CN114141397A - 核反应装置及净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核反应装置及净化系统。核反应装置包括：反应容器，设置有反应腔和封闭所述反应腔的顶盖；反应模块，设置在反应腔内，反应模块在反应腔内反应并释放热量；换热模块，设置在反应腔内，换热模块能够吸收反应模块释放热量，换热模块的入口用于与供液系统连通，换热模块的出口用于与热驱动系统连通。通过将换热模块收容在反应容器内，使得核反应装置的整体体积更小，更符合核反应装置小型化的设计方案。反应模块可以为核反应模块，核反应模块反应过程中释放热量，由于换热模块和反应模块均位于反应容器内，为此反应模块释放的热量可以直接被换热模块吸收，相比外置式的换热模块而言，本核反应装置还能够提高对反应模块的换热利用率。

Description

核反应装置及净化系统

技术领域

本发明涉及核反应技术领域，特别是核反应装置及净化系统。

背景技术

在核反应应用中需要考虑到至少两个方面问题：换热问题和放射性元素的危害。现有的核反应堆多采用外置换热的方式，也即反应堆与换热模块分开设置，这导致反应堆的整个设计体积较大，不符合反应堆的小型化设计思路，另外外置换热的方式也存在换热利用率降低的问题；另一方面，由于核反应堆的冷却液中存在放射性元素，因此需要维持冷却液中的放射性元素在较低水平以降低对工作人员的伤害，同时提高反应堆的安全性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的核反应堆中换热模块外置的问题，提供一种核反应装置，进而还提出一种包括该核反应装置的净化系统。

一种核反应装置，所述核反应装置包括：

反应容器，设置有反应腔和封闭所述反应腔的顶盖；

反应模块，设置在所述反应腔内，所述反应模块在所述反应腔内反应并释放热量；

换热模块，设置在所述反应腔内，所述换热模块能够吸收所述反应模块释放热量，所述换热模块的入口用于与供液系统连通，所述换热模块的出口用于与热驱动系统连通。

上述核反应装置，将换热模块收容在反应容器的反应腔内以利用反应容器的内部空间，使得核反应装置的整体体积更小，更符合核反应装置小型化的设计方案。反应模块可以为核反应模块，核反应模块反应过程中释放热量，由于换热模块和反应模块均位于反应腔内，为此反应模块释放的热量可以直接被换热模块吸收，吸收率高，如此相比外置式的换热模块而言，本核反应装置还能够提高对反应模块的换热利用率。

在其中一个实施例中，所述换热模块包括至少一套换热管束，每套所述换热管束的入口用于与所述供液系统连通，每套所述换热管束的出口用于与所述热驱动系统连通。

在其中一个实施例中，所述换热管束螺旋缠绕在所述反应模块的外壁。

在其中一个实施例中，多套所述换热管束沿所述反应模块的外壁周向布置。

在其中一个实施例中，所述核反应装置还包括定位板，所述定位板固定设置在所述反应模块外壁，所述定位板设置有与所述换热管束数量相同的定位孔，以分别固定多套所述换热管束。

在其中一个实施例中，所述核反应装置还包括固定组件，所述固定组件设置在所述顶盖，所述反应模块位于所述固定组件内，所述固定组件固定所述定位板，所述换热管束设置于所述固定组件的外壁。

在其中一个实施例中，所述固定组件包括吊篮和法兰盘，所述法兰盘将所述吊篮固定在所述顶盖，所述反应模块位于所述吊篮内，所述吊篮的外壁设置有连接件以固定所述定位板，所述换热管束设置所述吊篮的外壁。

在其中一个实施例中，所述反应腔内填充有冷却液，所述吊篮远离所述顶盖的一侧设置有下封头，所述下封头设置第一配流孔，所述第一配流孔连通所述反应腔与所述吊篮；

所述核反应装置还包括冷却液循环模块，所述冷却液模块将所述反应容器的所述冷却液驱动至所述定位板，所述定位板设置多个以供所述冷却液流过的第二配流孔。

在其中一个实施例中，所述反应模块包括设置在所述吊篮内的堆芯、与所述堆芯反应的控制棒组件以及驱动所述控制棒组件移动的驱动机构。

一种净化系统，包括所述的核反应装置，所述净化系统还包括第一净化模块和第二净化模块；

所述第一净化模块与所述核反应装置连通，并用于收容和循环所述核反应装置的所述冷却液；

所述第二净化模块与所述第一净化模块循环连通，所述第二净化模块向所述第一净化模块曝气并净化所述第一净化模块内的流体。

在其中一个实施例中，所述第一净化模块包括相连通的搅混箱和静置箱；

所述搅混箱和所述静置箱分别与所述核反应装置连通，所述核反应装置的所述冷却液能够流入至所述搅混箱并从所述静置箱流入至所述核反应装置；所述搅混箱的曝气入口和曝气出口分别与所述第二净化模块连通。

