CN213583136U - 热量排出系统以及具有该热量排出系统的池式反应堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种热量排出系统以及具有该热量排出系统的池式反应堆，其中，所述热量排出系统包括：第一管路，用于与盛装冷却介质的工作池连通，承载热量的冷却介质从所述第一管路流出；动力装置，其一端与所述第一管路连接，用于抽取所述承载热量的冷却介质；换热装置，其与所述动力装置的另一端连接，用于对抽取的所述承载热量的冷却介质换热；第二管路，其与所述换热装置连接，用于使经换热的冷却介质流回所述工作池；其中，所述第一管路和所述第二管路靠近所述工作池的一端端部均浸入所述冷却介质中，并且，所述第二管路远离所述工作池的一端，其水平高度设置为高于所述工作池中冷却介质的水平高度。

Description

热量排出系统以及具有该热量排出系统的池式反应堆

技术领域

本实用新型涉及核反应堆系统技术领域，具体涉及一种热量排出系统以及具有该热量排出系统的池式反应堆。

背景技术

热量排出系统分为能动热量排出系统和非能动热量排出系统，两者的区别在于是否需要外部电源。能动热量排出系统是指在外部电源供电的情况下，通过泵、电机等设备，驱动反应堆系统中冷却介质循环，从而使堆芯产生的热量不断排出，并送至最终热阱。然而，在断电情况下，能动热量排出系统失效，无法排出堆芯热量，造成反应堆事故隐患。非能动热量排出系统是指依靠冷却介质回路中存在的密度差、压强差等实现冷却介质自然循环，从而可将堆芯余热排出，并送至最终热阱。

相比而言，非能动热量排出系统可提高反应堆运行安全性。并且，在反应堆停堆后的一段时间内，堆芯剩余裂变以及裂变产物衰变会产生余热，为保证反应堆安全，需要对余热移除，否则会引起堆芯熔化、安全壳破损等事故。非能动热量排出系统能够保证反应堆停堆后的余热排出，提高反应堆安全系数。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了涉及热量排出系统以及具有该热量排出系统的池式反应堆。在一些实施方式中，本文描述的热量排出系统可提高反应堆热量排出的非能动性，提高反应堆安全系数。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种热量排出系统，包括：第一管路，用于与盛装冷却介质的工作池连通，承载热量的冷却介质从所述第一管路流出；动力装置，其一端与所述第一管路连接，用于抽取所述承载热量的冷却介质；换热装置，其与所述动力装置的另一端连接，用于对抽取的所述承载热量的冷却介质换热；第二管路，其与所述换热装置连接，用于使经换热的冷却介质流回所述工作池；其中，所述第一管路和所述第二管路靠近所述工作池的一端端部均浸入所述冷却介质中，并且，所述第二管路远离所述工作池的一端，其水平高度设置为高于所述工作池中冷却介质的水平高度。

在一些实施方式中，热量排出系统还包括第三管路，其与所述换热装置连接，所述第三管路与供热管网连接，将所述热量排出系统排出的热量向所述供热管网供热。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种池式反应堆，包括：反应堆水池和堆芯，所述堆芯置于所述反应堆水池中，所述堆芯发生核反应产生热量；上述实施方式的热量排出系统，用于对所述堆芯产生的热量排出。

在一些实施方式中，所述热量排出系统的第二管路远离所述反应堆水池的一端，其水平高度设置为高于所述反应堆水池的上端面。

在一些实施方式中，池式反应堆还包括：堆芯容器，用于容纳所述堆芯；所述堆芯容器远离所述堆芯的一端开口，所述堆芯容器远离所述堆芯的一端，其水平高度设置为高于所述反应堆水池中冷却介质的水平高度。

在一些实施方式中，所述热量排出系统还包括第三管路，其与所述换热装置连接，所述第三管路与供热管网连接，将所述热量排出系统排出的热量向所述供热管网供热。

在一些实施方式中，所述第三管路的压力大于所述第一管路的压力。

根据本实用新型实施方式的池式反应堆，通过热量排出系统实现事故工况或反应堆停堆后的堆芯热量排出，提高了反应堆热量排出的非能动性；其中，热量排出系统具有简化的结构，无需引入额外的部件，提高了运行可靠性。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施方式的热量排出系统的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型另一实施方式的热量排出系统的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施方式的池式反应堆的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型另一实施方式的池式反应堆的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均应当属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本实用新型实施方式的热量排出系统、以及包括该热量排出系统的池式反应堆，支持非能动情况下的热量导出，因而适用于核反应堆系统的非能动安全系统。该热量排出系统无需使用额外的部件(例如非能动阀门)，利用管路布置产生的水位差、压强差、不同温度冷却介质之间的密度差可实现冷却介质的自然循环，具有较高可靠性。

参照图1-2，根据本实用新型实施方式的热量排出系统100，包括：第一管路10，用于与盛装冷却介质的工作池30连通，承载热量的冷却介质从第一管路10流出；动力装置11，其一端与第一管路10 连接，用于抽取承载热量的冷却介质；换热装置12，其与动力装置 11的另一端连接，用于对抽取的承载热量的冷却介质换热；第二管路13，其与换热装置12连接，用于使经换热的冷却介质流回工作池 30；其中，第一管路10和第二管路13靠近工作池30的一端端部均浸入冷却介质中，并且，第二管路13远离工作池的一端131，其水平高度设置为高于工作池中冷却介质的水平高度201。

具体的，热量排出系统100适用于需要进行热量交换的工作池 30，反应设备可设置在工作池30内，并且工作池30为反应设备提供冷却介质，工作池30可作为中间热阱，并将热量送至最终热阱；冷却介质用于对反应设备产生的热量承载、并将热量导出。热量排出系统100可与工作池30连通，形成冷却介质流动的循环回路，保证冷却介质在正常工况和事故工况下均能循环流动，从而进行热量导出，保证反应设备运行安全。

以下结合热量排出系统100的工作原理对其结构进行介绍。

如图1或2所示，当反应设备工作时产生热量，该热量可经由冷却介质导出，载有热量的冷却介质流入第一管路10中；正常情况下，可使用动力装置11对载有热量的冷却介质进行抽取，以提高冷却介质循环效率。动力装置11例如可以是泵。进一步，载有热量的冷却介质到达换热装置12发生换热，将热量导出后，冷却介质的温度降低，可通过第二管路13流回工作池30中继续使用。换热装置12例如可以是换热器。

当发生事故工况时，例如发生断电故障，动力装置11停止工作，此时，基于第二管路13的布置，其不仅和工作池30中的冷却介质连通，并且其沿水平方向的高度131高于工作池中冷却介质的水平高度 201，利用第二管路13与冷却介质液位之间的水位差形成压强差，并基于连通器原理，该第二管路13中的冷却介质仍能够流入工作池30 中。

进一步，当第二管路13中的冷却介质不断流入工作池30中，冷却介质的液位201升高，从反应设备中流出的冷却介质由于承载了热量，温度高、密度低，这部分冷却介质与工作池30中温度较低的冷却介质之间形成密度差，从而承载热量的冷却介质可沿反应设备向上流动，同时温度较低的冷却介质向下流动、流入反应设备，实现冷却介质自然循环流动，从而可将反应设备的余热导出。

无论是正常工况下利用动力装置驱动冷却介质循环，或是事故工况下，利用密度差、压强差实现冷却介质循环，本实用新型实施方式的热量排出系统均可保证热量排出，提高了对反应设备的保护，可降低因热量无法排出导致的事故率。

在一些实施方式中，热量排出系统100还包括第三管路14，其与换热装置12连接，第三管路14与供热管网连接，将热量排出系统排出的热量向供热管网供热。

本实用新型实施方式可提供一种对热量排出系统排出的热量的利用方式。如图1或2所示，第三管路14例如为与换热装置12连接的中间回路，其与供热管网连接，可将热量排出系统排出的热量向供热管网供热，以提供城市供热。具体的，第三管路14也可进一步设置动力装置、换热装置等，以提高热传递效率。

本实用新型还提供对上述热量排出系统的应用。

核能供热是一种以核裂变产生的热量为热源向周边城市集中供热的方式，与传统热源相比可显著减少污染排放，且供热安全可靠，可有效改善能源结构，缓解日趋严重的能源供应紧张局面。其中，池式反应堆供热系统具有固有安全性高、系统简单和运行稳定等优点，其应用十分广泛。

