CN112216412A - 非能动的自调节余热导出系统、方法和液态金属反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非能动的自调节余热导出系统、方法和液态金属反应堆，所述非能动的自调节余热导出系统包括容器、堆芯、第一换热器、第一连接管、第二连接管、第一件和第二件，第一连接管的第一端与容器的内部连通，第一连接管的第二端与第一换热器连通，第二连接管的第一端与第一换热器连通，第二连接管的第二端与第一连接管连通，第一件设在第一连接管的第二端内，第一件沿第一连接管的第二端的长度方向可移动以调节从第一连接管进入第一换热器的流体的流量，第二件可随温度或压力变化而变形进而驱动第一件移动。本发明的非能动的自调节余热导出系统的余热调节效果好，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

Description

非能动的自调节余热导出系统、方法和液态金属反应堆

技术领域

本发明涉及核反应堆安全技术领域，具体地，涉及一种非能动的自调节余热导出系统、非能动的自调节余热导出方法和具有该非能动的自调节余热导出系统的液态金属反应堆。

背景技术

核反应堆，又称为原子能反应堆或反应堆，是能维持可控自持链式核裂变反应，以实现核能利用的装置。核反应堆有许多用途，当前最重要的用途是产生热能，用以代替其他燃料加热水，产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。

核反应堆与常规热源不同，即使在完全停堆或中止链式核反应后，仍会长期产生大量的衰变热，一旦热量不能及时导出反应堆的安全壳，会发生堆芯燃料熔化，造成放射性裂变产物的大量释放，导致核污染。相关技术中核电站依赖能动设备应对反应堆事故，但在事故工况下，存在失效的可能，不能保证核电站的安全。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

在反应堆发生事故时，例如在核电站全厂断电的情况下，为了有效地将余热导出安全壳，相关技术中提出了非能动技术，例如在第三代AP1000中，将水箱布置在安全壳上侧，通过将水箱内的水喷淋到安全壳的外壁上，以对安全壳进行冷却。

然而在全厂断电的情况下，无法通过补水泵及时给水箱内补水，无法对安全壳实现充分冷却。

文献WO2015159273A1提出了一种从核反应堆排出残热的被动系统，该被动系统采用非能动技术并包括连接位于容器内的第一热交换器和位于容器外的第二热交换器的排出回路，其中排出回路包括控制部，控制部受到其内流体的温度的影响而热膨胀，致动器装置通过控制部的热膨胀而被操作，用于打开冷却导管以允许辅助流体进入冷却导管中而穿过第二热交换器。

该文献公开的余热导出的非能动结构复杂，可靠性低，而且热交换器的换热能力无法适应流体的温度的影响，换热效率低，影响反应堆的安全性。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明一方面的实施例提出一种非能动的自调节余热导出系统,该非能动的自调节余热导出系统的余热调节效果好，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

本发明的另一方面的实施例还提出一种液态金属反应堆。

本发明的又一方面的实施例还提出一种采用该非能动的自调节余热导出系统的非能动的自调节余热导出方法。

根据本发明的第一方面的实施例的非能动的自调节余热导出系统包括容器；堆芯，所述堆芯设在所述容器内；第一换热器，所述第一换热器设在所述容器外；第一连接管，所述第一连接管的第一端与所述容器的内部连通，所述第一连接管的第二端与所述第一换热器的进口连通；第二连接管，所述第二连接管的第一端与所述第一换热器的出口相连，所述第二连接管的第二端与所述第一连接管连通；第一件，所述第一件设在所述第一连接管的第二端内，所述第一件沿所述第一连接管的第二端的长度方向可移动以调节从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量；第二件，所述第二件与所述第一件相连，所述第二件可随温度变化而变形进而驱动所述第一件移动，或者所述第二件根据所述第一连接管内的压力变化驱动所述第一件移动。

根据本发明的实施例的非能动的自调节余热导出系统，当液态金属反应堆的热量较高时，第二件受热变形从而驱动第一件沿第一连接管的第二端的长度方向移动，或者第二件根据第一连接管内的压力变化驱动第一件移动，从而调节第一连接管进入第一换热器的流体的流量，以增大第一换热器的换热面积和换热能力，进而实现非能动的自调节余热导出系统的自我调节功能。本发明实施例的非能动的自调节余热导出系统的余热调节效果好，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

在一些实施例中，所述非能动的自调节余热导出系统还包括第二换热器，所述第二换热器的至少部分设在所述容器内，所述第一连接管的第一端与所述第二换热器相连，所述第二换热器与所述第二连接管的第二端连通。

在一些实施例中，所述第一连接管的一部分位于所述容器内，所述第一连接管的另一部分位于所述容器外，所述第二连接管的第二端与所述第一连接管的另一部分连通。

在一些实施例中，所述第二件为环形件且设在所述第一连接管的第二端内，所述第二件的外壁面与所述第一连接管的内壁面相接触。

在一些实施例中，所述第一件包括第一端和第二端，所述第一件的第一端相比于所述第一件的第二端远离所述第一连接管的第二端部，所述第二件与所述第一件的第一端部相连。

在一些实施例中，所述第二件的体积可随所述第一连接管内的流体温度或压力变化而驱动所述第一件移动。

在一些实施例中，在所述第一连接管内的流体温度达到或超过第一预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第一预设压力阈值时，所述第二件熔断以驱动所述第一件移动。

在一些实施例中，所述第一连接管的第二端部封闭设置，所述第一件与所述第一连接管的第二端部间隔开，所述第二件的至少部分设在所述第一件和所述第一连接管的第二端部之间，所述第一件包括第一端和第二端，所述第一件的第一端相比于所述第一件的第二端远离所述第一连接管的第二端部，所述第一连接管包括第一侧和第二侧，所述第一连接管的第一侧邻近所述第一件的第一端，所述第一连接管的第二侧邻近所述第一件的第二端，所述第一件在所述第一连接管的第一侧内的压力和所述第一连接管的第二侧内的压力作用下可移动。

在一些实施例中，所述第二件为弹性件，所述第二件位于所述第一连接管内且连接在所述第一连接管的第二端部和所述第一件之间，所述第二件对所述第一件具有弹性力，所述第一件在所述第一连接管的第一侧内的压力、所述第一连接管的第二侧内的压力和所述弹性力的作用下可移动。

在一些实施例中，所述第二件包括气箱和连通管，所述气箱通过所述连通管与所述第一连接管的第二端部相连以连通所述气箱和所述第一连接管的第二侧，所述气箱内具有不凝气体，所述第二件可向所述第一连接管的第二侧内充放不凝气体以改变所述第一连接管的第二侧内的压力。

在一些实施例中，所述第一换热器包括多个换热管，多个换热管沿所述第一连接管的第二端的长度方向间隔布置，多个所述换热管与所述第一连接管相连，所述第一件可导通和断开所述换热管和所述第一连接管。

在一些实施例中，所述第一件移动可改变多个所述换热管中与所述第一件连通的换热管的数量，从而调节从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量。

在一些实施例中，所述第一连接管包括第一段和第二段，所述第一段的第一端与所述容器的内部连通，所述第一段的第二端与所述第二段的第一端相连，所述第二段的第二端与所述第一换热器的进口相连，所述非能动的自调节余热导出系统还包括：第三连接管，所述第三连接管设在所述容器外，且所述第一连接管的第二端和所述第二连接管的第一端中的至少一个与所述第三连接管相连，第三件和第四件，在所述第一连接管内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第三件断开所述第一段和所述第二段，所述第二件导通所述第一段和所述第三连接管；在所述第一连接管内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件变形以导通所述第一段和所述第二段，所述第四件变形以断开所述第一段和所述第三连接管。

在一些实施例中，所述第二段的第一端包括连接部，所述连接部环绕所述第一段的第二端设置，在所述第一段内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第三件设在所述连接部内且位于所述连接部的内壁面和所述第一段的第二端的外壁面之间以断开所述第一段和所述第二段；所述连接部的外端与所述第三连接管的第一端相连，在所述第一段内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第四件设在所述连接部内且与所述第一段和所述第三连接管均间隔布置以导通所述第一段和所述第三连接管。

