反应堆的非动能安全系统、反应堆及海洋能源系统的制作方法

1.本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种反应堆的非动能安全系统、反应堆及海洋能源系统。


背景技术：

2.热管堆由于高温、固态堆芯、无主泵、受姿态影响小等特点，在海洋应用极具优势。充分保障核安全是核能技术能够应用的重要条件。在陆上核电厂的设计中，通常会设计停堆系统和非能动余热排出系统，当核电厂发生全厂断电等事故时，首先停堆棒在重力的作用下(不依赖外部驱动力)落入堆芯中，实现反应堆停堆，然后非能动余热排出系统在冷、热流体密度差的驱动下，依靠自然循环(不依赖外部驱动力)将反应堆停堆后的余热带出，从而保证反应堆放射性物质不外泄。显然，陆上电厂的设计中，这些安全系统发挥作用需要一定的条件，其一是反应堆的姿态固定，这样停堆棒才可能在重力的作用下直接竖直的落入堆芯活性区；其二是有较大的空间，布置竖直方向较长的非能动余热排出冷却器等关键安全设备，并且只有数值长度长，自然循环的驱动力才足够大，方能将堆芯余热排出。
3.上述条件在深海应用的热管堆上难以满足，无法满足传统非能动余热排出系统对数值空间的需求。


技术实现要素：

4.本发明提供一种反应堆的非动能安全系统，用以解决现有处于海洋中的反应堆，其姿态受海洋环境的影响较大，无法保证堆芯和停堆棒时刻处于竖直方向，停堆棒也无法在重力的作用下落棒停堆，无法满足传统非能动余热排出系统对数值空间需求的缺陷，通过利用故障条件下热管堆的热管温度升高，传热介质受热膨胀，将反应堆的反射层推出堆芯活性区范围外，反应堆得不到反射中子后逐渐停堆，并且通过传热介质将反应堆余热传导至外部，从而同时实现反应堆自动停堆和非能动余热排出两个功能，将传统陆上核电厂的停堆系统和非能动余热排出系统合二为一，节省了空间。
5.本发明还提供一种反应堆。
6.本发明又提供一种海洋能源系统。
7.根据本发明第一方面提供的一种反应堆的非动能安全系统，包括：
8.第一腔室，所述第一腔室内部设置有堆芯活性区；
9.第二腔室，所述第二腔室内部容纳有传热介质；
10.第三腔室，所述第三腔室内部设置有堆芯反应层，并环绕在所述第一腔室和所述第二腔室的外部；
11.热管，所述热管依次穿过所述第一腔室和所述第二腔室；
12.还包括：运行状态和故障状态；
13.在所述运行状态下，所述堆芯反应层在所述第三腔室内对应所述第一腔室设置；
14.在所述故障状态下，所述热管将热量传递给所述传热介质，所述传热介质受热膨
胀后从所述第二腔室进入所述第三腔室，并推动所述堆芯反应层从对应所述第一腔室的位置移动至对应所述第二腔室的位置，实现反应堆的停堆。
15.根据本发明的一种实施方式，还包括：容纳槽和可熔体；
16.所述容纳槽环绕在所述第一腔室和所述第二腔室的外部，用于容纳所述堆芯反应层；
17.所述容纳槽朝向所述第一腔室一侧为敞口端，所述容纳槽朝向所述第二腔室一侧为封闭端；
18.所述封闭端与所述第二腔室相对所述第一腔室的远端形成有开口，所述可熔体设置于所述开口处，实现所述第二腔室与所述第三腔室的隔离；
19.其中，在所述故障状态下，所述可熔体受热熔化，所述第二腔室和所述第三腔室通过所述开口连通。
20.具体来说，本实施例提供了一种容纳槽和可熔体的实施方式，通过设置近似迷宫结构的容纳槽，使得一方面能够实现对堆芯反应层的容纳，另一方面传热介质从第二腔室进入第三腔室后，沿热管延伸方向，自第二腔室的一端向第一腔室一端流动，并从敞口端推动堆芯反应层在容纳槽内移动，堆芯反应层在容纳槽内从对应第一腔室的位置移动至对应第二腔室的位置，即将堆芯反应层推离堆芯活性区，反应堆得不到反射中子后逐渐停堆，实现反应堆的停堆。
21.在可能的实施方式中，可熔体为铝。
22.根据本发明的一种实施方式，在所述运行状态下，所述传热介质的温度低于所述可熔体的温度，所述可熔体将所述开口封闭。
23.具体来说，本实施例提供了一种传热介质与可熔体的实施方式，通过将传热介质在运行状态下，传热介质温度低于可熔体，可熔体完全封闭开口，实现第二腔室和第三腔室的分隔。
24.根据本发明的一种实施方式，所述传热介质为液态金属。
25.具体来说，本实施例提供了一种传热介质的实施方式，将传热介质设置为液态金属，使得传热介质具有更好的流动性能和传热性能。
26.根据本发明的一种实施方式，还包括：屏蔽体，所述屏蔽体设置于所述第一腔室和所述第二腔室之间，用于将所述第一腔室和所述第二腔室分隔成独立的腔室。
27.具体来说，本实施例提供了一种屏蔽体的实施方式，通过设置屏蔽体，实现了第一腔室和第二腔室的分隔。
28.根据本发明的一种实施方式，还包括：壳体，所述壳体内部形成所述第三腔室；
29.其中，在所述故障状态下，所述传热介质与所述壳体接触，将反应堆的余热传递至外界。
30.具体来说，本实施例提供了一种壳体的实施方式，通过设置壳体，实现了非动能安全系统形成整体结构，并在海洋中通过壳体与海水接触，将反应堆的热量扩散至海洋中，实现非动能余热的排出，提供完善的非动能安全方案。
31.根据本发明的一种实施方式，所述第三腔室为真空腔室。
32.具体来说，本实施例提供了一种第三腔室的实施方式，通过将第三腔室设置为真空腔室，利用真空实现隔热，保证反应堆、热管和传热介质不向外部泄露热量。
33.根据本发明的一种实施方式，所述热管为横卧式布置。
34.具体来说，本实施例提供了一种热管的实施方式，采用横卧式的布置方式，节约了布置空间，节省装备壳体的直径需求，较小的直径更利于深海条件下的承压性能，解决了在紧凑的空间下，传统非能动余热排出系统无法满足对数值空间的需求。
35.在可能的实施方式中，热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，热管的蒸发段浸在第一腔室内，热管的绝热段浸在第二腔室内，热管的冷凝段伸出第二腔室，实现在运行状态下，对反应堆的降温。
36.根据本发明第二方面提供的一种反应堆，具有上述的一种反应堆的非动能安全系统。
37.根据本发明第三方面提供的一种海洋能源系统，具有上述的一种反应堆的非动能安全系统，或者上述的一种反应堆。
38.本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种反应堆的非动能安全系统、反应堆及海洋能源系统，通过利用故障条件下热管堆的热管温度升高，传热介质受热膨胀，将反应堆的反射层推出堆芯活性区范围外，反应堆得不到反射中子后逐渐停堆，并且通过传热介质将反应堆余热传导至外部，从而同时实现反应堆自动停堆和非能动余热排出两个功能，将传统陆上核电厂的停堆系统和非能动余热排出系统合二为一，节省了空间。
39.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
40.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以简单地介绍，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。
41.图1是本发明提供的反应堆的非动能安全系统的布置关系示意图之一；
42.图2是本发明提供的反应堆的非动能安全系统的布置关系示意图之二。
43.附图标记：
44.10、第一腔室；11、堆芯活性区；
45.20、第二腔室；21、传热介质；
46.30、第三腔室；31、堆芯反应层；32、容纳槽；
47.40、热管；41、蒸发段；42、绝热段；43、冷凝段；
