CN116057345A - 用于核反应堆的热交换器构造 - Google Patents

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CN116057345A CN202180055517.9A CN202180055517A CN116057345A CN 116057345 A CN116057345 A CN 116057345A CN 202180055517 A CN202180055517 A CN 202180055517A CN 116057345 A CN116057345 A CN 116057345A
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帕维尔·海兹拉尔
C·卡内考
大卫·M·卢科夫
克里斯托弗·A·马丁
丹尼尔·L·皮尔斯
托马斯·E·里尔登
马克·R·沃纳
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Abstract

核反应堆包括将热能从一次反应堆冷却剂传递到二次冷却剂的热交换器。热交换器是紧凑型板式热交换器，并且多于一个的热交换器可以围绕反应堆容器间隔开。多个热交换器可以围绕反应堆容器竖直地、径向地和/或周向地间隔开。第一热交换器可以与第二热交换器流体连通。两个或更多个热交换器可以共享热负载，并且因此共享热应力。热交换器可以具有第三流体流动路径和第三流体。第三流体可以用于去除裂变产物，用于泄漏检测，产生氧化层以抑制活化产物的迁移，和/或提供额外的热传递。

Description

用于核反应堆的热交换器构造
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C§119(e)要求2020年8月17日提交的、标题为“用于核反应堆的热交换器构造(HEAT EXCHANGER CONFIGURATION FOR NUCLEAR REACTOR)”的美国临时专利申请第63/066,788号的权益，该美国临时专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。
背景
热交换器是一种允许热能从运行中的核反应堆的反应堆堆芯传递到二次流体的装置，在二次流体中热能被获取并用于有用的目的。在一些情况下，热能用于蒸汽生成，蒸汽生成用于发电，例如通过蒸汽涡轮机来发电。
在许多情况下，热交换器相当大，并且在核反应堆的反应堆容器内占据相当大的空间。在许多情况下，热交换器是设计核反应堆的主要设计因素，并且在很大程度上决定了反应堆容器的总高度，这又影响了安全壳结构和其它部件的总尺寸。
此外，大型热交换器可能必须使其流动路径的一部分靠近反应堆堆芯，在那里流动路径的一部分接收相对高的中子活度。屏蔽热交换器及其流动路径增加了成本、复杂性和为了安装在反应堆容器内所需的部件数量。
该问题因在热交换器内循环的流体而加剧。例如，在钠冷却快反应堆中，一次冷却剂是钠，而从一次冷却剂接收热能的二次流体也可以是钠。钠被选择为二次冷却剂，由于钠的导热性，推动了热交换器的许多设计决策。在使用具有较低导热性的二次冷却剂的反应堆中，热交换器可能需要是更大的。例如，在使用钠作为一次冷却剂且使用熔融盐作为二次冷却剂的核反应堆中，热交换器将必须比钠/钠热交换器大得多。这在很大程度上是因为熔融冷却剂盐具有比钠低大约100倍的导热性。因此，在一些情况下，钠/盐热交换器的高度是钠/钠热交换器的两倍以上，以提供类似的热能传递。
历史上，用于一次热交换器的可用冷却剂可能受到最终热交换器的所需尺寸的限制。此外，典型热交换器的尺寸至少在一定程度上驱动了反应堆容器的高度。在选择一次冷却剂和二次冷却剂方面具有更大的灵活性，以及将一个或更多个热交换器定位在反应堆容器内的选项，同时在该过程中减小反应堆容器的总尺寸，这将成为本领域的显著优势。通过参考下面的描述和附图，这些和其它优点将变得明显。
概述
根据一些实施例，用于核反应堆的板式热交换器包括多个板；第一流体入口和第一流体出口以及在第一流体入口和第一流体出口之间连通的第一流体通路，第一流体通路在多个板中形成为引导通道；以及，第二流体入口和第二流体出口以及在第二流体入口和第二流体出口之间连通的第二流体通路，第二流体通路在多个板中形成为第二引导通道，第二流体通路与第一流体通路流体分离。
在一些示例中，板式热交换器还包括第三流体入口和第三流体出口以及在第三流体入口和第三流体出口之间连通的第三流体通路，第三流体通路与第一流体通路和第二流体通路流体分离。第三流体通路可以被构造成用于热能传递以外的目的。
例如，第三流体通路可以被构造成接收不同于第一流体和第二流体的第三流体，并且可以用于第一流体、第二流体或两者的泄漏检测。可选地，第三流体可以用于在第三流体通路内产生氧化层。在一些情况下，第三流体可以用于捕获裂变产物或活化产物，例如，诸如氚。
根据一些示例，第一流体入口和第一流体出口形成在板式热交换器的同一侧上。在一些情况下，同轴的导管联接到第一流体入口和第一流体出口，同轴的导管限定内流体导管和外流体导管，内流体导管流体联接到第一流体入口和第一流体出口中的一个，并且外流体导管流体联接到第一流体入口和第一流体出口中的另一个。
第三流体可以是氢、氦、CO2或其组合。
在一些实施例中，第一流体位于第一流体通路中，并且第二流体位于第二流体通路中。第一流体和第二流体可以是不同的流体，并且在一些情况下可以是相同的流体。第一流体可以是钠，并且在一些情况下，第二流体可以是熔融盐。
在一些情况下，板式热交换器是第一板式热交换器，并且第二板式热交换器可以流体联接到第一板式热交换器。例如，可以提供热交换器的阵列，其中两个或更多个热交换器流体联接在一起，例如两个、三个、四个、六个、八个或更多个热交换器流体联接在一起。
在一些情况下，第一板式热交换器的第一流体出口与第二板式热交换器的第一流体入口流体连通。多个热交换器可以被构造成协作处理核反应堆的热负载。
在一些示例中，多个热交换器中的至少一些热交换器通过流体集管流体连通。换句话说，流体集管可以从公共源将流体输送到多个热交换器中的一些热交换器。
在一些情况下，多个热交换器中的至少一些热交换器被串联地连接管道(plumb)。在一些情况下，多个热交换器中的至少一些热交换器被并联地连接管道。例如，热交换器中的一些热交换器可以被串联地连接管道，而其它热交换器可以被并联地连接管道。在一些情况下，第一组热交换器可以被串联地连接管道，而另一组热交换器可以被并联地连接管道，并且在一些情况下，两组热交换器彼此流体连通地连接管道。
