CN109509563A - 一种小型氟盐冷却高温堆堆芯 - Google Patents

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Abstract

一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制***孔道区，包覆在中心控制***孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区，填充在永久铍层区和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区；活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件和十二个外环燃料组件；活性区上部依次有上石墨反射层和上搅浑腔室，活性区下部依次有下石墨反射层和下搅浑腔室；中心控制***孔道区包括中央下降孔道和控制棒孔道，中央下降孔道的上部穿透上石墨反射层，下部穿透下石墨反射层，联通上搅浑腔室和下搅浑腔室；本发明堆芯设计总重量小，便于车载运输；基于该堆芯设计，辅以相应设备和回路组建而成的氟盐冷却高温堆，既能供电，又能提供高温工艺热，具有多用途的特点。

Description

一种小型氟盐冷却高温堆堆芯
技术领域
本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种小型氟盐冷却高温堆堆芯。
背景技术
2003年，Charles W.Forsberg等人基于液态燃料熔盐堆技术并结合其他先进反应堆堆型设计理念，提出了固态燃料熔盐堆概念，即氟盐冷却高温堆(FHR，Fluoride salt-cooled High-temperature Reactor)。氟盐冷却高温堆融合了高温气冷堆的高温高燃耗燃料技术、熔盐堆高温低压熔盐冷却剂技术以及钠冷快堆的非能动安全***设计技术，使其经济性、安全性大为提高。随后，美国和中国都提出了大型商业化FHR***的概念设计方案，燃料元件有板状、球状、圆柱状及棱柱状，功率在100MWth以上，而小型模块化、应用灵活的堆芯设计尚鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于扩展固态燃料熔盐堆的应用范围，提供一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，为偏远山区、海岛等地区提供经济可行、安全可靠的电能或/及热能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制***孔道区，包覆在中心控制***孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区1，填充在永久铍层区1和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区4；所述活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件6和包围在内环燃料组件6外的十二个外环燃料组件5；活性区上部依次有上石墨反射层3和上搅浑腔室2，活性区下部依次有下石墨反射层9和下搅浑腔室10；所述中心控制***孔道区包括中央下降孔道8和包围在中央下降孔道8外部的控制棒孔道7，中央下降孔道8的上部穿透上石墨反射层3，下部穿透下石墨反射层9，连通上搅浑腔室2和下搅浑腔室10。
所述内环燃料组件6和外环燃料组件5的结构相同，横截面均为六边形，包括中心燃料操作通道14，位于中心燃料操作通道14周围的石墨基体13，***石墨基体13中的二百一十六个燃料元件通道12和一百零八个冷却剂通道11；燃料元件通道12和冷却剂通道11的排布关系为：以相邻六个燃料元件通道12的圆心为中心，围成六边形，该六边形中心为一个冷却剂通道11。
冷却剂采用氟化盐LiF-BeF2，LiF和BeF2的摩尔比为2:1。
所述中央下降孔道8的横截面为圆形，控制棒孔道7的横截面为六边形。
所述小型氟盐冷却高温堆堆芯总高小于3米，总重量在14吨以内，能通过车载运输。
所述小型氟盐冷却高温堆堆芯的设计功率为20MWth。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯采用小型化设计，避免了大型压力容器及其他大型传热及结构件的加工制造。由于单个机组功率小，核心设备可通过车载运输，避免了目前大型反应堆构建依靠船舶运输的限制，从而拓展了核电厂建设的范围。
2)由该高温堆堆芯设计搭建的发电机组建设周期短，可以多机组并网，具有模块化特点；基于该堆芯设计，辅以相应设备和回路组建而成的氟盐冷却高温堆，既能供电，又能提供高温工艺热，具有多用途的特点。
附图说明
图1为本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯纵截面示意图。
图2为本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯横截面示意图。
图3为六分之一燃料组件示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制***孔道区，包覆在中心控制***孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区1，填充在永久铍层区1和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区4；所述活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件6和包围在内环燃料组件6外的十二个外环燃料组件5；活性区上部依次有上石墨反射层3和上搅浑腔室2，活性区下部依次有下石墨反射层9和下搅浑腔室10；所述中心控制***孔道区包括中央下降孔道8和包围在中央下降孔道8外部的控制棒孔道7，中央下降孔道8的上部穿透上石墨反射层3，下部穿透下石墨反射层9，连通上搅浑腔室2下搅浑腔室10。
如图3所示，所述内环燃料组件6和外环燃料组件5的结构相同，横截面均为六边形，包括中心燃料操作通道14，位于中心燃料操作通道14周围的石墨基体13，***石墨基体13中的二百一十六个燃料元件通道12和一百零八个冷却剂通道11。燃料元件通道12和冷却剂通道11的排布关系为：以相邻六个燃料元件通道12的圆心为中心，围成六边形，该六边形中心为一个冷却剂通道11。冷却剂与燃料元件不接触，从而可以防止放射性产物的沾滞。
作为本发明的优选实施方式，冷却剂采用氟化盐LiF-BeF2，LiF和BeF2的摩尔比为2:1。
作为本发明的优选实施方式，所述中央下降孔道8的横截面为圆形，控制棒孔道7的横截面为六边形。
作为本发明的优选实施方式，所述小型氟盐冷却高温堆堆芯总高小于3米，总重量在14吨以内，能通过车载运输。
作为本发明的优选实施方式，所述小型氟盐冷却高温堆堆芯的设计功率为20MWth。
为更好地说明本设计方案，现对其工作原理加以描述。
冷却剂经中央下降孔道8流入下搅浑腔室10，折返后向上进入活性区的内环燃料组件6和外环燃料组件5内的冷却剂通道11，带走燃料元件释放的裂变热，并由上搅浑腔室2流出。

Claims (6)

