专利名称:一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液态金属加热系统，特别涉及一种液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统。
背景技术：
液态金属冷却池式自然循环反应堆采用液态金属作为冷却剂，当反应堆的功率很低时，堆芯所产生的热量将不足以维持主回路中的液态金属冷却剂的温度在熔点以上。若冷却剂一发生凝固，将会对堆本体的系统和设备造成严重的破坏。因此，当反应堆功率很低时，必须对液态金属冷却剂进行加热，以维持其为液态。
目前，液态金属反应堆的辅助加热系统，主要有以下几种方式
其中一种方式同中国实验快堆的辅助加热方式，二回路和事故余热排出系统的中间回路包裹着有电跟踪加热器，当反应堆功率水平很低时，电跟踪加热器对二回路和中间回路的钠进行加热，然后通过主热交换器和独立热交换器，将热量传递给主容器内的钠，同时要求主泵保持运转状态，以维持堆内的钠循环。但这种方式的加热设备布置在主容器内，且位于池内冷却剂上部，因此增加了堆内结构的复杂性；该方式同时要求主泵和二回路泵低功率运转，不仅降低了系统的可靠性和安全性，而且也不适用于主冷却剂采用自然循环流动形式的反应堆。
另一种方式同比利时加速器驱动的铅铋合金冷却快堆的加热方式，在该方式是在主容器底部放置了一个冷却剂调节系统，系统中安装电加热器，当停堆检修时，用来加热铅铋冷却剂到需要的温度。但这种方式的加热装置安装在主容器内，不仅增加了堆内结构的复杂性,而且系统检查和维修也不方便。
此外，中国实验快堆采用的气体加热系统是在主容器充钠前采用氩气对主容器、主容器内部设备构件及反应堆安全容器进行预热，当达到目的后，该系统被拆除，因此到那个反应堆停堆后不能起到辅助加热的作用。
发明内容
本发明提供了一种系统结构简单，启动方便，满足液态金属冷却自然循环池式反应堆需求的辅助加热系统。
本发明实现了在液态金属反应堆主容器外对堆内液态金属冷却剂进行辅助加热的功能，运行时无需增加或启动堆内构件，可有效提高反应堆的可靠性和安全性。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，包括氮气贮存罐、过滤器、气体加热器、热氮气输入管、安全容器、主容器、抽气机以及设备之间相连的管道及阀门；氮气贮存罐与过滤器相连，之后连接气体加热器，最终同热氮气输入管相连；一根热氮气输入管的安装孔布置在在堆顶盖上，该管道出口位于主容器和安全容器形成的环腔底部；四台抽气机的安装孔均匀布置在堆顶盖上，将环腔内经过热交换后的氮气抽出，抽气机是氮气循环的主要动力，完成氮气的闭式循环；其中，
当反应堆功率降低到不足以维持液态金属的温度在熔点以上时，氮气贮存罐的出口阀门打开，系统启动，氮气从贮存罐流到过滤器内，过滤后通过气体加热器进行加热，在抽气机作用下，加热的氮气进入热氮气输入管；热氮气从输入管出口流出，在环形腔室内对主容器和安全容器自下而上进行加热，最终由均匀布置安装在堆顶盖上并联的四台抽气机抽出，完成一次氮气闭式循环的过程。
其中，系统设置在反应堆主容器外侧，避免了将系统直接置于容器内而导致的反应堆堆内结构复杂性的增加。
其中，热氮气输入管位于主容器和安全容器形成的环腔内，热氮气输入管的安装孔布置在堆顶盖上，其出口位于主容器和安全容器形成的环腔底部。
本发明的原理为
一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，包括氮气贮存罐、过滤器、气体加热器、热氮气输入管、主容器、安全容器、抽气机以及设备之间相连的管道及阀门。系统为一闭式循环结构，一根热氮气输入管从堆顶盖插入主容器和安全容器之间的环形腔室内，4台抽气机的安装口均匀布置在堆顶盖上。
热氮气输入管将加热的氮气通入主容器和安全容器形成的腔室底部，热氮气自下向上流动，通过对流换热对主容器进行加热，最后由抽气机抽出腔室，再通过相关的管道进入过滤器，完成一次循环过程。该系统布置在主容器外，运行时无需启动堆内设备，可有效提高系统的安全性和可靠性。
与现有技术相比，本发明的优点是
1.热氮气输入管安装在主容器和安全容器形成的环形腔室内，无需增加堆内构件，因此系统结构简单，运行时无需启动堆内构件，可有效提高系统的可靠性与安全性。
2.在满足堆内整体温度高于液态金属熔点的同时，系统使堆内靠近主容器底部的液态金属吸收较大的热量，沿主容器的底部向上，主容器附近液态金属吸收的热量逐渐减小，引起主容器内上下冷却剂产生密度差，使液态金属冷却剂在主容器内形成微自然循环的流动形式，有利于容器内液态金属的温度分布均匀，避免了容器内的液态金属冷却剂因局部温度过低而凝固。
图1为系统结构示意图；
图2为热氮气输入管和抽气机安装孔在堆顶盖的布置图。