对池式反应堆的热量排出系统进行优化，例如当反应堆停堆或发生事故工况时，需保证堆芯余热及时排出，这对反应堆结构、运行效果提出了更高的要求。

参照图3-4，根据本实用新型实施方式的池式反应堆200，包括：反应堆水池20和堆芯21，堆芯21置于反应堆水池20中，堆芯21 发生核反应产生热量；以及热量排出系统，用于对堆芯21产生的热量排出。

其中，热量排出系统可以是上述实施方式提供的系统100，也可以是其他的热量排出系统。

对于池式反应堆，冷却介质构成的主循环回路至关重要，为反应堆堆芯提供冷却介质循环，保证堆芯热量能够及时排出，从而可保证反应堆安全、稳定运行。

如图3所示，反应堆运行时，堆芯21产生热量，堆芯21内的冷却介质可承载热量，以便将热量导出。其中，热量排出系统100可构成冷却介质循环的主循环回路，用于直接将堆芯21产生的热量导出，并维持冷却介质循环流动。冷却介质常用为轻水，其使用前可经过净化系统净化。

反应堆正常运行时，从堆芯21流出的载有热量的冷却介质通过动力装置11驱动流入第一管路10中，并随后到达换热装置12发生换热，将热量导出后，冷却介质的温度降低，可通过第二管路13流回反应堆水池20中继续使用。

当发生事故工况时，例如发生断电故障，动力装置11停止工作，此时，基于第二管路13的布置，其不仅和反应堆水池20中的冷却介质连通，并且其沿水平方向的高度131高于反应堆水池中冷却介质的液位高度201，利用第二管路13与冷却介质液位之间的水位差形成压强差，并基于连通器原理，该第二管路13中的冷却介质仍能够流入反应堆水池20中。

进一步，当第二管路13中的冷却介质不断流入反应堆水池20中，冷却介质的液位201升高，从堆芯21流出的载有热量的冷却介质由于温度高、密度低，这部分冷却介质与反应堆水池20中温度较低的冷却介质之间形成密度差，从而载有热量的冷却介质可沿堆芯21轴向向上流动，同时温度较低的冷却介质向下流动，从堆芯21底部流入堆芯21，由此实现冷却介质循环流动，实现堆芯21的余热导出。

根据本实用新型实施方式的池式反应堆，可实现堆芯热量非能动排出，具有较高安全系数。

在一些实施方式中，热量排出系统的第二管路13远离反应堆水池20的一端131，其水平高度设置为高于反应堆水池20的上端面202。

可以理解，本实用新型实施方式的热量排出系统，正是对管路布置进行优化，以实现非能动状况下冷却介质自然循环。利用第二管路 13与反应堆水池中冷却介质液位201之间的水位差，当动力装置11 无法正常运行时，可保证第二管路13中的冷却介质仍自动流入反应堆水池20中。

如图3所示，第二管路13沿水平方向的高度131可高于反应堆水池20的上端面202，从而与冷却介质液位201之间形成足够大的水位差、压强差，提高冷却介质循环的非能动性。第二管路13沿水平方向的高度131、以及管路的长度、管径大小等，可根据实际情况设置，在此不作限定。

如图3或4所示，池式反应堆200可进一步包括：堆芯容器22，用于容纳堆芯21；堆芯容器22远离堆芯的一端221开口，堆芯容器远离堆芯的一端221，其水平高度设置为高于反应堆水池中冷却介质的水平高度201。

反应堆正常运行时，使反应堆水池中冷却介质液位201低于堆芯容器22的上端面221，可保证反应堆水池中的冷却介质沿堆芯容器 22外部向下流动，流入堆芯，换而言之，可避免冷却介质直接从堆芯容器22顶部开口流入堆芯容器22，在对堆芯21的热量未充分交换的情况下直接被动力装置11抽出，造成堆芯传热效率降低。

进一步，参照图4，当反应堆停堆或者发生断电故障时，第二管路13中的冷却介质流入反应堆水池20中，冷却介质液位201升高，直至液位201超过堆芯容器22的上端面221，此时，堆芯21内载有热量的冷却介质因其温度高、密度低，与堆芯外部的冷却介质之间形成密度差，堆芯21内载有热量的冷却介质将沿堆芯容器22的轴向方向向上流动，并从堆芯容器22顶部开口流出至反应堆水池20中，同时，堆芯外部的冷却介质再从堆芯21底部流入堆芯21，进行新一轮热量交换，从而实现冷却介质非能动循环，保证堆芯21余热排出，避免发生堆芯烧毁等事故。

在一些实施方式中，池式反应堆200还包括堆芯支撑座23，其设置于反应堆水池20底部，用于支撑堆芯21。

上述池式反应堆可用于核能供热，在一些实施方式中，热量排出系统还包括第三管路14，其与换热装置12连接，第三管路14与供热管网15连接，将热量排出系统排出的热量向供热管网15供热。

其中，第三管路14例如为与换热装置12连接的中间回路，其与供热管网15连接，可将热量排出系统排出的热量向供热管网15供热，以提供城市供热。具体的，第三管路14也可进一步设置动力装置、换热装置等，以提高热传递效率。

在一些实施方式中，第三管路14的压力大于第一管路10的压力。

使用中间回路将冷却介质主循环回路与城市供热管网隔开，将第三管路14的压力设置为大于第一管路10的压力，可避免第一管路 10中具有高放射性的冷却介质进入城市供热管网，从而提高放射性屏蔽和保护功能。

在一些实施方式中，池式反应堆还包括：容器(图中未示出)，容器设置入口和出口，入口与堆芯容器连通，出口与第一管路连通，容器用于对进入容器的冷却介质进行放射性衰减。

从堆芯中流出的冷却介质具有较高的辐射剂量水平，使用容器对冷却介质进行放射性衰减，有利于降低冷却介质流经的管路工艺间、动力装置以及换热装置受到的辐射剂量水平，提高了安全防护。

根据本实用新型实施方式的池式反应堆，通过对冷却介质主循环回路的管路布置优化，使其与反应堆水池中冷却介质液位之间形成水位差、压强差，同时利用不同温度的冷却介质之间产生的密度差，可保证在事故工况下，冷却介质自然循环流动，从而实现堆芯余热排出，提高反应堆运行安全。

上述池式反应堆，结构简单，无需增添额外部件以实现堆芯热量的非能动排出(现有技术中使用的例如非能动阀门，反复使用会导致密封效果差，因而可靠性低)，提高了热量排出系统的可靠性。

对于本实用新型的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种热量排出系统(100)，其特征在于，包括：

第一管路(10)，用于与盛装冷却介质的工作池(30)连通，承载热量的冷却介质从所述第一管路(10)流出；

动力装置(11)，其一端与所述第一管路(10)连接，用于抽取所述承载热量的冷却介质；

换热装置(12)，其与所述动力装置(11)的另一端连接，用于对抽取的所述承载热量的冷却介质换热；

第二管路(13)，其与所述换热装置(12)连接，用于使经换热的冷却介质流回所述工作池(30)；

其中，所述第一管路(10)和所述第二管路(13)靠近所述工作池(30)的一端端部均浸入所述冷却介质中，并且，所述第二管路(13)远离所述工作池的一端(131)，其水平高度设置为高于所述工作池中冷却介质的水平高度(201)。

2.根据权利要求1所述的热量排出系统(100)，其中，

还包括第三管路(14)，其与所述换热装置(12)连接，

所述第三管路(14)与供热管网连接，将所述热量排出系统排出的热量向所述供热管网供热。

3.一种池式反应堆(200)，其特征在于，包括：

反应堆水池(20)和堆芯(21)，所述堆芯(21)置于所述反应堆水池(20)中，所述堆芯(21)发生核反应产生热量；

如权利要求1所述的热量排出系统(100)，用于对所述堆芯(21)产生的热量排出。

4.根据权利要求3所述的池式反应堆(200)，其中，

所述热量排出系统的第二管路(13)远离所述反应堆水池(20)的一端(131)，其水平高度设置为高于所述反应堆水池(20)的上端面(202)。

5.根据权利要求4所述的池式反应堆(200)，其中，

还包括：堆芯容器(22)，用于容纳所述堆芯(21)；

所述堆芯容器(22)远离所述堆芯的一端(221)开口，所述堆芯容器远离所述堆芯的一端(221)，其水平高度设置为高于所述反应堆水池中冷却介质的水平高度(201)。

6.根据权利要求3所述的池式反应堆(200)，其中，

所述热量排出系统还包括第三管路(14)，其与所述换热装置(12)连接，

所述第三管路(14)与供热管网(15)连接，将所述热量排出系统排出的热量向所述供热管网(15)供热。

7.根据权利要求6所述的池式反应堆(200)，其中，

所述第三管路(14)的压力大于所述第一管路(10)的压力。

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