用于核反应堆的加热器及核反应堆的制作方法

本发明涉及核反应堆领域，具体地，涉及核反应堆的冷却剂的温度控制领域。

背景技术：

在核反应堆中，通常需要由冷却剂来带走反应堆堆芯的热量。例如，在一种核反应堆中，采用低熔点的液态金属(如钠、铅、铅铋共晶合金等)来充当核反应堆冷却剂。这种核反应堆在启动运行之前、停止运行之后以及低功率运行时，都必须保证冷却剂处于熔融状态。当核反应堆未运行或功率很低时，堆芯所产生的热量将不足以维持液冷却剂的温度在熔点以上。若冷却剂发生凝固，将对核反应堆的系统和设备造成严重的破坏。因此，需要专门设置核反应堆的加热装置，以对冷却剂进行加热。

现有技术中对核反应堆冷却剂的加热方案一般采用间接加热的方式，例如在核反应堆外部加热气体，再使得热气体穿过核反应堆外围的主容器的通道中以对冷却剂进行加热。但这样的方案存在换热热阻大，加热效果不佳，加热系统复杂等问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提出一种加热效率更高、加热温度场更加均匀的用于核反应堆的加热器。

本发明一方面提供了一种用于核反应堆的加热器，其包括：

加热装置，所述加热装置用于对核反应堆中的冷却剂进行加热，其设置在核反应堆的底部；

固定装置，所述固定装置用于固定所述加热装置；

支撑装置，所述支撑装置设置在所述加热装置的外周；

连接装置，所述连接装置与所述支撑装置固定连接，所述连接装置与所述加热装置可拆卸的连接，以及所述连接装置与所述固定装置可拆卸的连接。

在一些实施例中，所述加热装置包括加热管以及电加热丝，所述电加热丝设置在所述加热管的内部。

在一些实施例中，所述固定装置包括第一固定部和第二固定部，第一固定部和第二固定部分别为金属焊接形成的交错的板型结构，并且第一固定部和第二固定部基于加热管的盘绕路径在其上形成多个半槽，使得第一固定部与第二固定部相配合后，所述多个半槽形成多个槽，从而，所述多个加热管穿过所述槽而被固定；

所述第一固定部与所述第二固定部通过焊接的方式固定连接。

在一些实施例中，所述支撑装置包括支撑筒，所述支撑筒底端与所述连接装置固定连接，并且两者连通，使得所述加热装置的电加热丝以及导线能够通过所述连接装置以及支撑装置；

所述支撑筒的上端延伸至所述核反应堆外部。

在一些实施例中，在支撑装置的不同高度处设置有温度传感器，所述温度传感器设置成采集冷却剂的温度。

在一些实施例中，所述连接装置包括：

与所述支撑装置固定连接的管座；

多个槽部，所述加热装置通过所述槽部插入所述连接装置，所述固定装置通过所述槽部插入所述连接装置；

在所述加热装置插入所述连接装置的外壁处通过焊接的方式使得两者固定连接；

在所述固定装置插入所述连接装置的外壁处通过焊接的方式使得两者固定连接。

在一些实施例中，所述温度传感器的导线通过支撑筒的内腔引出至所述核反应堆之外。

本发明另一方面提供了一种核反应堆，其包括上述的加热器。

基于上述技术方案可知，本发明至少取得了以下有益效果：

1、本发明将加热装置设置在核反应堆的底部，采用直接加热的方式对冷却剂进行加热，与传统的通过换热器或者在主容器外围间接加热的方式相比，完全避免了换热过程中由于核反应堆主容器5和核反应堆内的复杂构件所带来的附加热阻，加热效果更好，且在对冷却剂进行加热时，充分利用了热流体上升，冷流体下降的自然对流特性，更容易形成核反应堆主容器内冷却剂的自然对流，因而相比传统加热方式更容易实现核反应堆内冷却剂的均匀升温。

2、根据一些实施例，支撑装置4包括支撑筒，支撑筒底端与所述连接装置3固定连接，并且两者连通，使得加热装置1的电加热丝11以及导线能够通过连接装置3以及支撑装置4；支撑筒的上端延伸至核反应堆的外部，将温度传感器布置于支撑筒的不同高度位置，实现对加热后的核反应堆内的冷却剂温度场进行立体监测，从而将冷却剂的温度控制在一定范围内，以实现对冷却剂中氧浓度的测量与控制。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的加热器的示意图；

图2为应用图1中的加热器的核反应堆的示意图；

图3(a)为图1中的加热装置的俯视图；

图3(b)为图1中的加热装置的剖视图；

图4(a)为图1中的固定装置的一个固定部的俯视图；

图4(b)为图1中的固定装置的一个固定部的斜视图；

图5为图1中的加热器的支撑装置的放大图；

图6为图1中的加热器的连接装置的放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种核反应堆的加热器，包括加热装置1、固定装置2、连接装置3和支撑装置4。

加热装置1设置在核反应堆的底部，用于对核反应堆中的冷却剂进行加热；固定装置2用于固定加热装置1；支撑装置3设置在加热装置1的外周；连接装置4与支撑装置3固定连接，连接装置4与加热装置1和固定装置2可拆卸的连接。

本发明的实施例中采用直接加热方式，减少了传统的间接加热方式需要换热工质以及对换热工质进行加热所带来的系统复杂性，且完全避免了换热过程中由于核反应堆主容器5和核反应堆内的复杂构件所带来的附加热阻，加热效果更好；同时，本发明的实施例中将加装置1布置在核反应堆的底部，其位于核反应堆堆芯6的下部，充分利用了热流体上升，冷流体下降的自然对流特性，通过自然对流使得核反应堆内冷却剂的温度场更加均匀。

根据一些实施例，如图3(a)和3(b)所示，加热装置1包括加热管12以及设置在加热管12内部的电加热丝11。优选地，加热装置1为电加热管盘，即由加热管12绕制而成的盘状结构。

本发明的实施例中采用电加热的方式来对核反应堆的冷却剂进行加热，加热功率可控性更高，系统更加简单。

优选地，固定装置2包括两个固定部，如图4(a)和4(b)所示，固定部为金属焊接形成的交错的板型结构，并且两个固定部上形成有多个半槽，半槽形成的位置与加热管12的盘绕路径相对应，使得两个固定部相配合后，多个半槽能够形成多个槽，且加热装置1的多个加热管12能够穿过槽而被固定。在将加热装置1设置于槽中后，两个固定部之间通过焊接的方式固定连接。优选地，半槽的形状为半圆形。

通过这样的设置，固定装置2实现了对加热装置1的可靠的固定。

更优选地，加热装置1和固定装置2均为对称结构(轴对称、中心对称)，这样两个固定部可设置为完全相同的结构，方便工艺生产。

对于一些核反应堆，例如对于采用铅铋共晶合金(lbe)作为冷却剂的核反应堆，为了降低冷却剂对核反应堆结构材料的腐蚀，需要将冷却剂的温度控制在一定范围内，以实现对冷却剂中氧浓度的测量与控制。但现有技术中的方案难以对加热后的核反应堆内的冷却剂温度场进行立体监测。

为解决上述问题，根据一些实施例，支撑装置4包括支撑筒，支撑筒底端与所述连接装置3固定连接，并且两者连通，使得加热装置1的电加热丝11以及导线能够通过连接装置3以及支撑装置4；支撑筒的上端延伸至核反应堆的外部。在图2所示的实施例中，支撑筒的上端穿过核反应堆顶盖51延伸至核反应堆的外部。通过这样的设置，将电加热丝11和导线引入核反应堆外，以便于在核反应堆外进行加热功率的调节。

优选地，如图5所示，在支撑装置4的不同高度处设置有温度传感器41，用于采集冷却剂的温度。更优选地，温度传感器41的导线通过支撑筒的内腔引出至核反应堆之外。

本发明的实施例中在支撑装置4的不同高度位置布置温度传感器41，有利于在核反应堆升温过程中，对核反应堆轴向及径向的温度进行实时采集，监控核反应堆的温度变化，并根据温度变化对加热功率进行调节，保障了核反应堆在加热过程中的安全。

根据一些实施例，如图6所示，连接装置3包括管座31和多个槽部。管座31与支撑装置4固定连接；加热装置1通过槽部插入连接装置3，并在加热装置1插入连接装置3的外壁处通过焊接的方式使得两者固定连接；固定装置2通过槽部插入连接装置3，并在固定装置2插入连接装置3的外壁处通过焊接的方式使得两者固定连接。优选地，加热装置1通过与其端部形状相对应的槽部32插入连接装置3；固定装置2通过与其端部形状相对应的槽部33插入连接装置3。

通过这样的设置，加热器的加热装置1、固定装置2和支撑装置4均与连接装置3固定连接，形成了加热器的整体结构；且电加热丝11和导线可通过对应的槽部32进入连接装置3内腔，并通过管座31引入支撑筒的内腔，进一步引出至核反应堆之外。

优选地，加热器中连接部3和支撑管4的个数均为图1所示的四个。可以理解的是，当加热装置1的对称结构改变，不再是在四个方向上引出四部分引线时，连接部3和支撑管4的个数和设置位置也可以适应性地改变。

优选地，加热管12、固定装置2和连接装置3均由不锈钢材料制造而成。

本发明另一方面提供了一种核反应堆，其包括上述的加热器。优选地，如图2所示，其包括主容器5、堆芯6和上述的加热器。电加热管盘作为加热装置1，设置于堆芯6的下方；堆芯6的周侧包括多个支撑筒，支撑筒在不同高度位置布置有温度传感器41，且支撑筒的上端穿过核反应堆顶盖51延伸至核反应堆的外部。

本发明的实施例中采用电加热管盘作为加热装置直接加热冷却剂，与传统的通过换热器或者主容器外围间接加热的方式相比，加热效果更好；且加热装置布置在核反应堆堆芯下方，使得在冷却剂进行加热时，更容易形成核反应堆主容器内冷却剂的自然对流，因而相比传统加热方式更容易实现核反应堆内冷却剂的均匀升温；此外，本发明的实施例中将温度传感器布置于支撑筒的不同高度位置，有利于在核反应堆升温过程中，对其轴向及径向的温度进行实时采集，监控核反应堆温度变化，并通过由支撑筒引出的导线对加热功率进行调节，以保障核反应堆在加热过程中的安全。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。