非能动余热排出系统的制作方法

1.本发明涉及核动力技术领域，尤其涉及一种非能动余热排出系统。


背景技术：

2.保证核安全是核能技术应用的前提，反应堆在停堆后相当长一段时间内，由于剩余裂变和裂变产物衰变而产生余热，不断产生的余热使堆芯温度、压力逐步升高，为保证反应堆的安全，必须及时可靠地排出反应堆的余热，否则会发生堆芯熔化、压力边界和安全壳破损等事故。核电厂为此专门设计了非能动余热排出系统，当发生全厂断电事故时，利用自然循环原理，依靠回路中工质密度差和位差所形成的驱动力，克服回路中的流动阻力使工质产生流动，形成循环，将反应堆余热导入最终热阱。
3.非能动余热排出系统大大提升了核反应堆的安全性，其中的启动装置是系统能否成功导出反应堆余热的关键，目前主要的启动装置是在非能动余热排出冷却器的冷却水口设置电磁阀，当全厂断电时，电磁阀失电自动打开，冷却水进入冷却器对反应堆系统进行冷却。在深海条件下，如果设置电磁阀，可能存在以下问题：
4.首先，深海独特的高压条件，而电磁阀与外部高压海水直接接触，那么电磁阀能否在断电时顺利开启，存在一定风险；其次，深海复杂恶劣的环境存在腐蚀等条件，长久通电可能造成电磁阀的误开，引发故障报警。


技术实现要素：

5.本发明提供一种非能动余热排出系统，用以解决现有技术中非能动余热排出系统的启动装置安全性差的缺陷。
6.本发明提供一种非能动余热排出系统，包括：反应堆子系统，所述反应堆子系统内设置有滑道，所述滑道延伸至冷却子系统内；所述冷却子系统，所述冷却子系统设有多个通海口，其中，位于所述冷却子系统的底部的所述通海口设有阀门，所述冷却子系统与所述反应堆子系统连接且分隔，所述冷却子系统内设置有液态金属；停堆棒，所述停堆棒设置在所述滑道内；启动子系统，所述启动子系统的部分设置在所述滑道内，并与所述停堆棒和所述阀门连接。
7.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述冷却子系统包括：腔体，所述腔体与所述反应堆子系统连接并分隔，所述腔体内设置有所述液态金属；冷却管路，所述冷却管路设置在所述腔体内，所述冷却管路与所述通海口连接。
8.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述启动子系统包括活塞，所述活塞设置在所述滑道内，所述活塞的两端分别与所述停堆棒和所述阀门连接。
9.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述启动子系统还包括至少一个滑轮，所述滑轮与所述腔体连接，所述活塞与所述阀门连接的钢丝绳绕过所述滑轮。
10.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述反应堆子系统还包括：反应堆舱，所述反应堆舱与所述腔体连接；反应堆，所述反应堆设置在所述反应堆舱内，所述滑道
的一端位于所述反应堆内。
11.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述反应堆舱的外径与所述腔体的外径相同。
12.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述反应堆子系统包括环形热管，所述环形热管设置在所述反应堆舱内，所述环形热管套设在所述滑道的外部，并延伸至所述腔体内。
13.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，还包括发电舱，所述发电舱与所述腔体连接且分隔，其中，所述环形热管延伸至所述发电舱内。
14.根据本发明提供的一种非能动余热排出系统，所述发电舱的外径与所述腔体的外径相同。
15.本发明提供的非能动余热排出系统，在发生事故时，利用液态金属热胀冷缩的原理推动启动子系统和停堆棒运动，在实现停堆的同时将阀门打开，从而为冷却子系统和反应堆子系统进行降温。本发明提供的非能动余热排出系统，利用液态金属热胀冷缩的原理以及启动子系统的机械运动，同时实现了反应堆子系统自动停堆，以及阀门的开启，提升了非能动余热排出系统的可靠性，保证了反应堆的安全。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的非能动余热排出系统的结构示意图之一；
18.图2是图1中示出的a-a剖面图；
19.图3是本发明提供的非能动余热排出系统的结构示意图之二；
20.附图标记：
21.10：反应堆舱；
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11：滑道；
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12：反应堆；
22.13：环形热管；
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14：停堆棒；
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20：腔体；
23.21：通海口；
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22：阀门；
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23：冷却管路；
24.30：发电舱；
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40：活塞；
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41：滑轮。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
26.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.下面结合图1-图3描述本发明的非能动余热排出系统。
28.在本发明的一个实施例中，非能动余热排出系统包括：反应堆子系统、冷却子系统、停堆棒14和启动子系统。反应堆子系统内设置有滑道11，滑道11延伸至冷却子系统内。冷却子系统设有多个通海口21，其中，位于冷却子系统的底部的通海口21设有阀门22，冷却子系统与反应堆子系统连接且分隔，冷却子系统内设置有液态金属。停堆棒14设置在滑道11内，启动子系统的部分设置在滑道11内，并与停堆棒14和阀门22连接。
29.具体来说，正常运行工况下，如图1所示，冷却子系统的阀门22关闭，停堆棒14处于反应堆子系统的堆芯活性区域外。在事故工况下，如图3所示，反应堆子系统内的反应堆12丧失冷却能力，反应堆子系统内温度持续上升，由于冷却子系统与反应堆子系统连接，反应堆子系统向冷却子系统传热，将冷却子系统内的液态金属加热，液态金属受热后膨胀，推动启动子系统的部分沿滑道11滑动，启动子系统推动停堆棒14沿滑道11向反应堆子系统运动，进入反应堆12的堆芯活性区域内，实现停堆。同时，启动子系统在运动时，带动冷却子系统的阀门22打开，海水进入冷却子系统内，从而对液态金属进行降温冷却，液态金属降温后对反应堆子系统进行降温冷却。
30.进一步地，在现有技术中，停堆棒14位于反应堆12的上方，在事故工况时，停堆棒14利用自重滑落至反应堆12内，实现反应堆子系统停堆。在本技术中，停堆棒14与反应堆12水平设置，其适用于高度空间有限的情形。停堆棒14与反应堆12水平设置，在液态金属受热膨胀时，液态金属推动停堆棒14运动，停堆棒14进入反应堆12内，实现自动停堆。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，启动子系统可以为活塞40，当冷却子系统内的液态金属受热膨胀后，推动活塞40沿着滑道11移动，活塞40推动停堆棒14由冷却子系统进入反应堆子系统的堆芯活性区域，从而实现反应堆子系统停堆。同时，活塞40在移动过程中，带动阀门22打开，将海水引入冷却子系统内。
32.本发明实施例提供的非能动余热排出系统，在发生事故时，利用液态金属热胀冷缩的原理推动启动子系统和停堆棒运动，在实现停堆的同时将阀门打开，从而为冷却子系统和反应堆子系统进行降温。本发明实施例提供的非能动余热排出系统，利用液态金属热胀冷缩的原理以及启动子系统的机械运动，同时实现了反应堆子系统自动停堆，以及阀门的开启，提升了非能动余热排出系统的可靠性，保证了反应堆的安全。
33.如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，冷却子系统包括：腔体20和冷却管路23。腔体20与反应堆子系统连接并分隔，腔体20内设置有液态金属。冷却管路23设置在腔体20内，冷却管路23与通海口21连接。
34.具体来说，在本实施例中，腔体20与反应堆子系统连接，以将反应堆子系统内的热量传递至腔体20内，腔体20上设置有多个通海口21，在如图2所示的实施例中，腔体20上设置有三个通海口21，其中，位于腔体20底部的通海口21上设置有阀门22，其余两个通海口21为常开状态。腔体20内还设置有冷却管路23，冷却管路23与多个通海口21连通。具体地，如图2所示，位于腔体20顶部的两个通海口21之间不连通，以便海水可以由位于腔体20底部的通海口21进入后，由顶部的两个通海口21流出，实现循环冷却，以将腔体20内液态金属的热量带走，从而对液态金属和反应堆子系统进行冷却。
35.如图1和图3所示，在本发明的一个实施例中，启动子系统包括活塞40，活塞40设置在滑道11内，活塞40的两端分别与停堆棒14和阀门22连接。
36.具体来说，图1为非能动余热排出系统处于正常工况时的状态，此时，停堆棒14位
于反应堆子系统的堆芯活性区域外。
37.图3为非能动余热排出系统处于事故工况时的状态。在事故工况下，反应堆子系统内的反应堆丧失冷却能力，反应堆子系统内温度持续上升，热量传递至腔体20内，从而将腔体20内的液态金属加热，液态金属受热膨胀，推动活塞40沿着滑道11向反应堆子系统运动，在运动过程中，停堆棒14进入反应堆子系统内的堆芯活性区域，实现停堆。同时，活塞40运动时，带动阀门22打开，海水由位于腔体20底部的通海口21进入，对腔体20内的液态金属进行冷却，海水吸收液态金属的热量后从剩余的通海口21流出。腔体20内的液态金属降温后，可对反应堆子系统进行降温，从而保证反应堆的安全。
38.进一步地，在本发明的一个实施例中，启动子系统还包括至少一个滑轮41，滑轮41与腔体20连接，活塞40与阀门22连接的钢丝绳绕过该滑轮41。
39.具体来说，在本实施例中，滑轮41的数量为两个，分别设置在腔体20的侧壁与底部，以便于活塞40在移动过程中带动阀门22的转轮转动，从而将阀门22打开。
40.可以理解的是：滑轮41的设置是为了方便活塞40在运动过程中带动阀门22打开，滑轮41的数量以及设置位置可根据具体工况而进行调整。
41.如图1和图3所示，在本发明的一个实施例中，反应堆子系统包括：反应堆舱10和反应堆12。反应堆舱10与腔体20连接，反应堆12设置在反应堆舱10内，滑道11的一端位于该反应堆12内。
42.具体来说，反应堆舱10内设置有反应堆12，在正常工况下，停堆棒14位于反应堆的堆芯活性区域外，在本实施例中，停堆棒14位于冷却子系统的腔体20内。当发生事故时，停堆棒14在液态金属的推动下进入堆芯活性区域内，从而实现停堆。
43.进一步地，在本发明的一个实施例中，反应堆舱10的外径与腔体20的外径相同，也即反应堆舱10与腔体20组成整体结构，反应堆舱10与腔体20之间通过隔板隔开。
44.如图1和图3所示，在本发明的一个实施例中，反应堆子系统还包括环形热管13，环形热管13设置在反应堆舱10内，环形热管13套设在滑道11的外部，并延伸至腔体20内。
45.具体来说，环形热管13设置在反应堆舱10内，在事故工况下，反应堆内温度持续升高，环形热管13的温度也升高，由于环形热管13延伸至腔体20内，其可将腔体20内的液态金属加热，液态金属受热膨胀，推动活塞40沿着滑道11向反应堆子系统运动，在运动过程中，停堆棒14进入反应堆子系统内，实现停堆。同时，活塞40运动时，带动阀门22打开，海水由位于腔体20底部的通海口21进入，对腔体20内的液态金属进行冷却，同时也对腔体20内的环形热管13进行冷却，环形热管13将冷量传递至反应堆舱10内，从而对反应堆舱10内进行降温冷却。
46.如图1和图3所示，在本发明的一个实施例中，非能动余热排出系统还包括发电舱30，发电舱30与腔体20连接且分隔，其中，环形热管13延伸至发电舱30内。
47.具体来说，在本实施例中，反应堆舱10、腔体20和发电舱30的外径均相同，三者构成一个整体，三者之间用隔板隔开，以发挥各个舱体的功效。
48.以下以图1和图3所示的实施例为例，详细说明本发明提供的非能动余热排出系统的工作原理。
49.正常工况下，停堆棒14位于反应堆12的堆芯活性区域外。
50.在事故工况下，反应堆12内温度持续升高，环形热管13的温度也升高，反应堆12内
的热量由环形热管13以及隔板传递至腔体20内，将腔体20内的液态金属加热，液态金属受热膨胀，推动活塞40沿着滑道11向反应堆子系统运动，在运动过程中，停堆棒14进入反应堆子系统的堆芯活性区域内，实现停堆。同时，活塞40运动时，钢丝绳绕过滑轮41，带动阀门22的转轮转动，从而将阀门22打开，海水由位于腔体20底部的通海口21进入，对腔体20内的液态金属进行冷却，同时也对腔体20内的环形热管13进行冷却，环形热管13以及隔板将冷量传递至反应堆舱10内，从而对反应堆舱10内进行降温冷却。
51.本发明实施例提供的非能动余热排出系统，停堆棒在液态金属受热膨胀的作用下，被推入反应堆活性区域内，实现停堆。在活塞移动过程中，利用钢丝绳和滑轮将腔体上的阀门打开，引入海水对液态金属和反应堆进行冷却，实现非能动冷却。本发明实施例提供的非能动余热排出系统，全过程无需人员干预，也无需电源等外部保障，正常运行工况无误开风险，液态金属受热膨胀可产生较大的拉力，从而保障了深海环境下阀门能够可靠打开。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。