在其中一个实施例中，所述搅混箱内有喷气装置，所述喷气装置与所述搅混箱的所述曝气入口连通。

在其中一个实施例中，所述喷气装置包括多套同心设置的圆环管、连接所述多套圆环管的连通管以及与所述连通管连通的进气母管，所述进气母管与所述搅混箱的所述曝气入口连通，每根所述圆环管均设置有多个喷嘴。

在其中一个实施例中，所述静置箱的形状为两端为半球形中间为圆柱形的箱体。

在其中一个实施例中，所述静置箱内设置有至少一块圆形孔板和多块半月形孔板。

在其中一个实施例中，所述第二净化模块包括至少一组过滤装置。

在其中一个实施例中，所述第一净化模块还包括下泄管线，所述下泄管线连通所述核反应装置和所述搅混箱；所述搅混箱与所述静置箱之间设置有转移管线和平衡管线；所述静置箱与所述核反应装置之间通过上冲管线连通，所述上冲管线设置有上冲泵。

在其中一个实施例中，所述搅混箱内设置有压力传感器，所述压力传感器能够根据所述搅混箱内的压力计算所述搅混箱的液位，所述压力传感器与主控室电性连接。

在其中一个实施例中，所述第二净化模块还包括连通所述搅混箱的所述曝气出口与所述过滤装置入口的净化管线，所述过滤装置的出口与第一循环管线的入口连通；

所述第一循环管线设置有气体压缩泵，所述第一循环管线的出口分别通过第二循环管线与所述搅混箱的曝气入口连通，通过气体回流管线与气体回收箱连通，所述气体回收箱通过气体补充管线向所述第一循环管线补气。

在其中一个实施例中，所述第二净化模块还包括连通所述核反应装置与所述过滤装置入口的气腔下泄管；所述第一循环管线的出口与所述核反应装置之间还设置有气腔上冲管。

附图说明

图1为本发明一实施例中的核反应装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中换热模块的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中换热模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例中定位板的结构示意图；

图5为本发明另一实施例中的核反应装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例中的吊篮结构示意图；

