述控制棒及其驱动机构的外壁，且靠近所述堆顶盖设置。
其中，所述冷热池隔板的侧壁包括依序垂直相连的第一侧壁、第二侧壁及第三侧壁；其中，
所述第一侧壁与所述堆顶盖垂直连接，其远离所述第二侧壁的一端朝向所述堆顶盖并与所述堆顶盖相连后形成密封连接；
所述第二侧壁与所述第一侧壁相平行，且其与所述第三侧壁相连的一端靠近所述控制棒及其驱动机构设置；其中，每一个热交换器均穿过所述第二侧壁进入所述冷池中并位于所述第一辅助隔板和所述冷热池隔板之间预留的间隙内；
所述第三侧壁与所述第一侧壁相平行，且其远离所述第二侧壁的一端朝向所述堆芯并与所述堆芯相连后形成密封连接。
其中，所述第一辅助隔板的水平隔板与所述冷热池隔板的第二侧壁相平行，所述第一辅助隔板的竖直隔板与所述冷热池隔板的第一侧壁及第三侧壁相平行。
其中，所述堆芯安装构件呈中空锥状，其椎体底部设有径向贯穿并与所述反应堆容器导通成回路的通道，椎体顶部设有用于安装所述堆芯的安装位。
其中，所述通道的横截面呈波浪形。
其中，还包括：设置于所述反应堆容器和所述堆顶盖之间的耐高温混凝土层。
其中，所述每一个热交换器均为传热管。
其中，所述第一冷却剂和所述第二冷却剂均为液态金属铅或铅铋合金；所述第一惰性气体和所述第二惰性气体均为氩气。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明通过冷热池隔板将反应堆容器分隔成互不连通的热池和冷池，热池中的第一冷却剂通过浸没式同时连接热池和冷池的热交换器两端形成的热量差来实现流动，因此不再需设置管道，不仅降低了反应堆堆内构件的复杂性，提高了反应堆运行的可靠性，还降低了一回路冷却剂的流动阻力，从而降低驱动泵的功率要求。
2、本发明通过第一辅助隔板来阻挡热交换器发生传热管破裂时微小汽泡或水滴直接下沉，增加了微小汽泡或水滴破裂时间，从而能避免微小汽泡或水滴直接进入反应堆堆芯的风险，同时第一辅助隔板的水平隔板，在出现地震或晃动的情况下，可减缓冷却剂液面晃动幅度，从而降低堆内构件和主容器的力学冲击，提高了整个反应堆装置的抵抗地震或晃动的性能。
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地介绍，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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的具有迷宫式流道的池式铅基快堆的平面剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，包括反应堆容器1、堆顶盖2、下封头3、堆芯安装构件4、堆芯5、控制棒及其驱动机构6、冷热池隔板7、第一辅助隔板8、热交换器9以及驱动泵10；其中，
反应堆容器1呈中空柱状，其顶端与堆顶盖2相连后形成密封连接，底端与下封头3相连后形成密封连接；在一个例子中，反应堆容器1采用中空圆筒金属容器，堆顶盖2采用钢材制作而成并盖设在反应堆容器1顶端并形成密封连接，下封头3为半球形或椭圆形的封头与反应堆容器1底端形成密封连接，使得整个反应堆容器1、堆顶盖2和下封头3形成一个密封式罐体；
堆顶盖2上设有用于液体或气体进出的第一进出口21和第二进出口22，便于冷却剂和惰性气体注入密封式罐体内；应当说明的是，第一进出口21和第二进出口22的数量可以根据实际进行设计成多个；
堆芯安装构件4设置于反应堆容器1中并位于下封头3的上方，其顶部设有用于安装堆芯5的安装位；在一个例子中，堆芯安装构件4采用钢材制作而成的中空锥体结构，该椎体底部设有径向贯穿并与反应堆容器1导通成回路的通道41，椎体顶部设有用于安装堆芯5的安装位，堆芯安装构件4采用上述中空锥体结构是有利于反应堆容器1中的冷却剂能够进入堆芯安装构件4内并能与堆芯5接触实现换热效果；
堆芯5安装于堆芯安装构件4顶部的安装位上；
控制棒及其驱动机构6的一端位于反应堆容器1的外部，另一端穿过堆顶盖2并进入反应堆容器1中与堆芯5的顶部相连；可以理解的是，控制棒驱动机构位于反应堆容器1的外部，控制帮伸入反应堆容器1中与堆芯5的顶部相连；
冷热池隔板7采用钢材制作而成，设置于反应堆容器1中并套设在控制棒及其驱动机构6的外部，其呈中空锥状，椎体底部朝向堆顶盖2并与堆顶盖2相连后形成密封连接，椎体顶部朝向堆芯5并套接在堆芯5的外壁上后形成密封连接；其中，冷热池隔板7将反应堆容器1隔离成互不连通的热池T1和冷池T2；热池T1是由堆芯5、冷热池隔板7和堆顶盖2三者围成的，其内部容纳有通过第一进出口21进出的第一冷却剂和第一惰性气体；冷池T2是由反应堆容器1中除热池11之外的剩余腔体空间形成，其内部容纳有通过第二进出口22进出的第二冷却剂和第二惰性气体；在一个例子中，第一冷却剂和第二冷却剂均为液态金属铅或铅铋合金；第一惰性气体和第二惰性气体均为氩气；
第一辅助隔板8采用钢材制作而成，包括水平隔板81以及沿水平隔板81的四周边缘同时朝向堆顶盖2方向延伸形成的竖直隔板82；其中，水平隔板81的中间部位套接在冷热池隔板7的外壁上并与冷热池隔板7形成密封连接，这样能够避免第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间包围的第二冷却剂直接下沉与堆芯2进行接触，从而能够防止第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间包围的第二冷却剂内产生的微小汽泡或水滴直接进入堆芯2的危险；竖直隔板82朝向冷热池隔板7设置，并与冷热池隔板7之间预留有一定的距离，可以延长第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间包围的第二冷却剂内产生的微小汽泡或水滴破灭的时间；
热交换器9至少有一个，且每一个热交换器9的一端均位于反应堆容器1的外部，另一端均依次穿过堆顶盖2、冷热池隔板7形成的热池T1后进入冷池T2中并位于第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间预留的间隙内，使得热池T1能利用热交换器9两端的热量差实现池内第一冷却剂的流动，将堆芯5热量带走并传导至冷池T2中实现堆芯5换热效果，同时一旦热交换器9在冷池T2中出现破裂时第二冷却剂内所产生的小汽泡或水滴，能被第一辅助隔板8和冷热池隔板7有效阻挡住；在一个例子中，热交换器9有多个，沿控制棒的四周环状布置，且均为传热管；
驱动泵10至少有一个，且每一个驱动泵10的一端均位于反应堆容器1的外部，另一端均穿过堆顶盖2进入冷池T2中并位于第一辅助隔板8远离堆芯5的一侧；可以理解的是，驱动泵10启动后，加速冷池T2中第二冷却剂的循环流速，加快对堆芯5的换热效果；在一个例子中，驱动泵10有多个，每一个驱动泵10顶端的电机驱动机构位于反应堆容器1的外部，底端的搅拌棒位于冷池T2中。
应当说明的是，所有部件的顶端、底端、顶部及底部都是以堆顶盖2为参照物，朝向堆顶盖2方向的一端为顶端或顶部，远离堆顶盖2方向的一端为底端或底部。
在本发明实施例中，还包括：与每一个热交换器9对应设置的第二辅助隔板11；其中，每一个第二辅助隔板11均采用钢材制作而成，其一端均与冷热池隔板7的侧壁相连，另一端均平行于其对应的热交换器9的中心轴线方向延伸并位于第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间预留的间隙内，从而使得第二辅助隔板11和第一辅助隔板8进行交错设置成迷宫式的流道，在热交换器9出现破裂时冷池T2中第二冷却剂内所产生的小汽泡或水滴破灭时间进一步得到延长。
在本发明实施例中，还包括：采用钢材制作而成的堆顶塞12；堆顶塞12设置于热池T1中，并套接于控制棒及其驱动机构6的外壁，且靠近堆顶盖2设置，该堆顶塞12提供支持和贯穿通道，在换料期间可以拆卸，提供换料通道。
