一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統的製作方法

2023-05-23 00:06:21

專利名稱:一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液態金屬加熱系統，特別涉及一種液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統。
背景技術：
液態金屬冷卻池式自然循環反應堆採用液態金屬作為冷卻劑，當反應堆的功率很低時，堆芯所產生的熱量將不足以維持主迴路中的液態金屬冷卻劑的溫度在熔點以上。若冷卻劑一發生凝固，將會對堆本體的系統和設備造成嚴重的破壞。因此，當反應堆功率很低時，必須對液態金屬冷卻劑進行加熱，以維持其為液態。
目前，液態金屬反應堆的輔助加熱系統，主要有以下幾種方式
其中一種方式同中國實驗快堆的輔助加熱方式，二迴路和事故餘熱排出系統的中間迴路包裹著有電跟蹤加熱器，當反應堆功率水平很低時，電跟蹤加熱器對二迴路和中間迴路的鈉進行加熱，然後通過主熱交換器和獨立熱交換器，將熱量傳遞給主容器內的鈉，同時要求主泵保持運轉狀態，以維持堆內的鈉循環。但這種方式的加熱設備布置在主容器內，且位於池內冷卻劑上部，因此增加了堆內結構的複雜性；該方式同時要求主泵和二迴路泵低功率運轉，不僅降低了系統的可靠性和安全性，而且也不適用於主冷卻劑採用自然循環流動形式的反應堆。
另一種方式同比利時加速器驅動的鉛鉍合金冷卻快堆的加熱方式，在該方式是在主容器底部放置了一個冷卻劑調節系統，系統中安裝電加熱器，當停堆檢修時，用來加熱鉛鉍冷卻劑到需要的溫度。但這種方式的加熱裝置安裝在主容器內，不僅增加了堆內結構的複雜性,而且系統檢查和維修也不方便。
此外，中國實驗快堆採用的氣體加熱系統是在主容器充鈉前採用氬氣對主容器、主容器內部設備構件及反應堆安全容器進行預熱，當達到目的後，該系統被拆除，因此到那個反應堆停堆後不能起到輔助加熱的作用。

發明內容
本發明提供了一種系統結構簡單，啟動方便，滿足液態金屬冷卻自然循環池式反應堆需求的輔助加熱系統。
本發明實現了在液態金屬反應堆主容器外對堆內液態金屬冷卻劑進行輔助加熱的功能，運行時無需增加或啟動堆內構件，可有效提高反應堆的可靠性和安全性。
為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，包括氮氣貯存罐、過濾器、氣體加熱器、熱氮氣輸入管、安全容器、主容器、抽氣機以及設備之間相連的管道及閥門；氮氣貯存罐與過濾器相連，之後連接氣體加熱器，最終同熱氮氣輸入管相連；一根熱氮氣輸入管的安裝孔布置在在堆頂蓋上，該管道出口位於主容器和安全容器形成的環腔底部；四臺抽氣機的安裝孔均勻布置在堆頂蓋上，將環腔內經過熱交換後的氮氣抽出，抽氣機是氮氣循環的主要動力，完成氮氣的閉式循環；其中，
當反應堆功率降低到不足以維持液態金屬的溫度在熔點以上時，氮氣貯存罐的出口閥門打開，系統啟動，氮氣從貯存罐流到過濾器內，過濾後通過氣體加熱器進行加熱，在抽氣機作用下，加熱的氮氣進入熱氮氣輸入管；熱氮氣從輸入管出口流出，在環形腔室內對主容器和安全容器自下而上進行加熱，最終由均勻布置安裝在堆頂蓋上並聯的四臺抽氣機抽出，完成一次氮氣閉式循環的過程。
其中，系統設置在反應堆主容器外側，避免了將系統直接置於容器內而導致的反應堆堆內結構複雜性的增加。
其中，熱氮氣輸入管位於主容器和安全容器形成的環腔內，熱氮氣輸入管的安裝孔布置在堆頂蓋上，其出口位於主容器和安全容器形成的環腔底部。
本發明的原理為
一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，包括氮氣貯存罐、過濾器、氣體加熱器、熱氮氣輸入管、主容器、安全容器、抽氣機以及設備之間相連的管道及閥門。系統為一閉式循環結構，一根熱氮氣輸入管從堆頂蓋插入主容器和安全容器之間的環形腔室內，4臺抽氣機的安裝口均勻布置在堆頂蓋上。
熱氮氣輸入管將加熱的氮氣通入主容器和安全容器形成的腔室底部，熱氮氣自下向上流動，通過對流換熱對主容器進行加熱，最後由抽氣機抽出腔室，再通過相關的管道進入過濾器，完成一次循環過程。該系統布置在主容器外，運行時無需啟動堆內設備，可有效提高系統的安全性和可靠性。
與現有技術相比，本發明的優點是
1.熱氮氣輸入管安裝在主容器和安全容器形成的環形腔室內，無需增加堆內構件，因此系統結構簡單，運行時無需啟動堆內構件，可有效提高系統的可靠性與安全性。
2.在滿足堆內整體溫度高於液態金屬熔點的同時，系統使堆內靠近主容器底部的液態金屬吸收較大的熱量，沿主容器的底部向上，主容器附近液態金屬吸收的熱量逐漸減小，引起主容器內上下冷卻劑產生密度差，使液態金屬冷卻劑在主容器內形成微自然循環的流動形式，有利於容器內液態金屬的溫度分布均勻，避免了容器內的液態金屬冷卻劑因局部溫度過低而凝固。


圖1為系統結構示意圖；
圖2為熱氮氣輸入管和抽氣機安裝孔在堆頂蓋的布置圖。
圖中，I為氮氣貯存罐、2為過濾器、3為氣體加熱器、4為熱氮氣輸入管、5為安全容器、6為主容器、7為抽氣機。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述
該系統包括氮氣忙存罐1、過濾器2、氣體加熱器3、熱氮氣輸入管4、安全容器5、主容器6、抽氣機7以及設備之間相連的管道及閥門。氮氣貯存罐I與過濾器2相連，之後連接氣體加熱器3,最終同熱氮氣輸入管道4相連。一根熱氮氣輸入管4的安裝孔布置在在堆頂蓋上，該管道出口位於主容器6和安全容器5形成的環腔底部。四臺抽氣機7的安裝孔均勻布置在堆頂蓋上，將環腔內經過換熱的氮氣抽出，完成氮氣閉式循環過程。
當反應堆功率降低到不足以維持液態金屬的溫度在熔點以上時，氮氣貯存罐I的出口閥門打開，系統啟動。氮氣從貯存罐I流到過濾器2內，過濾後通過氣體加熱器3進行加熱，在抽氣機7作用下，加熱的氮氣進入熱氮氣輸入管；熱氮氣從輸入管出口流出，在環形腔室內對主容器和安全容器自下而上進行加熱，最終由均勻布置安裝在堆頂蓋上並聯的四臺抽氣機7抽出，完成一次氮氣閉式循環的過程。
系統中的過濾器2可以除去風機內的灰塵和雜物等，以免贓物汙染系統管道和設備。氣體加熱器3是加熱氮氣的主要熱源。抽氣機7是系統氮氣循環的主要動力，而且四臺抽氣機安裝布置均勻，並聯運行時可在環腔內形成對稱的氮氣流場，可增強傳熱效果。
與現有技術相比，該系統結構簡單，安裝方便；設備均布置在主容器外，運行時無需啟動堆內設備，可有效提高系統的安全性和可靠性；系統可使主容器內的液態金屬形成微自然循環的流動形式，適用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統；系統採用氮氣閉式循環，可防止放射性物質的散逸，也可降低系統的運行成本。
本發明未詳細闡述的部分屬於本領域公知技術。
儘管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便於本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式
的範圍，對本技術領域：
的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求
限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，其特徵在於，包括氮氣貯存罐(I)、過濾器(2)、氣體加熱器(3)、熱氮氣輸入管(4)、安全容器(5)、主容器(6)、抽氣機(7)以及設備之間相連的管道及閥門；氮氣貯存罐(I)與過濾器(2)相連，之後連接氣體加熱器(3)，最終同熱氮氣輸入管⑷相連；一根熱氮氣輸入管⑷的安裝孔布置在堆頂蓋上，該管道出口位於主容器(6)和安全容器(5)形成的環腔底部；四臺抽氣機(7)的安裝孔均勻布置在堆頂蓋上，將環腔內經過熱交換後的氮氣抽出，抽氣機(7)是氮氣循環的主要動力，完成氮氣的閉式循環； 其中，當反應堆功率降低到不足以維持液態金屬的溫度在熔點以上時，氮氣貯存罐(I)的出口閥門打開，系統啟動，氮氣從貯存罐(I)流到過濾器(2)內，過濾後通過氣體加熱器(3)進行加熱，在抽氣機(7)作用下，加熱的氮氣進入熱氮氣輸入管；熱氮氣從輸入管出口流出，在環形腔室內對主容器和安全容器自下而上進行加熱，最終由均勻布置安裝在堆頂蓋上並聯的四臺抽氣機(X)抽出，完成一次氮氣閉式循環的過程。
2.根據權利要求
1所述的一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，其特徵在於，系統設置在反應堆主容器(6)外側，避免了將系統直接置於容器內而導致的反應堆堆內結構複雜性的增加。
3.根據權利要求
1所述的一種用於液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，其特徵在於熱氮氣輸入管(4)位於主容器和安全容器形成的環腔內，熱氮氣輸入管(4)的安裝孔布置在在堆頂蓋上，其出口位於主容器(6)和安全容器(5)形成的環腔底部。
專利摘要
本發明公開了一種液態金屬冷卻自然循環反應堆的輔助加熱系統，包括氮氣貯存罐(1)、過濾器(2)、氣體加熱器(3)、熱氮氣輸入管(4)、主容器(5)、安全容器(6)、抽氣機(7)以及設備之間相連的管道與閥門。該系統實現了在液態金屬池式反應堆主容器外對堆內液態金屬冷卻劑進行輔助加熱的功能，系統結構簡單，運行時無需增加或啟動堆內構件，系統運行後可使主容器內的液態金屬形成微自然循環，同時也可有效提高反應堆的可靠性和安全性。
文檔編號G21C15/247GKCN103021483SQ201210591655
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日
發明者王桂梅, 趙鵬程, 陳釗, 周濤, 吳宜燦 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan