CN113793706B - 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统 - Google Patents

小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113793706B
CN113793706B CN202111007616.8A CN202111007616A CN113793706B CN 113793706 B CN113793706 B CN 113793706B CN 202111007616 A CN202111007616 A CN 202111007616A CN 113793706 B CN113793706 B CN 113793706B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
heat exchanger
flinak
heat
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111007616.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113793706A (zh
Inventor
张大林
吕鑫狄
闵鑫
王成龙
田文喜
秋穗正
苏光辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111007616.8A priority Critical patent/CN113793706B/zh
Publication of CN113793706A publication Critical patent/CN113793706A/zh
Priority to US17/893,962 priority patent/US20230386688A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN113793706B publication Critical patent/CN113793706B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24—Promoting flow of the coolant
    • G21C15/26—Promoting flow of the coolant by convection, e.g. using chimneys, using divergent channels
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G21C1/03—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders cooled by a coolant not essentially pressurised, e.g. pool-type reactors
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24—Promoting flow of the coolant
    • G21C15/243—Promoting flow of the coolant for liquids
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/28—Selection of specific coolants ; Additions to the reactor coolants, e.g. against moderator corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，包括反应堆本体系统、多用途非能动余热排出系统和各系统之间管道等其他连接设备构成的循环回路；反应堆本体系统作为系统热源，采用螺旋十字型燃料元件，FLiBe熔盐作为冷却剂，其热功率125MW，堆芯出口温度达700℃，具备高温低压、无水冷却和体积紧凑的优点；多用途非能动余热排出系统既作为专设安全设施保证反应堆的非能动安全，又能够通过温差发电装置高效地回收利用非能动余热排出系统中的余热进行发电，实现了在不同工况下的灵活切换，提高了能源的利用效率，对我国自主高效、安全的开发小型氟盐冷却高温堆具有重要意义。

Description

小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统
技术领域
本发明涉及先进核能安全开发与能源利用技术领域，具体涉及一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统。
背景技术
小型氟盐冷却高温堆有高温低压运行、无水冷却、固有安全和结构紧凑等特点，近年来，国内对其的研究工作正在稳步开展。
然而，目前提出的小型氟盐冷却高温堆设计方案多侧重于堆芯模块的设计，对反应堆结构、材料和各有关设备的设计，特别是对其专设安全设施非能动余热排出系统的结合研究尚不充分。
非能动余热排出系统用于导出反应堆在紧急堆停堆和事故工况下的堆芯热量，然而在反应堆正常运行情况下，为了保证余排回路中的高温氟盐熔融物不会凝固，常规的余排系统会一直处于工作状态，造成堆芯的热量损失。利用高温氟盐与空气的巨大温度差，将小型氟盐冷却高温堆非能动余热排出系统与温差发电系统相结合，组成小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，既能及时的导出反应堆在紧急堆停堆和事故工况下的堆芯热量，也能在反应堆正常运行情况下有效地利用好余排系统的余热，为新一代核能系统的安全开发与能源利用提供重要参考意义。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，为小型氟盐冷却高温堆提供专设安全设施，并高效地回收利用非能动余热排出系统中的余热进行发电。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，包括反应堆本体系统1和多用途非能动余热排出系统2；
所述堆本体系统1作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的热源，包括反应堆容器1-1、熔盐冷池1-2、堆芯活性区1-3、堆芯轴向反射层1-4、堆芯径向反射层1-5、冷/热池围筒1-6、熔盐热池1-7、轴流泵1-8、FLiBe-FLiNaK主换热器1-9、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10和控制棒及驱动机构1-11；FLiBe-FLiNaK主换热器1-9、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10位于反应堆容器1-1内上部，在FLiBe-FLiNaK主换热器1-9下部设置轴流泵1-8；控制棒及驱动机构1-11设置在堆芯活性区1-3上部；冷/热池围筒1-6设置在堆芯径向反射层1-5外，将反应堆容器1-1内部分隔为外部的熔盐冷池1-2和内部的熔盐热池1-7，堆芯活性区1-3周向设置堆芯径向反射层1-5、堆芯活性区1-3上部和下部设置堆芯轴向反射层1-4；
所述反应堆本体系统1工作流程如下：反应堆本体系统1正常运行时，FLiBe熔盐冷却剂经轴流泵1-8驱动后，汇集在反应堆容器底部的熔盐冷池1-2，随后向上折流，从堆芯轴向反射层1-4底部进入堆芯活性区1-3吸热，之后汇集在熔盐热池1-7并从顶部向下折流，分别进入FLiBe-FLiNaK主换热器1-9和FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10，FLiBe-FLiNaK主换热器1-9向二回路系统放热，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10向多用途非能动余热排出系统2放热，最后流经FLiBe-FLiNaK主换热器1-9的冷却剂再进入轴流泵1-8加压完成冷却剂强迫循环，流经FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10的冷却剂直接向下进入反应堆容器底部的熔盐冷池1-2完成冷却剂自然循环；反应堆本体系统1在反应堆停堆和事故工况下，冷却剂工作流程与强迫循环模式相同，只是轴流泵1-8不工作，而是借助由FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10区域冷流体和堆芯区域热流体的密度差提供的驱动力完成冷却剂自然循环；
所述多用途非能动余热排出系统2作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的专设安全设施，与反应堆本体系统1共用FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10，还包括分流阀2-1、空气换热器2-2、合流阀2-3、蓄热罐2-4、温差发电装置2-5、冷却器2-6、直流汇流箱2-7、DC/AC转换器2-8、空冷塔2-9；其中，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10出口与分流阀2-1入口相连，分流阀2-1第一出口与空气换热器2-2热侧入口相连，空气换热器2-2热侧出口与合流阀2-3第一入口相连，合流阀2-3出口与FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10入口相连，分流阀2-1第二出口与蓄热罐2-4入口相连，蓄热罐2-4出口与合流阀2-3第二入口相连，温差发电装置2-5输出端与直流汇流箱2-7输入端相连，直流汇流箱2-7输出端与DC/AC转换器2-8输入端相连，DC/AC转换器2-8输出端与温差发电装置2-5输入端相连，温差发电装置2-5的热端连接蓄热罐2-4，温差发电装置2-5的冷端连接冷却器2-6，空气换热器2-2冷测入口和冷却器2-6入口连接空冷塔2-9入口，空气换热器2-2冷测出口和冷却器2-6出口连接空冷塔2-9出口；