1.一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：包括中心控制***孔道区，包覆在中心控制***孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区(1)，填充在永久铍层区(1)和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区(4)；所述活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件(6)和包围在内环燃料组件(6)外的十二个外环燃料组件(5)；活性区上部依次有上石墨反射层(3)和上搅浑腔室(2)，活性区下部依次有下石墨反射层(9)和下搅浑腔室(10)；所述中心控制***孔道区包括中央下降孔道(8)和包围在中央下降孔道(8)外部的控制棒孔道(7)，中央下降孔道(8)上部穿透上石墨反射层(3)，下部穿透下石墨反射层(9)，连通上搅浑腔室(2)和下搅浑腔室(10)。
2.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：所述内环燃料组件(6)和外环燃料组件(5)的结构相同，横截面均为六边形，包括中心燃料操作通道(14)，位于中心燃料操作通道(14)周围的石墨基体(13)，***石墨基体(13)中的二百一十六个燃料元件通道(12)和一百零八个冷却剂通道(11)；燃料元件通道(12)和冷却剂通道(11)的排布关系为：以相邻六个燃料元件通道(12)的圆心为中心，围成六边形，该六边形中心为一个冷却剂通道(11)。
3.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：冷却剂采用氟化盐LiF-BeF2，LiF和BeF2的摩尔比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：所述中央下降孔道(8)的横截面为圆形，控制棒孔道(7)的横截面为六边形。
5.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：所述小型氟盐冷却高温堆堆芯总高小于3米，总重量在14吨以内，能通过车载运输。
6.根据权利要求1所述的一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，其特征在于：所述小型氟盐冷却高温堆堆芯的设计功率为20MWth。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111243766A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 西安交通大学 一种熔盐冷却核反应堆氚捕集装置及工作方法
CN111627572A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 中国科学院上海应用物理研究所 模块化熔盐堆堆芯及熔盐堆
CN112349436A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 西安交通大学 一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯
CN113436758A (zh) * 2021-07-19 2021-09-24 西安交通大学 用于空间推进的径向流动高温气冷堆燃料组件及工作方法
CN113793702A (zh) * 2021-08-25 2021-12-14 西安交通大学 一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯
WO2023070888A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 中广核研究院有限公司 燃料模块及其应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140146934A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 Robert M. Daily, III Compact Liquid Metal Cooled Spherical Fast Neutron Reactor Core Design
CN104409109A (zh) * 2014-09-26 2015-03-11 吕应中 超高比功率热中子钍增殖堆装置及增殖核燃料的方法
US20150124922A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 The Regents Of The University Of California Systems and methods for enhancing isolation of high-temperature reactor containments
CN105976879A (zh) * 2016-05-09 2016-09-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种组件型熔盐堆
KR101717942B1 (ko) * 2016-02-03 2017-04-04 세종대학교산학협력단 소형 모듈형 원자로 노심 및 이를 갖는 원자로
CN206134267U (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国核动力研究设计院 一种熔盐堆堆芯和停堆***
CN107134298A (zh) * 2017-06-19 2017-09-05 中科瑞华原子能源技术有限公司 一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法
CN107636769A (zh) * 2015-03-19 2018-01-26 水利矿业核能公司 核反应堆、尤其是紧凑型的液态金属冷却核反应堆
CN108417277A (zh) * 2017-12-25 2018-08-17 中国科学院上海应用物理研究所 一种堆本体***及氯盐堆***
CN108648834A (zh) * 2018-04-19 2018-10-12 西安交通大学 蜂窝煤型燃料组件及小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140146934A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 Robert M. Daily, III Compact Liquid Metal Cooled Spherical Fast Neutron Reactor Core Design
US20150124922A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 The Regents Of The University Of California Systems and methods for enhancing isolation of high-temperature reactor containments
CN104409109A (zh) * 2014-09-26 2015-03-11 吕应中 超高比功率热中子钍增殖堆装置及增殖核燃料的方法
CN107636769A (zh) * 2015-03-19 2018-01-26 水利矿业核能公司 核反应堆、尤其是紧凑型的液态金属冷却核反应堆
KR101717942B1 (ko) * 2016-02-03 2017-04-04 세종대학교산학협력단 소형 모듈형 원자로 노심 및 이를 갖는 원자로
CN105976879A (zh) * 2016-05-09 2016-09-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种组件型熔盐堆
CN206134267U (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国核动力研究设计院 一种熔盐堆堆芯和停堆***
CN107134298A (zh) * 2017-06-19 2017-09-05 中科瑞华原子能源技术有限公司 一种紧凑型反应堆堆芯和功率展平方法
CN108417277A (zh) * 2017-12-25 2018-08-17 中国科学院上海应用物理研究所 一种堆本体***及氯盐堆***
CN108648834A (zh) * 2018-04-19 2018-10-12 西安交通大学 蜂窝煤型燃料组件及小型车载长寿命铅铋冷却快堆堆芯

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111243766A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 西安交通大学 一种熔盐冷却核反应堆氚捕集装置及工作方法
CN111627572A (zh) * 2020-06-04 2020-09-04 中国科学院上海应用物理研究所 模块化熔盐堆堆芯及熔盐堆
CN112349436A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 西安交通大学 一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯
CN112349436B (zh) * 2020-11-06 2021-10-19 西安交通大学 一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯
CN113436758A (zh) * 2021-07-19 2021-09-24 西安交通大学 用于空间推进的径向流动高温气冷堆燃料组件及工作方法
CN113436758B (zh) * 2021-07-19 2023-03-07 西安交通大学 用于空间推进的径向流动高温气冷堆燃料组件及工作方法
CN113793702A (zh) * 2021-08-25 2021-12-14 西安交通大学 一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯
WO2023070888A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 中广核研究院有限公司 燃料模块及其应用

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