[發(fā)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

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• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108399957B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，包括：用于存儲核燃料的核燃料操作系統(tǒng)；用于控制核燃料的裂變并產(chǎn)生核熱的核熱產(chǎn)生系統(tǒng)，其具有反應堆主容器以及在反應堆主容器中與核燃料進行熱交換的氟鹽；核熱傳輸系統(tǒng)，一回路和二回路之間通過一二回路換熱器傳遞熱量，二回路具有通過管道與一二回路換熱器相連的用于存儲換熱介質(zhì)的高溫熔鹽儲罐和低溫熔鹽儲罐；以及利用核熱進行熱利用的核熱利用系統(tǒng)，核燃料操作系統(tǒng)與核熱產(chǎn)生系統(tǒng)連接以將核燃料裝入核熱產(chǎn)生系統(tǒng)并將核燃料從核熱產(chǎn)生系統(tǒng)卸載；核熱傳輸系統(tǒng)分別與核熱產(chǎn)生系統(tǒng)和核熱利用系統(tǒng)連接以將核熱從核熱產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸至核熱利用系統(tǒng)。該反應堆同時滿足經(jīng)濟性和安全性需求。

技術領域

本發(fā)明涉及熔鹽堆，更具體地涉及一種小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆。

背景技術

流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，又被稱為氟鹽冷卻高溫球床堆，在第四代核能系統(tǒng)熔鹽堆的基礎上發(fā)展而來，具體使用包覆燃料顆粒的石墨基體球形燃料元件(燃料球)在堆芯堆積形成球床，流動熔鹽將熱量帶出堆芯。

氟鹽冷卻高溫球床堆通常使用在線換料模式：燃料球利用浮力從堆芯容器底部進入堆芯，經(jīng)過一段時間的燃燒后，利用浮力上升至堆芯容器頂部，利用卸料裝置離開堆芯，這也對設計提出了較大的挑戰(zhàn)。流動球床氟鹽冷卻高溫示范堆，其設計受安全性的約束，而設計的難點在于經(jīng)濟性。需要在保證安全性達到經(jīng)濟性指標。其具體設計中，熱工水力設計需要堆芯流動場和溫度場設計滿足將核熱從燃料球?qū)С龅囊螅⑼ㄟ^熔鹽回路系統(tǒng)將熱量傳輸至發(fā)電系統(tǒng)的；堆芯設計需滿足堆芯燃料球運動的需要，保持負反應性溫度系數(shù)，保證反應性控制系統(tǒng)足夠的價值，同時使燃料球達到高卸料燃耗以保持經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆。

本發(fā)明所述的小型模塊化流動球床氟鹽冷卻高溫反應堆，包括：用于存儲核燃料的核燃料操作系統(tǒng)；用于控制核燃料的裂變并產(chǎn)生核熱的核熱產(chǎn)生系統(tǒng)，其具有反應堆主容器以及在反應堆主容器中與核燃料進行熱交換的氟鹽；核熱傳輸系統(tǒng)，其包括供氟鹽通過的一回路、供換熱介質(zhì)通過的二回路和一二回路換熱器，其中，一回路和二回路之間通過一二回路換熱器傳遞熱量，二回路具有通過管道與一二回路換熱器相連的用于存儲換熱介質(zhì)的高溫熔鹽儲罐和低溫熔鹽儲罐；以及利用核熱進行熱利用的核熱利用系統(tǒng)，其中，核燃料操作系統(tǒng)與核熱產(chǎn)生系統(tǒng)連接以將核燃料裝入核熱產(chǎn)生系統(tǒng)并將核燃料從核熱產(chǎn)生系統(tǒng)卸載；核熱傳輸系統(tǒng)分別與核熱產(chǎn)生系統(tǒng)和核熱利用系統(tǒng)連接以將核熱從核熱產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸至核熱利用系統(tǒng)。

反應堆主容器包括間隔開設置的外壁和堆芯圍筒，其中，外壁和堆芯圍筒之間的環(huán)形空間形成為與一回路連通的熔鹽下降環(huán)腔，堆芯圍筒的朝向下敞開的開口形成為與熔鹽下降環(huán)腔連通的熔鹽下腔室，堆芯圍筒的朝向上敞開的開口形成為與一回路連通的熔鹽上腔室；在熔鹽上腔室和熔鹽下腔室之間，堆芯圍筒的內(nèi)部的空間形成為堆芯。

堆芯包括緊貼于堆芯圍筒的徑向向內(nèi)的一側(cè)設置的側(cè)反射層和位于側(cè)反射層的內(nèi)部的堆芯活性區(qū)，該堆芯活性區(qū)包括位于中部的堆芯活性區(qū)圓柱區(qū)、位于堆芯活性區(qū)圓柱區(qū)的頂部的堆芯活性區(qū)上圓臺、以及位于堆芯活性區(qū)圓柱區(qū)的底部的堆芯活性區(qū)下圓臺，在堆芯活性區(qū)上圓臺的徑向外側(cè)與側(cè)反射層的徑向內(nèi)側(cè)之間形成有上反射層，在堆芯活性區(qū)下圓臺的徑向外側(cè)與側(cè)反射層的徑向內(nèi)側(cè)之間形成有下反射層。

核熱產(chǎn)生系統(tǒng)還具有設置于堆芯活性區(qū)中的用于調(diào)節(jié)核燃料的裂變的反應性控制系統(tǒng)，其包括交替地分布在堆芯活性區(qū)內(nèi)的控制棒系統(tǒng)和控制刀片系統(tǒng)。

控制棒系統(tǒng)包括多根豎直地插入堆芯中的通道中的控制棒，該控制棒為金屬包裹的中子吸收體以通過調(diào)節(jié)中子通量來調(diào)節(jié)反應堆運行功率。

控制刀片系統(tǒng)包括多根直接豎直地插入堆芯中的控制刀片，該控制刀片為金屬吸收體板以通過調(diào)節(jié)中子通量來調(diào)節(jié)反應堆運行功率。

上反射層和下反射層中形成有若干熔鹽通道，其連通熔鹽上、下腔室和堆芯活性區(qū)以調(diào)節(jié)堆芯流場。