CN113140348B - 一种反应堆核电源及具有其的移动载具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应堆核电源及具有其的移动载具，反应堆核电源包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。本发明利用液态金属反应堆出口温度高的特点，将二回路工质发电余热综合利用，可进行供热供汽、淡水制造等，符合多场合、多元化能源利用需求。

Description

一种反应堆核电源及具有其的移动载具

技术领域

本发明涉及先进核能发电与能量综合利用技术领域，具体涉及一种反应堆核电源及具有其的移动载具。

背景技术

随着国民经济和国防建设的不断发展，对于超小型、高功率、长续航电源以及多用途能源供给系统的需求日益攀升。面向国民经济发展，在突发公共事件救援，重大基础设施建设等陆上非固定复杂多变的多场景、多元化能源供给具有迫切需求；面向国防建设，小型移动式能源系统将大幅提升新型装备的作战效能。

小型移动式核电站能以很低的运行成本实现一天24小时连续发电，相较于常规化石燃料或可再生能源，小型移动式核电站更加符合公共事件救援、重大基础设施建设期间高功率供电供热供汽供水，以及沙漠戈壁、高原山区、远海岛礁等偏远地区供电要求。然而，传统核电站的轻水堆系统庞杂，尤其是其累加冗余的安全设计理念无法适用于陆上移动式对于小型、灵活、安全的设计需求，此外，传统轻水堆的高压设计，也使得二回路工质易受放射性污染而无法直接排放。

综上所述，亟待一种超小型可移动的反应堆核电源，来解决传统核电在小型化、安全性方面不适用于陆基移动式核电源的突出问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种反应堆核电源及具有其的移动载具。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种反应堆核电源，包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。

本发明的有益效果是：本发明的反应堆核电源，一回路反应堆采用常压或低压运行的液态金属反应堆，二回路采用高压空气布雷顿循环。运行时，一回路压力低于二回路，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气。二回路空气工质的放射性清洁，使其可以直接排放至大气中，不需要冷却器，显著减小了电源系统体积，实现了核电源系统的小型化可移动。本发明利用液态金属反应堆出口温度高的特点，将二回路工质发电余热综合利用，可进行供热供汽、淡水制造等，符合多场合、多元化能源利用需求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述反应堆模块外侧设有非能动余热排出环腔，所述开式空气布雷顿循环发电模块通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通。

采用上述进一步方案的有益效果是：正常运行时，发电模块的入口通过反应堆池外侧的非能动余热排出环腔与大气连通，使空气进行初级预热。

进一步，所述开式空气布雷顿循环发电模块包括压缩机和透平，所述压缩机通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通，所述换热器通过换热管路与所述透平连接，使经过换热器加热的空气进入透平做工。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述的反应堆模块与开式空气布雷顿循环发电模块通过管路连接，空气压力不低于500kPa，高于反应堆运行压力，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气，空气经过换热器加热再进入透平做功后直接连通大气，或接入能量综合利用模块后连通大气；所述电源控制模块用于供配电和控制；电源控制模块的启动电源采用外部电源或移动载具取力供电。

进一步，所述能量综合利用模块包括回热器、热交换器和多效蒸发系统中的一种或几种。

采用上述进一步方案的有益效果是：可采用回热器预热压缩空气，或采用内含水的热交换器用于供热或供汽，或采用多效蒸发系统用于淡水制造。

进一步，所述换热器中含有中子吸收材料，所述中子吸收材料涂覆在所述换热器表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中；所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中包括，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器。

采用上述进一步方案的有益效果是：可有效防止换热器活化。

进一步，所述液态金属反应堆采用一体化池式结构，所述换热器垂直安装于堆池内，所述反应堆模块内设有堆芯和屏蔽结构，所述堆芯位于所述屏蔽结构内，所述换热器位于所述屏蔽结构外。

采用上述进一步方案的有益效果是：液态金属反应堆可选用铅铋冷却反应堆作为热源，铅铋冷却反应堆为一体化池式结构，堆芯热源、反应堆性控制系统、热传输系统设备和结构件均一体化池式集成，堆芯位于堆池中心，换热器等热传输设备环绕堆芯垂直装配入堆并对称布置，该布置方案可实现反应堆小型紧凑化。堆芯中子被堆内一体化屏蔽体屏蔽，确保换热器内二次侧工质不会被中子活化。

进一步，所述换热器采用含热中子吸收元素铁基结构材料，所述屏蔽结构采用陶瓷和金属基复合材料。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述换热器可选用Gd₂O₃钢材料，一体化屏蔽结构可选用B₄C陶瓷和Gd₂O₃钢复合材料，材料中的Gd₂O₃和B₄C陶瓷均为优良的中子吸收体，可屏蔽来自于堆芯泄露的中子，防止换热器二次侧工质中子活化。所述的液态金属冷却反应堆运行压力为0～300kPa，堆芯铅铋冷却剂出口温度为650℃。

进一步，所述液态金属反应堆还包括内层容器、并排独立布置的设备池和堆芯池，所述设备池和堆芯池上端连通且其上端设有顶盖，所述内层容器分别安装在所述设备池和堆芯池内，所述内层容器与所述设备池之间预留有第一隔腔，所述内层容器与所述堆芯池之间预留有第二隔腔，并将所述设备池和堆芯池上端的连通腔分隔成上连通腔和下连通腔；位于所述堆芯池中的内层容器中安装有堆芯，位于所述设备池中的内层容器上安装有主泵和换热器；所述堆芯池与所述设备池之间设有屏蔽体。

采用上述进一步方案的有益效果是：将堆芯和主设备分别布置在堆芯池和设备池中，使堆芯和主设备分开布置，采用连通腔将堆芯池和设备池连通，使冷却剂可以利用上腔体和下腔体在堆芯池和设备池中形成池内循环回路，以长度换宽度，显著降低容器直径，方便车辆装载运输。可以有效解决反应堆车载运输尺寸大、质量重的难题，同时还能确保反应堆安全性。

进一步，所述液态金属反应堆还包括反应堆容器以及分别设置在所述反应堆容器内的堆芯、堆芯围筒、堆内屏蔽体和主泵，所述堆芯设置在所述堆芯围筒内，所述堆内屏蔽体环设在所述堆芯围筒周侧，所述堆内屏蔽体与所述反应堆容器之间预留有用于填充冷却剂的间隔，所述换热器和主泵分别设置在所述堆内屏蔽体内且分别与间隔连通，所述换热器和所述主泵中分别含有中子吸收材料。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用堆芯围筒内的堆芯发热，然后利用主泵将冷却剂上下流动，使堆芯热量传递给换热器，再利用工质将换热器的热量传递出去；通过在换热器和主泵中设置中子吸收材料，在不改变换热器和主泵正常功能的前提下，提高换热器和主泵的屏蔽性能，减少堆芯产生的中心向外泄漏，降低反应堆容器的辐照损伤；将换热器和主泵设置在堆内屏蔽体中，在堆芯内填充堆内屏蔽体，可以减少对外屏蔽体的体积，有利于反应堆的减重，使一体化屏蔽反应堆做到小型轻量化。

一种移动载具，包括可移动的载具以及所述的反应堆核电源，所述反应堆核电源部分或全部置于所述载具上。

本发明的移动载具，采用一体化液态金属反应堆系统与开式空气布雷顿循环发电系统的设计，无需设置冷却系统，显著减小系统体积，实现核电源系统的小型化可移动。

附图说明

图1为本发明具有反应堆核电源的移动载具的结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的液态金属反应堆的俯视结构示意图；

图3为图2中A-A剖面结构示意图；

图4为内层容器的剖面结构示意图；

图5为本发明液态金属反应堆另一种实施方式的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、反应堆模块；101、液态金属反应堆；102、换热器；103、屏蔽结构；104、堆芯；105、非能动余热排出环腔；106、开式空气布雷顿循环发电模块；107、压缩机；108、透平；109、发电机；110、过滤器；111、仪控电模块；112、能量综合利用模块；113、多效蒸发系统；114、启动电源；115、载具。

1、内层容器；11、连通腔；12、堆芯筒体；13、设备筒体；14、上板；15、换热器支承；16、主泵支承；17、上腔体；18、下腔体；19、主泵连接孔；2、设备池；21、第一隔腔；3、堆芯池；31、第二隔腔；4、顶盖；51、控制棒驱动机构；7、主泵；8、冷凝换热器；9、屏蔽体。

200、反应堆容器；202、堆芯围筒；203、堆内屏蔽体；206、冷却剂。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种反应堆核电源，包括反应堆模块100、开式空气布雷顿循环发电模块106以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块100以液态金属反应堆101作为热源，所述液态金属反应堆101内设有换热器102，所述换热器102与所述开式空气布雷顿循环发电模块106通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块106做工后连通大气或接入能量综合利用模块112。反应堆运行压力低于300kPa。

如图1所示，本实施例的所述反应堆模块100外侧设有非能动余热排出环腔105，所述开式空气布雷顿循环发电模块106通过预热管路与所述非能动余热排出环腔105连通。正常运行时，发电模块的入口通过反应堆池外侧的非能动余热排出环腔与大气连通，使空气进行初级预热。

如图1所示，本实施例的所述开式空气布雷顿循环发电模块106包括压缩机107和透平108，所述压缩机107通过预热管路与所述非能动余热排出环腔105连通，所述换热器102通过换热管路与所述透平108连接，使经过换热器102加热的空气进入透平108做工。所述开式空气布雷顿循环发电模块106还包括发电机109和过滤器110，开式空气布雷顿循环发电模块106的各个设备之间通过管阀连接，所述的压缩机107、透平108和发电机109间通过连轴器连接，其轴线与移动载具115中轴线平行。所述的反应堆模块100与开式空气布雷顿循环发电模块106通过管路连接，空气压力不低于500kPa，高于反应堆运行压力，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气，空气经过换热器加热再进入透平做功后直接连通大气，或接入能量综合利用模块后连通大气；所述电源控制模块用于供配电和控制；电源控制模块的启动电源采用外部电源或移动载具取力供电。

如图1所示，本实施例的所述能量综合利用模块112包括回热器、热交换器和多效蒸发系统113中的一种或几种。可采用回热器预热压缩空气，或采用内含水的热交换器用于供热或供汽，或采用多效蒸发系统用于淡水制造。

如图1所示，本实施例的所述换热器102中含有中子吸收材料，所述中子吸收材料涂覆在所述换热器102表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器102的结构材料中；所述中子吸收材料添加在所述换热器102的结构材料中包括，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器102，可有效防止换热器活化。

本实施例的电源控制模块包括仪控电模块111、启动电源114，所述仪控电模块111通过线缆与其他模块连接，实现供配电和控制，所述启动电源114采用外部电源如UPS、柴油机等供电，也可以从移动载具115变速箱中取力供电，启动电源114为系统工作提供初始能源，包括反应堆控制棒提升、主泵启动、二回路暖机、给水泵运行、阀门开启和控制保护系统供电等。

本实施例的一种反应堆核电源在工作时，所述的反应堆模块100与开式空气布雷顿循环发电模块106通过管路连接，开式空气布雷顿循环发电模块106的压缩机107入口通过反应堆池外侧的非能动余热排出环腔105与大气连通，使空气进行初级预热至150℃，出口与所述的换热器102入口连接，空气在换热器102换热后出口温度为550℃、压力500kPa，然后进入透平108推动其转动带动发电机108发电。由于换热器102二次侧运行压力高于一次侧，且堆内设置一体化的屏蔽结构103，确保二回路空气工质清洁，可以直接排放，因此无需设置冷却系统。所述的透平108后端出口空气温度200℃、压力0.1MPa，高温空气接入多效蒸发系统113换热后最终排放至大气中，多效蒸发系统113用于淡水制造；透平108后端也可以根据需要模块化替换为热交换器，用于供热和供汽；或回热器，接入压缩机107后端，可以利用发电排出空气的废热预热压缩空气，提高循环效率。

本实施例的反应堆核电源，一回路反应堆采用常压或低压运行的液态金属反应堆，二回路采用高压空气布雷顿循环。运行时，一回路压力低于二回路，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气。二回路空气工质的放射性清洁，使其可以直接排放至大气中，不需要冷却器，显著减小了电源系统体积，实现了核电源系统的小型化可移动。本发明利用液态金属反应堆出口温度高的特点，将二回路工质发电余热综合利用，可进行供热供汽、淡水制造等，符合多场合、多元化能源利用需求。

实施例2

如图1所示，本实施例的反应堆核电源在实施例1方案的基础上，液态金属反应堆101可采用一体化池式结构，所述换热器102垂直安装于堆池内，所述反应堆模块100内设有堆芯104和屏蔽结构，所述堆芯位于所述屏蔽结构内，所述换热器位于所述屏蔽结构外。液态金属反应堆可选用铅铋冷却反应堆作为热源，铅铋冷却反应堆为一体化池式结构，堆芯热源、反应堆性控制系统、热传输系统设备和结构件均一体化池式集成，堆芯位于堆池中心，换热器等热传输设备环绕堆芯垂直装配入堆并对称布置，该布置方案可实现反应堆小型紧凑化。屏蔽结构103采用环筒型结构，并将堆芯围设在其内，堆芯中子被堆内一体化屏蔽体屏蔽，确保换热器内二次侧工质不会被中子活化。

本实施方式的所述屏蔽结构103采用陶瓷和金属基复合材料。所述换热器102采用含热中子吸收元素铁基结构材料，所述换热器102可选用Gd₂O₃钢材料，屏蔽结构103可选用B₄C陶瓷和Gd₂O₃钢复合材料，材料中的Gd₂O₃和B₄C陶瓷均为优良的中子吸收体，可屏蔽来自于堆芯泄露的中子，防止换热器二次侧工质中子活化。所述的液态金属反应堆101运行压力为0～300kPa，堆芯铅铋冷却剂出口温度为650℃。

本实施例的液态金属反应堆为池式结构，堆芯热源、反应堆性控制系统、热传输系统设备和结构件均一体化池式集成，实现反应堆小型化。液态金属反应堆的堆内通过屏蔽源项优化计算设置适当厚度的一体化屏蔽结构，其中，换热器垂直安装于堆池内并与堆芯安装方向平行，反应堆堆芯与换热器分别位于一体化屏蔽结构两侧。

实施例3

如图2-图4所示，本实施例的反应堆核电源在实施例1方案的基础上，液态金属反应堆101可采用分体式池式结构，包括内层容器1、并排独立布置的设备池2和堆芯池3，所述设备池2和堆芯池3上端连通且其上端设有顶盖4，所述内层容器1分别安装在所述设备池2和堆芯池3内，所述内层容器1与所述设备池2之间预留有第一隔腔21，所述内层容器1与所述堆芯池3之间预留有第二隔腔31，并将所述设备池2和堆芯池3上端的连通腔11分隔成上腔体17和下腔体18；位于所述堆芯池3中的内层容器1中安装有堆芯104，堆芯104装在内层容器内，位于所述设备池2中的内层容器1上安装有主泵7和换热器102；所述堆芯池3与所述设备池2之间设有屏蔽体9。换热器102和主泵7采用法兰支承在堆顶盖4，所述连通腔11上端法兰连接在堆顶盖4。

如图3和图4所示，本实施例的所述内层容器1包括堆芯筒体12、设备筒体13和上板14，所述堆芯筒体12和设备筒体13分别连接在所述上板14上，所述上板14周侧固定在所述设备池2和堆芯池3上端连通腔11的内侧壁上，所述上板14将所述连通腔11分隔成所述上腔体17和下腔体18，上腔体17为冷却剂从堆芯池3流动到设备池2的通道，下腔体18为冷却剂从设备池2流动到堆芯池3的通道；所述堆芯104安装在所述堆芯筒体12内，所述主泵7和换热器102安装在所述设备筒体13内。本实施例的上板14与连通腔11形状相适配，其周侧与连通腔11内侧壁焊接或通过螺栓进行连接。采用堆芯筒体、设备筒体和上板，使内层容器为一个整体安装在设备池和堆芯池中，采用上板将连通腔分隔成上腔体和下腔体，在不增加管道的前提下，实现了双池之间冷却剂的流动循环，提高了反应堆的安全性能。

如图3和图4所示，本实施例的所述上板14覆设在所述设备筒体13上端，所述换热器102贯穿设置在上板14上且一端位于所述设备筒体13内，所述主泵7贯穿设置在所述上板14和所述设备筒体13的底板上，并将经过热交换的冷却剂通过第一隔腔21通过下腔体18泵入到第二隔腔31中循环。换热器可将经过堆芯加热的冷却剂交换热量后，流入到设备筒体内，再经过设备筒体内的主泵加压后打入设备池中，再经过下腔体流入到堆芯池中，重新循环。

如图3和图4所示，本实施例的所述设备筒体13内设有换热器支承15，所述换热器支承15为上端敞口的筒体结构，所述上板14开设有换热器支承连接孔和主泵连接孔19，所述换热器支承15上端连接在所述换热器支承连接孔上，所述换热器102贯穿所述换热器支承15的底壁布置，所述主泵19贯穿所述主泵连接孔19以及所述设备筒体13的底板布置。利用设备筒体上辐射的上板将设备筒体与流通腔分隔开，上流通腔内为未经过热交换的冷却剂，采用换热器支承可以为冷却剂提供有效的流通面积等，便于未经过热交换的冷却剂汇流进入到换热器中进行热交换；将主泵安装在上板上，使主泵在设备筒体内工作，便于将设备筒体内经过热交换的冷却剂直接泵入到第一隔腔中。

如图3和图4所示，本实施例的所述设备筒体13底壁上安装有主泵支承16，所述主泵7下端连接在所述主泵支承16上。主泵支承可以为主泵提供有效支撑。

如图3和图4所示，本实施例的液态金属反应堆还包括多个冷凝换热器8，所述冷凝换热器8贯穿所述内层容器1并布置在所述堆芯池3和所述内层容器1之间，多个所述冷凝换热器8环绕布置在所述堆芯104四周。具体如图1所示，可设置两个冷凝换热器8，两个冷凝换热器8的管束为弧形截面，两个冷凝换热器8围设在堆芯104的四周，冷凝换热器的换热功率不小于堆芯停堆衰变热功率，换热功率大于堆满功率的5％。冷凝换热器8焊接支承在堆顶盖4。在事故状态下，换热器无法工作，可利用冷凝换热器对堆芯余热进行导出；冷凝换热器的管束为弧形截面，并围绕堆芯布置，冷凝换热器换热功率不小于堆芯停堆衰变热效率，换热功率大于满堆功率的5％。

如图3和图4所示，本实施例的液态金属反应堆的堆芯104上端贯穿所述顶盖4布置并连接有控制棒驱动机构51，控制棒驱动机构51焊接支承在堆顶盖4，可以调整堆芯功率，保证堆芯反应性能的安全以及运行过程中补偿燃耗；所述堆芯104上表面不高于所述堆芯池3上端，即堆芯104上表面在连通腔11以下；所述堆芯池3与所述设备池2之间设有屏蔽体9，避免堆芯对设备活化。堆芯池3和设备池2上部通过连通腔11进行连通，下部并不连通，并通过屏蔽体9进行屏蔽，使设备池2和堆芯池3相互独立，一旦其中一个发生事故，不影响另一个，例如当设备池发生冷却剂泄漏时，堆芯池3仍然使堆芯时刻侵入冷却剂中。屏蔽体为中子屏蔽材料填充，包括但不限于硼化水、含硼聚乙烯、碳化硼、石墨等材料。

其中如图2所示，本实施例的所述连通腔11的截面为跑道形结构，所述堆芯池3和设备池2分别位于所述跑道形结构的两个半圆形结构内。采用跑道形结构的连通腔，堆芯池和设备池均采用圆筒形容器，堆芯池和设备池的筒体中心线与连通腔跑道形结构容器的两个半圆同轴，且堆芯池、设备池的筒体直径小于连通池两个半圆的直径。

本实施例一体化液态金属反应堆的工作原理为，反应堆采用液态铅铋共晶合金作为冷却剂，利用堆芯对冷却剂进行加热后，上腔体为热的冷却剂从堆芯池流动到设备池的通道，下腔体为冷的冷却剂从设备池流动到堆芯池的通道，热的冷却剂进入换热器进行热交换后进入到设备池的设备筒体中，然后主泵再将设备筒体中经过热交换的冷的冷却剂打入到第一隔腔中，冷的冷却剂从第一隔腔通过下腔体流入到第二隔腔中，再次经过堆芯筒体中的堆芯加热循环。

反应堆工作状态分为运行状态、停堆状态和运输状态。

运行状态：0～100％功率运行，冷却剂从堆芯加热后，通过连通腔的上腔体进入换热器交换热量后，流入设备筒体内；经过主泵加压后打入设备池，并经过连通腔的下腔体段流入堆芯池，重新循环；屏蔽体内充满硼化水。

停堆状态：停堆初期，堆芯衰变热功率约为满功率的5％，落下反应性控制机构，吸收反应堆中子，使反应不能达到临界状态，反应堆慢慢熄火，保持主泵以及换热器低流量运行，维持冷却剂在堆芯池和设备池低速流动，用换热器带走停堆初期衰变热。

运输状态：停堆功率1个月后，衰变热降至1％以下，冷却剂在堆芯池和设备池之间不再有液态铅铋冷却剂流动，排空设备池冷却剂，降低运输质量；打开冷凝换热器，冷凝堆芯周围液态铅铋；屏蔽体内充满硼化水排出，转移到车厢内运输。

本实施例的液态金属反应堆为适用于车载运输的超小型液态金属反应堆，将堆芯和主设备分别布置在堆芯池和设备池中，提出了一种堆芯、主设备双池布置，使堆芯和主设备分开布置，采用连通腔将堆芯池和设备池连通，使冷却剂可以利用上腔体和下腔体在堆芯池和设备池中形成池内循环回路，以长度换宽度，显著降低容器直径，方便车辆装载运输。可以有效解决反应堆车载运输尺寸大、质量重的难题，同时还能确保反应堆安全性。本实施例采用池式结构的液态金属反应堆，可以实现堆容器直径小型化以及反应堆减重，能够广泛应用于车载运输反应堆，同时对其他反应堆小型化、轻量化设计具有参考价值。

实施例4

如图5所示，如图2-图4所示，本实施例的反应堆核电源在实施例1方案的基础上，液态金属反应堆101可采用一体化屏蔽反应堆，包括反应堆容器200以及分别设置在所述反应堆容器200内的堆芯104、堆芯围筒202、堆内屏蔽体203、换热器102和主泵7，所述堆芯104设置在所述堆芯围筒202内，所述堆内屏蔽体203环设在所述堆芯围筒202周侧，所述堆内屏蔽体203与所述反应堆容器200之间预留有用于填充冷却剂206的间隔，所述换热器102和主泵7分别设置在所述堆内屏蔽体203内且分别与间隔连通，所述换热器102和所述主泵7中分别含有中子吸收材料。所述堆芯围筒202可选用无上下盖板的圆柱形结构，所述换热器102选用圆柱形结构；所述反应堆容器200也可选用能够承受较大压力的U型筒体结构，并可采用双层结构。

本实施例的所述中子吸收材料涂覆在所述换热器102表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器102的结构材料中。可以有效提高换热器的屏蔽性能，减少活性区的中子泄漏，还可以降低反应堆容器的中子注量，减少反应堆容器材料辐照损伤，提高其使用寿命，提高经济性；还能够减少对外屏蔽体的体积和重量，做到小型轻量化。

本实施例的所述中子吸收材料涂覆在所述主泵7表面，或所述中子吸收材料添加在所述主泵7的结构材料中。可以有效提高主泵的屏蔽性能，减少活性区的中子泄漏，还可以降低反应堆容器的中子注量，减少反应堆容器材料辐照损伤，提高其使用寿命，提高经济性；还能够减少对外屏蔽体的体积和重量，做到小型轻量化。

本实施例的所述中子吸收材料包括含锂材料、含硼材料和含钆材料中的一种或几种。

本实施例的所述堆内屏蔽体203的屏蔽外壳为金属壳体，内部封装有屏蔽材料，所述金属壳体中的钴含量＜50ppm。本实施例的所述屏蔽材料包括碳化硼。

本实施例的所述换热器102和主泵7分别为若干个，若干所述换热器102和若干主泵7均匀布置，且所述主泵7相对于所述换热器102对称布置。将主泵相对于换热器对称布置，可以将冷却剂有效循环，有利于热量的快速均匀传递。具体的，如图1所示，所述换热器102的个数为4个，所述主泵7的个数为两个，且两个主泵7沿反应堆容器200的径向对称布置，四个换热器102以两个主泵7为中线对称布置在主泵7两侧。

本实施例的所述堆内屏蔽体203中设有若干轴向贯通的安装通道，所述换热器102和所述主泵7分别设置在对应的所述安装通道内。堆内屏蔽体203为预留有换热器102和主泵7空间的厚圆环状结构，堆内屏蔽体203内侧靠近堆芯围筒，为圆柱状结构，堆芯屏蔽体203外侧也为圆柱状结构，双层圆柱状结构开设有若干个(例如5个、6个、8个等，具体个数可以根据需要进行选择)圆柱形的安装通道，用于容纳换热器和主泵结构，安装通道内有金属壳体，使得堆内屏蔽体203内部填充的屏蔽材料不与冷却剂直接接触，方便将主泵和换热器安装在堆内屏蔽体中。

本实施例的所述中子吸收材料添加在所述换热器102或所述主泵7的结构材料中，具体为，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器或主泵。

本实施例利用堆芯围筒内的堆芯发热，然后利用主泵将冷却剂上下流动，使堆芯热量传递给换热器，再利用工质将换热器的热量传递出去；通过在换热器和主泵中设置中子吸收材料，在不改变换热器和主泵正常功能的前提下，提高换热器和主泵的屏蔽性能，减少堆芯产生的中心向外泄漏，降低反应堆容器的辐照损伤；将换热器和主泵设置在堆内屏蔽体中，在堆芯内填充堆内屏蔽体，可以减少对外屏蔽体的体积，有利于反应堆的减重，使一体化屏蔽反应堆做到小型轻量化。

实施例5

如图1所示，本实施例的一种移动载具，包括可移动的载具115以及实施例1-实施例4任一项所述的反应堆核电源，所述反应堆核电源部分或全部置于所述载具115上。

本实施例的移动载具，采用液态金属反应堆系统与开式空气布雷顿循环发电系统的设计，显著减小系统体积，实现核电源系统的小型化可移动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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；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。

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。

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 (9)

1.一种反应堆核电源，其特征在于，包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与所述开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块；所述开式空气布雷顿循环发电模块通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通；所述换热器中含有中子吸收材料；

所述液态金属反应堆还包括内层容器、并排独立布置的设备池和堆芯池，所述设备池和堆芯池上端连通且其上端设有顶盖，所述内层容器分别安装在所述设备池和堆芯池内，所述内层容器与所述设备池之间预留有第一隔腔，所述内层容器与所述堆芯池之间预留有第二隔腔，并将所述设备池和堆芯池上端的连通腔分隔成上连通腔和下连通腔；位于所述堆芯池中的内层容器中安装有堆芯，位于所述设备池中的内层容器上安装有主泵和换热器；所述堆芯池与所述设备池之间设有屏蔽体。

2.根据权利要求1所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述反应堆模块外侧设有非能动余热排出环腔。

3.根据权利要求2所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述开式空气布雷顿循环发电模块包括压缩机和透平，所述压缩机通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通，所述换热器通过换热管路与所述透平连接，使经过换热器加热的空气进入透平做工。

4.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述能量综合利用模块包括回热器、热交换器和多效蒸发系统中的一种或几种。

5.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述中子吸收材料涂覆在所述换热器表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中；所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中包括，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器。

6.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述液态金属反应堆采用一体化池式结构，所述换热器垂直安装于堆池内，所述反应堆模块内设有堆芯和屏蔽结构，所述堆芯位于所述屏蔽结构内，所述换热器位于所述屏蔽结构外。

7.根据权利要求6所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述换热器采用含热中子吸收元素铁基结构材料，所述屏蔽结构采用陶瓷和金属基复合材料。

8.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述液态金属反应堆还包括反应堆容器以及分别设置在所述反应堆容器内的堆芯、堆芯围筒、堆内屏蔽体和主泵，所述堆芯设置在所述堆芯围筒内，所述堆内屏蔽体环设在所述堆芯围筒周侧，所述堆内屏蔽体与所述反应堆容器之间预留有用于填充冷却剂的间隔，所述换热器和主泵分别设置在所述堆内屏蔽体内且分别与间隔连通，所述换热器和所述主泵中分别含有中子吸收材料。

9.一种移动载具，其特征在于，包括可移动的载具以及权利要求1至8任一项所述的反应堆核电源，所述反应堆核电源部分或全部置于所述载具上。

Images