[发明专利]基于一体式换热器的小型氟盐堆非能动余排系统

说明书

本发明公开了一种基于一体式换热器的小型氟盐堆非能动余排系统，包括堆芯、热池、冷池、冷热池隔板、3台并联的主热‑余热一体式换热器、空冷器及余排回路管道。本发明采用主热‑余热一体式换热器导出热量，余排回路和二回路共同在一体式换热器紧凑空间内与一回路工质换热，有助于减小换热器体积及反应堆小型化。余排回路采用比热大、导热能力强、沸点高且熔点低的镓为冷却剂，有较好的换热特性且可在正常运行和事故工况下保持液态。余排管道采用金属材料钛，具有强抗腐蚀性，其耐磨蚀特性适用于小型氟盐堆建设的西部风沙严重地区；钛的比强度高，可加工成利于散热的小热阻薄壁管道。本发明为小型氟盐堆提供了紧凑安全高效的非能动余排系统方案。

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种基于一体式换热器的小型氟盐堆非能动余排系统。

背景技术

氟盐冷却高温堆结合了多种第四代反应堆优势，包括熔盐堆高温低压熔盐冷却剂、高温气冷堆采用包覆颗粒燃料以及液态金属冷却快堆非能动安全系统的特点，具有良好的安全性、经济性、可持续性和防核扩散性。

前期氟盐冷却高温堆的技术研发多集中在大型堆的研究设计上，随着小型模块化反应堆的发展，模块化设计建造、选址灵活、适应性强、用途广泛的小型模块化氟盐冷却高温堆得到了广泛的关注和研究。

考虑到小型氟盐堆的应用特点，以及匹配体积小、重量轻、成本低等优势，与其相应的非能动余热排出系统亟待开发，确保反应堆在正常停堆和事故工况下有效导出衰变热。小型氟盐堆采用熔盐作为冷却剂，其温度较高，传统的水回路式余排系统在常压下难以正常工作；同时考虑到紧凑性的要求，为节省堆内空间，不宜单独设置余排换热器。

综上，根据大温差、小体积的特点，对小型氟盐堆的余排系统提出了新的要求，既不能占用太大体积，也不能使余排工质出现过热沸腾或凝固，且应尽量工作在常压状态以确保安全性。因此，研发适用的非能动余热排出系统，是整个反应堆系统工程的必要环节，有助于推动我国自主掌握小型氟盐堆非能动余热排出系统设计技术的进程。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于一体式换热器的小型氟盐堆非能动余排系统，节省堆内空间，提高换热效率，保证反应堆的安全性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于一体式换热器的小型氟盐堆非能动余排系统，包括位于反应堆容器8内的堆芯1、热池2、热池2下方的冷池3、热池2和冷池3之间的冷热池隔板4、贯穿热池2和冷池3的主热-余热一体式换热器5，位于反应堆容器8外的空冷器 6以及连接主热-余热一体式换热器5与空冷器6的余排回路管道7；堆芯1贯穿冷热池隔板4，堆芯1下部入口位于冷池3，上部出口位于热池2。

所述主热-余热一体式换热器5包括换热器外壳5-16，固定连接在换热器外壳5-16底部和顶部的下封头5-12和上封头5-11，位于换热器外壳5-16内底部中心和下封头5-12中心处的余排回路入口套筒5-13，位于上封头5-11中心的余排回路出口套筒5-14，位于换热器中心的余排管束5-7，位于余排管束5-7外围的二回路管束5-8，余排管束5-7由上管板5-9和余排回路入口套筒5-13固定，二回路管束5-8由上管板5-9和下管板5-10固定；

主热-余热一体式换热器5内有三个流体区：壳侧一回路冷却剂区A、管侧主热传输二回路冷却剂区B和管侧余排回路冷却剂区C；壳侧一回路冷却剂区A是由换热器外壳5-16内侧、余排回路入口套筒5-13外侧以及余排管束5-7和二回路管束5-8的外侧构成的一回路冷却剂流动空间；管侧主热传输二回路冷却剂区 B是由换热器外壳5-16与余排回路入口套筒5-13之间的二回路管束5-8内侧、余排回路入口套筒5-13外侧和下封头5-12内侧组成区域以及余排回路出口套筒 5-14外侧和上封头5-11内侧组成区域共同构成的二回路冷却剂流动空间；管侧余排回路冷却剂区C是由余排回路入口套筒5-13内侧、余排回路出口套筒5-14 内侧以及与其连接的余排管束5-7内侧构成的余排回路冷却剂流动空间；