一种熔盐快堆

文档序号:25528793发布日期:2021-06-18 20:19阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种熔盐快堆,其特征在于,其包括活性区,所述活性区包括燃料盐区和冷却区;所述冷却区中的冷却剂为超临界二氧化碳。

2.如权利要求1所述的熔盐快堆,其特征在于,所述冷却区的单位体积换热面积为2~358m2/m3,较佳地为37~290m2/m3,更佳地为47~162m2/m3,进一步更佳地为130~162m2/m3

和/或,所述活性区中,所述燃料盐区和所述冷却区的体积比为(3~25):1,较佳地为(3~20):1,更佳地为(8~20):1;

和/或,所述活性区的形状为中空圆柱体或中空六棱柱;

和/或,所述活性区的等效直径为20~200cm,较佳地为100~200cm,更佳地为145~200cm;

和/或,所述活性区的等效高度为20~200cm,较佳地为134~200cm,更佳地为145~200cm;

和/或,所述活性区包括堆芯内壳;所述堆芯内壳的形状较佳地为中空圆柱体、中空球体或中空六棱柱体;所述堆芯内壳的壁厚较佳地为0.5~8cm,更佳地为2~8cm;所述堆芯内壳的材料较佳地为镍基合金、钼基合金、铼基合金、铌基合金或锆基合金,更佳地为由镍、钼、铼、铌和锆中的任意两种或多种组成的合金,进一步更佳地为镍钼合金、钼铼合金或铌锆合金;

和/或,所述燃料盐区和所述冷却区互不连通;

和/或,所述冷却剂的工作压力为8~30mpa,较佳地为15~25mpa,更佳地为20~25mpa;

和/或,所述冷却剂的进、出方式为下进上出、侧进上出、侧进侧出或上进下出。

3.如权利要求1所述的熔盐快堆,其特征在于,所述冷却区为设置于所述活性区内的第一冷却剂管;

所述第一冷却剂管的横截面的形状较佳地为中空圆形、中空六边形或中空四边形;

所述第一冷却剂管的横截面的等效半径较佳地为0.2~0.8cm,更佳地为0.5~0.8cm;

所述第一冷却剂管的壁厚较佳地为0.1~1cm,更佳地为0.1cm;

所述第一冷却剂管的管壁材料较佳地为碳化硅、碳碳复合材料、镍基合金、钼铼合金和铌锆合金中的一种或多种,更佳地为碳化硅;

相邻两个所述第一冷却剂管的中心距离较佳地为0.8~20cm,更佳地为1.5~3.92cm,进一步更佳地为1.5~3.5cm;

所述第一冷却剂管较佳地按三角形栅格、四边形栅格或圆形栅格排列;

所述第一冷却剂管的数量较佳地为500~55000,更佳地为590~55000,进一步更佳地为1557~55000,再一步更佳地为2961~16123。

4.如权利要求1所述的熔盐快堆,其特征在于,所述燃料盐区为燃料盐室或燃料盐管;

所述燃料盐室较佳地为所述活性区的中空区域;

所述燃料盐管横截面的形状较佳地为中空圆形、中空六边形或中空四边形;

所述燃料盐管的横截面的等效半径较佳地为0.2~0.8cm;

相邻两个所述燃料盐管的中心距离较佳地为0.8~20cm,更佳地为2.1~20cm;

若干所述燃料盐管较佳地按三角形栅格、四边形栅格或圆形栅格排列;

所述燃料盐管的数量较佳地为500~55000,更佳地为1714~55000。

5.如权利要求4所述的熔盐快堆,其特征在于,所述冷却区设置于所述燃料盐区中,较佳地,所述燃料盐区为燃料盐室,所述冷却区为设置于所述活性区内的第一冷却剂管,在所述燃料盐室中设有所述第一冷却剂管;

或者,所述活性区包括基底,所述燃料盐区和所述冷却区设置于所述基底中,较佳地,所述冷却区为设置于所述活性区内的第一冷却剂管,在所述基底中,设有所述第一冷却剂管和所述燃料盐管,所述第一冷却剂管和所述燃料盐管相邻间隔布置,或所述第一冷却剂管嵌套于所述燃料盐管中,或所述燃料盐管嵌套于所述第一冷却剂管中;所述基底的材料较佳地为碳化硅、碳碳复合材料、镍基合金、钼铼合金和铌锆合金中的一种或多种,更佳地为碳化硅。

6.如权利要求1所述的熔盐快堆,其特征在于,所述燃料盐区内填充的燃料盐为核燃料和载体盐的混合物;

所述燃料盐中所述核燃料的摩尔百分数较佳地为10%~50%,更佳地为20%~30%,进一步更佳地为22%;

所述核燃料较佳地为含有钍元素、铀元素、钚元素和超铀元素中一种或多种的化合物,更佳地为含有铀元素的化合物,进一步更佳地为uf4;

所述核燃料中易裂变核素较佳地为u-235、u-233、pu-239、pu-241、cm-243和cm-245中的一种或多种,更佳地为u-235;

所述核燃料中易裂变核素的质量百分数较佳地为10%~93%,更佳地为19.75%;

所述载体盐较佳地为氟盐或氯盐;所述氟盐较佳地为lif、libef和linakf中的一种或多种,更佳地为lif;当所述氟盐中含有li元素时,所述氟盐中li-7的富集度较佳地为99%~99.99%,更佳地为99.95%~99.99%;所述氯盐较佳地为氯化钠和/或氯化钾;所述氯盐中cl-37的富集度较佳地为24.23%~100%。

7.如权利要求1所述的熔盐快堆,其特征在于,所述熔盐快堆包括堆芯外壳,所述活性区置于所述堆芯外壳的内部;

所述堆芯外壳的材料较佳地为镍基合金、钼基合金、铼基合金、铌基合金或锆基合金,更佳地为由镍、钼、铼、铌和锆中的任意两种或多种组成的合金,进一步更佳地为镍钼合金;

所述堆芯外壳的壁厚较佳地为1~5cm,更佳地为3cm;

所述堆芯外壳的形状较佳地为中空圆柱体、中空球体或中空长方体。

8.如权利要求7所述的熔盐快堆,其特征在于,所述堆芯外壳的侧壁上设置有冷却剂入口和冷却剂出口,所述冷却剂入口和所述冷却剂出口均与所述冷却区连通;较佳地,所述冷却剂出口与热电转换装置连接,或者,所述冷却剂出口与热电转换装置之间通过换热器连接;所述热电转换装置较佳地为超临界二氧化碳热电转换装置;

和/或,所述堆芯外壳的侧壁上设置有燃料盐入口和燃料盐出口,所述燃料盐入口和所述燃料盐出口与所述燃料盐区连通;所述燃料盐入口较佳地与燃料盐处理厂连接;

和/或,所述堆芯外壳和所述活性区之间设置有反射层;所述反射层的材料较佳地为石墨、铍和氧化铍中的一种或多种,更佳地为氧化铍;所述反射层的厚度较佳地为10~50cm,更佳地为20~50cm。

9.如权利要求8所述的熔盐快堆,其特征在于,所述活性区的形状为中空圆柱体,所述堆芯外壳的形状为中空圆柱体,所述堆芯外壳的上壁和所述活性区的上壁之间的所述反射层的直径与所述堆芯外壳的内径相同;

和/或,所述活性区的形状为中空圆柱体,所述堆芯外壳的形状为中空圆柱体,所述堆芯外壳的下壁和所述活性区的下壁之间的所述反射层的直径与所述堆芯外壳的内径相同;

和/或,所述堆芯外壳的侧壁与所述活性区的侧壁之间的所述反射层的高度与所述活性区的高度相同;

和/或,所述堆芯外壳的侧壁与所述活性区的侧壁之间的所述反射层中设置有控制鼓;所述控制鼓的横截面直径较佳地为6~40cm,更佳地为14cm;较佳地,所述控制鼓在其圆周60~180°范围内包覆有中子吸收体,更佳地在其圆周120°范围内包覆有中子吸收体;所述中子吸收体的高度较佳地为小于或等于所述活性区的高度,更佳地为等于所述活性区的高度;所述中子吸收体的材料较佳地为碳化硼;所述中子吸收体的厚度较佳地为大于或等于3.0cm,更佳地为4cm;

当所述中子吸收体的材料为碳化硼时,碳化硼中硼-10的富集度大于或等于30%,较佳地为大于或等于80%。

10.如权利要求1~9中任一项所述的熔盐快堆,其特征在于,所述熔盐快堆包括堆芯外壳,所述活性区置于所述堆芯外壳的内部;所述堆芯外壳和所述活性区之间的反射层中设置有第二冷却剂管,所述第二冷却剂管中的冷却剂为超临界二氧化碳;

较佳地,所述冷却区为设置于所述活性区内的第一冷却剂管,所述第二冷却剂管与所述第一冷却剂管连通;更佳地,所述反射层和所述活性区之间设置有腔室,所述第二冷却剂管和所述第一冷却剂管通过所述腔室连通;

较佳地,所述第二冷却剂管的端口为冷却剂入口;

较佳地,所述堆芯外壳的侧壁和所述活性区的侧壁之间的所述反射层中设置有所述第二冷却剂管;所述活性区的上方设置有上腔室,所述活性区的下方设置有下腔室;所述冷却区为设置于所述活性区内的第一冷却剂管,每个所述第一冷却剂管的上端均穿过所述活性区的上壁,并与所述上腔室连通;每个所述第一冷却剂管的下端均穿过所述活性区的下壁,并与所述下腔室连通;所述冷却剂依次流经所述冷却剂入口、所述第二冷却剂管、所述下腔室、所述第一冷却剂管、所述上腔室和所述冷却剂出口;

更佳地,所述上腔室沿纵向的厚度为1~10cm;

更佳地,所述上腔室的横截面直径为30~260cm,进一步更佳地,所述上腔室的横截面直径与所述堆芯外壳的内径相同;

更佳地,所述下腔室沿纵向的厚度为1~10cm;

更佳地,所述下腔室的横截面直径为30~260cm,进一步更佳地,所述下腔室的横截面直径与所述堆芯外壳的内径相同。


技术总结
本发明公开了一种熔盐快堆。熔盐快堆包括活性区,活性区包括燃料盐区和冷却区;冷却区中的冷却剂为超临界二氧化碳。本发明的熔盐快堆可以实现较高的堆芯出口温度和较高的最大输出热功率,可实时监测堆内的反应性,且冷却剂对堆芯结构材料的腐蚀小,减少堆芯维护工作,提升了熔盐快堆的紧凑型和经济性。

技术研发人员:李晓晓;邹杨;傅瑶;崔德阳;戴叶;陈兴伟;卢恒;陈金根;蔡翔舟
受保护的技术使用者:中国科学院上海应用物理研究所
技术研发日:2021.02.09
技术公布日:2021.06.18
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