衰变余热，反应堆容器4内主冷却剂系统温度升高，隔离阀门2自动开启，外界空气 通过冷空气下降管道10进入，外界流入的空气在冷空气下降管道10与绝热的圆柱形隔热 层8和冷池内侧隔热板11接触，温度基本保持不变，经过圆柱形隔热层8与冷池内侧隔热 板11底部空间流入热空气上升管道7,在热空气上升管道7底部与堆芯外侧隔热板12接触 被加热，加热后的热空气密度减小，向上流动进入烟囱1。
[0014] 参考一个典型的池内液态重金属冷却反应堆，堆芯功率100丽，其余热功率为 1MW，主冷却剂总装载量为600吨。反应堆堆芯总高度为6m，烟囱高度固定为15m ;根据反应 堆容器空气冷却系统的设计，在热空气上升管道和冷空气下降管道直径较大、数目较少时， 空气流速小，进出口温差较小，空气自然对流换热系数较大，使得空气的排热能力较小；在 热空气上升管道和冷空气下降管道直径较小、数目较多时，空气流速大，进出口温差较大， 空气自然对流换热系数较小，同样使得空气的排热能力较小；综合考虑选取最佳管道直径 和数目使得空气的排热能力达到最佳，基于此反应堆池内热空气上升管道和冷空气下降管 道直径选取14cm，管道数目取72。
[0015] 在反应堆正常运行工况下，主冷却剂温度处于正常范围（300~385°C )，热空气上 升管道与冷空气下降管道的隔离阀门处于关闭状态，管道存留有适量空气。
[0016] 当反应堆处于事故工况时，主冷却剂温度异常升高（大于385°C )，超过隔离阀门 的整定值，隔离阀门自动开启，外界空气通过冷空气下降管道进入，经过下降管道的底部进 入热空气上升管道，堆芯外侧热隔板依靠热辐射和热传导，使得空气在进入热空气上升管 道的底部就开始被加热，加热后的空气上升流入烟囱，排入大气；流入的空气冷却堆芯外侧 隔热板，从而达到冷却堆芯的目的，通过计算可以得到堆芯外侧隔热板的温度，判定其是否 高于堆芯正常工作时温度，从而判定本发明装置能否将堆芯余热有效排出。
[0017] 以具体实例的实施参数举例说明（以IOOMff池内铅铋冷却反应堆为例）
【主权项】
1. 一种池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述系统能不 依靠任何外部电源将堆芯余热高效排出，包括：烟囱（1)、隔离阀门（2)、热池（3)、反应堆容 器（4)、冷池（5)、堆芯（6)、热空气上升管道（7)、圆柱形隔热层（8)、热池外侧隔热板（9)、 冷空气下降管道（10)、冷池内侧隔热板（11)和堆芯外侧隔热板（12);其中堆芯外侧隔热 板（12)布置在堆芯（6)外围，热池外侧隔热板（9)位于热池（3)外围并与堆芯外侧隔热板 (12)相连结；冷池内侧隔热板（11)安装在冷池（5)内侧，从堆芯（6)底部直至反应堆容器 (4)顶部，冷池内侧隔热板（11)和堆芯外侧隔热板（12)、热池外侧隔热板（9)共同悬挂在 冷池（5)内，其中堆芯外侧隔热板（12)采用热导率较好的材料，热池外侧隔热板（9)和冷 池内侧隔热板（11)采用绝热材料；热池外侧隔热板（9)与堆芯外侧隔热板（12)相连，并与 冷池内侧隔热板（11)留有适当间隙；构成半封闭的热隔板结构，在热池外侧隔热板（9)与 堆芯外侧隔热板（12)与冷池内侧隔热板（11)内部中间安装圆柱形隔热层（8)，圆柱形隔 热层（8)底部与冷池内侧隔热板（11)底部间保持一定距离，且圆柱形隔热层（8)与热池外 侧隔热板（9)与堆芯外侧隔热板（12)与冷池内侧隔热板（11)的距离均相同；热空气上升 管道（7)和冷空气下降管道（10)分别位于圆柱形隔热层（8)的两侧，位于冷池内侧隔热板 (11) 一侧的为冷空气下降管道（10)，位于热池外侧隔热板（9) 一侧的为热空气上升管道 (7);热空气上升管道（7)和冷空气下降管道（10)均延伸到反应堆容器（4)的外部，热空气 上升管道（7)直接将加热后的空气流入烟囱（1)，排入大气，而冷空气下降管道（10)与外界 空气连通。2. 根据权利要求1所述的一种池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统，其特 征在于：在堆芯外侧隔热板（12)、热池外侧隔热板（9)与冷池内侧隔热板（11)中间区域安 装圆柱形隔热层（8)，圆柱形隔热层（8)底部与冷池内侧隔热板（11)底部要留有一定空间， 圆柱形隔热层（8)和热池外侧隔热板（9)、冷空气下降管道（10)、冷池内侧隔热板（11)、堆 芯外侧隔热板（12)的间隙厚度相当，圆柱形隔热层（8)材料为绝热。3. 根据权利要求1所述的一种池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统，其特 征在于：圆柱形隔热层（8)两侧分别为的热空气上升管道（7)和冷空气下降管道（10)，共 分为4组，热空气上升管道（7)出口直接与烟囱（1)相通，冷空气下降管道（10)入口直接 与外界空气接触。4. 根据权利要求1所述的一种池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统，其特 征在于：在与热空气上升管道（7)和冷空气下降管道（10)中，分别装有隔离阀门（2)，隔离 阀门（2)受反应堆容器（4)内主冷却剂系统温度控制，正常运行时，隔离阀门（2)处于关闭 状态，停堆后由于衰变余热，反应堆容器（4)内主冷却剂系统温度升高，隔离阀门（2)自动 开启。
【专利摘要】本发明公开一种池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统，该池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统位于液态重金属冷却反应堆池内，主要由热空气上升管道、冷空气下降管道、圆柱形隔热层、烟囱、阀门组成，安装在液态重金属冷却反应堆冷池内侧、热池和堆芯外侧间的热隔板空隙内。本发明完全依靠空气的自然循环，采用重力驱动的非能动方式，不借助任何外部电源将堆芯余热排出，所述的池内液态重金属冷却反应堆非能动余热排出系统能在事故工况下瞬时启动，无需人为干涉，该系统设备简单，换热面积大，排出堆芯热量效率高，能够较好的维持反应堆安全状态。
【IPC分类】G21C15/18
【公开号】CN105261401
【申请号】CN201510559216
【发明人】王晓娟, 宋勇, 金鸣, 柏云清, 李亚洲
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月28日