所述多用途非能动余热排出系统2工作流程如下：FLiNaK熔盐被FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10加热后依靠浮力驱动进入分流阀2-1分流：一部分FLiNaK熔盐进入空气换热器2-2，FLiNaK熔盐被空气冷却流出空气换热器2-2，而后进入合流阀2-3；另一部分FLiNaK熔盐进入蓄热罐2-4，FLiNaK熔盐由蓄热罐2-4向温差发电装置2-5传递热量后流出蓄热罐2-4，而后进入合流阀2-3，来自空气换热器2-2和蓄热罐2-4的FLiNaK熔盐在合流阀2-3汇流，进入FLiNaK余热排出换热器1-10再次被加热，形成循环；蓄热罐2-4中的高温熔盐向温差发电装置2-5热端进行热量传导，提供稳定的热源，冷却器2-6对温差发电装置2-5冷端进行降温，提供稳定的冷源，温差发电装置2-5热端和冷端形成稳定的高温差，在塞贝克效应作用下持续产生直流电；温差发电装置2-5输出的直流电进入直流汇流箱2-7，经DC/AC转换器2-8将直流电转化成电压和频率稳定的交流电源。
所述反应堆本体系统1的冷却剂采用FLiBe熔盐，堆芯入口温度为650℃、堆芯出口温度为700℃，堆芯活性区1-3的热功率为125MW。
所述反应堆本体系统1的堆芯活性区1-3采用螺旋十字型燃料元件，TRISO核燃料颗粒以50％填充率随机弥散在螺旋十字型石墨基体元件上，各燃料棒元件在单组件内呈三角形排列，各组件间呈三角形排布。
所述反应堆本体系统1的反应堆容器1-1的高度不超过9米，直径不超过3.5米。
所述多用途非能动余热排出系统2的工质为FLiNaK熔盐，熔盐温度范围为500-650℃，循环最低温度要高于其凝固点。
所述多用途非能动余热排出系统2中为空气换热器2-2冷却的冷却工质为从空冷塔2-9底部入口处进入的常温空气。
所述多用途非能动余热排出系统2的温差发电装置2-5由多个P型和N型半导体交替串联而成，其材质为GeTe-AgSbTe2中高温热电材料。
所述多用途非能动余热排出系统2中为温差发电装置2-5冷端降温的冷却器2-6的冷却工质为从空冷塔2-9底部入口处进入的常温空气。
所述多用途非能动余热排出系统2中的分流阀2-1和合流阀2-3可以电动控制调节，在反应堆本体系统1的不同工况下，根据需求调节流向空气换热器2-2和蓄热罐2-4的熔盐流量大小。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、在反应堆正常运行情况下，能够高效地回收利用非能动余热排出系统中的余热进行发电。通过余排中间回路中的高温熔盐与空冷塔空气回路中的常温空气，使得温差发电装置的热端与冷端形成稳定的高温差，持续发电，输出的直流电进入直流汇流箱，经DC/AC转换器将直流电转化成电压和频率稳定的交流电源，供其他设备使用。简单、安全、高效地提高了能源的利用效率。
2、反应堆采用FLiBe熔盐作为冷却剂，具备高温低压、无水冷却和体积紧凑的优点。FLiBe熔盐沸点超过1000℃，凝固点低于500℃，常压运行，减少反应堆事故概率，FLiBe熔盐载热性能好，相比于液态铅铋合金、液态金属钠和氦气，在相同冷却剂体积下能带走更多热量，有利于反应堆的小型化。
3、固有安全性高。反应堆燃料元件采用螺旋十字型式，能够增强通道之间的冷却剂搅浑进而强化换热，弥散在石墨基体里的TRISO核燃料，其失效温度高于1600℃。堆芯一回路、余排中间回路和空冷塔空气回路三个自然循环回路耦合保证反应堆非能动安全。
4、在反应堆紧急断电和事故工况下，能够及时调节分配流向空气换热器和蓄热罐的熔盐流量大小，不仅通过自然循环有效带走堆芯热量，还能够通过温差发电装置为电厂提供应急电源。
附图说明
图1为本发明小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统示意图。附图中：
1：反应堆本体系统
1-1：反应堆容器；1-2：熔盐冷池；1-3：堆芯活性区；1-4：堆芯轴向反射层；1-5：堆芯径向反射层；1-6：冷/热池围筒；1-7：熔盐热池；1-8：轴流泵；1-9：FLiBe-FLiNaK主换热器；1-10：FLiBe-FLiNaK余热排出换热器；1-11：控制棒及驱动机构
2：多用途非能动余热排出系统
2-1：分流阀(1为第一出口，2为第二出口)；2-2：空气换热器；2-3：合流阀(1为第一入口，2为第二入口)；2-4：蓄热罐；2-5：温差发电装置；2-6：冷却器；2-7：直流汇流箱；2-8：DC/AC转换器；2-9：空冷塔
具体实施方式
本发明提供了一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，现结合附图1对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，包括反应堆本体系统1和多用途非能动余热排出系统2。