在本发明实施例中，冷热池隔板7为阶梯状的椎体结构，其侧壁包括依序垂直相连的第一侧壁71、第二侧壁72及第三侧壁73；其中，
第一侧壁71与堆顶盖2垂直连接，其远离第二侧壁72的一端朝向堆顶盖2并与堆顶盖2相连后形成密封连接；
第二侧壁72与第一侧壁71相平行，且其与第三侧壁73相连的一端靠近控制棒及其驱动机构6设置；其中，每一个热交换器9均穿过第二侧壁72进入冷池T2中并位于第一辅助隔板8和冷热池隔板7之间预留的间隙内；
第三侧壁73与第一侧壁71相平行，且其远离第二侧壁72的一端朝向堆芯5并与堆芯5相连后形成密封连接。
可以理解的是，冷热池隔板7采用阶梯状的椎体结构，有利于热交换器9的安装以及加大热交换器9在热池T1中的换热面积。
在本发明实施例中，第一辅助隔板8的水平隔板81与冷热池隔板7的第二侧壁72相平行，第一辅助隔板8的竖直隔板82与冷热池隔板7的第一侧壁71及第三侧壁73相平行。
在本发明实施例中，堆芯安装构件4的通道41的横截面呈波浪形，这样有利于加快第二冷却剂的流速。
在本发明实施例中，还包括：设置于反应堆容器1和堆顶盖2之间的耐高温混凝土层13，这样有利于避免反应堆容器1中液态冷却剂的蒸发。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明通过冷热池隔板将反应堆容器分隔成互不连通的热池和冷池，热池中的第一冷却剂通过浸没式同时连接热池和冷池的热交换器两端形成的热量差来实现流动，因此不再需设置管道，不仅降低了反应堆堆内构件的复杂性，提高了反应堆运行的可靠性，还降低了一回路冷却剂的流动阻力，从而降低驱动泵的功率要求。
2、本发明通过第一辅助隔板来阻挡热交换器发生传热管破裂时微小汽泡或水滴直接下沉，增加了微小汽泡或水滴破裂时间，从而能避免微小汽泡或水滴直接进入反应堆堆芯的风险，同时第一辅助隔板的水平隔板，在出现地震或晃动的情况下，可减缓冷却剂液面晃动幅度，从而降低堆内构件和主容器的力学冲击，提高了整个反应堆装置的抵抗地震或晃动的性能。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，包括反应堆容器（1）、堆顶盖（2）、下封头（3）、堆芯安装构件（4）、堆芯（5）、控制棒及其驱动机构（6）、冷热池隔板（7）、第一辅助隔板（8）、热交换器（9）以及驱动泵（10）；其中，
所述反应堆容器（1）呈中空柱状，其顶端与所述堆顶盖（2）相连后形成密封连接，底端与所述下封头（3）相连后形成密封连接；
所述堆顶盖（2）上设有用于液体或气体进出的第一进出口（21）和第二进出口（22）；
所述堆芯安装构件（4）设置于所述反应堆容器（1）中并位于所述下封头（3）的上方，其顶部设有用于安装所述堆芯（5）的安装位；
所述堆芯（5）安装于所述堆芯安装构件（4）顶部的安装位上；
所述控制棒及其驱动机构（6）的一端位于所述反应堆容器（1）的外部，另一端穿过所述堆顶盖（2）并进入所述反应堆容器（1）中与所述堆芯（5）的顶部相连；
所述冷热池隔板（7）设置于所述反应堆容器（1）中并套设在所述控制棒及其驱动机构（6）的外部，其呈中空锥状，椎体底部与所述堆顶盖（2）相连后形成密封连接，椎体顶部套接在所述堆芯（5）的外壁上后形成密封连接；其中，所述冷热池隔板（7）将所述反应堆容器（1）隔离成互不连通的热池（T1）和冷池（T2）；所述热池（T1）是由所述堆芯（5）、冷热池隔板（7）和堆顶盖（2）三者围成的，其内部容纳有通过所述第一进出口（21）进出的第一冷却剂和第一惰性气体；所述冷池（T2）是由所述反应堆容器（1）中除所述热池（11）之外的剩余腔体空间形成，其内部容纳有通过所述第二进出口（22）进出的第二冷却剂和第二惰性气体；
所述第一辅助隔板（8）包括水平隔板（81）以及沿所述水平隔板（81）的四周边缘同时朝向所述堆顶盖（2）方向延伸形成的竖直隔板（82）；其中，所述水平隔板（81）的中间部位套接在所述冷热池隔板（7）的外壁上并与所述冷热池隔板（7）形成密封连接；所述竖直隔板（82）朝向所述冷热池隔板（7）设置，并与所述冷热池隔板（7）之间预留有一定的距离；