图7为本发明一实施例中导流组件的结构示意图；

图8为图7中导流组件的俯视图；

图9为本发明一实施例中的净化系统的示意图；

图10为本发明一实施例中的圆形孔板的结构示意图；

图11为本发明一实施例中的喷气装置结构示意图；

图12为图11中喷气装置的另一方向示意图；

图13为本发明另一实施例中的净化系统的示意图。

附图标号说明：

100、反应容器；110、反应腔；120、顶盖；130、隔离箱；131、隔离板；

200、反应模块；210、堆芯；220、控制棒组件；230、驱动机构；

300、换热模块；310、换热管束；320、导流组件；321、阻流板；

3211、收容孔；322、导流筒；3221、收容腔；

400、定位板；410、定位孔；420、第二配流孔；

500、固定组件；510、吊篮；511、连接件；520、法兰盘；530、下封头；

531、第一配流孔；600、冷却液循环模块；

700、第一净化模块；710、搅混箱；711、压力传感器；720、静置箱；

730、喷气装置；731、圆环管；

7311、喷嘴；732、连通管；733、进气母管；740、圆形孔板；

741、流通孔；750、下泄管线；751、下泄流量控制阀；760、转移管线；

770、平衡管线；

780、上冲管线；781、上冲泵；782、上冲流量控制阀；

800、第二净化模块；810、过滤装置；811、隔离阀；820、净化管线；

830、第一循环管线；831、气体压缩泵；832、第二流量控制阀；

840、第二循环管线；841、第三流量控制阀；

850、气体回流管线；851、第四流量控制阀；860、气体回收箱；

870、气体补充管线；871、第一流量控制阀；

880、气腔下泄管；881、气腔下泄隔离阀；890、气腔上冲管；

891、第五流量控制阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

核反应装置能够将化学能或者将核能等转化为热量以用来驱动相关的热驱动系统，例如核反应装置将放出的热量将水汽化以此驱动涡轮机工作。核反应装置用作核反应时需要注意至少两个方便的问题，现有的核反应堆多采用外置换热的方式，也即反应堆与换热模块分开设置，这导致反应堆的整个设计体积较大，不符合反应堆的小型化设计思路，另外外置换热的方式也存在换热利用率降低的问题；另一方面，由于核反应堆的冷却液中存在放射性元素，因此需要维持冷却液中的放射性元素在较低水平以降低对工作人员的伤害。为此研发人员提出一种核反应装置，将反应模块和换热模块均收容在核反应装置内，以降低核反应装置的整体体积。另外，本发明还提出一种净化系统，对核反应装置在反应过程中可能存在的污染元素或有害元素等进行净化，以降低污染并保障工作人员的安全以及反应堆运行的安全。

本发明提出的核反应装置，可以利用于核反应堆过程，但不限与此，例如还可以化学放热的过程也可以通过本发明中的核反应装置完成。

参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的核反应装置的结构示意图，本发明一实施例提供了的核反应装置，包括：反应容器100、反应模块200和换热模块300，反应容器100用于收容反应模块200和换热模块300，如此使得整个核反应装置的空间占比更小，更符合核反应装置小型化的设计需求。另外，反应模块200放出的热量可以直接被换热模块300利用，如此相比外置式的换热模块300而言，本实施例中的核反应装置还可以提高换热利用率。反应模块200可以是核反应堆，例如可以包括堆芯、控制棒组件以及驱动控制棒组件的驱动机构；反应模块200还可以是包括化学元素反应放热的模块。换热模块300主要是吸收反应模块200在反应过程中放出的热量以此便于其它驱动工作，例如换热模块300的入口用于与供液系统连通，换热模块300吸热后能够将供液系统传送过来的水源汽化以此来推动热驱动系统，例如推动涡轮机。

具体地，反应容器100设置有反应腔110和封闭反应腔110的顶盖120，如此使得反应容器100为相对封闭的空间，顶盖120一方面能够防止反应容器100的温度散失；另一方面也能够防止反应容器100内污染元素或者放射性元素扩散。反应模块200设置在反应腔110内，反应模块200在反应腔110内反应并释放热量；换热模块300设置在反应腔110内，换热模块300能够吸收反应模块200释放热量，换热模块300的入口用于与供液系统连通，换热模块300的出口用于与热驱动系统连通。换热模块300可以包括至少一套换热管束310，每根换热管束310的入口与供液系统连通，每套换热管束310的出口用于与热驱动系统连通。

在本实施例中，反应模块200工作时放出热量，换热模块300吸收反应模块200的热量后能够将供液系统中输送至换热模块300的水汽化，并推动热驱动系统工作。由于将换热模块300收容在反应腔110内，因此使得核反应装置的整体体积更小，更符合核反应装置小型化的设计方案。反应模块200可以为核反应模块200，核反应模块200反应过程中释放热量，由于换热模块300和反应模块200均位于反应容器100内，为此反应模块200释放的热量可以直接被换热模块300吸收，吸热率高，如此相比外置式的换热模块300而言，本核反应装置还能够提高对反应模块200的换热利用率。

为了提高换热模块300的利用率，发明人想到需要将换热模块300尽可能地靠近反应模块200，也就是通过缩短换热模块300与反应模块200之间的间距，以此尽可能地提高换热模块300的利用率。为此发明人将换热模块300内包括的换热管束310螺旋缠绕在反应模块200的外壁，参阅图2所示。由于换热模块300中的换热管束310螺旋缠绕在反应模块200的外壁，因此换热模块300中的换热管束310与反应模块200的外壁具有较大的接触面积，进而能够使得换热管束310更好地吸收反应模块200的热量。另外供液系统供给的水流可以从换热管束310的下部进入，然后从换热管束310的上部流出，在本实施例中，换热管束310的下部指的是靠近反应容器100底壁的一侧，换热管束310的上部指的是靠近顶盖120的一侧。这样设计的好处是能够缩短水流在换热管束310内的流动距离，也便于将汽化后的水蒸气直接排出。

在另一实施例中，参阅图5所示，参阅发明人采用多套换热管束310沿反应模块200的外壁周向布置。这一方案相比上一方案的不同点在于，换热管束310采用靠近反应模块200的外壁设置。换热管束310的螺旋半径小于反应容器100与反应模块200之间的距离。本实施例中方案与上一实施例中的设计方案可以根据反应容器100的反应腔110的体积等选择设计。

发明人发现，当多套换热管束310设置在反应模块200的外壁周向时，由于换热管束310缺少定位构件，因此较难使得换热管束310的位置固定。为此发明人想到在核反应装置内设置定位板400，通过在定位板400上设置定位孔410以此实现对换热管束310的固定。具体地，参阅图4和图5所示，核反应装置还包括定位板400，其中定位板400固定设置在反应模块200外壁，定位板400设置有与换热管束310数量相同的定位孔410，以分别固定多个换热管束310。如此，当定位板400的位置与反应模块200的位置固定后，能够通过自身的定位孔410来固定换热管束310。

当反应模块200和换热模块300分别设置在反应容器100内后，为了避免反应模块200在反应过程中与换热模块300之间产生相对移动，以此影响反应模块200和换热模块300的工作过程。为此，通过固定组件500固定反应模块200。具体地，参阅图5所示，核反应装置还包括固定组件500，其中固定组件500设置在顶盖120，反应模块200位于固定组件500内，固定组件500固定定位板400，换热管束310设置于固定组件500的外壁。通过固定组件500固定反应模块200能够保证反应模块200能够在在反应容器100内的位置稳定，进一步地使得反应模块200和换热模块300能够正常工作。由于固定组件500用于收容反应模块200，为此可以将换热模块300中的换热管束310缠绕设置在固定组件500的外壁或者周向设置在固定组件500的外壁。

进一步地，参阅图5和图6所示，固定组件500包括吊篮510和法兰盘520，其中法兰盘520将吊篮510固定在顶盖120，反应模块200位于吊篮510内，吊篮510的外壁设置有连接件511以固定定位板400，连接件511可以为卡扣，换热管束310设置吊篮510的外壁，参阅图3所示。在本实施例中，通过法兰盘520能够较好地将吊篮510固定在顶盖120上，吊篮510的底部可以被反应容器100的底壁支撑。另外，为了便于换热管束310的布置，法兰盘520与吊篮510连接的一端设置在吊篮510内。

发明人在使用核反应装置的过程中，为了更好地吸收反应模块200的热量，例如反应模块200为核反应时，需要向反应容器100内通入冷却液，以将反应模块200中反应的热量带出，其中冷却液可以采用铅铋合金等，为了使得冷却液能够在反应容器100内循环流动以及更加均匀地流入核反应装置进而带走核反应装置释放的热量，为此在发明人想到在设置冷却液循环模块600以及在反应容器100内设置下封头530。具体地，参阅图5所示，反应容器100的反应腔110内填充有冷却液，吊篮510远离顶盖120的一侧设置有下封头530，例如下封头530可以采用卡接的方式与吊篮510固定或者被吊篮510支撑，其中下封头530设置第一配流孔531，第一配流孔531连通反应容器100的反应腔110与吊篮510。冷却液能够从第一配流孔531进入到吊篮510内；核反应装置还包括冷却液循环模块600，冷却液模块将反应容器100的冷却液驱动至定位板400，定位板400设置多个以供冷却液流过的第二配流孔420。冷却液循环模块600的数量可以为多个。

在本实施例中，冷却液循环模块600能够将反应容器100内的冷却液驱动至定位板400，由于冷却液吸收了反应模块200的热量，因此冷却液驱动至定位板400时能够将热量传递给定位板400下方的换热管束310。而在定位板400上设置第二配流孔420，能够使得定位板400的冷却液流速更加均匀，使得冷却液能够更好地与换热管束310进行热交换。当冷却液从定位板400从换热管束310流过进入到下封头530后，冷却液能够从下封头530的第一配流孔531再进入到吊篮510内以再次吸收反应模块200的热量。在本实施例中，对冷却液循环系统进行举例说明，冷却液循环系统包括泵以及输送管路，泵设置在输送管路上，输送管路与反应容器100的反应腔110连通。泵工作时，能够将冷却液抽入至输送管路，并驱动流向至定位板400。为了减少输送管路与反应容器100之间的开口设置，输送管路可以采用双层管路，即通过在反应容器100上设置一个开口，能够完成冷却液进入到输送管路以及从输送管路排出。

