一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置

1.一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置，其特征在于包括：水池(1)、螺旋管(2)、截止阀一(3)、截止阀二(4)、截止阀三(8)、截止阀四(9)、截止阀五(10)、截止阀六(11)、加热器(5)、水泵(6)、储水罐(7)、热交换器的二回路冷却剂出口端(12)、热交换器的二回路冷却剂进口端(13)、二回路冷却剂系统的入口端(14)和二回路冷却剂系统的出口端(15)；复合型装置与二回路冷却剂系统为一个并联环路，二回路冷却剂系统的入口端(14)通过截止阀五(10)与热交换器的二回路冷却剂出口端(12)相连，二回路冷却剂系统的出口端(15)通过截止阀六(11)与热交换器的二回路冷却剂进口端(13)相连，加热器(5)的一端依次通过截止阀二(4)和截止阀四(9)与热交换器的二回路冷却剂出口端(12)相连，加热器(5)的另一端通过水泵(6)与储水罐(7)的一端相连，储水罐(7)的另一端通过截止阀三(8)与热交换器的二回路冷却剂进口端(13)相连，螺旋管(2)的一端依次通过截止阀一(3)和截止阀四(9)与热交换器的二回路冷却剂出口端(12)相连，螺旋管(2)的另一端与储水罐(7)相连，螺旋管(2)浸泡在水池(1)中，截止阀二(4)、加热器(5)和水泵(6)与截止阀一(3)和螺旋管(2)为一个并联环路。
2.根据权利要求1所述的辅助加热与余热排出复合型装置，其特征在于：反应堆运行时，与二回路冷却剂系统的入口端(14)和二回路冷却剂系统的出口端(15)相连的截止阀五(10)、截止阀六(11)打开，与储水罐(7)和加热器(5)相连的截止阀三(8)、截止阀四(9)关闭，与加热器(5)相连的截止阀二(4)关闭，与螺旋管(2)相连的截止阀一(3)关闭，通过二回路冷却剂系统带走主容器内堆芯产生的热量；反应堆停止运行时，与二回路冷却剂系统的入口端(14)和二回路冷却剂系统的出口端(15)相连的截止阀五(10)、截止阀六(11)关闭，与储水罐(7)和加热器(5)相连的截止阀三(8)、截止阀四(9)打开，与加热器(5)相连的截止阀二(4)打开，与螺旋管(2)相连的截止阀一(3)关闭，通过辅助加热装置对主容器内液态重金属冷却剂进行加热，防止液态重金属冷却剂发生凝固；反应堆二回路冷却剂系统功能失效时，与二回路冷却剂系统的入口端(14)和二回路冷却剂系统的出口端(15)相连的截止阀五(10)、截止阀六(11)关闭，与储水罐(7)和加热器(5)相连的截止阀三(8)、截止阀四(9)打开，与加热器(5)相连的截止阀二(4)关闭，与螺旋管(2)相连的截止阀一(3)打开，通过余热排出装置将主容器内堆芯产生的余热排出。

一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出\n复合型装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种反应堆冷却剂辅助加热与余热排出装置技术，特别涉及一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置。\n背景技术\n[0002] 池式液态重金属冷却反应堆停止运行时，液态重金属冷却剂温度降低，由于液态重金属熔点较高当液态重金属冷却剂温度低于其熔点时极容易引起凝固事故，即使液态重金属冷却剂温度高于其熔点较小范围，也有可能出现液态重金属冷却剂的局部凝固事故，所以有必要设计能够实现主容器内液态重金属冷却剂加热的辅助加热系统。\n[0003] 目前，池式液态重金属冷却反应堆中的辅助加热系统，主要有以下几种类型：\n[0004] 第一种是在反应堆主容器与安全容器间的环形空腔内通入高温氮气，通过高温氮气与主容器的换热实现对主容器内液态重金属冷却剂的加热功能，但是这种方式传热效率较低，并会导致环形空腔内气体压力的变化影响安全容器的安全功能。\n[0005] 第二种是在堆芯下方装入加热丝来实现对主容器内液态重金属冷却剂的加热功能，但是在反应堆长期的高温辐照腐蚀环境影响下，加热丝的可用性将会受到一定影响。\n[0006] 池式液态重金属冷却反应堆事故停堆后，主泵停止运行，二回路循环泵停止运行，通过堆芯的冷却剂流量急剧减少，堆芯功率降低，主回路冷却剂温度升高，存在燃料包壳融化的风险，为保证及时将堆芯余热带走，有必要设计余热排出系统保证堆芯的冷却能力。\n[0007] 目前，池式液态重金属冷却反应堆中的余热排出系统，主要有以下几种类型：\n[0008] 第一种是在主容器外壁面装设换热管，通过换热管内空气的自然循环能力依靠辐射换热将主容器壁面的热量带走，从而降低主容器内冷却剂温度，带走堆芯余热，但是这种方法的换热效率较低。\n[0009] 第二种是在主容器内装设余热换热器，通过与主回路冷却剂的直接换热降低主回路冷却剂温度，带走堆芯热量，但是这种方法需要在主容器内额外装设余热换热器，增加了主容器内设备布置的复杂性。\n发明内容\n[0010] 本发明的目的是提供一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置。\n[0011] 本发明技术解决方案如下：一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置，包括：水池、螺旋管、截止阀一、截止阀二、截止阀三、截止阀四、截止阀五、截止阀六、加热器、水泵、储水罐、热交换器的二回路冷却剂出口端、热交换器的二回路冷却剂进口端、二回路冷却剂系统的入口端和二回路冷却剂系统的出口端；复合型装置与二回路冷却剂系统为一个并联环路，二回路冷却剂系统的入口端通过截止阀五与热交换器的二回路冷却剂出口端相连，二回路冷却剂系统的出口端通过截止阀六与热交换器的二回路冷却剂进口端相连，加热器的一端依次通过截止阀二和截止阀四与热交换器的二回路冷却剂出口端相连，加热器的另一端通过水泵与储水罐的一端相连，储水罐的另一端通过截止阀三与热交换器的二回路冷却剂进口端相连，螺旋管的一端依次通过截止阀一和截止阀四与热交换器的二回路冷却剂出口端相连，螺旋管的另一端与储水罐相连，螺旋管浸泡在水池中，截止阀二、加热器和水泵与截止阀一和螺旋管为一个并联环路。\n[0012] 进一步的，反应堆运行时，与二回路冷却剂系统的入口端和二回路冷却剂系统的出口端相连的截止阀五、截止阀六打开，与储水罐和加热器相连的截止阀三、截止阀四关闭，与加热器相连的截止阀二关闭，与螺旋管相连的截止阀一关闭，通过二回路冷却剂系统带走主容器内堆芯产生的热量；反应堆停止运行时，与二回路冷却剂系统的入口端和二回路冷却剂系统的出口端相连的截止阀五、截止阀六关闭，与储水罐和加热器相连的截止阀三、截止阀四打开，与加热器相连的截止阀二打开，与螺旋管相连的截止阀一关闭，通过辅助加热装置对主容器内液态重金属冷却剂进行加热，防止液态重金属冷却剂发生凝固；反应堆二回路冷却剂系统功能失效时，与二回路冷却剂系统的入口端和二回路冷却剂系统的出口端相连的截止阀五、截止阀六关闭，与储水罐和加热器相连的截止阀三、截止阀四打开，与加热器相连的截止阀二关闭，与螺旋管相连的截止阀一打开，通过余热排出装置将主容器内堆芯产生的余热排出。\n[0013] 与现有技术相比，本发明的特点是：\n[0014] 本发明辅助加热与余热排出复合型装置结构简单，不需要在主容器内增加额外部件，有效提高反应堆的可靠性和安全性。\n[0015] 辅助加热与余热排出复合型装置的运行不会影响其他系统的安全性，换热效率较高。\n[0016] 辅助加热与余热排出复合型装置具有加热容器内液体重金属冷却剂的功能与排出堆芯余热的功能。\n附图说明\n[0017] 图1为本发明提供的一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置示意图，其中，1为水池，2为螺旋管，3为截止阀一，4为截止阀二，5为加热器，6为水泵，7为储水罐，8为截止阀三，9为截止阀四，10为截止阀五，11为截止阀六，12热交换器的二回路冷却剂出口端、13热交换器的二回路冷却剂进口端、14二回路冷却剂系统的入口端，\n15二回路冷却剂系统的出口端。\n具体实施方式\n[0018] 下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：\n[0019] 如图1所示，本发明一种用于池式液态重金属冷却反应堆的辅助加热与余热排出复合型装置，包括水池1、螺旋管2、截止阀3、截止阀4、截止阀8、截止阀9、截止阀10、截止阀\n11、加热器5、水泵6、储水罐7、热交换器的二回路冷却剂出口端12、热交换器的二回路冷却剂进口端13、二回路冷却剂系统的入口端14和二回路冷却剂系统的出口端15；复合型装置与二回路冷却剂系统为一个并联环路，二回路冷却剂系统的入口端14通过截止阀10与热交换器的二回路冷却剂出口端12相连，二回路冷却剂系统的出口端15通过截止阀11与热交换器的二回路冷却剂进口端13相连，加热器5的一端通过截止阀4、截止阀9与热交换器的二回路冷却剂出口端12相连，加热器5的另一端通过水泵6与储水罐7的一端相连，储水罐7的另一端通过截止阀8与热交换器的二回路冷却剂进口端13相连，螺旋管2的一端通过截止阀3、截止阀9与热交换器的二回路冷却剂出口端12相连，螺旋管2的另一端与储水罐7相连，螺旋管2浸泡在水池1中，截止阀4、加热器5、水泵6与截止阀3、螺旋管2为一个并联环路。\n[0020] 反应堆运行时，与二回路冷却剂系统的入口端14和二回路冷却剂系统的出口端15相连的截止阀10、截止阀11打开，与储水罐7和加热器5相连的截止阀8、截止阀9关闭，与加热器5相连的截止阀4关闭，与螺旋管2相连的截止阀3关闭，低温的二回路冷却剂从二回路冷却剂系统的出口端15通过截止阀11后进入热交换器的二回路冷却剂进口端13，在热交换器中吸收一回路冷却剂的热量后温度升高，从热交换器的二回路冷却剂出口端12流出，然后经过截止阀10后进入二回路冷却剂系统的入口端14，在二回路冷却剂系统中将二回路冷却剂吸收的热量带走，完成一个循环；\n[0021] 反应堆停止运行时，与二回路冷却剂系统的入口端14和二回路冷却剂系统的出口端15相连的截止阀10、截止阀11关闭，与储水罐7和加热器5相连的截止阀8、截止阀9打开，与加热器5相连的截止阀4打开，与螺旋管2相连的截止阀3关闭，加热器5开始运行，将储水罐7及环路中的水加热到一定温度，然后水泵6开始运行，将高温的水通过截止阀8送入热交换器的二回路冷却剂进口端13，在热交换器中将热量传递给一回路冷却剂后温度降低，从热交换器的二回路冷却剂出口端12流出，然后经过截止阀9、截止阀4流入加热器5中继续加热，完成一个循环，通过辅助加热系统对主容器内液态重金属冷却剂进行加热，达到防止液态重金属冷却剂发生凝固的目的。\n[0022] 反应堆二回路冷却剂系统功能失效时，与二回路冷却剂系统的入口端14和二回路冷却剂系统的出口端15相连的截止阀10、截止阀11关闭，与储水罐7和加热器5相连的截止阀8、截止阀9打开，与加热器5相连的截止阀4关闭，与螺旋管2相连的截止阀3打开，在主容器中吸收堆芯热量后的高温水从热交换器的二回路冷却剂出口端12流出，通过截止阀9、截止阀3后流入螺旋管2，螺旋管2中的高温水在水池1中释放热量后通过储水罐7与截止阀8流入热交换器的二回路冷却剂进口端13，继续在主容器中吸收堆芯产生的热量，完成一个循环，通过余热排出装置达到将主容器内堆芯产生的余热排出的目的。\n[0023] 与现有技术相比，本发明辅助加热与余热排出复合型装置结构简单，不需要在主容器内增加额外部件，有效提高反应堆的可靠性和安全性。辅助加热与余热排出复合型装置的运行不会影响其他系统的安全性，换热效率较高。