所述热交换器（9）至少有一个，且每一个热交换器（9）的一端均位于所述反应堆容器（1）的外部，另一端均依次穿过所述堆顶盖（2）、所述冷热池隔板（7）形成的热池（T1）后进入所述冷池（T2）中并位于所述第一辅助隔板（8）和所述冷热池隔板（7）之间预留的间隙内；
所述驱动泵（10）至少有一个，且每一个驱动泵（10）的一端均位于所述反应堆容器（1）的外部，另一端均穿过所述堆顶盖（2）进入所述冷池（T2）中并位于所述第一辅助隔板（8）远离所述堆芯（5）的一侧。
2.如权利要求1所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，还包括：与每一个热交换器（9）对应设置的第二辅助隔板（11）；其中，
每一个第二辅助隔板（11）的一端均与所述冷热池隔板（7）的侧壁相连，另一端均平行于其对应的热交换器（9）的中心轴线方向延伸并位于所述第一辅助隔板（8）和所述冷热池隔板（7）之间预留的间隙内。
3.如权利要求2所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，还包括：堆顶塞（12）；所述堆顶塞（12）设置于所述热池（T1）中，并套接于所述控制棒及其驱动机构（6）的外壁，且靠近所述堆顶盖（2）设置。
4.如权利要求3所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述冷热池隔板（7）的侧壁包括依序垂直相连的第一侧壁（71）、第二侧壁（72）及第三侧壁（73）；其中，
所述第一侧壁（71）与所述堆顶盖（2）垂直连接，其远离所述第二侧壁（72）的一端朝向所述堆顶盖（2）并与所述堆顶盖（2）相连后形成密封连接；
所述第二侧壁（72）与所述第一侧壁（71）相平行，且其与所述第三侧壁（73）相连的一端靠近所述控制棒及其驱动机构（6）设置；其中，每一个热交换器（9）均穿过所述第二侧壁（72）进入所述冷池（T2）中并位于所述第一辅助隔板（8）和所述冷热池隔板（7）之间预留的间隙内；
所述第三侧壁（73）与所述第一侧壁（71）相平行，且其远离所述第二侧壁（72）的一端朝向所述堆芯（5）并与所述堆芯（5）相连后形成密封连接。
5.如权利要求4所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述第一辅助隔板（8）的水平隔板（81）与所述冷热池隔板（7）的第二侧壁（72）相平行，所述第一辅助隔板（8）的竖直隔板（82）与所述冷热池隔板（7）的第一侧壁（71）及第三侧壁（73）相平行。
6.如权利要求5所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述堆芯安装构件（4）呈中空锥状，其椎体底部设有径向贯穿并与所述反应堆容器（1）导通成回路的通道（41），椎体顶部设有用于安装所述堆芯（5）的安装位。
7.如权利要求6所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述通道（41）的横截面呈波浪形。
8.如权利要求7所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，还包括：设置于所述反应堆容器（1）和所述堆顶盖（2）之间的耐高温混凝土层（13）。
9.如权利要求8所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述每一个热交换器（9）均为传热管。
10.如权利要求9所述的具有迷宫式流道的池式铅基快堆，其特征在于，所述第一冷却剂和所述第二冷却剂均为液态金属铅或铅铋合金；所述第一惰性气体和所述第二惰性气体均为氩气或其他惰性气体。
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