在一些实施例中，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可远离所述第一段以导通所述第一段和所述第二段，所述第四件可堵塞所述第三连接管与所述连接部的连接处以断开所述第一段和所述第三连接管。

在一些实施例中，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可和所述第四件一起封堵所述第三连接管与所述连接部的连接处。

在一些实施例中，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可熔断或可体积变化，所述第四件可熔断或可体积变化。

根据本发明的第二方面的实施例的液态金属反应堆包括上述任一实施例的非能动的自调节余热导出系统。

根据本发明实施例的液态金属反应堆的余热调节效果好高且安全性高。

根据本发明的第三方面的实施例的非能动的自调节余热导出方法，采用上述任一实施例的非能动的自调节余热导出系统，包括以下步骤：

所述第一连接管内的流体温度达到或超过第一预设温度阈值或所述第一连接管内的压力达到或超过第一预设压力阈值时，所述第二件驱动所述第一件沿第一方向移动以增大所述第一连接管与所述第一换热器的连通面积，从而增大从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量；

所述第一换热器与外部热阱进行热交换，以使所述第一连接管内的流体温度或压力降低；

当所述第一连接管内的流体温度低于所述第一预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于所述第一预设压力阈值时,所述第二件驱动所述第一件沿与所述第一方向相反的第二方向移动以减小所述第一连接管与所述第一换热器的连通面积，从而减小从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量。

在一些实施例中，所述第二件可随所述第一连接管内的流体温度或压力变化而变形以驱动所述第一件沿所述第一方向或所述第二方向移动。

根据本发明的实施例的非能动的自调节余热导出方法，余热调节效果，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的非能动的自调节余热导出系统的示意图。

图2是根据本发明的另一个实施例的非能动的自调节余热导出系统的示意图。

图3是图1中A的一个示例性放大示意图。

图4是图1中A的另一个示例性的放大示意图。

图5是图1中A的又一个示例性的放大示意图。

图6是图2中B的放大示意图。

附图标记：

100、非能动的自调节余热导出系统；

1、容器；11、堆芯；12、顶盖；13、控制棒组件；14、主泵；

2、第二换热器；21、第一连接管；211、第一段；212、第二段；213、第一件；214、第二件；2141、气箱；2142、连通管；

3、第一换热器；31、换热管；32、第二连接管；

4、连接部；41、第三件；42、第四件；43、支架；

5、汽轮机；51、第三连接管；

6、外部热阱；61、热阱流道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图6描述根据本发明实施例的非能动的自调节余热导出系统。

如图1和图2所示，本发明实施例中的非能动的自调节余热导出系统100包括容器1、堆芯11、第一换热器3、第一连接管21、第二连接管32、第一件213和第二件214。

堆芯11设在容器1内，第一换热器3设在容器1外。第一连接管21的第一端(如图1中第一连接管21的左端)与容器1的内部连通，第一连接管21的第二端(如图1中第一连接管21的右端)与第一换热器3的进口连通，第二连接管32的第一端(如图1中第二连接管32的右端)与第一换热器3的出口连通，第二连接管32的第二端(如图1中第二连接管32的左端) 与第一连接管21连通。第一换热器3的进口位于第一换热器3的上端，第一换热器3的出口位于第一换热器3的下端。

如图1和图2所示，第一件213设在第一连接管21的第二端内，第一件213沿第一连接管 21的第二端的长度方向(如图3中的上下方向)可移动以调节从第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量。第二件214与第一件213相连，第二件214可随温度变化而变形进而驱动第一件213移动，或者第二件214根据第一连接管21内的压力变化驱动第一件213移动。

当液态金属反应堆的热量较高时，第一连接管21内的流体温度升高，第二件214可以通过受热变形的方式驱动第一件213沿第一连接管21的第二端的长度方向移动，或者第二件 214根据第一连接管21内的压力变化驱动第一件213移动，从而调节第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量，以增大第一换热器3的换热面积和换热能力，进而实现非能动的自调节余热导出系统100的自我调节功能。本发明实施例的非能动的自调节余热导出系统100 的余热调节效果好，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

