[發明專利]一種小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆

有效

• 申請號: 201810089818.3
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108399957B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 戴葉;鄒楊;徐博;朱貴鳳;周波;賈國斌;李文江
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21C3/54
• 分類號: G21C3/54;G21C1/02;G21C19/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

1.一種小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，其特征在于，包括：

用于存儲核燃料的核燃料操作系統(1)；

用于控制核燃料的裂變并產生核熱的核熱產生系統(2)，其具有反應堆主容器(21)以及在反應堆主容器(21)中與核燃料進行熱交換的氟鹽，該氟鹽為LiF與BeF₂的混合熔鹽；

核熱傳輸系統(3)，其包括供氟鹽通過的一回路(31)、供換熱介質通過的二回路(32)和一二回路換熱器(33)，其中，一回路(31)和二回路(32)之間通過一二回路換熱器(33)傳遞熱量，二回路(32)具有通過管道與一二回路換熱器(33)相連的用于存儲換熱介質的高溫熔鹽儲罐(323)和低溫熔鹽儲罐(324)；以及

利用核熱進行熱利用的核熱利用系統(4)，

其中，反應堆主容器(21)包括間隔開設置的外壁(211)和堆芯圍筒(212)，其中，外壁(211)和堆芯圍筒(212)之間的環形空間形成為與一回路(31)連通的熔鹽下降環腔(211a)，堆芯圍筒(212)的朝向下敞開的開口形成為與熔鹽下降環腔(211a)連通的熔鹽下腔室(212b)，堆芯圍筒(212)的朝向上敞開的開口形成為與一回路(31)連通的熔鹽上腔室(212a)；在熔鹽上腔室(212a)和熔鹽下腔室(212b)之間，堆芯圍筒(212)的內部的空間形成為堆芯(213)，堆芯(213)包括緊貼于堆芯圍筒(212)的徑向向內的一側設置的側反射層(213a)和位于側反射層(213a)的內部的堆芯活性區，該堆芯活性區包括位于中部的堆芯活性區圓柱區(213b)、位于堆芯活性區圓柱區(213b)的頂部的堆芯活性區上圓臺(213c)、以及位于堆芯活性區圓柱區(213b)的底部的堆芯活性區下圓臺(213d)，在堆芯活性區上圓臺(213c)的徑向外側與側反射層(213a)的徑向內側之間形成有上反射層(213e)，在堆芯活性區下圓臺(213d)的徑向外側與側反射層(213a)的徑向內側之間形成有下反射層(213f)，上反射層(213e)和下反射層(213f)中形成有若干熔鹽通道(212c)，其連通熔鹽上、下腔室(212a，212b)和堆芯活性區以調節堆芯流場，600℃的氟鹽從反應堆主容器(21)的頂部進入熔鹽下降環腔(211a)，進入熔鹽下腔室(212b)，再經堆芯入口和下反射層(213f)中的熔鹽通道(212c)進入堆芯活性區，氟鹽在堆芯活性區由下向上流動帶走核熱，經堆芯出口和上反射層(213e)中的熔鹽通道(212c)進入熔鹽上腔室(212a)，然后由熔鹽上腔室(212a)兩側進入沿堆容器內壁的通道匯集進入核熱傳輸系統(3)中，如此，加熱到700℃的氟鹽從核熱產生系統(2)進入一回路(31)，經過一二回路換熱器(33)降溫到600℃后流回核熱產生系統(2)中形成循環；

其中，核燃料操作系統(1)與核熱產生系統(2)連接以將核燃料裝入核熱產生系統(2)并將核燃料從核熱產生系統(2)卸載；核熱傳輸系統(3)分別與核熱產生系統(2)和核熱利用系統(4)連接以將核熱從核熱產生系統(2)傳輸至核熱利用系統(4)；

其中，借助于高溫熔鹽儲罐(323)和低溫熔鹽儲罐(324)，通過一二回路換熱器(33)的熔鹽流量根據核熱利用系統(4)進行改變；該核熱利用系統(4)是包括三回路(41)、二三回路換熱器(42)和發電機(43)的發電系統，其中，二回路(32)和三回路(41)之間通過二三回路換熱器(42)傳遞熱量，發電機(43)與三回路(41)連接；反應堆運行時，換熱介質從低溫熔鹽儲罐(324)進入一二回路換熱器(33)，加熱后進入高溫熔鹽儲罐(323)存儲；發電時，換熱介質從高溫熔鹽儲罐(323)進入二三回路換熱器(42)，將能量傳遞至三回路(41)，降溫后的熔鹽進入低溫熔鹽儲罐(324)存儲。

2.根據權利要求1所述的小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，其特征在于，核熱產生系統(2)還具有設置于堆芯活性區中的用于調節核燃料的裂變的反應性控制系統(22)，其包括交替地分布在堆芯活性區內的控制棒系統(221)和控制刀片系統(222)。

3.根據權利要求2所述的小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，其特征在于，控制棒系統(221)包括多根豎直地插入堆芯(213)中的通道(221b)中的控制棒(221a)，該控制棒(221a)為金屬包裹的中子吸收體以通過調節中子通量來調節反應堆運行功率。