堆本体系统1作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的热源，包括反应堆容器1-1、熔盐冷池1-2、堆芯活性区1-3、堆芯轴向反射层1-4、堆芯径向反射层1-5、冷/热池围筒1-6、熔盐热池1-7、轴流泵1-8、FLiBe-FLiNaK主换热器1-9、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10和控制棒及驱动机构1-11；FLiBe-FLiNaK主换热器1-9、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10位于反应堆容器1-1内上部，在FLiBe-FLiNaK主换热器1-9下部设置轴流泵1-8；控制棒及驱动机构1-11设置在堆芯活性区1-3上部；冷/热池围筒1-6设置在堆芯径向反射层1-5外，将反应堆容器1-1内部分隔为外部的熔盐冷池1-2和内部的熔盐热池1-7，堆芯活性区1-3周向设置堆芯径向反射层1-5、堆芯活性区1-3上部和下部设置堆芯轴向反射层1-4。
多用途非能动余热排出系统2作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的专设安全设施，与反应堆本体系统1共用FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10，还包括分流阀2-1、空气换热器2-2、合流阀2-3、蓄热罐2-4、温差发电装置2-5、冷却器2-6、直流汇流箱2-7、DC/AC转换器2-8、空冷塔2-9；其中，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10出口与分流阀2-1入口相连，分流阀2-1第一出口与空气换热器2-2热侧入口相连，空气换热器2-2热侧出口与合流阀2-3第一入口相连，合流阀2-3出口与FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10入口相连，分流阀2-1第二出口与蓄热罐2-4入口相连，蓄热罐2-4出口与合流阀2-3第二入口相连，温差发电装置2-5输出端与直流汇流箱2-7输入端相连，直流汇流箱2-7输出端与DC/AC转换器2-8输入端相连，DC/AC转换器2-8输出端与温差发电装置2-5输入端相连，温差发电装置2-5的热端连接蓄热罐2-4，温差发电装置2-5的冷端连接冷却器2-6，空气换热器2-2冷测入口和冷却器2-6入口连接空冷塔2-9入口，空气换热器2-2冷测出口和冷却器2-6出口连接空冷塔2-9出口。
作为本发明的优选实施方式，反应堆本体系统1的冷却剂采用FLiBe熔盐，堆芯入口温度为650℃、堆芯出口温度为700℃，堆芯活性区1-3的热功率为125MW。
作为本发明的优选实施方式，反应堆本体系统1的堆芯活性区1-3采用螺旋十字型燃料元件，TRISO核燃料颗粒以50％填充率随机弥散在螺旋十字型石墨基体元件上，各燃料棒元件在单组件内呈三角形排列，各组件间呈三角形排布。
作为本发明的优选实施方式，反应堆本体系统1的反应堆容器1-1的高度不超过9米，直径不超过3.5米。
作为本发明的优选实施方式，多用途非能动余热排出系统2的工质为FLiNaK熔盐，熔盐温度范围为500-650℃，循环最低温度要高于其凝固点。
作为本发明的优选实施方式，多用途非能动余热排出系统2中为空气换热器2-2冷却的冷却工质为从空冷塔2-9底部入口处进入的常温空气。
作为本发明的优选实施方式，多用途非能动余热排出系统2的温差发电装置2-5由多个P型和N型半导体交替串联而成，其材质为GeTe-AgSbTe2中高温热电材料。
作为本发明的优选实施方式，多用途非能动余热排出系统2中为温差发电装置2-5冷端降温的冷却器2-6的冷却工质为从空冷塔2-9底部入口处进入的常温空气。
作为本发明的优选实施方式，多用途非能动余热排出系统2中的分流阀2-1和合流阀2-3可以电动控制调节，在反应堆本体系统1的不同工况下，根据需求调节流向空气换热器2-2和蓄热罐2-4的熔盐流量大小。
反应堆本体系统1工作流程如下：反应堆本体系统1正常运行时，FLiBe熔盐冷却剂经轴流泵1-8驱动后，汇集在反应堆容器底部的熔盐冷池1-2，随后向上折流，从堆芯轴向反射层1-4底部进入堆芯活性区1-3吸热，之后汇集在熔盐热池1-7并从顶部向下折流，分别进入FLiBe-FLiNaK主换热器1-9和FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10，FLiBe-FLiNaK主换热器1-9向二回路系统放热，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10向多用途非能动余热排出系统2放热，最后流经FLiBe-FLiNaK主换热器1-9的冷却剂再进入轴流泵1-8加压完成冷却剂强迫循环，流经FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10的冷却剂直接向下进入反应堆容器底部的熔盐冷池1-2完成冷却剂自然循环；反应堆本体系统1在反应堆停堆和事故工况下，冷却剂工作流程与强迫循环模式相同，只是轴流泵1-8不工作，而是借助由FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10区域冷流体和堆芯区域热流体的密度差提供的驱动力完成冷却剂自然循环；