在一些实施例中，如图1所示，非能动的自调节余热导出系统100还包括第二换热器2，第二换热器2的一端伸入至容器1内，第一连接管21的第一端(如图1中第一连接管21的左端) 与第二换热器2的上端相连，第二连接管32的第二端与第二换热器2的上端相连。

在另一些实施例中，第一连接管21的一部分位于容器1内，第一连接管21的另一部分位于容器1外，第二连接管32的第二端和第一连接管21位于容器1外部的部分均与第二换热器2 的上端相连，以使容器1内的余热经过第一连接管21导入至第一换热器3内，经过换热之后的流体通过第二连接管32导入至第二换热器2内。

在一些实施例中，如图3所示，第二件214为环形件且设在第一连接管21的第二端内，第二件214的外壁面与第一连接管21的内壁面相接触。

进一步地，第一件213包括第一端(如图3中第一件213的上端)和第二端(如图3中第一件213的下端)，第一件213的第一端相比于第一件213的第二端远离第一连接管21的第二端部，第二件214与第一件213的第一端部相连。

具体地，如图3所示，第二件214的体积可随第一连接管21内的流体温度变化或压力变化而驱动第一件213移动。具体地，当第一连接管21内的流体温度升高时，第二件214体积受热膨胀，从而向下推动第一件213移动，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。当第一连接管21内的流体温度降低时，第二件214由于温度降低而体积缩小，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量减小。

可选地，在第一连接管21内的流体温度达到或超过第一预设温度阈值时，第二件214 熔断以驱动第一件213移动。换言之，第一件213和第二件214由于受热而断开，第一件213 可以受重力而向下移动，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。

在一些实施例中，如图4所示，第一连接管21的第二端部(如图4中第一连接管21的下端)封闭设置，第一件213与第一连接管21的第二端部间隔开，即第一件213与第一连接管21的下端之间留有间隙。第二件214的至少部分设在第一件213和第一连接管21的第二端部之间。第一件213包括第一端(如图4中第一件213的上端)和第二端(如图4中第一件213 的下端)，第一件213的第一端相比于第一件213的第二端远离第一连接管21的第二端部。

第一连接管21包括第一侧和第二侧，第一连接管21的第一侧邻近第一件213的第一端，第一连接管21的第二侧邻近第一件213的第二端，第一件213在第一连接管21的第一侧内的压力和第一连接管21的第二侧内的压力作用下可移动。

具体地，如图4所示，第二件214为弹性件，例如弹簧，第二件214位于第一连接管21内且连接在第一连接管21的第二端部和第一件213之间，第二件214对第一件213具有弹性力，第一件213在第一连接管21的第一侧内的压力、第一连接管21的第二侧内的压力和弹性力的作用下可移动。当第一连接管21的第一侧内的压力增大并大于第一连接管21的第二侧内的压力和第二件214的弹性力时，第一件213向下移动，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。

在另一些实施例中，如图5所示，第二件214包括气箱2141和连通管2142，气箱2141通过连通管2142与第一连接管21的第二端部相连以连通气箱2141和第一连接管21的第二侧，气箱2141内具有不凝气体，第二件214可向第一连接管21的第二侧内充放不凝气体以改变第一连接管21的第二侧内的压力。

具体地，通过向第一连接管21的第二侧内充放不凝气体，当第一连接管21的第二侧的压力大于第一连接管21的第一侧的压力时，第一件213向上移动，也可以使得第一连接管21 进入第一换热器3的流体的流量增大。

在一些实施例中，如图3至图5所示，第一换热器3包括多个换热管31，多个换热管31 沿第一连接管21的第二端的长度方向间隔布置，多个换热管31与第一连接管21相连，第一件213可导通和断开换热管31和第一连接管21。从而本发明的非能动的自调节余热导出系统 100可以通过第一件213导通不同数量的换热管31，而控制第一连接管21进入第一换热器3 的流体的流量的大小。

在一些实施例中，如图2和图6所示，第一连接管21包括第一段211和第二段212，第一段211的第一端(如图2中第一段211的左端)与第二换热器2的出口相连，第一段211的第二端(如图2中第一段211的右端)与第二段212的第一端(如图2中第二段212的左端)相连，第二段212的第二端(如图2中第二段212的右端)与第一换热器3的进口相连。

如图2和图6所示，非能动的自调节余热导出系统100还包括第三连接管51、第三件41 和第四件42，第三连接管51设在容器1外，且第三连接管51的第二端(如图2中第三连接管 51的下端)可以与汽轮机5相连，以将容器1内导出的余热转化为动能，从而将余热得以利用。当然，第三连接管51的第二端也可以连接其他设备，以将余热应用于该其他设备。

在第一连接管21内的流体温度低于第二预设温度阈值或第一连接管21内的压力低于第二预设压力阈值时，第三件41断开第一段211和第二段212，第二件214导通第一段211和第三连接管51的第一端；在第一连接管21内的流体温度高于第二预设温度阈值或第一连接管 21内的压力高于第二预设压力阈值时，第一件213变形以导通第一段211和第二段212，第二件214变形以断开第一段211和第三连接管51。

进一步地，如图6所示，第二段212的第一端(如图2中第二段212的左端)包括连接部4，连接部4环绕第一段211的第二端(如图2中第一段211的右端)设置。在第一段211内的流体温度低于第二预设温度阈值或第一段211内的压力低于第二预设压力阈值时，第三件41设在连接部4内且位于连接部4的内壁面和第一段211的第二端的外壁面之间以断开第一段211和第二段212，连接部4的外端与第三连接管51的第一端相连，在第一段211内的流体温度低于第二预设温度阈值或第一段211内的压力低于第二预设压力阈值时，第四件42设在连接部4 内且与第一段211和第三连接管51均间隔布置以导通第一段211和第三连接管51。

在一些实施例中，在第一段211内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或第一段 211内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，第三件41可远离第一段211以导通第一段211 和第二段212，第四件42可堵塞第三连接管51与连接部4的连接处以断开第一段211和第三连接管51。

可选地，第三件41和第四件42可熔断或可体积变化。

具体地，如图6所示，第三件41位于第四件42的上方，第三件41为环状件，第三件41的外周壁与连接部4的内周壁相连，第三件41的内周壁与第一段211的外壁面相连，第四件42为圆形件，第四件42和第三连接管51的上端之间设有支架43，以使第四件42与第三连接管51之间可以间隔开，在第三件41向下移动时，第四件42的外周壁能够与第三件41的内周壁重合。

如图6所示，第三件41和第四件42受热熔断以使第三件41和第四件42共同向下移动到第三连接管51的上端进而对第三连接管51的第一端进行封堵，或者第三件41和第四件42可以受热膨胀以使第一件213和第二件214移动到第三连接管51的上端进而对第三连接管51的上端进行封堵。

具体地，连接部4的内周壁上设置有用于供第三件41和第四件42朝第三连接管51的上端移动的滑槽，以使第三件41和第四件42受热时可以沿滑槽移动，从而封堵第一段211和第三连接管51，且导通第一段211和第二段212，以使第一连接管21内的高温流体进入至第一换热器3内，从而排出堆芯11多余的余热。

在一些实施例中，如图1和图2所示，非能动的自调节余热导出系统100还包括顶盖12、控制棒组件13和主泵14，容器1的顶部开口，顶盖12设在容器1的顶部以在容器1的顶部开口处密封容器1。控制棒组件13设在堆芯11上方，控制棒组件13的一部分位于容器1内，且控制棒组件13的顶部伸出顶盖12并与顶盖12相连。主泵14和第二换热器2沿容器1的周向间隔布置。

根据本发明实施例的一种非能动的自调节余热导出方法，采用上述任一实施例的非能动的自调节余热导出系统100，包括以下步骤：

如图1和图2所示，第一连接管21内的流体温度达到或超过预设第一温度阈值或第一连接管21内的压力达到或超过第一预设压力阈值时，第二件214驱动第一件213沿第一方向(如图3中第一件213向下运动的方向)移动以增大第一连接管21与所述第一换热器3的连通面积，从而增大从第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量；

第一换热器3通过热阱流道61与外部热阱6进行热交换，以使第一连接管21内的流体温度或压力降低；

当第一连接管21内的流体温度低于第一预设温度阈值或第一连接管21内的压力低于第一预设压力阈值时,第二件214驱动第一件213沿与第一方向相反的第二方向(如图3中第一件213向上运动的方向)移动以减小第一连接管21与第一换热器3的连通面积，从而减小从第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量。

可选地，第二件214可随第一连接管21内的流体温度或压力变化而变形以驱动第一件 213沿第一方向或第二方向移动。

根据本发明的实施例的非能动的自调节余热导出方法，可以提高非能动的自调节余热导出系统的余热调节效果，且可靠性高，提高了液态金属反应堆的安全性。

下面参考附图描述根据本发明一些具体示例的非能动的自调节余热导出系统。

如图1至图6所示，非能动的自调节余热导出系统100包括容器1、堆芯11、顶盖12、控制棒组件13和主泵14。容器1的顶部开口，顶盖12设在容器1的顶部以在容器1的顶部开口处密封容器1，堆芯11设在容器1内，控制棒组件13设在堆芯11上方，控制棒组件13的一部分位于容器1内，且控制棒组件13的顶部伸出顶盖12并与顶盖12相连。主泵14和第二换热器2沿容器1的周向间隔布置。

如图1和图2所示，非能动的自调节余热导出系统100还包括第二换热器2、第一换热器3、第一连接器、第二连接器、第一件213和第二件214。

第一换热器3的下端伸入至容器1内，第一换热器3的上端伸出至顶盖12的上方。第一连接管21的左端与第二换热器2上端相连，第一连接管21的右端与第一换热器3的上端相连。

如图3所示，第一件213设在第一连接管21下端，第一件213沿上下方向可移动以调节从第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量。第二件214与第一件213相连，第二件214可随温度变化而变形进而驱动第一件213移动，或者第二件214根据第一连接管21内的压力变化驱动第一件213移动。

可选地，如图3所示，第二件214为环形件且设在第一连接管21的第二端内，第二件214 的外壁面与第一连接管21的内壁面相接触，第二件214与第一件213的上端相连。当第一连接管21内的流体温度升高时，第二件214受热膨胀，从而向下推动第一件213移动，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。第一换热器3通过热阱流道61与外部热阱6进行热交换，以使第一连接管21内的流体温度或压力降低。而当第一连接管21内的流体温度降低时，第二件214由于温度降低而体积缩小，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量减小。

可选地，如图4所示，第一件213与第一连接管21的下端之间留有间隙，第二件214设在第一件213与第一连接管21的下端之间，第二件214为弹簧。当第一连接管21上侧的压力增大并大于第一连接管21的下侧的压力和第二件214的弹性力时，第一件213向下移动，进而使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。

可选地，如图5所示，第二件214包括气箱2141和连通管2142，通过向第一连接管21的下侧内充放不凝气体，当第一连接管21的下侧的压力大于第一连接管21的上侧压力时，第一件213向上移动，也可以使得第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量增大。

进一步地，如图3至图5所示，第一换热器3包括多个换热管31，多个换热管31沿第一连接管21的第二端的长度方向间隔布置，多个换热管31与第一连接管21相连，第一件213可导通和断开换热管31和第一连接管21。第一件213可以上下移动以改变多个换热管31中与第一件213连通的换热管31的数量，从而调节从第一连接管21进入第一换热器3的流体的流量的大小。

如图1和图6所示，第一连接管21包括第一段211和第二段212，第一段211的左端与第二换热器2的上端相连，第一段211的右端与第二段212的左端相连，第二段212的右端与第一换热器3的上端相连。

如图1和图6所示，非能动的自调节余热导出系统100还包括第三连接管51、第三件41 和第四件42，第三连接管51设在容器1外，且第三连接管51的下端适于与汽轮机5相连。在第一连接管21内的流体温度低于第二预设温度阈值或压力低于第二预设压力阈值时，第三件41断开第一段211和第二段212，第二件214导通第一段211和第三连接管51；在第一连接管21内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者压力达到或超过第二预设压力阈值时，第一件213变形以导通第一段211和第二段212，第二件214变形以断开第一段211和第三连接管51。

如图6所示，第二段212的左端包括连接部4，连接部4环绕第一段211的右端设置。第三件41和第四件42均位于连接部4内，第三件41位于第四件42的上方，第三件41为环状件，第三件41的外周壁与连接部4的内周壁相连，第三件41的内周壁与第一段211的外壁面相连，第四件42为圆形件，第四件42和第三连接管51的上端之间设有支架43，以使第四件42与第三连接管51之间可以间隔开，在第三件41向下移动时，第四件42的外周壁能够与第三件41 的内周壁重合。

如图2和图6所示，第三件41和第四件42受热熔断以使第三件41和第四件42共同向下移动到第三连接管51的上端进而对第三连接管51的第一端进行封堵，或者第三件41和第四件 42可以受热膨胀以使第一件213和第二件214移动到第三连接管51的上端进而对第三连接管 51的上端进行封堵。具体地，连接部4的内周壁上设置有用于供第三件41和第四件42朝第三连接管51的上端移动的滑槽，以使第三件41和第四件42受热时可以沿滑槽移动，以封堵第一段211和第三连接管51，导通第一段211和第二段212，以使第一连接管21内的高温流体进入至第一换热器3内，从而排出堆芯11多余的余热。

本发明另一方面实施例的液态金属反应堆，包括上述实施例的非能动的自调节余热导出系统100，根据本发明实施的液态金属反应堆的余热效果好且安全性高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (20)

1.一种非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，包括：

容器；

堆芯，所述堆芯设在所述容器内；

第一换热器，所述第一换热器设在所述容器外；

第一连接管，所述第一连接管的第一端与所述容器的内部连通，所述第一连接管的第二端与所述第一换热器的进口连通；

第二连接管，所述第二连接管的第一端与所述第一换热器的出口连通，所述第二连接管的第二端与所述第一连接管连通；

第一件，所述第一件设在所述第一连接管的第二端内，所述第一件沿所述第一连接管的第二端的长度方向可移动以调节从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量；

第二件，所述第二件与所述第一件相连，所述第二件可随温度变化而变形进而驱动所述第一件移动，或者所述第二件根据所述第一连接管内的压力变化驱动所述第一件移动。

2.根据权利要求1所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，还包括第二换热器，所述第二换热器的至少部分设在所述容器内，所述第一连接管的第一端与所述第二换热器相连，所述第二换热器与所述第二连接管的第二端连通。

3.根据权利要求1所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一连接管的一部分位于所述容器内，所述第一连接管的另一部分位于所述容器外，所述第二连接管的第二端与所述第一连接管的另一部分连通。

4.根据权利要求1所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第二件为环形件且设在所述第一连接管的第二端内，所述第二件的外壁面与所述第一连接管的内壁面相接触。

5.根据权利要求4所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一件包括第一端和第二端，所述第一件的第一端相比于所述第一件的第二端远离所述第一连接管的第二端部，所述第二件与所述第一件的第一端部相连。

6.根据权利要求4所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第二件的体积可随所述第一连接管内的流体温度或压力变化而驱动所述第一件移动。

7.根据权利要求4所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，在所述第一连接管内的流体温度达到或超过第一预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第一预设压力阈值时，所述第二件熔断以驱动所述第一件移动。

8.根据权利要求1所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一连接管的第二端部封闭设置，所述第一件与所述第一连接管的第二端部间隔开，所述第二件的至少部分设在所述第一件和所述第一连接管的第二端部之间，所述第一件包括第一端和第二端，所述第一件的第一端相比于所述第一件的第二端远离所述第一连接管的第二端部，所述第一连接管包括第一侧和第二侧，所述第一连接管的第一侧邻近所述第一件的第一端，所述第一连接管的第二侧邻近所述第一件的第二端，所述第一件在所述第一连接管的第一侧内的压力和所述第一连接管的第二侧内的压力作用下可移动。

