[發明專利]一種驅動高溫液態金屬循環流動冷卻堆內部件的方法

有效

• 申請號: 201410086286.X
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103824603A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 汪衛華;鄧海飛;李曉剛;馬書炳;儲德林;楊錦宏;梅洛勤;祁俊力;潘保國;黃生洪;盛道林;張強華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍軍官學院
• 主分類號: G21C15/247
• 分類號: G21C15/247
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種驅動高溫（大于350℃）液態金屬循環流動冷卻堆內部件的方法，屬于先進核反應堆熱工水力學領域。

背景技術

先進反應堆選擇液態金屬作為冷卻劑的主要包括聚變堆和裂變堆兩個方面。目前，聚變堆主要是采用液態鋰鉛或液態鋰冷卻偏濾器和包層；先進裂變核反應堆中采用液態金屬作為冷卻劑的有第四代堆型發展的鈉冷快中子堆、氟鋰鈹熔鹽堆和加速器驅動鉛鉍冷卻快中子反應堆等。

液態金屬由于具有中子產額高、載熱能力強、冷卻效果好，且安全性好等明顯優點，可將系統中的核反應熱迅速傳遞出去，獲得高出口溫度，從而提高熱電轉換效率，是目前先進反應堆主選冷卻劑。其缺點是高溫流動的液態金屬對結構腐蝕性強，且高溫條件下驅動其流動比較困難。

現行采用液態金屬作為冷卻劑的反應堆，大多采用高溫電磁泵或大型高溫機械泵驅動。由于制造技術、工藝及材料等的限制，液態金屬在其運行段的工作溫度均難以超350℃。為了驅動液態金屬流動，需要將出口溫度高于350℃的高溫液態金屬降低溫度運行，或高溫運行條件下增加驅動泵的更換頻率。該方法不僅需要增加系統部件和成本，而且降低了系統的熱電轉換效率。而先進反應堆的設計原則是在材料高溫性能許可條件下，盡可能追求冷卻劑高出口溫度，以獲得盡可能高的熱電轉換效率，降低電價，提高商業堆型的競爭性。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有高溫液態金屬流動驅動技術的不足，提出一種高溫強磁場條件下采用高壓橢性氣體驅動高溫液態金屬穩定流動的方法。該方法克服了電磁泵驅動高溫液態金屬的限制(小于350℃)，解決了先進反應堆高溫液態金屬穩定循環流動的難題，不僅可有效冷卻堆內高功率密度核熱部件，還可盡可能提高出口溫度，從而實現高熱電轉換效率。

本發明采用的技術方案為：一種驅動高溫液態金屬循環流動冷卻堆內部件的方法，主要采用高溫液態金屬循環流動冷卻系統實現。本高溫液態金屬循環流動冷卻系統由液控單向閥、堆內部件、電磁換向閥、液態金屬罐、液位計、換熱器、供氣罐、緩沖罐、壓縮機及管道與閥門等組成。在橢性氣體氬氣壓力的作用下，液態金屬(反應堆冷劑如鋰鉛合金、鋰、鉛鉍合金、鈉、氟鋰鈹等)自左側液態金屬罐流出至堆內部件(冷卻)，載出核熱后高溫液態金屬流至換熱器與二回路工質換熱后流入右側液態金屬罐。當液位降至規定值時，控制系統控制電磁換向閥切換，左右兩側液態金屬罐分別卸氣和充氣至規定壓力。控制液控單向閥導通，液態金屬將自右側液態金屬罐流經堆內部件，高溫液態金屬經過換熱后進入左側液態金屬罐。周期性地循環驅動高溫液態金屬穩定地流動，實現對反應堆內部件(聚變堆如包層、偏濾器，裂變堆如堆芯)的冷卻。

具體實現步驟如下：

S1:向第一液態金屬罐9和第二液態金屬罐11裝入規定量的合金并保持真空密封，設置工作溫度并加溫至規定值；

S2:控制電磁換向閥8導通，由供氣罐13向第一液態金屬罐9充氬氣至規定壓力即2MPa，同時第二液態金屬罐11排氣閥打開，向緩沖罐14排出氬氣至規定壓力即1bar，電磁換向閥8關閉；

S3:控制第二液控單向閥2和第三液控單向閥3導通，在第一液態金屬罐9內2MPa氬氣壓力的作用下高溫液態金屬流經堆內部件5，載帶核熱后的高溫液態金屬進入第二換熱器7與二回路工質換熱后流入第二液態金屬罐11；

S4:當液位計10下降至規定位置時，控制第二液控單向閥2和第三液控單向閥3關閉、電磁換向閥8導通，由供氣罐13向第二液態金屬罐11充氬氣至規定壓力即2MPa，同時第一液態金屬罐9排氣閥打開，向緩沖罐14排出氬氣至規定壓力即1bar，電磁換向閥8關閉；

S5:控制閥門16打開，啟動壓縮機15工作，將緩沖罐14內的氬氣壓入供氣罐13，壓力達到規定值后關閉壓縮機15和閥門16；

S6:控制第一液控單向閥1和第四液控單向閥4導通，在第二液態金屬罐11內2MPa氬氣壓力的作用下液態金屬流經堆內部件5，載帶核熱的高溫液態金屬進入第一換熱器6與二回路工質換熱后流入第一液態金屬罐9；

S7:當液位計12下降至規定位置時，控制第一液控單向閥1和第二液控單向閥4關閉、電磁換向閥8導通，由供氣罐13向第一液態金屬罐9充氬氣至規定壓力即2MPa，同時第二液態金屬罐11排氣閥打開，向緩沖罐14排出氬氣至規定壓力即1bar，電磁換向閥8關閉；

S8:控制系統控制執行S5，完成一個周期循環，執行下一個周期循環。