[发明专利]一种温度触发的池式反应堆非能动事故余热排出系统

说明书

技术领域

本发明涉及池式反应堆非能动事故余热排出系统，属于池式反应堆的核反应堆设计技术、核安全技术和安全设施技术等相关领域。

背景技术

在池式核反应堆中，冷却剂在外部驱动力或自然循环驱动力的驱使下实现循环流动，通过导热、对流换热和辐射换热的方式实现热量传递，由一回路和二回路组成的热量传输系统实现此功能。其中，一回路的功能是由一回路冷却剂将堆芯中因核裂变产生的热量传输给二回路冷却剂，从而冷却堆芯，防止燃料棒烧毁。二回路的功能是由二回路冷却剂将一回路系统的热量传递给热阱，实现全系统的最终冷却。

当遭遇地震、全厂断电、蒸汽发生器损坏、二回路失效、一回路边界破裂等事故工况时，堆芯的余热无法通过一回路、二回路导出。为了能够顺利地释放出堆芯余热，避免堆芯裂变燃料熔化，必须设置一个事故余热排出系统。

国外设计的池式反应堆的事故余热排出系统通常是在反应堆安全容器外侧设置一个反应容器空气冷却系统，用于事故时排出堆芯余热，如欧盟的XADS、MYRRHA和EA都是采用这种形式。这种形式虽然可以在铅铋温度超过限值时排出堆芯的余热，但是由于反应容器空气冷却系统是由温差引起的完全非能动系统，反应容器空气冷却系统只能通过反应堆容器壁面带走热量，带出的热量有限，不能及时高效的带走热量。只有铅铋和容器壁温度较高时，才能有效的带走余热，在反应堆刚停堆时，该系统不能有效启动，不能及时的导出堆芯热量。

国内已建成的池式钠冷快堆—中国实验快堆的事故余热排出系统是一套独立的热传输系统，有独立的一回路和二回路，且采用自然循环的方式进行冷却，在系统的主管道中不设任何阀门，具有较好的非能动安全特性。但是空气热交换器的进出口风门的启动是能动的，在一定程度上降低了系统的非能动性。

国外已建成的池式钠冷快堆的事故余热排出系统通常是在二回路并联一个辅助冷却系统，用于事故时排出堆芯余热。这种设计虽然可以在事故时排出堆芯余热，但是由于辅助冷却系统与二回路并联，当两个系统共用的部分出现故障时，可能导致辅助冷却系统失效，从而无法带走余热。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有的池式反应堆的事故余热排出系统非能动性差、有效性差、带出热量效率低的问题，提供一种四套相互独立的依靠自然循环就能将堆芯的余热有效的排出，依靠堆芯出口温度来触发该事故余热排出系统，具有安全性、高效性、非能动性、高可靠性和独立性。

本发明的技术解决方案：一种温度触发的池式反应堆非能动事故余热排出系统，由反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统组成，在反应堆出现紧急事故，所有能动冷却系统都无法启动时，一方面可以由堆芯直接冷却系统从反应堆堆芯直接带走热量，防止堆芯熔化；另一方面由安全容器辅助冷却系统通过安全容器来带走堆芯的热量；所述反应堆堆芯直接冷却系统与主冷却回路直接相连，包括安装在反应堆铅铋池内的独立热交换器、空气热交换器、排气烟囱及连接管道，独立热交换器和空气热交换器通过连接管道连接，环境空气作为最终热阱，通过空气热交换器冷却铅铋，由排气烟囱排到大气环境；所述反应堆安全容器辅助冷却系统包括反应堆主容器、安全容器、主容器与安全容器之间的狭窄间隙、空气下降通道、空气上升通道(其中包括冷空气上升通道和热空气上升通道)、智能温控开关(由弹簧、绝热挡板和双金属片组成)、排气烟囱；所述冷空气下降通道和热空气上升管道由一层绝热壁隔离开；环境空气作为最终热阱，冷空气通过冷空气下降通道进入地坑，热空气通过上升通道从上部出口流出安全壳，由排气烟囱排到大气环境；所述的由弹簧、绝热挡板和双金属片组成的智能温控开关，在反应堆正常运行时，堆芯温度加热双金属片，使双金属片向上弯曲刚好触及绝热挡板的底部，弹簧拉住绝热挡板，使绝热挡板处于水平位置，阻止了空气上升空气通道中空气的流通，此时开关处于闭合状态；当反应堆发生事故，堆芯温度升高，此时双金属片的温度进一步升高使得双金属片向上弯曲的程度更高，向上推开绝热挡板，此时开关处于打开状态。所述的反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统的触发信号是温度，当堆芯温度处于正常温度时，智能温控开关处于闭合状态，反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统处于备用状态；当堆芯温度升高，此时智能温控开关处于打开状态，反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统处于工作状态。