9.根据权利要求8所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第二件为弹性件，所述第二件位于所述第一连接管内且连接在所述第一连接管的第二端部和所述第一件之间，所述第二件对所述第一件具有弹性力，所述第一件在所述第一连接管的第一侧内的压力、所述第一连接管的第二侧内的压力和所述弹性力的作用下可移动。

10.根据权利要求8所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第二件包括气箱和连通管，所述气箱通过所述连通管与所述第一连接管的第二端部相连以连通所述气箱和所述第一连接管的第二侧，所述气箱内具有不凝气体，所述第二件可向所述第一连接管的第二侧内充放不凝气体以改变所述第一连接管的第二侧内的压力。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一换热器包括多个换热管，多个换热管沿所述第一连接管的第二端的长度方向间隔布置，多个所述换热管与所述第一连接管相连，所述第一件可导通和断开所述换热管和所述第一连接管。

12.根据权利要求11所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一件移动可改变多个所述换热管中与所述第一件连通的换热管的数量，从而调节从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第一连接管包括第一段和第二段，所述第一段的第一端与所述容器的内部连通，所述第一段的第二端与所述第二段的第一端相连，所述第二段的第二端与所述第一换热器的进口相连，

所述非能动的自调节余热导出系统还包括：

第三连接管，所述第三连接管设在所述容器外，且所述第一连接管的第二端和所述第二连接管的第一端中的至少一个与所述第三连接管相连，

第三件和第四件，在所述第一连接管内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第三件断开所述第一段和所述第二段，所述第二件导通所述第一段和所述第三连接管；在所述第一连接管内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件变形以导通所述第一段和所述第二段，所述第四件变形以断开所述第一段和所述第三连接管。

14.根据权利要求13所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，所述第二段的第一端包括连接部，所述连接部环绕所述第一段的第二端设置，在所述第一段内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第三件设在所述连接部内且位于所述连接部的内壁面和所述第一段的第二端的外壁面之间以断开所述第一段和所述第二段；

所述连接部的外端与所述第三连接管的第一端相连，在所述第一段内的流体温度低于第二预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于第二预设压力阈值时，所述第四件设在所述连接部内且与所述第一段和所述第三连接管均间隔布置以导通所述第一段和所述第三连接管。

15.根据权利要求14所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可远离所述第一段以导通所述第一段和所述第二段，所述第四件可堵塞所述第三连接管与所述连接部的连接处以断开所述第一段和所述第三连接管。

16.根据权利要求15所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可和所述第四件一起封堵所述第三连接管与所述连接部的连接处。

17.根据权利要求13所述的非能动的自调节余热导出系统，其特征在于，在所述第一段内的流体温度达到或超过第二预设温度阈值或者所述第一连接管内的压力达到或超过第二预设压力阈值时，所述第三件可熔断或可体积变化，所述第四件可熔断或可体积变化。

18.一种液态金属反应堆，其特征在于，包括根据权利要求1-17中任一项所述的非能动的自调节余热导出系统。

19.一种非能动的自调节余热导出方法，其特征在于，采用根据权利要求1-17中任一项所述的非能动的自调节余热导出系统，包括以下步骤：

所述第一连接管内的流体温度达到或超过第一预设温度阈值或所述第一连接管内的压力达到或超过第一预设压力阈值时，所述第二件驱动所述第一件沿第一方向移动以增大所述第一连接管与所述第一换热器的连通面积，从而增大从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量；

所述第一换热器与外部热阱进行热交换，以使所述第一连接管内的流体温度或压力降低；

当所述第一连接管内的流体温度低于所述第一预设温度阈值或所述第一连接管内的压力低于所述第一预设压力阈值时,所述第二件驱动所述第一件沿与所述第一方向相反的第二方向移动以减小所述第一连接管与所述第一换热器的连通面积，从而减小从所述第一连接管进入所述第一换热器的流体的流量。

20.根据权利要求19所述的非能动的自调节余热导出方法，其特征在于，所述第二件可随所述第一连接管内的流体温度或压力变化而变形以驱动所述第一件沿所述第一方向或所述第二方向移动。

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