[发明专利]一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统

说明书

技术领域

本发明属于熔盐堆系统设计及安全技术领域，具体涉及一种基于 高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统。

技术背景

熔盐堆作为第四代反应堆中的一种，已成为当前国际上的热点研 究堆型。我国目前正大力开展熔盐堆的相关研究并计划建成熔盐实验 研究堆，因此需要对整个熔盐堆系统进行全面设计。余热排出系统为 熔盐堆系统的重要组成部分，因此对该系统的设计与研究为重中之 重。余热排出系统的作用可简单表述为：当正常停堆或者事故中需要 紧急停堆时，反应堆内的温度高达600摄氏度以上的高温燃料盐通过 熔盐管道排入余热排出系统，并安全储存于系统的卸料箱中。燃料盐 温度极高，并且由于放射性核素衰变，其在后续一段时间内都会以较 高功率释放热量，因此所排出的燃料盐需要高效的长期冷却，充分确 保反应堆及公众环境安全。

熔盐堆的系统设计充分强调非能动安全性的设计思路，即依靠重 力、温差和气体膨胀力等自然驱动来驱动系统运作，避免使用泵、风 机等其他电力设备。然而现有的熔盐堆燃料盐余热排出的传统设计采 用一种套管式换热元件(BayonetCoolingThimble)进行热量导出，利用 换热元件内水的液相-汽相转变实现热量传递。这种换热器配备安装 了一套复杂的由泵驱动的冷凝系统，以持续获得冷却水，实现换热元 件内冷却工质的充分冷却。显而易见，这套系统与非能动安全设计理 念尚有较大差距。这种方法依赖泵的有效运作，因此事故中系统可靠 性较差；同时系统较为繁琐，系统故障发生的可能性也会相应提升。

发明说明

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于高温 热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，该系统充分结合高温热管技 术，利用高温热管内液态金属工质的相变自然循环和排热风筒内部的 空气自然对流，实现卸料箱内燃料盐热量的长期高效排放；该系统的 运作仅依靠系统本身的自然驱动力自发进行，避免了外界驱动力的引 入，使系统运行(尤其在事故工况下)更为可靠，同时使系统结构得 到大幅简化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于高温热管的熔盐堆新型非能动余热排出系统，包括排热 风筒1，设置在排热风筒1内的熔盐卸料箱5；所述熔盐卸料箱5为 立式熔盐罐，立于排热风筒1内，从上至下依次包括卸料箱上封头8、 卸料箱直筒段9和卸料箱下封头10，卸料箱直筒段9侧面安插布置 高温热管阵列4；所述高温热管阵列4为环形排列管束，整体位于卸 料箱直筒段9中间偏下区域，每层高温热管在卸料箱直筒段9横截面 位置对称布置，间距均匀，每列高温热管竖直对齐，层与层间距保持 一致；高温热管蒸发段完全插入卸料箱直筒段9内，高温热管冷凝段 伸出熔盐卸料箱5外，暴露于排热风筒1内的空气中，高温热管绝热 段为连接高温热管蒸发段和高温热管冷凝段的过渡区域，每根高温热 管均向上倾斜，使高温热管冷凝段上翘；最底层高温热管冷凝段高于 排热风筒1的进风口3；不同的熔盐堆功率设计会导致一回路排出的 燃料盐有不同的温度和衰变热功率，因此所需高温热管的总数量为几 十根至上百根；连通熔盐堆一回路的熔盐管道7以及连通熔盐堆惰性 保护气体系统的保护气体管道2连接在卸料箱上封头8；熔盐管道7 从顶部中央插入，穿过高温热管蒸发段区域，直达卸料箱下封头10； 相关压力、温度测量仪表部件根据需求安装于卸料箱上封头8上；

熔盐堆采用液态熔盐作为燃料，当熔盐堆停堆或者发生事故，需 要排放燃料盐时，熔盐堆一回路内高温燃料盐通过熔盐管道7排放至 熔盐卸料箱5内；高温燃料盐逐步注入熔盐卸料箱5，液面上升逐渐 淹没高温热管蒸发段，使高温热管自动启动；高温热管内的工作介质 在高温热管蒸发段受热蒸发，沿高温热管流过高温热管绝热段，在高 温热管冷凝段冷却液化，之后回流至高温热管蒸发段，形成流动循环； 熔盐热量沿热管，通过高温热管冷凝段排放至散热风筒1内；空气从 散热风筒1底部进风口3进入排热风筒1，自下而上流过高温热管阵 列4，从排热风筒1出口流出，形成自然对流。

所述的高温热管外观为柱状金属棒。

所述高温热管冷凝段与水平面有5～10度夹角，以多层形式整齐 布置于卸料箱直筒段9侧面；冷凝段上安装有翅片。

所述高温热管内的的工作介质为钠、钾或者钠钾合金。

所述排热风筒1具有锥度，顶部空气出口直径小于底部直径；进 风口位于底部侧面，共计2～6个。