[發明專利]多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統、方法及反應堆

有效

• 申請號: 202110246333.2
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113140337B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 國科中子能（青島）研究院有限公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發明涉及多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統、方法及反應堆，非能動冷卻系統包括堆芯容器和屏蔽箱，所述堆芯容器外側壁四周設有上升冷卻通道，所述上升冷卻通道為圍繞所述堆芯容器布置的環形通道，所述上升冷卻通道上端設有出口；所述屏蔽箱環設在所述上升冷卻通道的外側，所述屏蔽箱內裝有液態冷卻介質，所述屏蔽箱上端連接有進口通道，所述進口通道上安裝有進口閥門，所述屏蔽箱下端通過底部管道與所述上升冷卻通道的底部連通，所述底部管道上安裝有底部閥門。本發明的多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統具有非能動性，可靠性高、超小型、經濟性高、可持續性冷卻的優勢。

技術領域

本發明涉及核反應堆及熱能領域的設計技術、安全技術等相關領域，具體涉及小型核反應堆中堆芯余熱排出和其他需要長時間冷卻堆芯容器的熱能領域，尤其涉及一種多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統、方法及反應堆。

背景技術

在核反應堆中，正常停堆狀態下通過一二回路的強迫循環帶走堆芯余熱。當發生地震、全場斷電、二回路失效等事故工況時，堆芯余熱無法通過一回路、二回路導出。為了能夠順利地導出堆芯余熱，避免堆芯裂變燃料熔化，必須設置一個事故余熱排出系統。

目前國內外設計的核反應堆的事故余熱排出系統主要有三種方式，第一種是在主堆芯容器池內放置一個獨立熱交換器，以水、油、鈉等冷卻劑的自然循環形式帶走堆芯余熱；第二種是在利用已有熱交換器設置一個單獨回路，以水的自然循環的形式帶走堆芯余熱；第三種是在主堆芯容器外設置一個氣體或水冷卻通道，以氣體或水的自然循環的形式帶走堆芯余熱。但是上述三種傳統的事故余熱排出系統采用重力驅動的自然循環，需要較高的高度差來產生足夠的驅動力，因此所占空間較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統、方法及反應堆。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統，包括堆芯容器和屏蔽箱，所述堆芯容器外側壁四周設有上升冷卻通道，所述上升冷卻通道為圍繞所述堆芯容器布置的環形通道，所述上升冷卻通道上端設有出口；所述屏蔽箱環設在所述上升冷卻通道的外側，所述屏蔽箱內裝有液態冷卻介質，所述屏蔽箱上端連接有進口通道，所述進口通道上安裝有進口閥門，所述屏蔽箱下端通過底部管道與所述上升冷卻通道的底部連通，所述底部管道上安裝有底部閥門。

本發明的有益效果是：本發明的多介質共用冷卻通道的非能動冷卻系統具有非能動性，可靠性高、超小型、經濟性高、可持續性冷卻的優勢。首先，堆芯容器外壁面冷卻系統以及氣體冷卻系統均以非能動自然循環的形式排出堆芯余熱，整個過程不需要交流電源，最大限度的提高了系統的非能動安全性和可靠性。其次，采用液體冷卻介質冷卻系統充分利用了屏蔽箱中液體冷卻介質進行冷卻堆芯，此外，氣體冷卻系統充分利用了液體冷卻系統所組成的冷卻通道，僅僅在液體冷卻系統的基礎上增加了氣體出口、閥門以及進口通道，并無額外占用很多空間，系統結構簡單，部件少，具有超小型、經濟性好的優勢，滿足小型非能動熱量排出的設計要求。最后，本發明系統在使用前期，由于堆芯余熱大，充分利用了液體介質相變吸熱大的特點來帶走熱量；使用后期，堆芯余熱較小，則充分利用環境中的氣體來進行冷卻堆芯，環境中氣體的自然循環具有長期可持續冷卻的能力。

本發明的堆芯容器外壁面水冷卻系統和空氣冷卻系統均是由重力驅動的自然循環，屬于完全非能動設計，使得整個系統和方法可靠性更高。當反應堆正常運行時，本發明處于備用工況狀態。當發生地震、全場斷電、二回路失效等事故工況時，只需打開或斷電自動打開底部閥門和進口閥門，本發明即可處于工作（冷卻狀態）狀態，帶走堆芯余熱。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，還包括箱體，所述堆芯容器和所述屏蔽箱分別安裝在所述箱體內，所述上升冷卻通道通過所述出口與外部連通，所述進口通道的進口處與外部連通。

采用上述進一步方案的有益效果是：箱體可以為整個非能動冷卻系統提供有效支撐。