低温供热堆

1.一种低温供热堆，其堆芯通过吊蓝设在密封的堆芯容器内， 堆芯容器上设有堆冷却剂出口管和堆冷却剂进口管，堆芯容器上部支 撑在堆芯混凝土屏蔽层上，控制棒驱动机构布置在堆芯容器的顶盖 上，堆芯容器上的堆冷却剂出口管和堆冷却剂进口管与堆芯混凝土屏 蔽层外的换热蒸发器连接，其特征在于在堆芯容器的一侧设有一个高 出堆芯顶部10～30m的蓄压水池，蓄压水池底部设有一根注入管与堆 冷却剂进口管相通，由堆冷却剂出口管引出一根穿过蓄压水池高出水 池水面5～30cm上升管。
2.如权利要求1所述的低温供热堆，其特征在于用带中间夹层 的板翅式换热蒸发器代替一次换热器和二次蒸发器，减少中间回路。
3.如权利要求1所述的低温供热堆，其特征在于：所述的控制 棒驱动机构具有两套，一套为磁足马达式，一套为水压式。
4.如权利要求1所述的低温供热堆，其特征在于上升管与注入 管周围由混凝土构成的竖井密封。
5.如权利要求1所述的低温供热堆，其特征在于注入管设有倒 U型管部分。
6.如权利要求3所述的低温供热堆，其特征在于所述的水压式 控制棒驱动机构，其管座的腔体的一侧设有泵出口管，管座的上端安 装有耐压壳，耐压壳内设有活塞，活塞的中心孔安装驱动杆，耐压壳 内、驱动杆的外侧设有压块，在压块与活塞之间设有弹簧，弹簧内侧 设有驱动杆的抓爪，该抓爪与驱动杆上的槽配合卡住，耐压壳上端设 有泵入口管，泵入口管与泵出口管之间设有带电磁阀的短路管，耐压 壳的顶盖上依次设有电磁铁与上限位置探测器，耐压壳的外侧壁上设 有下限位置探测器。
7.如权利要求6所述的低温供热堆，其特征在于在管座的下端 设有导向罩，该导向罩的中心孔与活塞的中心孔对中。

技术领域\n本发明涉及一种核反应堆技术，具体地说是一种低温供热堆。\n背景技术\n利用核能供热是解决采暖与海水淡化的一个重要手段。尽管目前 国内外低温供热核反应堆概念设计种类很多，但是由于经济性和安全 性还未被人们广泛接受，尤其是低温供热对距离人口密集区域不能太 远，核安全更为重要，因此要寻找固有安全性更高而造价低廉的堆型， 这是决定核能供热堆推广的关键。\n发明内容\n本发明的目的在于提供一种安全性更高、造价低廉的一种低温供 热堆，进行低温供热和海水淡化。\n实现本发明目的的技术方案是：在反应堆容器的一侧设有一个高 出堆芯顶部10～30m的蓄压水池，蓄压水池底部设有一根注入管，该 注入管与堆冷却剂进口管相通，注入管设有倒U型管部分，目的是为 了防止堆内热量传给蓄压水池，还有一根由堆冷却剂出口管引出穿过 蓄压水池高出水池水面5～30cm的上升管。这两根管周围由混凝土构 成的竖井密封，防止管道破坏造成水池漏失。控制棒驱动机构布置在 堆芯容器的球型顶盖上。堆冷却剂出口管经隔离阀与带中间夹层的板 翅式换热蒸发器入口连接，板翅式换热蒸发器的出口分别与主泵和另 一隔离阀连接，该隔离阀与堆冷却剂进口管连接。\n利用水压活塞原理的水压式控制棒驱动机构，其管座与堆芯容器 顶盖连接，管座腔体的一侧设有管道，与泵出口管相通。活塞的中心 孔与导向罩的中心孔内安装有驱动杆，在压块与活塞之间设有弹簧， 该弹簧内侧设有驱动杆的抓爪，该抓爪与驱动杆槽配合卡住。耐压壳 的上端设有泵入口管，耐压壳的上下腔的泵入出口管之间设有短路 管，短路管上安装有电磁阀，由“堆功率过高”、“堆芯出口温度高” 及“堆芯入口温度高”信号控制电磁阀断电，电磁阀自动开启。当活 塞在下部时，压块压紧弹簧，使抓爪抓住驱动杆，泵启动后活塞受力 向上移动至顶部为止。当活塞上下压差减少至一定程度(泵断电或电 磁阀开启)，活塞下落，此时压块由耐压壳上部电磁铁吸住不下落， 这样靠弹簧力将抓爪打开，驱动杆快速下落，活塞慢速下落，当电磁 铁断电，压块下落，准备好下次提棒。\n本发明的效果：由于设有高出堆芯顶部的蓄压水池，提高了堆芯 出口压力，堆芯容器水容积波动、余热导出以及安全注水四大功能。 尤其是无需动作任何阀门即可实现余热导出和安全注水。利用带中间 夹层的板翅式换热蒸发器代替了一次换热器和二次蒸发器，减少了中 间回路，减少了设备尺寸，降低造价。利用水压活塞原理的水压式控 制棒驱动机构，形成两套独立的停堆系统，这样使该堆具有高度固有 安全性。该低温供热堆，固有安全性更高、造价低廉，可用于进行低 温供热和海水淡化。\n附图及说明\n图1为本发明的低温供热堆示意图。\n图2为本发明的水压式控制棒驱动机构示意图。\n图中：\n1.堆芯，2.堆芯容器，3.堆芯吊蓝，4.堆容器顶盖，5.控制棒驱 动机构，6.堆冷却剂出口管，7.堆冷却剂入口管，8.隔离阀，9.换热 蒸发器，10.主泵，11.竖并，12.上升管，13.注入管，14.蓄压水池， 15.上限位置探测器，16.电磁铁，17.耐压壳，18.下限位置探测器， 19.驱动杆，20.压块，21.抓爪，22.弹簧，23.活塞，24.管座，25. 导向罩，26.泵出口，27.电磁阀，28.泵入口。\n具体实施方式\n本发明以一座热功率200MW的供热堆为例，其结构如图1所示。\n本堆应称为池壳式堆，即有池式堆特点，又有密封堆芯容器。反 应堆堆芯1放置在堆芯容器2下部中央，由吊蓝3予以固定，吊蓝3 挂在堆芯容器2的堆冷却剂出口管6和堆冷却剂入口管7之间，将冷 却剂进出水口隔离，免去冷却剂出口6管与吊蓝3之间的复杂密封结 构，堆芯容器2靠上部支撑在堆芯混凝土屏蔽层上。控制棒驱动机构 5布置在堆芯容器2的球型堆容器顶盖4上，与控制棒吸收体刚性连 接。\n正常运行时主循环水从堆冷却剂出口管6流出，经隔离阀8进入 带中间夹层的板翅式换热蒸发器9，降温后的水经主泵10增压再经 另一隔离阀8、堆冷却剂入口管7回堆。\n利用带中间夹层的板翅式换热蒸发器代替一次换热器和二次蒸 发器，减少中间回路，减少设备尺寸，降低造价。\n板翅式换热蒸发器中间夹层可充水，充氮气亦可抽一定真空度， 以夹层压力的变化监督换热器隔板是否有漏。\n在堆芯容器2的一侧设有一个高出堆芯1顶部10-30m的蓄压水 池14，蓄压水池14底部设有一根注入管13与堆冷却剂入口管7相 通，注入管13设有倒U型管部分，目的是为了阻隔堆内热量传给蓄 压水池14；由堆冷却剂出口管6引出一根穿过蓄压水池14高出水池 水面5-30cm上升管12。上升管12与注入管13周围由混凝土构成 的竖井11密封，防止管道破坏造成水池漏失。\n在主管道断裂时，由注入管13向堆芯1注水，主回路间容积尽 量小，采取密封隔离措施，保证漏入主回路间的水不再向外漏出。\n在主泵10启动后，上升管12内水位低于蓄压水池14水位，降 低的高度与堆芯1压降相等，反应堆提升功率后，上升管12内水温 升高接近堆冷却剂出口管6的水温，上升管12水位上升，但仍低于 上升管12出口，自然循环不能形成。当外电源断电后，通过堆芯1 流量下降，堆芯1压降减小至一定程度时，上升管12冒水，形成自 然循环。因此，在提升功率或功率波动时由注水管维持堆芯压力。在 外电源断电或正常停堆停止一定数量主泵无需动作任何阀门实现非 能动余热导出。堆芯热量传给蓄压水池，当蓄压水池水量足够大时， 蓄压水池可做最终热阱，实现应急余热导出。\n在管道大破口事故下，堆芯压力迅速下降，此时蓄水池靠位差向 堆芯大量注水，使堆芯永远处在淹没状态，当主回路间水充满后，仍 利用蓄水池维持堆芯压力。\n高水位蓄压水池有四大功能：加压、水容积波动、非能动安全注 射、非能动余热导出，此处蓄水池还为换料时向反应堆水池充水以及 卸出水的贮存。\n由于低温供热堆功率较大，在设计时要考虑断电ATWS、甩负荷 ATWS和提棒ATWS。最好的办法是设置第二套停堆系统，也就是说在 磁阻马达控制棒驱动机构的基础上，增加了水压式控制棒驱动机构。\n利用水压活塞原理的水压式控制棒驱动机构，如图2所示。管座 24与堆容器顶盖4连接，管座24腔体的一侧设有与泵出口26连接 的管道。管座24的下端安装导向罩25，管座24的上端安装有耐压 壳17，耐压壳17内设有活塞23，活塞23的中心孔与导向罩25的中 心孔内安装驱动杆19，在耐压壳17内、驱动杆19的外侧设有压块 20，在压块20与活塞23之间设有弹簧22，弹簧22内侧设有驱动杆 19的抓爪21，该抓爪21与驱动杆的槽配合卡住。耐压壳17的上端 设有与泵入口连接的管道28，泵出口26的管道与泵入口28的管道 之间设有短路管，短路管上安装有电磁阀27。耐压壳17的顶盖上依 次设有电磁铁16和上限位置探测器15，耐压壳17的外侧壁上设有 下限位置探测器18。\n在控制棒插入底部时抓爪21在压块20重力下抓住驱动杆19， 由下限位置探测器18指示，在主泵10启动后，利用主泵10或同轴 小水泵进出口压差将活塞23推向上部，相连的控制棒即提出堆芯， 并保持在上部位置，由上限位置探测器15指示，当电磁阀27断电开 启或水泵进出口压差小到一定程度，活塞23下落、压块20靠电磁铁 16吸力仍留在上部，这样抓爪21打开驱动杆19快速下落至底，活 塞23慢慢下落，当需要再次提棒时电磁铁断电几秒，压块20下落压 紧弹簧22并使抓爪21向里运动抓住驱动杆19即可提棒。\n利用水压活塞原理，在主泵启动后，可利用主泵进出口压差(亦 可用主泵同轴水泵进出口压差)将活塞推上部，相连的控制棒即提出 堆芯，当主泵流量降至一定程度后活塞带动控制棒下落。达到热停堆 甚至可过到冷停堆，这样就不存在断电ATWS。另外在活塞23的耐压 壳17的上下腔连一个带电磁阀的短路管，短路管的电磁阀打开活塞 23上下腔压差消失，活塞23下落，而此短路管上的阀门为常开电磁 阀通电关闭，断电信号为堆功率堆芯出口温度以及堆芯入口温度。这 样就可避免甩负荷ATWS，提棒ATWS事故。