48.50、可熔体；
49.60、屏蔽体；
50.70、壳体；
51.80、封闭体。
具体实施方式
52.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.在本发明的一些具体实施方案中，如图1和图2所示，本方案提供一种反应堆的非动能安全系统，包括：第一腔室10，第一腔室10内部设置有堆芯活性区11；第二腔室20，第二腔室20内部容纳有传热介质21；第三腔室30，第三腔室30内部设置有堆芯反应层31，并环绕在第一腔室10和第二腔室20的外部；热管40，热管40依次穿过第一腔室10和第二腔室20。
54.进一步地，反应堆的非动能安全系统还包括：运行状态和故障状态；在运行状态下，堆芯反应层31在第三腔室30内对应第一腔室10设置；在故障状态下，热管40将热量传递给传热介质21，传热介质21受热膨胀后从第二腔室20进入第三腔室30，并推动堆芯反应层31从对应第一腔室10的位置移动至对应第二腔室20的位置，实现反应堆的停堆。
55.详细来说，本发明提供一种反应堆的非动能安全系统，用以解决现有处于海洋中的反应堆，其姿态受海洋环境的影响较大，无法保证堆芯和停堆棒时刻处于竖直方向，停堆棒也无法在重力的作用下落棒停堆，无法满足传统非能动余热排出系统对数值空间需求的缺陷，通过利用故障条件下热管40堆的热管40温度升高，传热介质21受热膨胀，将反应堆的反射层推出堆芯活性区11范围外，反应堆得不到反射中子后逐渐停堆，并且通过传热介质21将反应堆余热传导至外部，从而同时实现反应堆自动停堆和非能动余热排出两个功能，将传统陆上核电厂的停堆系统和非能动余热排出系统合二为一，节省了空间。
56.在本发明一些可能的实施例中，还包括：容纳槽32和可熔体50；容纳槽32环绕在第一腔室10和第二腔室20的外部，用于容纳堆芯反应层31；容纳槽32朝向第一腔室10一侧为敞口端，容纳槽32朝向第二腔室20一侧为封闭端；封闭端与第二腔室20相对第一腔室10的远端形成有开口，可熔体50设置于开口处，实现第二腔室20与第三腔室30的隔离；其中，在故障状态下，可熔体50受热熔化，第二腔室20和第三腔室30通过开口连通。
57.具体来说，本实施例提供了一种容纳槽32和可熔体50的实施方式，通过设置近似迷宫结构的容纳槽32，使得一方面能够实现对堆芯反应层31的容纳，另一方面传热介质21从第二腔室20进入第三腔室30后，沿热管40延伸方向，自第二腔室20的一端向第一腔室10一端流动，并从敞口端推动堆芯反应层31在容纳槽32内移动，堆芯反应层31在容纳槽32内从对应第一腔室10的位置移动至对应第二腔室20的位置，即将堆芯反应层31推离堆芯活性区11，反应堆得不到反射中子后逐渐停堆，实现反应堆的停堆。
58.在可能的实施方式中，可熔体50为铝。
59.在可能的实施方式中，容纳槽32包括了圆筒状的两个隔离板，容纳槽32的封闭端一侧设置封闭体80，封闭体80实现两个隔离板靠近第二腔室20端部一侧的封闭，即容纳槽32在封闭端一侧的封闭。
60.在本发明一些可能的实施例中，在运行状态下，传热介质21的温度低于可熔体50的温度，可熔体50将开口封闭。
61.具体来说，本实施例提供了一种传热介质21与可熔体50的实施方式，通过将传热介质21在运行状态下，传热介质21温度低于可熔体50，可熔体50完全封闭开口，实现第二腔
室20和第三腔室30的分隔。
62.在本发明一些可能的实施例中，传热介质21为液态金属。
63.具体来说，本实施例提供了一种传热介质21的实施方式，将传热介质21设置为液态金属，使得传热介质21具有更好的流动性能和传热性能。
64.在本发明一些可能的实施例中，还包括：屏蔽体60，屏蔽体60设置于第一腔室10和第二腔室20之间，用于将第一腔室10和第二腔室20分隔成独立的腔室。
65.具体来说，本实施例提供了一种屏蔽体60的实施方式，通过设置屏蔽体60，实现了第一腔室10和第二腔室20的分隔。
66.在本发明一些可能的实施例中，还包括：壳体70，壳体70内部形成第三腔室30；其中，在故障状态下，传热介质21与壳体70接触，将反应堆的余热传递至外界。
67.具体来说，本实施例提供了一种壳体70的实施方式，通过设置壳体70，实现了非动能安全系统形成整体结构，并在海洋中通过壳体70与海水接触，将反应堆的热量扩散至海洋中，实现非动能余热的排出，提供完善的非动能安全方案。
68.在本发明一些可能的实施例中，第三腔室30为真空腔室。
69.具体来说，本实施例提供了一种第三腔室30的实施方式，通过将第三腔室30设置为真空腔室，利用真空实现隔热，保证反应堆、热管40和传热介质21不向外部泄露热量。
70.在本发明一些可能的实施例中，热管40为横卧式布置。
71.具体来说，本实施例提供了一种热管40的实施方式，采用横卧式的布置方式，节约了布置空间，节省装备壳体70的直径需求，较小的直径更利于深海条件下的承压性能，解决了在紧凑的空间下，传统非能动余热排出系统无法满足对数值空间的需求。
72.在可能的实施方式中，热管40包括蒸发段41、绝热段42和冷凝段43，热管40的蒸发段41浸在第一腔室10内，热管40的绝热段42浸在第二腔室20内，热管40的冷凝段43伸出第二腔室20，实现在运行状态下，对反应堆的降温。
73.在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种反应堆，具有上述的一种反应堆的非动能安全系统。
74.在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种海洋能源系统，具有上述的一种反应堆的非动能安全系统，或者上述的一种反应堆。
75.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
76.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
77.最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参
照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。