根据一些实施例，一种用于从核反应堆的热交换器内的反应堆冷却剂中去除裂变产物或活化产物的方法，包括以下步骤：将板式热交换器定位在反应堆容器内；使一次冷却剂通过板式热交换器的第一流体通路；使二次冷却剂通过板式热交换器的第二流体通路；使第三流体通过板式热交换器的第三流体通路，第三流体被选择成吸引裂变产物或活化产物；以及利用第三流体从板式热交换器中去除裂变产物或活化产物。
附图简述
参考附图描述详细描述。在附图中，参考数字的最左侧数字表示参考数字首先出现在其中的附图。在不同的附图中使用相同的参考数字表示相似或相同的部件或特征。
图1A是根据一些实施例的用于将热能从热流体传递到冷流体的板式热交换器的示意性表示；
图1B是根据一些实施例的具有同轴的入口和出口的板式热交换器的示意性表示；
图2a图示了根据一些实施例的具有壳管式热交换器(shell and tube heatexchanger)的钠冷却快反应堆的示意性表示；
图2B图示了根据一些实施例的具有板式热交换器的钠冷却快反应堆的示意性表示；
图3A图示了根据一些实施例的具有直列式构造(in-line configuration)的板式热交换器的表示；
图3B图示了根据一些实施例的图3A的板式热交换器的横截面表示；
图4B图示了根据一些实施例的具有侧向构造的板式热交换器的表示；
图4B图示了根据一些实施例的图4A的板式热交换器的横截面表示；
图5图示了根据一些实施例的联接到集管的热交换器芯的布置；
图6图示了根据一些实施例的通过配管(piping)联接到集管的热交换器芯的布置；
图7图示了根据一些实施例的布置成弧形的多个热交换器芯；
图8图示了根据一些实施例的布置成堆叠布置的多个热交换器芯；
图9图示了根据一些实施例的围绕反应堆容器的一部分周向地布置的多个热交换器芯；
图10图示了根据一些实施例的以列和行布置并构造成沿着反应堆容器的内壁延伸的多个热交换器芯；
图11图示了根据一些实施例的多个热交换器芯，这些热交换器芯相对于竖直方向成一定角度布置，且通过配管与集管流体连通；以及
图12图示了根据一些实施例的热交换器芯布置在反应堆容器内的示例位置。
详细描述
本公开总体上涉及用于核反应堆的热交换器装置。本公开还涉及多个热交换器在整个反应堆容器中的布置和位置。在某些情况下，热交换器允许所使用的热交换器在位置、定向和数量上的灵活性。此外，更广泛种类的二次冷却剂可以与所述热交换器一起使用，并且在一些情况下，可以通过一个或更多个热交换器提供第三流体通路。
在一些实施例中，紧凑型热交换器设置在核反应堆的反应堆容器内，并将热量从反应堆堆芯中的一次冷却剂传递到二次冷却剂。在某些情况下，热交换器将热能从钠传递到盐。例如，在钠冷却快反应堆(“SFR”)中，钠可以用作反应堆容器内的一次冷却剂。当钠通过自然循环、一个或更多个循环泵或循环模式的组合在整个反应堆容器中循环时，更接近高反应性区域的钠将接收热能并被加热。可以使加热的钠流经热交换器，在热交换器中，热能从一次钠冷却剂传递到二次冷却剂，在某些情况下，二次冷却剂是钠、盐或一些其它二次冷却剂。
板式热交换器可以用于将热能从一次冷却剂(例如钠)传递到二次冷却剂，二次冷却剂在某些情况下可以是熔融盐。在某些情况下，板式热交换器可以有两个入口和两个出口。例如，板式热交换器可以具有用于钠的入口和出口以及用于盐的入口和出口。这些液体的流动路径可以由热交换器的各个板内的通道限定，并且当板将热能从热流体传导到冷流体时，板使液体保持分离并处于热连通。
在一些情况下，可以提供第三入口和第三出口，并且第三流体流动路径由热交换器中的一个或更多个板限定。第三流体可以被提供以用于许多目的中的任何一个，例如，用于另外的热传递，用于检测热流体或冷流体的热交换器中的泄漏，用于去除裂变产物或活化产物(例如氚)，或一些其它目的。在一些情况下，氢可以用作热交换器内的第三流体。在一些情况下，CO2可以用作热交换器内的第三流体。在一些情况下，氦可以用作热交换器内的第三流体。
在任何情况下，第三流体可以用于泄漏检测。例如，一个或更多个检测器可以放置在热交换器下游的第三流体流上，并且第三流体可以被测试是否包含一种或更多种物质，该一种或更多种物质在第三流体进入热交换器之前不存在于第三流体中。例如，在第三流体通过热交换器之后第三流体可以被测试盐，并且第三流体中存在盐(无论是液体形式还是蒸汽形式)是热交换器内盐泄漏的指示。
热交换器内的第三流体可以附加地或替代地用于吸引裂变产物和活化产物。例如，第三流体(例如氦、氢以及其它)可以用作减轻氚的第三流体。可以选择和/或构造第三流体，使得裂变产物或活化产物对第三流体而不是对冷却剂盐具有更高的亲和性。以这种方式，冷却剂流体，例如盐，相比于没有第三流体存在于热交换器中的情况，获得的氚量被减少。
在一些情况下，热交换器中的第三流体可以用于在热交换器内形成氧化层。如下所述，氧化层已经显示出减少了氚的渗透。例如，在钠/盐热交换器中，钠流动路径将不太可能在流动路径内具有显著的氧化层，而盐流动路径可以形成可测量的氧化层，这将在某种程度上减少氚渗透。通过引入被构造成产生氧化层的第三流体，与没有氧化层相比，氚渗透可以受到显著影响和减少。
例如第三流体，诸如CO2，例如可以通过第三流体通路、穿过热交换器，以有目的地在热交换器内的表面上形成氧化层。如本文所述，第三流体可以附加地用于其它目的，例如泄漏检测。在一些情况下，第三流体，例如CO2，可以通过第三流体通路，然后第四流体可以通过第三流体通路。例如，CO2可以流过第三流体通路，然后在另一时间，氦可以通过第三流体通路。以这种方式，第三流体通路可以用于多种目的，例如但不限于，形成氧化层、捕获裂变产物或活化产物、提供另外的热传递、用于泄漏检测、或一些其它目的。一种可以在热交换器内捕获的此类活化产物是氚。
氚在所有核反应堆中都是通过在堆芯(燃料和其它堆芯部件)和慢化剂/冷却剂中的核反应来产生的。氚原子移动性很强，并且可以通过包层和其它金属屏障扩散，并且除非被“截留”并作为受管制的放射性废物处置，否则可能会释放到环境中。LWR(轻水反应堆)和SFR中的氚产生相似；然而，对于两种类型的反应堆，释放分数(释放的氚/产生的氚)明显不同。LWR释放到环境中的氚明显多于SFR。
在某些情况下，钠系统冷阱用于控制氚向环境中的释放。为了冷阱效率，冷阱可以在低入口温度(例如，大约115℃)下运行，冷阱效率在某些情况下可以是大约70％。钠冷却快反应堆，不管有没有蒸汽发生器，典型地都能通过一次钠中的(n,p)反应来产生足够的1H从而保持一次冷阱和二次冷阱中的高截留效率，并将氚向环境中的释放保持到低于监管限值。
钠系统配管和部件的金属表面上的氧化可以通过金属屏障将氚的扩散速率降低多达大约88倍。在某些情况下，与液体钠接触的金属表面几乎没有氧化物涂层，因为钠清除氧气，因此，典型地只有暴露于空气的表面才会形成氧化物涂层。
对于使用混合氧化物燃料(MOX)或三元合金金属燃料的SFR，通过三元裂变生产产生的氚大约为16.9mCi/MWD。在TWR使用二元合金金属燃料的某些情况下，氚的三元裂变产率为大约13.6mCi/MWD，因为U-235的氚收率值是Pu-239的收率值的76％。
氚具有很高的移动性，并且氚会通过大多数金属屏障扩散。因此，在许多情况下，在正常的设备运行期间，一些氚将从反应堆堆芯释放到一般环境中。氚也是一种放射性同位素，在评估与事故相关联的放射源项时受到关注。氚是通过燃料中的三元裂变以及控制棒和径向屏蔽物中硼(B)中的中子捕获而在反应堆堆芯中产生的。
燃料中产生的氚原子或B4C吸收剂典型地通过棒包层(pin cladding)扩散到一次钠中，在一次钠中与钠发生化学反应形成Na3H(三氢钠)。在许多情况下，大部分Na3H在其可能通过一次钠回路的壁扩散到一个惰性单元中之前，可以被截留在一次冷阱中。一些氚也可能倾向于通过I热交换器(中间热交换器)配管扩散到三个二次回路中的一个二次回路中，在该二次回路中，这些氚可以与钠发生反应形成Na3H，Na3H可以被截留在二次冷阱中。
在“二次冷阱”中未被捕获的氚可以通过二次钠回路配管的壁扩散到安全壳结构外的管路中，并且与通过倾卸热交换器(D热交换器，dump heat exchanger)的“管壁”扩散的氚一起，可以被流通到外部环境中。
氚是一种小原子，并因此，预计它会通过大多数金属屏障扩散。然而，如果金属表面具有氧化物涂层，则氚扩散速率会显著降低大约88倍。这种影响是3H向环境的释放速率的重要抑制因素。
在一些实施例中，氚向环境的释放可以通过钠系统冷阱性能来控制。对于钠冷却的LMR，钠冷却剂中的杂质保持低于规定浓度，以保护包层的完整性。杂质浓度由PTI(填堵温度指示器)监测，PTI是一种测量孔板上的钠流压降(ΔP)的装置。ΔP的增加表明钠杂质(氧化物和氢化物)开始沉淀，因为这些钠杂质在钠冷却剂中的浓度已经增加到高于可接受的范围。钠处理系统冷阱使杂质水平保持低于技术规范要求的浓度。
在一些情况下，一次钠处理系统中的冷阱可以用于去除大部分氚裂变产物；然而，可能的是一些氚可能会转移到冷却剂盐中(例如通过钠-盐热交换器)。在一些情况下，盐回路中的一个或更多个冷阱可以被用于从冷却剂盐回路中去除氚，从而减少盐回路中的氚量。然而，氚可以在热交换器本身内被去除，例如通过使流体通过热交换器，当流体通过热交换器时，该流体可以截留氚并将其截留到下游。
图1A和图1B图示了可以形成为板式热交换器的紧凑型热交换器100，其中两种或更多种流体通过合适数量的板102(1)、102(2)、102(n)中的任何一个彼此分离。板可以具有形成在其中的流体流动通道，这些流体流动通道可以被机械加工、化学蚀刻、激光蚀刻或通过一些其它合适的工艺形成。板可以提供两种或更多种流体之间的热连通，例如通过材料传导来进行热连通。在一些情况下，板可以合并在一起以形成整体结构。如图所示，一次反应堆冷却剂104(其可以是钠)从顶部入口106进入热交换器，在热交换器中，一次反应堆冷却剂流过板中的通道，并在出口108处从热交换器的相对侧离开。用于二次冷却剂流体(其可以是钠)的第二入口110可以被设置在热交换器100的一个或更多个位置处。二次冷却剂流体出口112允许二次冷却剂离开热交换器100。在一些情况下，二次冷却剂回路包括同轴的管，其中内管延伸穿过外管。内管可以联接到热交换器的入口，并且外管可以联接到热交换器的出口。
在这种构造中，盐入口和盐出口可以形成在热交换器的同一侧上。
在一些情况下，第一热交换器100(1)的出口108向第二热交换器100(2)提供输入。在一些情况下，两个或更多个热交换器可以直接流体联接到彼此，以允许第一热交换器的流体出口提供了到第二热交换器的流体入口。这种布置可以减少施加在热交换器上的热应力并允许更高的效率，同时允许在反应堆容器内使用较小的热交换器。
例如，在热交换器的入口和出口之间存在期望的温差ΔT的情况下，提供单个热交换器以传递热能导致热交换器上的热应力。通过利用两个或更多个热交换器来实现相同的ΔT，每个热交换器可以负责小于期望的全ΔT的热传递。以这种方式，两个或更多个热交换器各自经历的热应力小于负责全ΔT的单个热交换器。
在一些实施例中，两个或更多个热交换器虽然流体联接在一起，但在结构上没有联接在一起，使得两个或更多个热交换器各自彼此独立地自由变形和膨胀/收缩。换句话说，两个或更多个热交换器独立地处理热应力。结果是稳健的热传递系统，该系统能够管理热传递，同时通过将热应力分散到多个热交换器上来降低热交换器上的总热应力。尽管可能存在流动阻力的增加和压降，但是这些损失可以通过热交换器的设计、流经的流动路径、以及热传递系统中寿命的增加来减轻。
此外，较小尺寸的热交换器为将热交换器定位在反应堆容器内的合适位置提供了更多的机会。例如，通过利用多个热交换器，该多个热交换器可以在整个反应堆容器中径向地、竖直地、周向地或组合地间隔开。
合适的热交换器100包括但不限于印刷电路热交换器、板式热交换器、成形板式热交换器或混合热交换器，其中两种或更多种介质在一个或更多个结合板的相对侧上流动。冷却介质可以处于高压下，但在一些实施例中处于低压下。通过2D或3D板图案，可以引起工作流体(在一些实施例中为钠和盐)在一个或更多个结合板的两侧上流动。2D或3D板图案可以被构造成产生期望的热长度和压降。如本文所用，钠和盐将用作热交换器内的示例性工作流体，其中钠用作反应堆堆芯内的冷却流体，而盐用作传热流体以将热能传递到反应堆容器外。在一些实施例中，热交换器与钠池型核反应堆(sodium pool-type nuclearreactor)结合使用。
根据一些实施例，钠入口106邻近热交换器100的一侧形成，而钠出口108可以形成在热交换器100的相对侧上。在一些实施例中，钠入口106可以邻近热交换器100的顶表面，而钠出口108可以邻近反应堆容器内处于安装构造的热交换器100的底表面。在一些实施例中，钠入口106可以高于钠出口108。然而，在其它实施例中，钠入口106可以在热交换器100的任何侧上或邻近热交换器100的任何侧，并且钠出口108可以邻近热交换器100的任何其它侧或在热交换器100的任何其它侧上。在许多情况下，钠入口106和钠出口108位于热交换器100的相对侧上。
盐入口110可以位于热交换器100的一侧上或邻近热交换器100的一侧，该一侧可以是与构造有钠入口106的一侧正交的一侧。盐出口112可以与盐入口110相同地形成在同一侧上，以适应可以在反应堆容器的同一侧上进入和离开的盐回路配管。然而，盐入口110和盐出口112可以形成在热交换器100的不同表面上。在一些情况下，盐入口110和盐出口112可以是同轴的，并且由被外导管包围的内导管形成。
热交换器100可以由一系列平行板102(1)、102(2)、102(n)形成，这些平行板具有彼此相邻放置的表面凹槽114，以便在板102结合在一起时形成一系列通道。表面凹槽114可以光化学蚀刻、机械形成或通过一些其它工艺形成到板的表面中，并且表面凹槽114被设置尺寸和被布置以提供期望的流动特性，例如流体路径长度和压降。
在许多情况下，板102彼此扩散结合，这是使结合部(bond)恢复到母体金属强度的固态焊接工艺，该工艺允许优异的热工水力性能，并允许优化通过热交换器100的2D和/或3D流体通路的设计。
用于第二流体的通路116可以通过具有用于引导第一流体的通道的板形成。在一些实施例中，同轴的导管118可以用于第二流体的入口和出口。在一些情况下，第二流体的入口和出口可以形成在热交换器100的同一侧上，以简化配管。
在一些实施例中，集管或歧管(未示出)可以附接到流体入口或出口，该集管或歧管同时提供穿过热交换器100的所有层的流体连通路径。可选地或附加地，端口可以在板形成阶段期间被构造为在热交换器100中提供集成集管。在一些情况下，热交换器100可以是半端口的，具有由歧管连接的混合的集管和端口。
热交换器100可以由任何合适的材料形成，并且形成为用于预期应用的合适尺寸。在许多情况下，对于相同的应用，热交换器100可以形成为比壳管式热交换器小得多。换句话说，当在核反应堆容器内使用时，设计为钠/盐热交换器的热交换器100可以比被构造用于钠/盐热传递的具有类似热能传递能力的壳管式热交换器小得多。在一些情况下，对于类似的应用，热交换器100需要比可比的壳管式热交换器小大约7倍的体积。
在所图示的示例中，一次钠从形成在上表面中的钠入口106通过开放槽向下流过形成在热交换器100中的板之间的通道，到达形成在热交换器100的底表面中的钠出口108。盐进入盐入口110，并通过分配器分配到冷通道，并在形成在热交换器100中的通道内向上流动，并离开盐出口112。一种构造，例如其中热流体从热交换器的顶部附近进入/离开并且冷流体从热交换器的底部附近进入/离开，利用自然对流循环来促进有效的流体流动。例如，流体的温差典型地导致较高温度的流体，该较高温度的流体相比于流体的较冷部分具有较低的密度。因此，加热的流体倾向于上升，而较冷的流体会由于重力而下降。
允许的压降可以被指定，并且较低的压降典型地被期望，以降低运行成本并提高循环效率。在一些实施例中，整个热交换器100的钠压降小于大约6psi，或小于大约5psi，或小于大约4psi，或小于大约3psi。较低的压降典型地可能需要短的流动长度和低的冷却剂粘度，这直接影响传热系数。可以通过改变流动长度、流体粘度和/或流动宽度来调节压降，并且总的热传递同样可以通过改变层数和传热面积来影响。
板表面类型可以针对特定目的定制，并且可以形成为提高表面密度和传热系数，并且可以形成为具有任何合适布置的翅片，例如锯齿形、人字形或穿孔的翅片。当然，其它布置是可能的，并且被考虑到本文中。组合地或替代地，通道可以通过任何合适的方式直接在板中形成，但在某些情况下，通过光化学蚀刻形成。
通道可以是任何合适的尺寸和横截面形状。在一些实施例中，所形成的通道是半圆形的，其半径为大约0.5mm、或大约0.75mm、或大约1mm。当然，根据热交换器的设计流量参数，可以考虑其它合适的横截面形状和尺寸。
图2A和图2B图示了钠/钠壳管式热交换器200(图2A)和钠/盐紧凑型热交换器100(图2B)之间相对尺寸差异。值得注意的是，钠/盐壳管式热交换器200明显大于图2A中图示的钠/钠壳管式热交换器100。
图2A图示了具有设计用于钠/钠热传递的壳管式热交换器200的核反应堆202的示意图。可以看出，钠/钠热交换器200是反应堆容器204内的最大部件之一，并且是设计核反应堆202的主要设计因素。事实上，钠/钠热交换器200在很大程度上决定了反应堆容器204的高度，这又影响了安全壳结构和其它部件的整体尺寸。
此外，屏蔽钠/钠热交换器200是困难且昂贵的，因为钠/钠热交换器200邻近接收相对高的中子活度的堆芯206。由于反应堆容器204内的空间限制且由于热交换器200的尺寸，屏蔽是困难的。当用壳管式钠/盐热交换器替换壳管式钠/钠热交换器200时，由于钠/盐壳管式热交换器比所图示的钠/钠壳管式热交换器200大得多，所提到的考虑因素变得更加严重。
在许多典型构造中，冷却剂盐具有比钠低约100倍的导热性。因此，钠/盐壳管式热交换器需要比钠/钠热交换器大得多的热交换器。在一些情况下，钠/盐热交换器是钠/钠壳管式热交换器200的高度的两倍以上。在一些情况下，利用钠/盐热交换器可能是有利的，其中盐是工作流体(例如在集成能量系统中)，并且盐是热能存储介质。通过依赖钠/盐热交换器，典型的中间钠回路(其从反应堆容器204中的一次冷却剂接收热能并将热能输送到反应堆容器204外的盐回路)可以被消除。然而，由于反应堆容器204必须相当大(例如，大约2倍高)以便有助于钠/盐壳管式热交换器，因此通过消除中间钠回路实现的任何收益很快就会丧失。同样，安全壳结构的尺寸也必须增大以适应更大的反应堆容器204。
在一些实施例中，反应堆容器204内的热交换器在反应堆容器204的尺寸中起显著作用。通过减小热交换器的尺寸，反应堆容器的尺寸可以相应地减小。在一些实施例中，如在本文的全部实施例中大体上描述的紧凑型热交换器100用作反应堆容器204中的一次钠/盐热交换器100。
如在图2B中可以看到的，一个或更多个热交换器100可以位于反应堆容器204内的与堆芯206间隔一定距离的位置处。在某些情况下，就辐射暴露而言，间隔是显著的。例如，热交换器100与堆芯206间隔得越远，热交换器100暴露于的辐射就越少。因此，热交换器100离堆芯206放置得越远，为了减少盐回路内的盐活化而需要的屏蔽就越少。此外，热交换器100与堆芯206的较远距离改善了钠在反应堆容器204内的自然循环，并且循环泵208可能能够减小尺寸，从而获得附加的效率和尺寸益处。在一些情况下，在反应堆容器204中使用一个或更多个热交换器100允许核反应堆202输出更大量的热能，或者在不牺牲热能输出量的情况下减小尺寸。
与来自图2A的壳管式热交换器200(在图2A中热交换器邻近堆芯206并且需要大量的屏蔽以减少热传递流体的活化)相比，热交换器100较小并且与堆芯206间隔得更远，这减少了所需的屏蔽量。因此，热交换器100允许池式反应堆设计，该池式反应堆设计显著简化了设计、构造、屏蔽、配管和所需成本。在一些实施例中，热交换器100与池型反应堆一起使用。在一些实施例中，池型反应堆是钠池型反应堆。在某些情况下，钠池型反应堆以快中子谱运行。
在一些实施例中，热交换器100内的盐回路的压力是比热交换器100的钠回路中的压力高的压力。因此，热交换器100中的任何泄漏都会导致盐流入钠中。可以在核反应堆202的覆盖气体系统中检测热交换器100中的任何潜在泄漏。热交换器100的尺寸和位置便于热交换器100的移除和更换，因此与壳管式热交换器200相比，热交换器100的维护和更换效率得到提高。
在一些实施例中，在池型核反应堆中可以使用多个热交换器。如前所述，钠入口可以位于热交换器100上的较高高度，而钠出口位于热交换器100上的较低高度。盐入口和盐出口可以位于热交换器100的同一侧上，并且可以被定位成有助于热交换器100的安装、配管和可选更换的效率。在一些实施例中，盐入口和盐出口可以由同轴的入口管和出口管提供。当然，其它构造也是可能的，例如单独的非同轴的管，以及盐入口和盐出口的其它布置，盐入口和盐出口可以位于热交换器100的相邻侧或相对侧上。
来自两个或更多个热交换器的钠出口可以合并成单个钠出口，该单个钠出口使冷却的钠返回到堆芯206。通过利用盐作为工作流体以从核反应堆202接收热能并将热能传递到热能存储系统，消除了附加的钠回路，这也改善了具有钠防火和屏蔽的大型钠管的必要性，从而进一步简化了构造和相关联的成本。
尽管已经描述了具有钠池反应堆的示例性热交换器100，但本文描述的特征和益处可以同样适用于其它反应堆类型。同样，尽管所描述的冷却介质使用盐作为示例，但这是示例性的，并且其它介质和介质类型也是可能的。
图3A图示了样品热交换器300，并且图3B以横截面示出了热交换器300。热交换器300包括壳体302，并且可以包括一个或更多个安装表面304(例如凸缘)，安装表面可以用于安装和/或定位热交换器300。热交换器300可以包括两对入口/出口，以允许两种工作流体通过热交换器300，一种流体从另一种流体接收热能。
热交换器300可以被设计和构造成具有处于期望的位置和定向的入口和出口。例如，在一些情况下，用于将诸如盐的工作流体输送到热交换器300的两个选项是直列式接口或侧向接口。例如，如图3A和图3B所示的直列式接口是入口和出口位于热交换器的相对侧上的接口，而侧向接口是入口和出口不在相对侧上、而是可以在正交的侧上或同一侧上的接口。
在某些情况下，直列式布线选项提供了布线选项中最小的高度/宽度，同时可能会增加长度。直列式选项也可以将接口配管直接放入冷热钠流中。一种替代方案是混合布线，其中一个流体通路被构造成具有直列式布线，而第二流体通路被构造成用于侧向布线。基于反应堆容器内的位置和定向以及所需的连接和配管，流体通路布线可以根据需要被确定。
图4A和图4B图示了具有侧向流体布线的样品热交换器400，其中入口402和出口404设置在热交换器400的同一侧上。在一些情况下，热交换器400的芯被密封，以在反应堆容器内的钠池内抑制从热池进入冷池的大泄漏。在一些情况下，热池和冷池之间的计量泄漏被设计在热交换器中，这可以简化设计，而不是将热交换器400设计成防止所有泄漏。这也可以允许省略典型地用于抑制热交换器400内的泄漏的挡板。
在一些情况下，热交换器400经历入口402处的热池和出口404处的冷池之间的温差，这在热交换器400上引起热应力。因此，热交换器可以被设计成考虑热交换器400在轴向方向和垂直方向上的相对移动，其中在侧向方向上的相对移动更显著。在一些情况下，滑动曲径式密封件(sliding labyrinth seal)406用于允许热交换器在纵向方向上的热膨胀和收缩，同时保持流体流动路径。当然，可以提供其它合适的结构来允许热膨胀和收缩，同时保持流体密封。
在一些情况下，滑动曲径式密封件406允许热交换器400插入到配管或相邻热交换器400之间的固定空间中或者从该固定空间中移除。在一些情况下，滑动曲径式密封件406允许热交换器400的整体长度减小以插入到固定长度位置，并且然后膨胀以允许联接到相邻结构。当然，其它结构，例如单独的密封板，可以被选择性地附接以提供安全附接以及热交换器400的流体密封。
管理热交换器400中的热应力的一种方式是提供热套筒408，热套筒408包围热交换器400的至少一部分，并允许来自热池的一些流体泄漏到热套筒408中。允许一些热流体进入热套筒可以减弱热交换器壁上的热循环应力。
图5图示了热交换器芯510的布置500，该布置使用交替的热室和冷室(hot andcold plena)以及集管。在一些情况下，热室502与热集管504共同流体连通。类似地，冷室506可以与冷集管508共同流体连通。冷集管508可以提供进入的盐，其中盐从在热交换器的板内流动的一次冷却剂(例如钠)接收热能。热集管504可以为热流体(例如盐)提供从热室502离开的流动路径。
热交换器芯510可以由多个结合板形成，每个结合板限定流体通路，如本文的各种实施例中所述。热交换器芯510的板可以在交替的热室502和冷室506之间提供分离。如本文所用，一组结合板可以称为热交换器芯510。在图示的示例中，若干热交换器芯在共享的热交换器主体内一起被使用。在热交换器主体内可以使用任何合适数量的热交换器芯。
在一些实施例中，提供多个热交换器芯以满足核反应堆的热负荷要求。可以基于核反应堆的总热负荷、热交换器的设计循环热应力以及入口流体和出口流体的ΔT来选择热交换器芯的数量。在一些情况下，可以提供12个、24个、36个、48个、50个或更多的热交换器芯以处理核反应堆的热负荷。热交换器可以围绕芯以任何合适的布置间隔开，并且可以彼此流体连通。在一些示例中，多个热交换器中的一些热交换器与多个热交换器中的其它热交换器流体连通。
为了允许热交换器芯510响应于热负载而热膨胀和收缩，可以提供密封件，例如焊接波纹管，或者允许相邻的热交换器芯或相邻的热交换器之间的联接件的有限移动的一些其它膨胀密封件。
图6图示了热交换器芯602(1)、602(2)、602(n)的布置600，其中冷集管604和热集管606通过配管608联接到各个热交换器芯602，配管608在各个芯602与冷集管604或热集管606之间提供流体连通。热交换器芯602可以大体上如本文关于热交换器实施例所描述的那样，并且可以竖直地或水平地或以一些其它定向被定向。
在一些情况下，这种布置允许各个芯602被有效地安装、移除和/或替换，并且进一步允许各个芯602之间有足够的空间以适应热膨胀和收缩。在一些情况下，热交换器芯602全部以并联连接管道的构造与公共集管604连通，而在其它情况下，热交换器芯602串联地连接管道，其中第一热交换器芯的出口可以供给到第二热交换器芯的入口。当串联地连接管道或并联地连接管道时，热交换器芯的环路可能各自只负责热交换器的总温度变化的一部分。在一些情况下，每个热交换器芯602可以被设计成处理热交换器的总热负载内的指定温度范围。例如，第一热交换器芯可以被设计成处理处于核反应堆中一次冷却剂的热边界处的流体工作温度。换句话说，第一热交换器芯可以不同于第二热交换器芯的设计和构造。各个芯可以利用热交换器芯的不同材料、流动路径长度、压降、和/或其它特性。
图7图示了用于热交换器芯702(1)、702(2)、702(n)的堆叠布置700。热交换器芯702可以大体上如本文关于热交换器实施例所描述的那样。芯702可以竖直地、水平地、或以一些其它定向被定向。在一些情况下，芯702可以围绕反应堆容器周向地和/或径向地布置。在一些情况下，芯的外环704定位成比芯的内环706更靠近反应堆容器的壁。各个芯702(1)、702(2)之间的间距可以取决于半径和冷却剂布线的存取需求。任何合适数量的热交换器芯702可以以任何合适的构造设置和连接，例如串联地、并联地或组合地设置和连接管道。
图8图示了用于热交换器芯802(1)、802(2)、802(n)的示例性堆叠布置800。热交换器芯802可以大体上如本文关于热交换器实施例所描述的那样，并且可以水平地、竖直地或以一些其它定向被定向。芯802可以围绕反应堆容器周向地和/或径向地布置。如图所示，在一些情况下，两个或更多个芯802可以竖直地堆叠，一个在另一个之上。在一些情况下，来自反应堆容器热池的流动路径可以进入芯802的上行804，并且附加地可以进入芯的下行806，以限定并联路径和/或从反应堆堆芯热池进入芯802的多个入口。
如同多个热交换器芯802的所有示例布置一样，各个芯可以串联地、并联地或组合地连接管道。在所图示的堆叠布置800中，第一热交换器主体808可以包含芯802的上行804，并且第二热交换器主体810可以包含芯802的下行806。每行可以具有与反应堆容器热池分开的入口，以允许一次冷却剂在反应堆容器内循环并进入热交换器。上行804和下行806同样可以利用集管(未示出)将一次冷却剂引导到芯802中，或者可以附加地或替代地利用配管将一次冷却剂引导到一个或更多个芯802中。
图9图示了围绕反应堆容器904的内侧周向地布置的热交换器芯902(1)、902(2)、902(n)的示例性位置。芯902可以大体上如本文所描述的那样布置，并且在一些情况下，定位成远离核反应堆堆芯(未示出)。热交换器芯902具有相对小的尺寸并且热交换器芯902接近反应堆堆芯内的高中子活度区域，这允许热交换器芯902避免大部分中子活度，因此，与明显更大的或限定更靠近反应堆堆芯的冷却剂流动路径的热交换器相比，热交换器芯902需要的屏蔽少得多。
图10图示了热交换器芯1002(1)、1002(2)、1002(n)的布置1000。芯1002可以大体上如本文关于热交换器实施例所描述的那样。芯1002可以围绕反应堆容器周向地布置，并且可以进一步堆叠成行。如图所示，有堆叠五层高的四行芯1002，总共二十个芯1002。当然，基于核反应堆的热负载要求，可以类似地布置更少或更多数量的芯1002。附加的芯1002可以位于相邻的列中、附加的行中，或者单独的热交换器布置1000可以包括位于反应堆容器的不同部分中的任何合适数量的行和/或列。
图11图示了热交换器芯1102的布置1100，热交换器芯1102包括任何合适数量的行和列以适应核反应堆的热负载。热交换器芯可以大体上如本文所描述的那样，并且可以被设计成使用任何合适的连接管道的布置，例如热交换器芯1102被串联地、并联地或组合地连接管道。如图所示，热交换器布置1100可以包括冷集管1104、热集管1106和配管1108，以限定流体进入和离开热交换器芯1102的流动路径。如图所示，芯1102可以被定向成任何合适的定向，例如水平、竖直或成任何合适的角度。在一些情况下，第一热交换器芯的出口流体联接到第二热交换器芯的入口，使得第一热交换器芯和第二热交换器芯彼此串联地连接管道。
冷集管1104和热集管1106可以用于产生用于二次冷却剂的流体通路，二次冷却剂可以是盐。在一些情况下，芯具有单独的入口，以允许循环的一次冷却剂(其可以是钠)进入单独的热交换器芯中。
图12图示了图11的热交换器芯1102的示例性定向和位置。核反应堆1200包括反应堆容器1202和一个或更多个泵1204。泵1204可以将反应堆容器内的一次冷却剂引导到热交换器芯1102中。在一些情况下，泵1204将一次冷却剂从热池引导到热交换器中，例如通过迫使一次冷却剂进入与一个或更多个热交换器芯入口流体连通的室中。
如图所示，热交换器芯1102位于反应堆容器1202的顶部附近，该顶部是低中子活度的区域。因此，二次冷却剂(其在一些情况下可以是盐)，相比于在反应堆堆芯附近限定流动路径的典型热交换器，被活化到低得多的程度。此外，热交换器芯的紧凑型布置需要少得多的屏蔽件1206来保护二次冷却剂免受中子活化影响。此外，在一些实施例中，所描述的热交换器芯及其在反应堆容器内的各种位置允许钠-盐热交换器改善反应堆容器内盐活化的问题。
利用本文所述的热交换器芯的布置，各个芯可以在结构上被分开地支撑，这将一个热交换器芯与另一个热交换器芯机械地分开，并允许各个芯彼此独立地变形和膨胀。因此，热交换器芯单独处理热应力，但可以保持流体联接在一起。
典型地，在SFR内提供中间回路，其中一次钠将热能传递到中间钠回路。然后，中间钠回路将热能输送到第三回路，第三回路可以包括水、盐或一些其它工作流体。通过利用本文所示出和描述的紧凑型热交换器，中间回路可以被消除，从而产生钠-盐热交换器，该钠-盐热交换器避免了现有实施方式的许多问题，例如钠/盐热交换器的尺寸要求以及避免盐活化。
与本文描述的任何实施例一样，热交换器芯可以在热流动路径和冷流动路径之间限定第三流体流动路径。第三流体流动路径可以用于泄漏检测并进一步将一次冷却剂与二次冷却剂隔离。当第三流体离开热交换器时，可以测试该第三流体是否包含一次冷却剂物质或二次冷却剂物质。例如，氦可以通过第三流体流动路径，并在氦离开时测试其一次冷却剂或二次冷却剂的存在。
在一些示例中，第三流体流动路径可以用于促进热交换器芯内的热板和冷板的氧化。例如氧化流体，诸如CO2，例如可以通过第三流体流动路径以导致在流动通道内形成氧化层。氧化层已经显示出抑制活化产物(诸如氚)的迁移。
在一些情况下，在制造期间可以在热交换器芯中形成氧化层。例如，当形成热交换芯板时，材料可以被添加到板，例如通过增材制造(additive manufacturing)、气相沉积、印刷或一些其它材料增加工艺(material addition process)，以在板结合在一起之前在板上形成氧化层。
此外，第三流体流动路径可以用于吸引活化产物，例如氚。例如，流体(诸如氦)，可以通过第三流体路径，该第三流体路径可以在氚到达盐之前捕获氚。相比于氚被吸引到二次冷却剂，氚可以更被吸引到第三流体。捕获的氚然后可以从氦中去除。一种方法可以包括形成具有第一流体流动路径、第二流体流动路径和第三流体流动路径的热交换器芯。该方法可以包括使第三流体通过第三流体流动路径，第三流体被选择成吸引活化产物，例如氚。该方法还可以包括在第三流体通过热交换器芯后回收第三流体，然后隔绝活化产物。在一些情况下，该方法可以包括使第四流体通过第三流体流动路径，第四流体可以被用于另一个目的，例如泄漏检测、产生氧化层或一些其它目的。
本说明书使用术语“热交换器”和“热交换器芯”。在一些情况下，热交换器可以由一个或更多个热交换器芯形成。因此，这些术语可以互换使用，因为单个芯可以独立于其它热交换器芯用作独立的热交换器。在一些情况下，多个热交换器芯协作，并且可以以复数形式被称为热交换器。
本公开阐述了示例性实施例，并且因此，不意图以任何方式限制本公开的实施例和所附权利要求的范围。上文已经借助于图示了指定的部件、功能及其关系的实施方式的功能性构建块描述了实施例。为了描述的方便，这些功能性构建块的边界已经在本文被任意地定义。替代的边界可以被定义到适当地执行指定的功能及其关系的程度。
特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本公开的实施例的一般性质，以致其他人可以通过应用本领域普通技术人员的知识，在不脱离本公开的实施例的一般概念的情况下，容易地对这样的特定实施例的多种应用进行修改和/或调整，而无需过多实验。因此，基于本文呈现的教导和指导，这样的调整和修改意图在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。本文的措词或术语是为了描述的目的，而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措词将由相关领域的普通技术人员根据本文呈现的教导和指导来解释。
本公开的实施例的广度和范围不应受任何上文描述的示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物进行限定。
条件语言，诸如“可以(can)”、“可以(could)”、“可能(might)”或“可能(may)”以及其他，除非另有特别说明，或在如所使用的上下文中另有理解，否则通常意图传达某些实施方式可以包括某些特征、元件和/或操作，而其他实施方式不包括某些特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言通常不意图暗示特征、元件和/或操作以任何方式对于一种或更多种实施方式是需要的，或者一种或更多种实施方式必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或操作是否被包括在任何特定实施方式中或者在任何特定实施方式中将被执行的逻辑。
本领域普通技术人员将认识到，本文公开的任何工艺或方法可以以多种方式进行修改。本文描述和/或图示出的工艺参数和步骤顺序仅通过示例的方式给出，并且可以根据需要改变。例如，虽然本文图示出和/或描述的步骤可能以特定的顺序示出或论述，但是这些步骤不一定需要以所图示出或论述的顺序执行。
本文描述和/或图示出的多种示例性方法还可以省略本文描述或图示出的一个或更多个步骤，或者包括除所公开的步骤之外的附加步骤。此外，如本文公开的任何方法的步骤可以与如本文公开的任何其他方法的任何一个或更多个步骤相组合。
当然，不可能出于描述本公开的多个特征的目的而描述元件和/或方法的每一种可想到的组合，但是本领域普通技术人员应认识到，所公开的特征的许多另外的组合和排列是可能的。因此，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行多种修改。此外，通过考虑说明书和附图，以及如本文呈现的所公开的实施例的实践，本公开的其他实施例可以是明显的。说明书和附图中提出的示例在所有方面中都应该被认为是说明性的而不是限制性的。尽管本文采用了特定的术语，但是这些术语仅用于一般的和描述性的意义，并且不是用于限制的目的。
除非另有说明，否则说明书中使用的术语“连接到”、“联接到”、“流体连通”(及其派生词)应被解释为允许直接连接和间接连接(即，通过其它元件或部件)两者。此外，如说明书中使用的术语“一(a)”或“一(an)”应被解释为意指“......中的至少一个”。最后，为了便于使用，如说明书中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)与单词“包括(comprising)”可互换，并且与单词“包括”具有相同的含义。
根据前述和附图，应当理解，尽管本文出于说明的目的已经描述了特定的实施方式，但是可以在不偏离所附权利要求及其中所叙述的要素的精神和范围的情况下进行多种修改。此外，虽然某些方面在上文以某些权利要求的形式呈现，但是发明人考虑了任何可用的权利要求形式的多个方面。例如，虽然当前仅一些方面可能被叙述为以特定配置实施，但是其他方面同样可以被如此实施。可以进行多种修改和改变，其对于受益于本公开的本领域技术人员来说将是明显的。意图包含所有这样的修改和改变，并且因此，以上描述应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种用于核反应堆的板式热交换器，包括：
多个板；
第一流体入口和第一流体出口以及在所述第一流体入口和所述第一流体出口之间连通的第一流体通路，所述第一流体通路在所述多个板中形成为引导通道；以及
第二流体入口和第二流体出口以及在所述第二流体入口和所述第二流体出口之间连通的第二流体通路，所述第二流体通路在所述多个板中形成为第二引导通道，所述第二流体通路与所述第一流体通路流体分离。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，还包括第三流体入口和第三流体出口以及在所述第三流体入口和所述第三流体出口之间连通的第三流体通路，所述第三流体通路与所述第一流体通路和所述第二流体通路流体分离，其中所述第三流体通路被构造成用于热能传递以外的目的。
3.根据权利要求2所述的板式热交换器，其中，第三流体通路被构造成接收不同于第一流体和第二流体的第三流体。
4.根据权利要求3所述的板式热交换器，其中，所述第三流体被用于所述第一流体、所述第二流体或两者的泄漏检测。
5.根据权利要求3所述的板式热交换器，其中，所述第三流体被用于在所述第三流体通路内产生氧化层。
6.根据权利要求3所述的板式热交换器，其中，所述第三流体被用于捕获裂变产物或活化产物。
7.根据权利要求6所述的板式热交换器，其中，所述第三流体捕获氚。
8.根据权利要求3所述的板式热交换器，其中，所述第三流体是氢、氦或CO2。
9.根据权利要求1所述的板式热交换器，其中，所述第一流体入口和所述第一流体出口形成在所述板式热交换器的同一侧上。
10.根据权利要求9所述的板式热交换器，还包括同轴的导管，所述同轴的导管联接到所述第一流体入口和所述第一流体出口，所述同轴的导管限定内流体导管和外流体导管，所述内流体导管流体联接到所述第一流体入口和所述第一流体出口中的一个，并且所述外流体导管流体联接到所述第一流体入口和所述第一流体出口中的另一个。
11.根据权利要求1所述的板式热交换器，还包括所述第一流体通路中的第一流体和所述第二流体通路中的第二流体。
12.根据权利要求11所述的板式热交换器，其中，所述第一流体是钠。
13.根据权利要求11所述的板式热交换器，其中，所述第二流体是熔融盐。
14.根据权利要求1所述的板式热交换器，其中，所述板式热交换器是第一板式热交换器，并且还包括流体联接到所述第一板式热交换器的第二板式热交换器。
15.根据权利要求14所述的板式热交换器，其中，所述第一板式热交换器的所述第一流体出口与所述第二板式热交换器的第一流体入口流体连通。
16.根据权利要求1所述的板式热交换器，其中，所述板式热交换器是第一板式热交换器，并且还包括多个热交换器，所述多个热交换器被构造成协作以处理核反应堆的热负载。
17.根据权利要求16所述的板式热交换器，其中，所述多个热交换器中的至少一些热交换器通过流体集管流体连通。
18.根据权利要求16所述的板式热交换器，其中，所述多个热交换器中的至少一些热交换器被串联地连接管道。
19.根据权利要求16所述的板式热交换器，其中，所述多个热交换器中的至少一些热交换器被并联地连接管道。
20.一种用于从核反应堆的热交换器内的反应堆冷却剂中去除裂变产物或活化产物的方法，包括以下步骤：
将板式热交换器定位在反应堆容器内；
使一次冷却剂通过所述板式热交换器的第一流体通路；
使二次冷却剂通过所述板式热交换器的第二流体通路；
使第三流体通过所述板式热交换器的第三流体通路，所述第三流体被选择成吸引所述裂变产物或活化产物；以及
利用所述第三流体从所述板式热交换器中去除所述裂变产物或活化产物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1572315A (en) * 1977-03-21 1980-07-30 Commissariat Energie Atomique Annular heat exchanger
CA2030577C (en) * 1990-11-23 1994-10-11 Mircea Dinulescu Plate type heat exchanger
US10209015B2 (en) * 2009-07-17 2019-02-19 Lockheed Martin Corporation Heat exchanger and method for making
CA3048702A1 (fr) * 2010-04-23 2011-10-27 Atomic Energy Of Canada Limited/Energie Atomique Du Canada Limitee Pressure-tube reactor with coolant plenum
US10619944B2 (en) * 2012-10-16 2020-04-14 The Abell Foundation, Inc. Heat exchanger including manifold
KR101565436B1 (ko) * 2014-09-22 2015-11-03 한국원자력연구원 열교환기 및 이를 구비하는 원전
US20160109189A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Rolls-Royce Power Engineering Plc Heat exchanger
KR101734288B1 (ko) * 2015-04-30 2017-05-12 한국원자력연구원 열교환기
WO2018140117A2 (en) * 2016-11-15 2018-08-02 Terrapower, Llc Thermal management of molten fuel nuclear reactors

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