多用途非能动余热排出系统2工作流程如下：FLiNaK熔盐被FLiBe-FLiNaK余热排出换热器1-10加热后依靠浮力驱动进入分流阀2-1分流：一部分FLiNaK熔盐进入空气换热器2-2，FLiNaK熔盐被空气冷却流出空气换热器2-2，而后进入合流阀2-3；另一部分FLiNaK熔盐进入蓄热罐2-4，FLiNaK熔盐由蓄热罐2-4向温差发电装置2-5传递热量后流出蓄热罐2-4，而后进入合流阀2-3，来自空气换热器2-2和蓄热罐2-4的FLiNaK熔盐在合流阀2-3汇流，进入FLiNaK余热排出换热器1-10再次被加热，形成循环；蓄热罐2-4中的高温熔盐向温差发电装置2-5热端进行热量传导，提供稳定的热源，冷却器2-6对温差发电装置2-5冷端进行降温，提供稳定的冷源，温差发电装置2-5热端和冷端形成稳定的高温差，在塞贝克效应作用下持续产生直流电；温差发电装置2-5输出的直流电进入直流汇流箱2-7，经DC/AC转换器2-8将直流电转化成电压和频率稳定的交流电源。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：包括反应堆本体系统(1)和多用途非能动余热排出系统(2)；
所述反应堆本体系统(1)作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的热源，包括反应堆容器(1-1)、熔盐冷池(1-2)、堆芯活性区(1-3)、堆芯轴向反射层(1-4)、堆芯径向反射层(1-5)、冷/热池围筒(1-6)、熔盐热池(1-7)、轴流泵(1-8)、FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)和控制棒及驱动机构(1-11)；FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)、FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)位于反应堆容器(1-1)内上部，在FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)下部设置轴流泵(1-8)；控制棒及驱动机构(1-11)设置在堆芯活性区(1-3)上部；冷/热池围筒(1-6)设置在堆芯径向反射层(1-5)外，将反应堆容器(1-1)内部分隔为外部的熔盐冷池(1-2)和内部的熔盐热池(1-7)，堆芯活性区(1-3)周向设置堆芯径向反射层(1-5)、堆芯活性区(1-3)上部和下部设置堆芯轴向反射层(1-4)；
所述反应堆本体系统(1)工作流程如下：反应堆本体系统(1)正常运行时，FLiBe熔盐冷却剂经轴流泵(1-8)驱动后，汇集在反应堆容器底部的熔盐冷池(1-2)，随后向上折流，从堆芯轴向反射层(1-4)底部进入堆芯活性区(1-3)吸热，之后汇集在熔盐热池(1-7)并从顶部向下折流，分别进入FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)和FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)，FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)向二回路系统放热，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)向多用途非能动余热排出系统(2)放热，最后流经FLiBe-FLiNaK主换热器(1-9)的冷却剂再进入轴流泵(1-8)加压完成冷却剂强迫循环，流经FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)的冷却剂直接向下进入反应堆容器底部的熔盐冷池(1-2)完成冷却剂自然循环；反应堆本体系统(1)在反应堆停堆和事故工况下，冷却剂工作流程与强迫循环模式相同，只是轴流泵(1-8)不工作，而是借助由FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)区域冷流体和堆芯区域热流体的密度差提供的驱动力完成冷却剂自然循环；
所述多用途非能动余热排出系统(2)作为小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统的专设安全设施，与反应堆本体系统(1)共用FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)，还包括分流阀(2-1)、空气换热器(2-2)、合流阀(2-3)、蓄热罐(2-4)、温差发电装置(2-5)、冷却器(2-6)、直流汇流箱(2-7)、DC/AC转换器(2-8)和空冷塔(2-9)；其中，FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)出口与分流阀(2-1)入口相连，分流阀(2-1)第一出口与空气换热器(2-2)热侧入口相连，空气换热器(2-2)热侧出口与合流阀(2-3)第一入口相连，合流阀(2-3)出口与FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)入口相连，分流阀(2-1)第二出口与蓄热罐(2-4)入口相连，蓄热罐(2-4)出口与合流阀(2-3)第二入口相连，温差发电装置(2-5)输出端与直流汇流箱(2-7)输入端相连，直流汇流箱(2-7)输出端与DC/AC转换器(2-8)输入端相连，DC/AC转换器(2-8)输出端与温差发电装置(2-5)输入端相连，温差发电装置(2-5)的热端连接蓄热罐(2-4)，温差发电装置(2-5)的冷端连接冷却器(2-6)，空气换热器(2-2)冷侧入口和冷却器(2-6)入口连接空冷塔(2-9)入口，空气换热器(2-2)冷侧出口和冷却器(2-6)出口连接空冷塔(2-9)出口；
所述多用途非能动余热排出系统(2)工作流程如下：FLiNaK熔盐被FLiBe-FLiNaK余热排出换热器(1-10)加热后依靠浮力驱动进入分流阀(2-1)分流：一部分FLiNaK熔盐进入空气换热器(2-2)，FLiNaK熔盐被空气冷却流出空气换热器(2-2)，而后进入合流阀(2-3)；另一部分FLiNaK熔盐进入蓄热罐(2-4)，FLiNaK熔盐由蓄热罐(2-4)向温差发电装置(2-5)传递热量后流出蓄热罐(2-4)，而后进入合流阀(2-3)，来自空气换热器(2-2)和蓄热罐(2-4)的FLiNaK熔盐在合流阀(2-3)汇流，进入FLiNaK余热排出换热器(1-10)再次被加热，形成循环；蓄热罐(2-4)中的高温熔盐向温差发电装置(2-5)热端进行热量传导，提供稳定的热源，冷却器(2-6)对温差发电装置(2-5)冷端进行降温，提供稳定的冷源，温差发电装置(2-5)热端和冷端形成稳定的高温差，在塞贝克效应作用下持续产生直流电；温差发电装置(2-5)输出的直流电进入直流汇流箱(2-7)，经DC/AC转换器(2-8)将直流电转化成电压和频率稳定的交流电源。
2.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：反应堆本体系统(1)的冷却剂采用FLiBe熔盐，堆芯入口温度为650℃、堆芯出口温度为700℃，堆芯活性区(1-3)的热功率为125MW。
3.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：反应堆本体系统(1)的堆芯活性区(1-3)采用螺旋十字型燃料元件，TRISO核燃料颗粒以50％填充率随机弥散在螺旋十字型石墨基体元件上，各燃料棒元件在单组件内呈三角形排列，各组件间呈三角形排布。
4.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：反应堆本体系统(1)的反应堆容器(1-1)的高度不超过9米，直径不超过3.5米。
5.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：多用途非能动余热排出系统(2)的工质为FLiNaK熔盐，熔盐温度范围为500-650℃，循环最低温度要高于其凝固点。
6.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：多用途非能动余热排出系统(2)中为空气换热器(2-2)冷却的冷却工质为从空冷塔(2-9)底部入口处进入的常温空气。
7.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：多用途非能动余热排出系统(2)的温差发电装置(2-5)由多个P型和N型半导体交替串联而成，其材质为GeTe-AgSbTe2中高温热电材料。
8.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：多用途非能动余热排出系统(2)中为温差发电装置(2-5)冷端降温的冷却器(2-6)的冷却工质为从空冷塔(2-9)底部入口处进入的常温空气。
9.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统，其特征在于：多用途非能动余热排出系统(2)中的分流阀(2-1)和合流阀(2-3)能够电动控制调节，在反应堆本体系统(1)的不同工况下，根据需求调节流向空气换热器(2-2)和蓄热罐(2-4)的熔盐流量大小。
CN202111007616.8A 2021-08-30 2021-08-30 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统 Active CN113793706B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111007616.8A CN113793706B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统
US17/893,962 US20230386688A1 (en) 2021-08-30 2022-08-23 Multipurpose passive residual heat removal system for small fluoride-salt-cooled high-temperature reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111007616.8A CN113793706B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113793706A CN113793706A (zh) 2021-12-14
CN113793706B true CN113793706B (zh) 2022-12-09

Family

ID=79182460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111007616.8A Active CN113793706B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230386688A1 (zh)
CN (1) CN113793706B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100597722B1 (ko) * 2004-01-02 2006-07-10 한국원자력연구소 액체금속로의 안정적인 피동 잔열제거 계통
CN105788674A (zh) * 2016-03-10 2016-07-20 西安交通大学 一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统
CN108109708B (zh) * 2017-12-08 2020-03-31 西安交通大学 氟盐冷却球床高温堆堆芯流动换热模拟实验系统
CN208315211U (zh) * 2018-06-19 2019-01-01 中国科学院上海应用物理研究所 用于熔盐堆的非能动余热排出系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113793706A (zh) 2021-12-14
US20230386688A1 (en) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101620892B (zh) 一种大功率压水堆核电站一回路系统结构设计
CN113756892B (zh) 模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统
CN109147966A (zh) 一种基于铀氢钇燃料和动态热电转换的热管冷却式核反应堆电源系统
CN113299408A (zh) 一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统
KR101556920B1 (ko) 피동안전계통, 및 이를 구비하는 원전
CN106409357B (zh) 一种具有非能动堆芯余热排出的反应堆
CN102637465A (zh) 一种非能动安全壳冷却系统
CN105405475A (zh) 蜂窝型燃料组件及长寿命超临界二氧化碳冷却小堆
CN110274501A (zh) 一种基于非能动分离式热管换热器的核电厂乏燃料水池冷却系统
CN111946411A (zh) 船舶超临界二氧化碳储能系统
CN113793706B (zh) 小型氟盐冷却高温堆多用途非能动余热排出系统
CN108520785A (zh) 用于熔盐堆的非能动余热排出系统及余热排出方法
CN211012062U (zh) 一种基于土壤源热交换的闭式换流阀外冷却系统
CN112582084A (zh) 一种采用超导热管的微堆
CN110648771A (zh) 基于斯特林发动机的核电反应堆堆腔非能动循环冷却系统
CN113756891B (zh) 舰船用一体化氟盐冷却高温堆动力系统
CN115977905A (zh) 一种耦合太阳能和核能的储能及高效发电系统
CN211701750U (zh) 一种塔式发电变频泵组
CN113380434B (zh) 一种耦合热管技术的非能动余热排出系统
CN202549318U (zh) 核反应堆余热排出系统
CN103310856A (zh) 一种具有固有安全性的压水堆发电系统
CN210272553U (zh) 一种中冷模块、燃料电池中冷系统
CN106677849A (zh) 采用超临界co2工质液态重金属冷却反应堆发电装置
CN218939261U (zh) 核电站非能动有机朗肯循环余热排出系统
CN217061451U (zh) 一种基于液态金属的核反应堆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant