CN113658725A - 核反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆，包括反应堆容器、堆芯、控制鼓组件、热通道、换热器和主泵，反应堆容器内具有冷却剂，堆芯设在反应堆容器内的中下部，控制鼓组件设在堆芯的外周，控制鼓组件包括多个控制鼓，控制鼓可绕其中心旋转，多个控制鼓沿堆芯的周向间隔布置，热通道设在反应堆容器内且位于堆芯上方，热通道的底部与控制鼓组件密封连接，热通道的顶部与反应堆容器的内顶面密封连接，热通道内具有供冷却剂通过的热池通道，换热器设在反应堆容器内且位于热通道的外周，换热器的进口与热池通道连通，主泵和换热器均与盖体固定，主泵的一部分设在热池通道内。本发明的核反应堆结构紧凑、体积较小，经济性较好，能够适用狭窄空间的安装。

Description

核反应堆

技术领域

本发明涉及铅冷快堆技术领域，具体地，涉及一种核反应堆。

背景技术

铅冷快堆是指采用液态铅或铅铋合金冷却的快中子反应堆。由于铅冷快堆能够很好的满足***反应堆安全性、可持续性和核不扩散的目标要求，目前，许多国家都在积极开展铅冷快堆的研究。

相关技术中，堆芯通过***控制棒的方式来实现核反应控制，控制棒从堆芯的顶部***，铅冷快堆的主泵和换热器布置在堆芯的外周侧。上述铅冷快堆的布置方案存在以下问题：

1)由于主泵和换热器设在堆芯的外周侧，造成铅冷快堆的局部径向尺寸较大，进而使得铅冷快堆的整体尺寸较大、铅冷快堆内冷却剂(液态沿或铅铋合金)的总装量较多；

2)主泵采用长轴泵，可靠性较差，为了保证驱动效果，需要配备多个主泵，增加了铅冷快堆的结构复杂程度，进一步增加了铅冷快堆的体积；

3)当换热器内供蒸汽流动的换热管发生破坏时，蒸汽一方面容易随着冷却剂流至堆芯处，从而容易引发堆芯临界的问题，不利于堆芯的安全、稳定运行，另一方面换热管中的蒸汽压强较高，外泄的蒸汽会发生闪蒸或闪爆的问题，容易对外泄位置的周围部件造成冲击，不利于铅冷快堆的平稳运行。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出了一种核反应堆，该核反应堆结构紧凑、体积较小，减少了冷却剂的总装量，简化了整体结构，更加适用于移动式或者狭窄空间的应用场景。

根据本发明实施例的核反应堆包括：反应堆容器，所述反应堆容器包括桶体和盖体，所述桶体的顶部为开口，所述盖体用于封堵所述桶体的开口，所述反应堆容器内具有冷却剂；堆芯，所述堆芯设在所述反应堆容器内的中下部；控制鼓组件，所述控制鼓组件设在所述堆芯的外周，所述控制鼓组件包括多个控制鼓，所述控制鼓可绕其中心旋转，多个所述控制鼓沿所述堆芯的周向间隔布置；热通道，所述热通道设在所述反应堆容器内且位于所述堆芯上方，所述热通道的底部与所述控制鼓组件密封连接，所述热通道的顶部与所述反应堆容器的内顶面密封连接，所述热通道内具有供所述冷却剂通过的热池通道，所述热通道的顶部与所述盖体密封连接；换热器，所述换热器设在所述反应堆容器内且位于所述热通道的外周，所述换热器的进口与所述热池通道连通，所述换热器的顶部与所述盖体固定连接；主泵，所述主泵固定在所述盖体上，且所述主泵的一部分设在所述热池通道内，所述主泵用于将所述热池通道内的所述冷却剂泵送至所述换热器内。

根据本发明实施例的核反应堆，核反应堆的结构紧凑、体积较小，冷却剂的总装量较小，且优化了内部结构，减小了核反应堆的制造成本，提高了核反应堆的经济性，方便了核反应堆的移动和搬运，使得核反应堆能够适用狭窄空间的安装。另外，还实现了换热器和主泵的一体化布置，实现了核反应堆的集成化，进一步方便了核反应堆的安装和拆卸。

在一些实施例中，所述核反应堆还包括密封套筒，所述密封套筒设在所述反应堆容器内，所述密封套筒与所述反应堆容器在所述反应堆容器的内外方向上间隔开以形成冷池通道，所述密封套筒的底部与所述控制鼓组件密封连接，所述密封套筒的顶部与所述反应容器的内顶面密封连接，所述密封套筒套设在所述热通道的外周且与所述热通道在所述反应堆容器的内外方向上间隔开以形成环形腔，所述环形腔具有位于其顶部的第一气空间，所述第一气空间用于填充惰性气体，所述换热器设在所述环形腔内，所述密封套筒的顶部设有贯通孔，且所述贯通孔位于所述第一气空间的下方，所述贯通孔与所述环形腔和所述冷池通道连通，所述换热器的出口设在所述换热器的底部。

在一些实施例中，所述冷池通道具有位于其顶部的第二气空间，所述第二气空间用于填充惰性气体。

在一些实施例中，所述贯通孔有多个，多个所述贯通孔沿着所述密封套筒的周向方向间隔布置。

在一些实施例中，所述核反应堆还包括导流板，所述导流板设在所述堆芯的下方，所述导流板用于引导所述冷池通道内的所述冷却剂流入所述堆芯。

在一些实施例中，所述热通道包括锥形段和筒形段，所述锥形段的横截面积沿从上到下的方向逐渐增大，所述锥形段的下端与所述控制鼓组件密封连接，所述锥形段上端与所述筒形段连接，所述筒形段的横截面积在上下方向上恒定。

在一些实施例中，所述控制鼓组件还包括连杆，多个所述连杆与各所述控制鼓一一对应连接，且多个所述连杆均穿出所述反应堆容器，所述连杆用于驱动所述控制鼓转动以调控所述堆芯的核反应。

在一些实施例中，所述换热器有多个，多个所述换热器沿着所述热通道的周向方向间隔布置，且多个所述换热器的进口均与所述热池通道连通。

在一些实施例中，所述换热器包括换热容器和换热管，所述换热管的至少部分设在所述换热容器内，所述换热容器为环形，且设在所述热通道的外周，位于所述换热容器内的所述换热管盘绕在所述热通道的外周。

在一些实施例中，所述核反应堆还包括连接件，所述连接件设在所述反应堆容器内，且所述连接件位于所述换热器和所述盖体之间，所述连接件的一端与所述换热器固定连接、所述连接件的另一端与所述盖体固定连接以使所述换热器和所述盖体连接为一体。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的核反应堆的整体结构示意图。

图2是图1中A处的放大示意图。

图3是图1中核反应堆顶部结构示意图。

图4是图1中核反应堆内部冷却剂的流向示意图。

图5是图1中核反应堆的水平剖面示意图。

图6是根据本发明另一实施例的核反应堆的整体结构示意图。

图7是图6中核反应堆的水平剖面示意图。

附图标记：

反应堆容器1；盖体11；冷池通道12；第二气空间121；桶体13；

堆芯2；

控制鼓组件3；连杆31；控制鼓32；

热通道4；锥形段41；筒形段42；热池通道43；

换热器5；换热管51；换热容器52；容器进口53；容器出口54；

主泵6；电机61；叶轮62；

密封套筒7；环形腔71；第一气空间711；贯通孔72；

导流板8；

连接件9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图5所示，根据本发明实施例的核反应堆包括反应堆容器1、堆芯2、控制鼓组件3、热通道4、换热器5和主泵6。

反应堆容器1包括桶体13和盖体11，桶体13的顶部为开口，盖体11用于封堵桶体13的开口，反应堆容器1内具有冷却剂，冷却剂用于冷却堆芯2。

具体地，如图1和图3所示，本实施例中反应堆容器1沿着第一方向(图1中上下方向)延伸布置，反应堆容器1包括桶体13和盖体11，桶体13的开口朝上，盖体11固定在桶体13的顶部。桶体13和盖体11的设计一方面方便了反应堆容器1内各部件的安装，还方便了反应堆容器1的密封，另一方面盖体11能够与预设构件连接固定，从而能够实现核反应堆的悬吊安装，避免了相关技术中对核反应堆底部支撑安装时需要通过传感器定位校准的情况，简化了安装工序，提升了安装效率。本实施例中预设构架可以为安装架，安装架上设有供核反应堆穿过的通孔，盖体11则能够与安装架上通孔的孔周侧进行挡止。

堆芯2设在反应堆容器1内的中下部。具体地，堆芯2设在反应堆容器1内，且位于反应堆容器1的中下部，堆芯2用于产生核反应。

控制鼓组件3设在堆芯2的外周，控制鼓组件3包括多个控制鼓32，控制鼓32可绕其中心旋转，多个控制鼓32沿堆芯2的周向间隔布置。具体地，控制鼓32的部分外周面上设有中子吸收剂，中子吸收剂可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素。当需要控制堆芯2的核反应时，转动控制鼓32并使得控制鼓32上的中子吸收剂朝向堆芯2，通过中子吸收剂对中子的吸收实现对堆芯2核反应的调控。本实施例中在堆芯2的外周设置多个控制鼓32，通过转动不同数量的控制鼓32可以实现对堆芯2核反应速率的分档调控。

热通道4设在反应堆容器1内且位于堆芯2上方，热通道4的底部与控制鼓组件3密封连接，热通道4的顶部与反应堆容器1的内顶面密封连接，热通道4内具有供冷却剂通过的热池通道43，热通道4的顶部与盖体11密封连接。具体地，本实施例中热通道4设在堆芯2的上方，热通道4的底部与控制鼓组件3密封连接，热通道4的底部管口位于堆芯2的外周侧，热通道4的顶部与盖体11密封连接，热通道4上下两端的密封连接避免了冷却剂从热通道4上下两端的连接处流出的情况，热通道4的设置使得从堆芯2流出的冷却剂会直接流入热通道4内，热通道4内的热池通道43即为供热的冷却剂流通的通道。

换热器5设在反应堆容器1内且位于热通道4的外周，换热器5的进口与热池通道43连通，换热器5的顶部与盖体11固定连接。具体地，本实施例中换热器5设在反应堆容器 1内，换热器5位于堆芯2的上方且位于热通道4的外周。换热器5包括换热容器52和换热管51，换热管51的一部分位于换热容器52内，换热管51的两端则从换热容器52内密封穿出。本实施例中换热器5的进口即为设在换热容器52上的容器进口53，容器进口53 与热池通道43连通，热池通道43内的冷却剂可以直接流入换热容器52内。需要说明的是，本实施例中在换热器5的出口即为设在换热容器52上的容器出口54，容器出口54用于供冷却剂从换热容器52内流出。本实施例中换热容器52的顶部与盖体11固定连接，从而实现了换热器5和盖体11的一体化布置。

本实施例中在热通道4和换热容器52之间设有一段连接管，连接管的一端与热通道4 内的热池通道43连通，连接管的另一端与换热容器52的内腔连通，热池通道43内的冷却剂经由连接管流入换热容器52内。可以理解的是，在其他一些实施例中，换热容器52和热通道4一体设置，即热通道4的管壁可视为换热容器52的部分容器壁，此时，热池通道 43和换热容器52的内腔通过设在热通道4的管壁(换热容器52的容器壁)上的通孔连通。

主泵6固定在盖体11上，且主泵6的一部分设在热池通道43内，主泵6用于将热池通道43内的冷却剂泵送至换热器5内。具体地，本实施例中主泵6包括电机61和叶轮62，叶轮62设在电机61的输出轴上，叶轮62通过电机61转动驱动。本实施例中叶轮62设在热池通道43内，转动的叶轮62会将热池通道43内的冷却剂向外侧拨送，从而驱使热池通道43内的冷却剂流向换热器5内。本实施例中主泵6的电机61与盖体11固定连接，电机 61的输出轴穿过盖体11。主泵6和盖体11的固定连接，实现了主泵6和盖体11的一体化布置，进而实现了换热器5和主泵6的一体化布置。

根据本发明实施例的核反应堆，热通道4和换热器5设在堆芯2的上方，换热器5设在热通道4的外周，控制鼓组件3设在堆芯2的外周，这种结构布置形式使得堆芯2和控制鼓组件3的直径尺寸与热通道4和换热器5的直径尺寸相当，从而使得反应堆容器1内的整体结构在上下方向的水平径向尺寸相当，避免了相关技术中主泵6和换热器5交错布置时(主泵6设在换热器5的外周)容易造成反应堆容器1的局部水平径向尺寸(主泵6 和换热器5处的径向尺寸)较大的情况，有利于反应堆容器1水平径向尺寸的缩减。

由于主泵6和换热器5均固定在盖体上，主泵6、换热器5和盖体11集合为一个整体，实现了主泵6和换热器5的高度一体化，当盖体11安装在桶体13上时，主泵6和换热器 5能够自行安装到位，从而方便了主泵6和换热器5的安装和拆卸。

其次，由于堆芯2的核反应通过控制鼓32调控，调控过程通过转动控制鼓32实现，避免了相关技术中采用***控制棒调控需要预留供控制棒轴向移动的移动空间的情况，极大的降低了核反应堆的整体长度尺寸(本实施例中为核反应堆的高度尺寸)，提高了核反应堆的紧凑度。

另外，由于热通道4设在堆芯2的上方，主泵6采用尺寸较短的输出轴(短轴泵)既可伸入热通道4的热池通道43内，简化了主泵6的布置形式，提高了主泵6的可靠性。

本发明实施例的核反应堆的结构紧凑、体积较小，冷却剂的总装量较小，且优化了内部结构，减小了核反应堆的制造成本，提高了核反应堆的经济性，方便了核反应堆的移动和搬运，使得核反应堆能够适用狭窄空间的安装。

在一些实施例中，如图1至图3所示，核反应堆还包括密封套筒7，密封套筒7设在反应堆容器1内，密封套筒7与反应堆容器1在反应堆容器1的内外方向上间隔开以形成冷池通道12，密封套筒7的底部与控制鼓组件3密封连接，密封套筒7的顶部与反应容器的内顶面密封连接，密封套筒7套设在热通道4的外周且与热通道4在反应堆容器1的内外方向上间隔开以形成环形腔71，环形腔71具有位于其顶部的第一气空间711，第一气空间 711用于填充惰性气体，换热器5设在环形腔71内，密封套筒7的顶部设有贯通孔72，且贯通孔72位于第一气空间711的下方，贯通孔72与环形腔71和冷池通道12连通，换热器5的出口设在换热器5的底部。

具体地，本实施例中密封套筒7设在反应堆容器1内，密封套筒7设在堆芯2的上方且位于热通道4的外周侧，密封套筒7的底端与控制鼓组件3的顶部密封连接，密封套筒 7的顶端与反应堆容器1的内顶壁密封连接，密封套筒7和热通道4之间形成密封的环形腔71，换热器5设在环形腔71内。密封套筒7和反应堆容器1之间形成冷池通道12，冷池通道12用于供冷却剂流通。本实施例中容器出口54(换热器5的出口)设在换热容器 52的底部，从容器出口54流出的冷却剂会直接流入环形腔71内。密封套筒7上设有贯通孔72，贯通孔72将环形腔71和冷池通道12连通，环形腔71内的冷却剂经由贯通孔72 能够流入冷池通道12内。

本实施例中环形腔71的顶部具有第一气空间711，第一气空间711用于填充惰性气体。本实施例中密封套筒7上的贯通孔72设在密封套筒7的顶部且位于第一气空间711的下方，容器出口54则位于贯通孔72的下方，从容器出口54流出的冷却剂会向上流动，并最终从贯通孔72处流入冷池通道12内。

本实施例中换热器5的换热管51内通入有换热介质，换热介质通常为蒸汽，换热介质能够与流入换热容器52内的冷却剂发生热交换，从而实现冷却剂的降温。需要说明的是，本实施例中由于容器出口54位于换热容器52的底部，贯通孔72位于密封套筒7的顶部，密封套筒7内会形成供冷却剂从下至上流动的特殊流道。核反应堆运行过程中，当换热器 5的换热管51发生破裂时，换热介质会混入冷却剂内，冷却剂则沿着密封套筒7内的特殊流道向上流动，向上流动的过程中，换热介质会自行从冷却剂中分离并汇聚在环形腔71的第一气空间711内，起到了分离混入冷却剂中换热介质的效果，避免了换热介质流入堆芯 2而引发堆芯2临界的问题，提升了核反应堆运行的安全性。

其次，由于换热介质的压强通常要大于冷却剂的压强，当换热管51破损时，外泄的换热介质会发生闪蒸或闪爆的现象，第一气空间711的设置则起到了卸压作用，减弱了闪蒸或闪爆产生压力的冲击影响，进一步提高了核反应堆运行的安全性。

另外，由于贯通孔72设在靠近第一气空间711位置处，也即靠近冷却液自由面的位置处，避免了贯通孔72设在密封套筒7的底部容易造成冷池通道12顶部的冷却剂发生滞流(不流动)的情况，进而避免了由于滞流而造成冷池通道12内出现热分层的情况，进而避免了由于热分层而容易造成部件热疲劳、降低部件使用寿命的情况。

在一些实施例中，如图2所示，冷池通道12具有位于其顶部的第二气空间121，第二气空间121用于填充惰性气体。具体地，第二气空间121也具有汇聚换热介质和缓冲闪蒸或闪爆产生压力冲击的作用，进一步提升了核反应堆使用的安全性。

在一些实施例中，如图3所示，贯通孔72有多个，多个贯通孔72沿着密封套筒7的周向方向间隔布置。具体地，密封套筒7上设有多个贯通孔72，多个贯通孔72均能够将环形腔71和冷池通道12连通，从而使得环形腔71内的冷却液能够从各个方位流入冷池通道12内，避免了冷池通道12内冷却剂的液面高度差异大的情况，使得冷却剂能够被均匀的分配至冷池通道12内，有利于核反应堆结构的稳定性。

在一些实施例中，如图1所示，核反应堆还包括导流板8，导流板8设在堆芯2的下方，导流板8用于引导冷池通道12内的冷却剂流入堆芯2。具体地，导流板8设在堆芯2的下方，导流板8上设有导流孔，冷池通道12内的冷却剂经由各导流孔可以流入堆芯2内，从而起到向堆芯2均流分配冷却剂的作用。

在一些实施例中，如图3所示，热通道4包括锥形段41和筒形段42，锥形段41的横截面积沿从上到下的方向逐渐增大，锥形段41的下端与控制鼓组件密封3连接，锥形段 41上端与筒形段42连接，筒形段42的横截面积在上下方向上恒定。具体地，锥形段41 和筒形段42的设计一方面使得热通道4的进口尺寸与堆芯2的出口尺寸相适配，另一方面锥形段41和筒形段42之间能够形成文丘里效应，即筒形段42内冷却剂的流速较大，起到增加流速的作用，有利于缩减冷却剂的循环周期，进而有利于增强堆芯2散热。另外，筒形段42的设计还能够起到缩减核反应堆上部水平径向尺寸的作用，有利于核反应堆小型化的结构设计。

在一些实施例中，如图1和图2所示，控制鼓组件3还包括连杆31，多个连杆31与各控制鼓32一一对应连接，且多个连杆31均穿出反应堆容器1，连杆31用于驱动控制鼓32 转动以调控堆芯2的核反应。具体地，由于控制鼓组件3位于反应堆容器1的底部，连杆 31的设置方便了从反应堆容器1外侧驱动控制鼓组件3的各控制鼓32转动，进而方便了对堆芯2内核反应的控制调控。

在一些实施例中，如图1和图5所示，换热器5有多个，多个换热器5沿着热通道4 的周向方向间隔布置，且多个换热器5的进口均与热池通道43连通。具体地，换热器5设有多个，当个别换热器5在使用过程中发生损坏时，剩余的换热器5依然能够起到冷却冷却剂的作用，保障了核反应堆的平稳运行。

在一些实施例中，如图6和图7所示，换热器5包括换热容器52和换热管51，换热管51的至少部分设在换热容器52内，换热容器52为环形，且设在热通道4的外周，位于换热容器52内的换热管51盘绕在热通道4的外周。具体地，换热容器52为环形和换热管 51的盘绕设计简化了换热器5的整体结构，方便了换热器5的安装，使得核反应堆更加经济。

优选地，换热器5内冷却剂的流动方向和换热管51内换热介质的流动方向相反，即冷却剂在换热器5内采用逆向换热的方式进行冷却，逆向换热的方式提高了热效率。

在一些实施例中，如图2所示，核反应堆还包括连接件9，连接件9设在反应堆容器内，且连接件9位于换热器5和盖体11之间，连接件9的一端与换热器5固定连接、连接件9 的另一端与盖体11固定连接以使换热器5和盖体11连接为一体。具体地，连接件9的设置避免了将换热器5的换热容器52直接与盖体11焊接连接时，需要同时考虑焊接对换热容器52变形和盖体11变形的影响，方便了焊接连接。

在一些实施例中，换热器5有多个，连接件9为圆环型，多个换热器5均固定在连接件9的底部，且多个换热器5沿着连接件9的周向间隔布置，连接件9的顶部与盖体11连接固定。这样的设计方便了换热器5的安装定位，安装时首先将多个换热器5固定在连接件9上，最后将连接件9直接与盖体11连接固定即可，实现了多个换热器5安装的集成化。

在一些实施例中，换热器5包括换热容器52和换热管51，换热管51的至少部分设在换热容器52内，换热容器52为环形，且设在热通道4的外周，位于换热容器52内的换热管51盘绕在热通道4的外周，连接件9有多个，多个连接件9设在换热器5的顶部，且多个连接件9沿着换热器5的周向间隔布置。具体地，本实施例中换热器5设置有一个，换热器5整体为环型，换热器5的顶面和盖体11之间设有多个连接件9，多个连接件9沿着换热器5的周向间隔布置，这样的设计使得连接件9不需要较高的加工精度，避免了换热器5和盖体11之间仅设置一个整体的连接件9(例如连接件9为圆环型)时，由于连接件 9的加工精度较低而容易造成换热器5安装精度较差、换热器5容易歪斜的情况，有利于保证换热器5的安装质量。

下面参考附图1至附图5描述根据本发明一种具体示例的核反应堆。

如图1所示，根据本发明实施例的核反应堆包括反应堆容器1、堆芯2、控制鼓组件3、热通道4、换热器5、密封套筒7、导流板8和主泵6。

本实施例中反应堆容器1包括桶体13和盖体11，桶体13的顶部为开口，盖体11固定在桶体13的顶部开口处。具体地，本实施例中桶体13为圆桶状，桶体13沿着上下方向延伸布置，盖体11通过螺栓或焊接的方式固定在桶体13顶部。本实施例中反应堆容器1内装填有冷却剂，冷却剂为冷却铅，在其他实施例中冷却剂也可以为冷却铅铋。

本实施例中堆芯2设在反应堆容器1内，且位于反应堆容器1的中下部，堆芯2用于产生核反应。反应堆容器1内还设有导流板8，导流板8设在堆芯2的下方，导流板8上设有导流孔，导流板8起到向堆芯2均流分配的作用。

本实施例中在堆芯2的外周侧还设有控制鼓组件3，控制鼓组件3包括多个控制鼓32，各控制鼓32均可绕其中心旋转，如图5所示，多个控制鼓32沿着堆芯2的周向间隔布置。本实施例中控制鼓32的部分外周面上设有中子吸收剂，中子吸收剂可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素。当需要控制堆芯2的核反应时，转动控制鼓32并使得控制鼓32上的中子吸收剂朝向堆芯2，通过中子吸收剂对中子的吸收实现对堆芯2核反应的调控。通过在堆芯2的外周设置多个控制鼓32，通过转动不同数量的控制鼓32可以实现对堆芯2核反应速率的分档调控，使得对堆芯2核反应的调控更加精细化。本实施例中各控制鼓32均为圆柱体，各控制鼓32均沿着上下方向延伸布置，各控制鼓32的轴线即为各控制鼓32 的转动中心。

为了方便转动各控制鼓32，本实施例中控制鼓组件3还包括多个连杆31，各连杆31的底部均一一对应的与各控制鼓32的顶部连接固定，且各连杆31均为长杆状。各连杆31 的顶部均穿出反应堆容器1的盖体11。调控各控制鼓32时，通过转动各连杆31向上穿出盖体11的部分即可。

本实施例中热通道4设在堆芯2的上方，热通道4的底部与控制鼓组件3密封连接，热通道4的顶部与盖体11密封连接，热通道4内形成供冷却剂通过的热池通道43。本实施例中热通道4包括锥形段41和筒形段42，锥形段41即为一段圆锥管，锥形段41具有相对布置的大端口和小端口，筒形段42即为一段圆管。锥形段41的大端口朝向下方且与控制鼓组件3密封连接，锥形段41的小端口朝向上方且与筒形段42的底部密封连接，筒形段42的顶部与盖体11密封连接。

本实施例中换热器5设在反应堆容器1内，换热器5位于堆芯2的上方且位于热通道4 的外周。换热器5包括换热容器52和换热管51，换热管51的一部分位于换热容器52内，换热管51的两端则从换热容器52内密封穿出，换热管51内通入有换热介质，换热介质为蒸汽。本实施例中换热容器52上设有容器进口53和容器出口54，换热器5的进口即为设在换热容器52上的容器进口53，容器进口53与热池通道43连通，热池通道43内的冷却剂可以直接流入换热容器52内。换热器5的出口即为设在换热容器52上的容器出口54，容器出口54用于供冷却剂从换热容器52内流出。

本实施例中换热器5有多个，多个换热器5沿着热通道4的周向方向间隔布置，且各换热器5的进口均与热池通道43连通。本实施例中在热通道4和各换热容器52之间均设有一段连接管，各连接管的一端均与热通道4内的热池通道43连通，各连接管的另一端均与换热容器52的内腔连通，热池通道43内的冷却剂经由连接管流入换热容器52内。

如图2所示，为了方便多个换热器5的安装，本实施例中的核反应堆还包括连接件9，连接件9有两个，两个连接件9均为环型，其中一个连接件9的直径较小，另一个连接件 9的直径较大。本实施例中多个换热器5的内侧均与直径较小的连接件9连接固定，多个换热器5的外侧均与直径较大的连接件9连接固定。两个连接件9均设在盖体11和换热器 5之间，两个连接件9的底部均与换热器5焊接，两个连接件9的顶部均与盖体11焊接。可以理解的是，在其他一些实施例中连接件9可以通过螺栓与换热器5和盖体11连接固定；换热器5也可以直接与盖体11焊接固定，此时可以不设连接件9；换热器5也可以通过螺栓直接与盖体11连接固定。

本实施例中密封套筒7设在反应堆容器1内，密封套筒7设在堆芯2的上方且位于热通道4的外周侧，密封套筒7的底端与控制鼓组件3的顶部密封连接，密封套筒7的顶端与盖体11密封连接，密封套筒7和热通道4之间形成密封的环形腔71，各换热器5均设在环形腔71内。密封套筒7和反应堆容器1之间形成冷池通道12，冷池通道12用于供冷却剂流通。本实施例中容器出口54(换热器5的出口)设在换热容器52的底部，从容器出口54流出的冷却剂会直接流入环形腔71内。密封套筒7上设有贯通孔72，贯通孔72 将环形腔71和冷池通道12连通，环形腔71内的冷却剂经由贯通孔72能够流入冷池通道 12内。

为了提高冷却剂在换热器5内的换热效率，本实施例中各换热器5的容器进口53均设在换热容器52的顶部，各换热器5的容器出口54均设在换热容器52的底部，流入各换热容器52内的冷却剂沿着从上至下的方向流动。本实施例中各换热器5的换热管51首先垂直延伸至换热容器52的底部，然后从换热容器52的底部螺旋向上盘绕，即各换热管51内的换热介质可视为沿着从下至上的方向流动，这种逆向换热的方式提高了热效率。

本实施例中环形腔71的顶部具有第一气空间711，第一气空间711用于填充惰性气体。本实施例中密封套筒7上的贯通孔72设在密封套筒7的顶部且位于第一气空间711的下方，容器出口54则位于贯通孔72的下方，从容器出口54流出的冷却剂会向上流动，并最终从贯通孔72处流入冷池通道12内。本实施例中密封套筒7上设有多个贯通孔72，多个贯通孔72沿着密封套筒7的周向方向间隔布置且均将环形腔71和冷池通道12连通。

本实施例中在冷池通道12的顶部设有第二气空间121，第二气空间121用于填充惰性气体。本实施例中第一气空间711和第二第二气空间121均为环形，第一气空间711和第二气空间121均具有汇聚换热介质和缓冲闪蒸或闪爆产生压力冲击的作用。

本实施例中主泵6为短轴泵，主泵6包括电机61和叶轮62，叶轮62设在电机61的输出轴上，叶轮62通过电机61转动驱动。本实施例中电机61的输出轴穿设在盖体11上，叶轮62设在热池通道43内，转动的叶轮62会将热池通道43内的冷却剂向外周侧拨送，从而驱使热池通道43内的冷却剂流如换热器5内。本实施例中主泵6的电机61直接与盖体11连接固定，连接固定的方式可以为焊接、螺栓连接等。

本实施例中核反应堆在安装固定时，将装配完成的核反应堆***安装架(预设构件) 的通孔内，反应堆容器1的盖体11会与安装架的通孔的边缘挡止，核反应堆会悬吊在安装架上。最后将反应堆容器1的盖体11和安装架安装固定即可。

如图4所示，当本实施例的核反应堆运行时，堆芯2会进行核反应，通过转动控制鼓组件3内的各个控制鼓32可以实现对堆芯2内核反应的调控。冷池通道12内的冷却剂会经由导流板8流入堆芯2内，从而实现对堆芯2的冷却，从堆芯2顶部流出的冷却剂会进入热通道4的热池通道43内，然后在主泵6的驱动作用下，热通道4内较热的冷却剂会经由各连接管流入对应的换热器5内，在各换热器5内换热后，温度较低的冷却剂会从各换热器5的底部出口流出并进入环形腔71内，然后冷却剂会沿着环形腔71上行并从各贯通孔72处流入冷池通道12内，从而完成冷却剂的一次冷却循环。

下面参考附图6和附图7描述根据本发明另一个示例的核反应堆。

根据本发明的核反应堆包括反应堆容器1、堆芯2、控制鼓组件3、热通道4、换热器5、密封套筒7、导流板8和主泵6，其中反应堆容器1、堆芯2、控制鼓组件3、热通道4、密封套筒7、导流板8和主泵6可以与上述实施例中相同，此处不再赘述。不同的是，如图6 和图7所示，本实施例中换热器5为环形换热器5，换热器5包括换热容器52和换热管51，换热容器52为环形，且套设在热通道4的外周，位于换热容器52内的换热管51盘绕在热通道4的外周。为了保证稳定运行，换热容器52内设有多个独立通入换热介质的换热管 51，各换热管51均螺旋盘绕在热通道4的外周。本实施例中换热容器52和热通道4之间可以设有多个连接管，各连接管沿着周向等间隔布置，换热容器52的底部也可以设有多个容器出口54，各容器出口54沿着周向等间隔布置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种核反应堆，其特征在于，包括：

反应堆容器，所述反应堆容器包括桶体和盖体，所述桶体的顶部为开口，所述盖体用于封堵所述桶体的开口，所述反应堆容器内具有冷却剂；

堆芯，所述堆芯设在所述反应堆容器内的中下部；

控制鼓组件，所述控制鼓组件设在所述堆芯的外周，所述控制鼓组件包括多个控制鼓，所述控制鼓可绕其中心旋转，多个所述控制鼓沿所述堆芯的周向间隔布置；

热通道，所述热通道设在所述反应堆容器内且位于所述堆芯上方，所述热通道的底部与所述控制鼓组件密封连接，所述热通道的顶部与所述反应堆容器的内顶面密封连接，所述热通道内具有供所述冷却剂通过的热池通道，所述热通道的顶部与所述盖体密封连接；

换热器，所述换热器设在所述反应堆容器内且位于所述热通道的外周，所述换热器的进口与所述热池通道连通，所述换热器的顶部与所述盖体固定连接；

主泵，所述主泵固定在所述盖体上，且所述主泵的一部分设在所述热池通道内，所述主泵用于将所述热池通道内的所述冷却剂泵送至所述换热器内。

2.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，还包括密封套筒，所述密封套筒设在所述反应堆容器内，所述密封套筒与所述反应堆容器在所述反应堆容器的内外方向上间隔开以形成冷池通道，所述密封套筒的底部与所述控制鼓组件密封连接，所述密封套筒的顶部与所述反应容器的内顶面密封连接，所述密封套筒套设在所述热通道的外周且与所述热通道在所述反应堆容器的内外方向上间隔开以形成环形腔，所述环形腔具有位于其顶部的第一气空间，所述第一气空间用于填充惰性气体，所述换热器设在所述环形腔内，所述密封套筒的顶部设有贯通孔，且所述贯通孔位于所述第一气空间的下方，所述贯通孔与所述环形腔和所述冷池通道连通，所述换热器的出口设在所述换热器的底部。

3.根据权利要求2所述的核反应堆，其特征在于，所述冷池通道具有位于其顶部的第二气空间，所述第二气空间用于填充惰性气体。

4.根据权利要求2所述的核反应堆，其特征在于，所述贯通孔有多个，多个所述贯通孔沿着所述密封套筒的周向方向间隔布置。

5.根据权利要求2所述的核反应堆，其特征在于，还包括导流板，所述导流板设在所述堆芯的下方，所述导流板用于引导所述冷池通道内的所述冷却剂流入所述堆芯。

6.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，所述热通道包括锥形段和筒形段，所述锥形段的横截面积沿从上到下的方向逐渐增大，所述锥形段的下端与所述控制鼓组件密封连接，所述锥形段上端与所述筒形段连接，所述筒形段的横截面积在上下方向上恒定。

7.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，所述控制鼓组件还包括连杆，多个所述连杆与各所述控制鼓一一对应连接，且多个所述连杆均穿出所述反应堆容器，所述连杆用于驱动所述控制鼓转动以调控所述堆芯的核反应。

8.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，所述换热器有多个，多个所述换热器沿着所述热通道的周向方向间隔布置，且多个所述换热器的进口均与所述热池通道连通。

9.根据权利要求1所述的核反应堆，其特征在于，所述换热器包括换热容器和换热管，所述换热管的至少部分设在所述换热容器内，所述换热容器为环形且设在所述热通道的外周，位于所述换热容器内的所述换热管盘绕在所述热通道的外周。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的核反应堆，其特征在于，还包括连接件，所述连接件设在所述反应堆容器内，且所述连接件位于所述换热器和所述盖体之间，所述连接件的一端与所述换热器固定连接、所述连接件的另一端与所述盖体固定连接以使所述换热器和所述盖体连接为一体。

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