当换热管束310设置在吊篮510外壁的周向时，相邻两个换热管束310可能存在间隙，当冷却液流向换热管束310时，可能会从换热管束310之间的间隙流过，如此不利于冷却液的热量传递给换热管束310。为此，发明人想到，设置导流组件320来收容换热管束310，进而避免冷却液从换热管束310之间的间隙流过。具体地，参阅图7和图8所示，导流组件320包括相对设置的阻流板321以及位于阻流板321之间的导流筒322，导流筒322和阻流板321套设在吊篮510的外壁，导流筒322设置有多个收容腔3221以收容换热管束，阻流板321上设置有与收容腔3221连通的收容孔3211使得换热管束310能够进入到导流筒322的收容腔3221。在本实施例中，导流筒322和阻流板321上可以通过设置通孔套设在吊篮510的外壁，将换热管束310放置在导流筒322的收容腔3221内，冷却液流向换热管束310时从导流筒322的收容腔3221内流过，如此冷却液能够将热量更充分地传递至换热管束310，从而进一步地提高换热管束地吸热效率。

一实施例中，顶盖120远离反应容器100的一侧设置有隔离箱130，参阅图5所示，隔离箱130内设置有隔离板131以将隔离箱130分隔为给水环箱以及蒸气环箱。其中给水环箱连通供液系统和换热模块300的入口，蒸气环箱连通热驱动系统和换热模块300的出口。隔离箱130能够较好地起到缓冲水流和气流的作用。

一实施例中，参阅图5所示，当核反应装置用于核反应过程时，反应模块200包括设置在吊篮510内的堆芯210、与堆芯210反应的控制棒组件220以及驱动控制棒组件220移动的驱动机构230。反应模块200的反应过程为，驱动机构230驱动控制棒组件220移动使得控制棒组件220与堆芯210反应并放出热量。

本实施例的工作原理为，驱动机构230驱动控制棒组件220移动，进而控制堆芯210进行核反应放热的功率。供液系统通过隔离箱130向换热模块300的换热管束310输送水流，反应容器100内填充有冷却液，冷却液能够吸收堆芯210核反应放出的热量，冷却液循环模块600将冷却液驱动至定位板400，进一步地通过定位板400上的第二配流孔420与换热模块300使得换热模块300的换热管束310内的水流吸收热量汽化，换热管束310的水流汽化后推动热驱动系统。同时，冷却液能够从下封头530的第一配流孔531流入至堆芯210内再次吸收堆芯210的热量。

在本实施例中，由于换热模块300内置，因此减小了整个核反应装置的体积，符合核反应装置小型化的设计思路。另外，由于换热模块300中的换热管束310采用螺旋缠绕在吊篮510的外壁或者周向布置在吊篮510的外壁，因此能够较好地吸收核反应过程中的热量。此外，定位板400板上的第二配流孔420使得定位板400下方的冷却液流速更加均匀，如此也能够提高换热管束310的吸热效率。最后下封头530上设置的第一配流孔531能够使得冷却液进入或者流出时的更加均匀。

考虑核反应装置在反应过程中可能会释放出污染元素或者放射性元素，为此需要对这些元素净化处理。当核反应装置应用在核反应过程时，由于冷却液中包含放射性元素，如果不维持冷却液中的放射性元素在较低水平，则可能会危害操作人员的安全，另外也会影响核反应过程。为此，发明人想到设置一种在线净化系统，以能够自动地吸收核反应中冷却液中的放射性元素。本发明的思路是，设计两个净化模块，分别为第一净化模块700和第二净化模块800，第一净化模块700用于收容冷却液，第二净化模块800用于向第一净化模块700内曝气，进而使得第一净化模块700内的冷却液搅拌释放冷却液中的包含的放射性元素，第一净化模块700内释放的放射性元素能够随气流进入到第二净化模块800内，并被第二净化模块800净化。需要说明的是，第二净化模块800向第一净化模块700曝气的气体可以是氦气、二氧化碳或氮气等，还可以是这些气体的混合物。

具体地，参阅图9所示，净化系统还包括第一净化模块700和第二净化模块800。其中，第一净化模块700与核反应装置连通，并用于收容和循环核反应装置的冷却液；第二净化模块800与第一净化模块700循环连通，第二净化模块800向第一净化模块700曝气并净化第一净化模块700内的流体。