图中，I为氮气贮存罐、2为过滤器、3为气体加热器、4为热氮气输入管、5为安全容器、6为主容器、7为抽气机。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述
该系统包括氮气忙存罐1、过滤器2、气体加热器3、热氮气输入管4、安全容器5、主容器6、抽气机7以及设备之间相连的管道及阀门。氮气贮存罐I与过滤器2相连，之后连接气体加热器3,最终同热氮气输入管道4相连。一根热氮气输入管4的安装孔布置在在堆顶盖上，该管道出口位于主容器6和安全容器5形成的环腔底部。四台抽气机7的安装孔均匀布置在堆顶盖上，将环腔内经过换热的氮气抽出，完成氮气闭式循环过程。
当反应堆功率降低到不足以维持液态金属的温度在熔点以上时，氮气贮存罐I的出口阀门打开，系统启动。氮气从贮存罐I流到过滤器2内，过滤后通过气体加热器3进行加热，在抽气机7作用下，加热的氮气进入热氮气输入管；热氮气从输入管出口流出，在环形腔室内对主容器和安全容器自下而上进行加热，最终由均匀布置安装在堆顶盖上并联的四台抽气机7抽出，完成一次氮气闭式循环的过程。
系统中的过滤器2可以除去风机内的灰尘和杂物等，以免赃物污染系统管道和设备。气体加热器3是加热氮气的主要热源。抽气机7是系统氮气循环的主要动力，而且四台抽气机安装布置均匀，并联运行时可在环腔内形成对称的氮气流场，可增强传热效果。
与现有技术相比，该系统结构简单，安装方便；设备均布置在主容器外，运行时无需启动堆内设备，可有效提高系统的安全性和可靠性；系统可使主容器内的液态金属形成微自然循环的流动形式，适用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统；系统采用氮气闭式循环，可防止放射性物质的散逸，也可降低系统的运行成本。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域：
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求
限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，其特征在于，包括氮气贮存罐(I)、过滤器(2)、气体加热器(3)、热氮气输入管(4)、安全容器(5)、主容器(6)、抽气机(7)以及设备之间相连的管道及阀门；氮气贮存罐(I)与过滤器(2)相连，之后连接气体加热器(3)，最终同热氮气输入管⑷相连；一根热氮气输入管⑷的安装孔布置在堆顶盖上，该管道出口位于主容器(6)和安全容器(5)形成的环腔底部；四台抽气机(7)的安装孔均匀布置在堆顶盖上，将环腔内经过热交换后的氮气抽出，抽气机(7)是氮气循环的主要动力，完成氮气的闭式循环； 其中，当反应堆功率降低到不足以维持液态金属的温度在熔点以上时，氮气贮存罐(I)的出口阀门打开，系统启动，氮气从贮存罐(I)流到过滤器(2)内，过滤后通过气体加热器(3)进行加热，在抽气机(7)作用下，加热的氮气进入热氮气输入管；热氮气从输入管出口流出，在环形腔室内对主容器和安全容器自下而上进行加热，最终由均匀布置安装在堆顶盖上并联的四台抽气机(X)抽出，完成一次氮气闭式循环的过程。
2.根据权利要求
1所述的一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，其特征在于，系统设置在反应堆主容器(6)外侧，避免了将系统直接置于容器内而导致的反应堆堆内结构复杂性的增加。
3.根据权利要求
1所述的一种用于液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，其特征在于热氮气输入管(4)位于主容器和安全容器形成的环腔内，热氮气输入管(4)的安装孔布置在在堆顶盖上，其出口位于主容器(6)和安全容器(5)形成的环腔底部。
专利摘要
本发明公开了一种液态金属冷却自然循环反应堆的辅助加热系统，包括氮气贮存罐(1)、过滤器(2)、气体加热器(3)、热氮气输入管(4)、主容器(5)、安全容器(6)、抽气机(7)以及设备之间相连的管道与阀门。该系统实现了在液态金属池式反应堆主容器外对堆内液态金属冷却剂进行辅助加热的功能，系统结构简单，运行时无需增加或启动堆内构件，系统运行后可使主容器内的液态金属形成微自然循环，同时也可有效提高反应堆的可靠性和安全性。
文档编号G21C15/247GKCN103021483SQ201210591655
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日
发明者王桂梅, 赵鹏程, 陈钊, 周涛, 吴宜灿 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan