CN113035383A - 一种固有安全性高的反应堆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反应堆技术领域，公开了一种固有安全性高的反应堆系统，压力容器设有位于上部的进水口和位于顶部的出气口，和汽轮机的进出气端分别与出气口和冷凝器的进气端连接，冷凝器的出气端和进水口连接；给水腔内填充有给水，反应堆堆芯位于反应腔内，反应堆堆芯的上下两侧分别设有轴向反射层，多个热管均布在金属基体上，热管的下端与轴向反射层连接，热管的上端伸至给水腔内，两个相邻的热管之间设有多个铀氢化锆燃料棒，反应堆堆芯的外周从内至外依次设有第一径向反射层、第一中子吸收层和屏蔽层，第一径向反射层内设有控制转鼓。本发明具有堆芯结构材料热应力低，使用方便，且具有很高的固有安全性和较高的热效率的优点。

Description

一种固有安全性高的反应堆系统
技术领域
本发明涉及反应堆技术领域，特别是涉及一种固有安全性高的反应堆系统。
背景技术
核能是未来不可替代的能源之母，核反应堆，是一种启动、控制并维持核裂变或核聚变链式反应的装置，使得核裂变的能量能够以较慢的速度向外释放，核变的速率可以得到精确的控制，其供人们利用，热管反应堆的研究工作还面临着一系列的挑战，如堆芯制造工艺、高温热管技术与制造工艺、基体/包壳等材料技术、可维护性技术以及固有安全设计等方面的挑战。而现有的反应堆安全性低，热效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种堆芯结构材料热应力低，使用方便，且具有很高的固有安全性和较高的热效率的固有安全性高的反应堆系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固有安全性高的反应堆系统，包括汽轮机、冷凝器、压力容器和反应堆堆芯，所述压力容器设有位于上部的进水口和位于顶部的出气口，所述出气口通过管道和所述汽轮机的进气端连接，所述汽轮机的出气端通过管道和所述冷凝器的进气端连接，所述冷凝器的出气端通过管道和所述进水口连接；
所述压力容器包括给水腔和反应腔，所述给水腔内填充有给水，所述进水口和出气口均位于所述给水腔内，所述反应堆堆芯位于所述反应腔内，所述反应堆堆芯的上下两侧分别设有与所述反应腔的腔壁连接的轴向反射层，所述反应堆堆芯包括铀氢化锆燃料棒、热管和金属基体，所述热管设有多个且间隔嵌设在所述金属基体上，所述热管的下端与设置在所述反应堆堆芯的下侧的所述轴向反射层连接，所述热管的上端伸至所述给水腔内，两个相邻的所述热管之间设有多个所述铀氢化锆燃料棒，所述反应堆堆芯的外周从内至外依次设有第一中子吸收层和屏蔽层，所述第一径向反射层内设有控制转鼓，所述控制转鼓设有多个且间隔环设在所述反应堆堆芯外，所述控制转鼓由驱动单元驱动其转动。
作为本发明优选的方案，所述热管里的工作液为汞、联苯醚或萘。
作为本发明优选的方案，所述铀氢化锆燃料棒由氢化锆晶体作为慢化剂，浓缩铀作为燃料组成。
作为本发明优选的方案，所述热管为中温热管。
作为本发明优选的方案，所述控制转鼓包括第二径向反射层和第二中子吸收层，所述第二中子吸收层呈圆弧状设置在所述第二径向反射层的边缘。
作为本发明优选的方案，所述第二径向反射层为实心式圆柱体结构。
作为本发明优选的方案，所述出气口和所述汽轮机的进气端之间的管道上设有第一阀门。
作为本发明优选的方案，所述冷凝器的出气端和所述进水口的管道上设有给水泵。
作为本发明优选的方案，金属基体的横截面为多边形。
本发明实施例一种固有安全性高的反应堆系统与现有技术相比，其有益效果在于：
由此，铀氢化锆燃料棒发生核裂变，产生热量，热量通过金属基体传递至热管，给水腔内的给水在热管的作用下加热成蒸汽，蒸汽输送至汽轮机驱动汽轮机做功发电，将反应堆裂变能转化为电能，汽轮机做功后产生的乏汽经管道输送至汽轮机，乏汽在冷凝器内被冷凝成过冷水并经进水口输送至给水腔内，从而形成朗肯循环，堆芯结构材料热应力低，固有安全性高，使用方便，能应用在各种类型的微型核电源系统中，具有很高的固有安全性和较高的热效率，且通过热管传热，固有安全性高；其中，第一径向反射层和轴向反射层能对核裂变的中子具有反射作用，防止中子泄漏，使得较多被慢化的中子返回堆芯，使铀氢化锆燃料棒裂变率变大，促使反应堆热功率升高，而第一中子吸收层对慢化的中子具有吸收作用，使铀氢化锆燃料棒裂变率变小，降低反应堆热功率，通过第一径向反射层、轴向反射层和中子吸收层与控制转鼓的配合能够对反应堆反应性进行控制，从而达到堆内热功率的控制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种固有安全性高的反应堆系统的结构示意图；
图2是反应堆堆芯的结构示意图；
图中，1、汽轮机；2、冷凝器；3、压力容器；31、进水口；32、出气口；33、给水腔；34、反应腔；4、反应堆堆芯；41、屏蔽层；42、铀氢化锆燃料棒；43、轴向反射层；44、热管；45、金属基体；46、第一径向反射层；461、控制转鼓；4611、第二径向反射层；4612、第二中子吸收层；47、第一中子吸收层；5、第一阀门；6、给水泵；7、第二阀门。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1和图2所示，本发明提供的一种固有安全性高的反应堆系统的优选实施例，其包括汽轮机1、冷凝器2、压力容器3和反应堆堆芯4，所述压力容器3设有位于上部的进水口31和位于顶部的出气口32，所述出气口32通过管道和所述汽轮机1的进气端连接，所述汽轮机1的出气端通过管道和所述冷凝器2的进气端连接，所述冷凝器2的出气端通过管道和所述进水口31连接；所述压力容器3包括给水腔33和反应腔34，所述给水腔33内填充有给水，所述进水口31和出气口32均位于所述给水腔33内，所述反应堆堆芯4位于所述反应腔34内，所述反应堆堆芯4的上下两侧分别设有与所述反应腔34的腔壁连接的轴向反射层43，所述反应堆堆芯4包括铀氢化锆燃料棒42、热管44和金属基体45，所述热管44设有多个且间隔均匀地嵌设在所述金属基体45上，所述热管44的下端与设置在所述反应堆堆芯4的下侧的所述轴向反射层43连接，所述热管44的上端伸至所述给水腔33内，两个相邻的所述热管44之间设有多个所述铀氢化锆燃料棒42，所述反应堆堆芯4的外周从内至外依次设有第一径向反射层46、第一中子吸收层48和屏蔽层49，所述第一径向反射层46内设有控制转鼓461，所述控制转鼓461设有多个且间隔环设在所述反应堆堆芯4外，所述控制转鼓461由驱动单元驱动其转动，具体的，所述驱动单元设置在所述压力容器3外(图中无标识)。
由此，铀氢化锆燃料棒42发生核裂变，产生热量，热量通过金属基体45传递至热管44，给水腔33内的给水在热管44的作用下加热成蒸汽，蒸汽输送至汽轮机1驱动汽轮机1做功发电，将反应堆裂变能转化为电能，汽轮机1做功后产生的乏汽经管道输送至汽轮机1，乏汽在冷凝器2内被冷凝成过冷水并经进水口31输送至给水腔33内，从而形成朗肯循环，堆芯结构材料热应力低，固有安全性高，使用方便，能应用在各种类型的微型核电源系统中，具有很高的固有安全性和较高的热效率，且通过热管44传热，固有安全性高；其中，第一径向反射层46和轴向反射层43能对核裂变的中子具有反射作用，防止中子泄漏，使得较多被慢化的中子返回堆芯，使铀氢化锆燃料棒42裂变率变大，促使反应堆热功率升高，而第一中子吸收层48对慢化的中子具有吸收作用，使铀氢化锆燃料棒42裂变率变小，降低反应堆热功率，通过第一径向反射层46、轴向反射层43和中子吸收层与控制转鼓461的配合能够对反应堆反应性进行控制，从而达到堆内热功率的控制。
示例性的，所述热管44为中温热管44，所述热管44里的工作液为汞、联苯醚或萘，工作温度在500－750K，能保证堆芯温度较低，解决高温材料的选型和研发技术瓶颈。
示例性的，所述铀氢化锆燃料棒42由氢化锆晶体作为慢化剂，浓缩铀作为燃料组成，具体的，铀氢化锆燃料元件由铀氢化锆燃料芯块、压紧弹簧、间隙和包壳构成，使得在慢化中子的作用下浓缩铀发生持续裂变反应产生裂变能，为反应堆提供热量。
示例性的，所述控制转鼓461包括第二径向反射层4611和第二中子吸收层4612，所述第二中子吸收层4612呈圆弧状设置在所述第二径向反射层4611的边缘，所述第二径向反射层4611为实心式圆柱体结构，所述金属基体45的横截面为多边形，优选为六边形孔。
示例性的，为了方便开关管道，所述出气口32和所述汽轮机1的进气端之间的管道上设有第一阀门5。
示例性的，所述冷凝器2的出气端和所述进水口31的管道上设有给水泵6，具体的，所述给水泵6和所述进水口31之间设有第二阀门7，使过冷水能顺畅地输送至给水腔33内。
在本发明的描述中，应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中采用术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，包括汽轮机、冷凝器、压力容器和反应堆堆芯，所述压力容器设有位于上部的进水口和位于顶部的出气口，所述出气口通过管道和所述汽轮机的进气端连接，所述汽轮机的出气端通过管道和所述冷凝器的进气端连接，所述冷凝器的出气端通过管道和所述进水口连接；
所述压力容器包括给水腔和反应腔，所述给水腔内填充有给水，所述进水口和出气口均位于所述给水腔内，所述反应堆堆芯位于所述反应腔内，所述反应堆堆芯的上下两侧分别设有与所述反应腔的腔壁连接的轴向反射层，所述反应堆堆芯包括铀氢化锆燃料棒、热管和金属基体，所述热管设有多个且间隔嵌设在所述金属基体上，所述热管的下端与设置在所述反应堆堆芯的下侧的所述轴向反射层连接，所述热管的上端伸至所述给水腔内，两个相邻的所述热管之间设有多个所述铀氢化锆燃料棒，所述反应堆堆芯的外周从内至外依次设有第一径向反射层、第一中子吸收层和屏蔽层，所述第一径向反射层内设有控制转鼓，所述控制转鼓设有多个且间隔环设在所述反应堆堆芯外，所述控制转鼓由驱动单元驱动其转动。
2.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述热管里的工作液为汞、联苯醚或萘。
3.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述铀氢化锆燃料棒由氢化锆晶体作为慢化剂，浓缩铀作为燃料组成。
4.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述热管为中温热管。
5.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述控制转鼓包括第二径向反射层和第二中子吸收层，所述第二中子吸收层呈圆弧状设置在所述第二径向反射层的边缘。
6.如权利要求5所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述第二径向反射层为实心式圆柱体结构。
7.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述出气口和所述汽轮机的进气端之间的管道上设有第一阀门。
8.如权利要求1所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述冷凝器的出气端和所述进水口的管道上设有给水泵。
9.如权利要求1－8任一项中所述的固有安全性高的反应堆系统，其特征在于，所述金属基体的横截面为多边形。
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