在本实施例中，核反应装置的冷却液能够进入到第一净化模块700，第二净化模块800向第一净化模块700内曝气，使得第一净化模块700收容的冷却液搅拌，进而使得冷却液中释放更多的放射性元素。冷却液中释放的放射性元素能够进入到第二净化模块800内，并被第二净化模块800净化。需要说明的是，第一净化模块700和第二净化模块800之间可以设置至少两个连通管732路，其中一个连通管732路用于第二净化模块800向第一净化模块700曝气，另一连通管732路用于第一净化模块700中的气流进入到第二净化模块800。另外，第二净化模块800可以包括至少一组过滤装置810。

在本实施例中，通过第一净化模块700和第二净化模块800能够使得核反应装置的放射性元素维持在较低水平，能够降低核反应装置对工作人员的辐射影响，另外也能够使得核反应装置能够较好地运行。

进一步地，参阅图9所述，第一净化模块700包括相连通的搅混箱710和静置箱720。其中搅混箱710和静置箱720分别与核反应装置连通，核反应装置的冷却液能够流入至搅混箱710并从静置箱720流入至核反应装置；搅混箱710的曝气入口和曝气出口分别与第二净化模块800连通，第二净化模块800向搅混箱710内曝气，并净化搅混箱710内排出的气流。

在本实施例中，冷却液先进入至搅混箱710内，然后第二净化模块800通过搅混箱710的曝气入口向搅混箱710内曝气，使得搅混箱710中的冷却液能够被充分搅拌，此时冷却液中包含的放射性元素随气流能够从搅混箱710的曝气出口进入到第二净化模块800内，从而被第二净化模块800过滤。搅混箱710的冷却液被搅拌后排放至静置箱720，静置箱720能够静置冷却液，利于冷却液中的气泡进一步析出，降低冷却液中的气泡份额。

另外为了使得静置箱720能够较好地静置冷却液，静置箱720内设置有至少一块圆形孔板740和多块半月形孔板，可参阅图10所示。圆形孔板740的尺寸与静置箱横截面积相同，圆形孔板740和半月形孔板设置多个流通孔741。其中圆形孔板740设置在静置箱720内且靠近搅混箱710的一侧，半月形孔板设置在圆形孔板740下侧，可以采用焊接的方式将圆形孔板740和半月形孔板分别焊接在静置箱720的内壁。也即是说，当搅混箱710内的冷却液流入至静置箱720时，需要先经过静置箱720内的圆形孔板740和半月形孔板。冷却液流经圆形孔板740后，冷却液的流速降低。而半月形孔板能够对冷却液的流速进行进一步地抑制，从而有利于冷却液内气泡上浮析出。

为了较好地向搅拌箱内曝气，一实施例中，参阅图11和图12所示，搅混箱710内设置有喷气装置730，喷气装置730与搅混箱710的曝气入口连通。其中喷气装置730包括多套同心设置的圆环管731、连接多套圆环管731的连通管732以及与连通管732连通的进气母管733，进气母管733与搅混箱710的曝气入口连通，每根圆环管731均设置有多个喷嘴7311。相邻两个圆环管的圆环直径差异在5cm～10cm范围内。每个喷嘴7311的孔径可以设计为1cm左右，相邻两个喷嘴7311之间的间隔5cm～10cm范围内。

为了更好地呈现本发明中的第一净化模块700，参阅图13所示，第一净化模块700包括下泄管线750，其中下泄管线750连通核反应装置与搅混箱710，下泄管线750可以设置有下泄流量控制阀751。搅混箱710与静置箱720之间通过转移管线760连通。另外为了平衡搅混箱710与静置箱720内的气压，为此搅混箱710与静置箱720之间还设置有压力平衡管线770。搅混箱710的内部还可以设置多个压力传感器711，压力传感器711能够根据搅混箱710内的压力计算搅混箱710内的冷却液液位，压力传感器711与主控室电性连接。当主控室内显示的搅混箱710内冷却液液位较低时，此时可以调大下泄流量控制阀751，同时调小上冲流量控制阀782。静置箱720通过上冲管线780与核反应装置连通。上冲管线780上设置有上冲泵781和上冲流量控制阀782。

在本实施例中，在使用第一净化模块700时，将下泄流量控制阀751开启，上冲流量控制阀782开启，上冲泵781开始工作。核反应装置内的冷却液沿下泄管线750进入到搅混箱710，第二净化模块800沿搅混箱710的曝气入口向搅混箱710内曝气，使得搅混箱710的冷却液被充分搅混。搅混箱710内冷却液中包含的放射性元素沿搅混箱710的曝气出口进入到第二净化模块800。搅混箱710内的冷却液沿转移管线760进入到静置箱720，静置箱720内的圆形孔板740和半月形孔板能够阻挡冷却液，并使得冷却液中的气泡析出，位于静置箱720内的冷却液沿上冲管线780回流至核反应装置。

另外，为了更好地呈现第二净化模块800，参阅图13所示，第二净化模块800还包括连通搅混箱710曝气出口与过滤装置810入口的净化管线820，过滤装置810的出口与第一循环管线830的入口连通。过滤装置810可以包括多组串联的过滤器，过滤装置810的入口和过滤装置810的出口可以分别设置隔离阀811以控制气流进入过滤装置810或从过滤装置810排出。第一循环管线830上设置有气体压缩泵831，第一循环管线830的出口分别通过第二循环管线840与搅混箱710的曝气入口连通，通过气体回流管线850与气体回收箱860连通，气体回收箱860通过气体补充管线870向第一循环管线830补气。气体补充管线870上可以设置第一流量控制阀871，靠近第一循环管线830的入口可以设置第二流量控制阀832；第二循环管线840上可以设置第三流量控制阀841；气体回流管线850上可以设置第四流量控制阀851。

在本实施例中，气体压缩泵831开始工作，第一循环管线830内的气体可以来自于气体回收箱860或者过滤装置810内过滤的气体。气体压缩泵831可以通过第二循环管线840向搅混箱710的曝气入口通气也可以通过气体回流管线850进入气体回收箱860，气体进入到搅混箱710后使得搅混箱710内的冷却液中包含的放射性元素释放并沿搅混箱710的曝气出口经净化管线820进入到过滤装置810。当气体压缩泵831的气流不足时，此时可以关闭第四流量控制阀851开启第一流量控制阀871，也即通过气体回收箱860向第一循环管线830的气体压缩泵831补气。

进一步地，为了利用第二净化模块800内的气流对核反应装置内进行清洗，从而带走制冷液中更多的放射性元素，为此第二净化模块800还包括连通核反应装置与过滤装置810入口的气腔下泄管880，气腔下泄管880上可以设置气腔下泄隔离阀881；第一循环管线830的出口与核反应装置之间还设置有气腔上冲管890。另外，气腔上冲管890上可以设置第五流量控制阀891。

当第二净化模块800工作时，气腔压缩泵开始工作，进入第一循环管线830的气流分三路流动：第一路沿气体回流管线850进入气体回收箱860，也即气体流向气体回收箱860以用于后期向气腔压缩泵补气。当第一循环管线830的气压不足时，此时可以关闭第四流量控制阀851开启气体补充管线870上的第一流量控制阀871，也即气体补充管线870能够将气体回收箱860内的气流补充至第一循环管线830；第二路沿第二循环管线840进入到搅混箱710，搅混箱710内的气体沿净化管线820排放至过滤装置810；第三路沿气腔上冲管890进入至核反应装置并对核反应装置进行冲刷。

通过本发明中提出的第一净化模块700和第二净化模块800能够较好地净化核反应装置中冷却液内的放射性元素，从而使得核反应装置内的放射性元素维持在较低水平。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种核反应装置，其特征在于，所述核反应装置包括：

反应容器，设置有反应腔和封闭所述反应腔的顶盖；

反应模块，设置在所述反应腔内，所述反应模块在所述反应腔内反应并释放热量；

换热模块，设置在所述反应腔内，所述换热模块能够吸收所述反应模块释放热量，所述换热模块的入口用于与供液系统连通，所述换热模块的出口用于与热驱动系统连通。

2.根据权利要求1所述的核反应装置，其特征在于，所述换热模块包括至少一套换热管束，每套所述换热管束的入口用于与所述供液系统连通，每套所述换热管束的出口用于与所述热驱动系统连通。

3.根据权利要求2所述的核反应装置，其特征在于，所述换热管束螺旋缠绕在所述反应模块的外壁。

4.根据权利要求2所述的核反应装置，其特征在于，多套所述换热管束沿所述反应模块的外壁周向布置。

5.根据权利要求4所述的核反应装置，其特征在于，所述核反应装置还包括定位板，所述定位板固定设置在所述反应模块外壁，所述定位板设置有与所述换热管束数量相同的定位孔，以分别固定多套所述换热管束。

6.根据权利要求5所述的核反应装置，其特征在于，所述核反应装置还包括固定组件，所述固定组件设置在所述顶盖，所述反应模块位于所述固定组件内，所述固定组件固定所述定位板，所述换热管束设置于所述固定组件的外壁。

7.根据权利要求6所述的核反应装置，其特征在于，所述固定组件包括吊篮和法兰盘，所述法兰盘将所述吊篮固定在所述顶盖，所述反应模块位于所述吊篮内，所述吊篮的外壁设置有连接件以固定所述定位板，所述换热管束设置所述吊篮的外壁。

8.根据权利要求7所述的核反应装置，其特征在于，所述反应腔内填充有冷却液，所述吊篮远离所述顶盖的一侧设置有下封头，所述下封头设置第一配流孔，所述第一配流孔连通所述反应腔与所述吊篮；

所述核反应装置还包括冷却液循环模块，所述冷却液模块将所述反应容器的所述冷却液驱动至所述定位板，所述定位板设置多个以供所述冷却液流过的第二配流孔。

9.根据权利要求8所述的核反应装置，其特征在于，所述反应模块包括设置在所述吊篮内的堆芯、与所述堆芯反应的控制棒组件以及驱动所述控制棒组件移动的驱动机构。

10.一种净化系统，其特征在于，包括权利要求8或9中所述的核反应装置，所述净化系统还包括第一净化模块和第二净化模块；

所述第一净化模块与所述核反应装置连通，并用于收容和循环所述核反应装置的所述冷却液；

所述第二净化模块与所述第一净化模块循环连通，所述第二净化模块向所述第一净化模块曝气并净化所述第一净化模块内的流体。

11.根据权利要求10所述的净化系统，其特征在于，所述第一净化模块包括相连通的搅混箱和静置箱；

所述搅混箱和所述静置箱分别与所述核反应装置连通，所述核反应装置的所述冷却液能够流入至所述搅混箱并从所述静置箱流入至所述核反应装置；所述搅混箱的曝气入口和曝气出口分别与所述第二净化模块连通。

12.根据权利要求11所述的净化系统，其特征在于，所述搅混箱内有喷气装置，所述喷气装置与所述搅混箱的所述曝气入口连通。

13.根据权利要求12所述的净化系统，其特征在于，所述喷气装置包括多套同心设置的圆环管、连接所述多套圆环管的连通管以及与所述连通管连通的进气母管，所述进气母管与所述搅混箱的所述曝气入口连通，每根所述圆环管均设置有多个喷嘴。

14.根据权利要求11所述的净化系统，其特征在于，所述静置箱的形状为两端为半球形中间为圆柱形的箱体。

15.根据权利要求11所述的净化系统，其特征在于，所述静置箱内设置有至少一块圆形孔板和多块半月形孔板。

16.根据权利要求11所述的净化系统，其特征在于，所述第二净化模块包括至少一组过滤装置。

17.根据权利要求11所述的净化系统，其特征在于，所述第一净化模块还包括下泄管线，所述下泄管线连通所述核反应装置和所述搅混箱；所述搅混箱与所述静置箱之间设置有转移管线和平衡管线；所述静置箱与所述核反应装置之间通过上冲管线连通，所述上冲管线设置有上冲泵。

18.根据权利要求17所述的净化系统，其特征在于，所述搅混箱内设置有压力传感器，所述压力传感器能够根据所述搅混箱内的压力计算所述搅混箱的液位，所述压力传感器与主控室电性连接。

19.根据权利要求16所述的净化系统，其特征在于，所述第二净化模块还包括连通所述搅混箱的所述曝气出口与所述过滤装置入口的净化管线，所述过滤装置的出口与第一循环管线的入口连通；

所述第一循环管线设置有气体压缩泵，所述第一循环管线的出口分别通过第二循环管线与所述搅混箱的曝气入口连通，通过气体回流管线与气体回收箱连通，所述气体回收箱通过气体补充管线向所述第一循环管线补气。

20.根据权利要求19所述的净化系统，其特征在于，所述第二净化模块还包括连通所述核反应装置与所述过滤装置入口的气腔下泄管；所述第一循环管线的出口与所述核反应装置之间还设置有气腔上冲管。

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