基于干井与移动式换热器的核供热堆、供热系统

1.本发明涉及核供热堆技术领域，具体涉及一种基于干井与移动式换热器的核供热堆、供热系统。


背景技术：

2.近几十年，国内外供热反应堆的设计有很多，如壳式一体化自然循环压水堆ats-500、slow poke自然循环池式供热堆、agesta，但经济性和安全性未受到广泛认可，存在结构复杂等问题。
3.现有供热堆中多采用自然循环设计，而自然循环驱动力与带热能力有限，在堆芯功率较大时仅依靠单相自然循环难以带出堆芯产热，故多采用降低反应堆功率或提升反应堆内冷热段高度差的方法来提高反应堆自然循环能力。这些方法一方面限制了反应堆功率水平，局限了反应堆的应用需求；另一方面增加了反应堆的结构尺寸，不利于反应堆的小型化。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的现有供热堆的结构复杂的问题，从而提供一种基于干井与移动式换热器的核供热堆、供热系统。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于干井与移动式换热器的核供热堆，包括：混凝土地基，所述混凝土地基内设有反应堆，所述反应堆上设有安全阀，且在所述反应堆内设有支撑组件；堆芯，设于所述支撑组件上，且在所述堆芯的顶部设有干井，所述干井内设有控制棒；热升管，设于所述反应堆内，且围绕所述干井设置，所述热升管内设有移动式换热器；气区换热器，设于反应堆的顶部；换热器驱动机构，设于所述干井内，所述换热器驱动机构与所述移动式换热器通过管路调节器连接。
6.进一步地，所述管路调节器包括：圆筒形滑道，一端设有固定端，另一端设有滑动端；圆形滑块，设于所述圆筒形滑道内，且所述圆形滑块与所述滑动端连接；密封环，设于所述圆形滑块的两端。
7.进一步地，所述圆筒形滑道的一端设有环形保护头，所述环形保护头用于保护所述圆形滑块。
8.进一步地，驱动连杆，所述驱动连杆呈u形，所述驱动连杆的一端与所述换热器驱动机构连接，另一端与所述移动式换热器连接。
9.进一步地，还包括上封板，所述上封板设于所述干井的顶部，所述驱动连杆贯穿所述上封板。
10.进一步地，还包括出口管线和进口管线，所述出口管线和进口管线均与所述管路调节器连接。
11.进一步地，支撑组件上设有支撑板，堆芯组件设于支撑板上。
12.进一步地，还包括围筒，所述围筒设于所述支撑板上，所述堆芯设于所述围筒内，
且在所述围筒上设有顶盖。
13.进一步地，热升管具有多个，多个热升管沿干井的外周间隔设置。
14.本发明还提供了一种带有干井与热升管的自然循环式核供热系统，包括所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆。
15.本发明技术方案，具有如下优点：
16.1.本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆，包括：混凝土地基，所述混凝土地基内设有反应堆，所述反应堆上设有安全阀，且在所述反应堆内设有支撑组件；堆芯，设于所述支撑组件上，且在所述堆芯的顶部设有干井，所述干井内设有控制棒；热升管，设于所述反应堆内，且围绕所述干井设置，所述热升管内设有移动式换热器；气区换热器，设于反应堆的顶部；换热器驱动机构，设于所述干井内，所述换热器驱动机构与所述移动式换热器通过管路调节器连接。
17.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用全自然循环，省去主泵、简化结构，提高了固有安全性。在正常运行时，冷却剂以堆芯为热源、液区换热器为热阱形成冷热芯位差驱动自然循环，冷却剂在上升通道内发生闪蒸从而提高驱动力，而扰流组件在上升通道内分划流道，消除了闪蒸造成的振荡并避免由振荡导致的组件损害。
18.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用了反应堆容器内为常压的设计，相较于压水堆降低了反应堆一回路承压边界所受的压力，降低了发生破口事故与冷却剂流失事故的可能性，提高了固有安全性；同时常压可以简化各系统与管线设计，并使得供热厂房选址更方便。
19.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用干井设计，大幅缩短控制棒长度，而干井也方便对反应堆的检修维护，干井壁上可以固定反应堆内测量组件与仪表等。
20.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用了换热器驱动机构，可以根据实际需求通过换热器驱动机构调整移动式换热器位置以获得所需输出功率。
21.该基于干井与移动式换热器的核供热堆设置了多种安全措施如气区换热器与安全阀等，气区换热器可将反应堆内上封头处聚集的蒸汽所携带的热量排出反应堆，及时减小反应堆容器所受的压力；安全阀常闭，且可在反应堆容器内上部热量与压力超过一定值、或气区换热器失效无法排出热量时开启，及时泄压防止更严重事故的发生。
22.2.本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆，所述管路调节器包括圆筒形滑道和圆形滑块、以及密封环；其中，圆筒形滑道的一端设有固定端，另一端设有滑动端；圆形滑块，设于所述圆筒形滑道内，且所述圆形滑块与所述滑动端连接；密封环，设于所述圆形滑块的两端。
23.其中，固定端与固定管路连接，该固定管路为外接线路；滑动端与移动管路连接，圆筒形滑道的顶端开有与所连接固定管路直径相同的流道，所述圆形滑块开有与所接移动管路直径相同的流道。
24.同时，圆形滑块置于所述圆筒形滑道内，所述圆筒形滑道直径略大于固定管路直径，所述圆形滑块直径略小于滑道直径，所述圆形滑块直径略大于移动管路直径，所述圆形滑块与所述圆筒形滑道之间存在密封环，使得管路内流体不会泄漏。
25.3.本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆，所述圆筒形滑道的一端设有环形保护头，所述环形保护头用于保护所述圆形滑块。所述环形保护头的设置，使得所述
圆形滑块不会脱出所述圆筒形滑道。
26.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆的结构示意图；
29.图2为本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆的结构示意图；
30.图3为本发明提供的基于干井与移动式换热器的核供热堆的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1、混凝土地基；2、反应堆容器；3、安全阀；4、支撑组件；5、堆芯；6、干井；7、控制棒；8、热升管；9、移动式换热器；10、气区换热器；11、换热器驱动机构；12、管路调节器；13、圆筒形滑道；14、固定端；15、滑动端；16、圆形滑块；17、密封环；18、环形保护头；19、驱动连杆；20、上封板；21、出口管线；22、进口管线；23、支撑板；24、顶盖；25、围筒。
具体实施方式
33.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
34.在本公开的描述中，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"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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公开和简化描述，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公开的限制。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一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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公开中的具体含义。
36.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，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"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
38.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
39.请参阅图1至图3所示，本发明提供了一种基于干井与移动式换热器的核供热堆，包括：混凝土地基1，所述混凝土地基1内设有反应堆，所述反应堆上设有安全阀3，且在所述反应堆内设有支撑组件4；堆芯5，设于所述支撑组件4上，且在所述堆芯5的顶部设有干井6，所述干井6内设有控制棒7；热升管8，设于所述反应堆内，且围绕所述干井6设置，所述热升管8内设有移动式换热器9；气区换热器10，设于反应堆的顶部；换热器驱动机构11，设于所述干井6内，所述换热器驱动机构11与所述移动式换热器9通过管路调节器12连接。
40.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用全自然循环，省去主泵、简化结构，提高了固有安全性。在正常运行时，冷却剂以堆芯5为热源、液区换热器为热阱形成冷热芯位差驱动自然循环，冷却剂在上升通道内发生闪蒸从而提高驱动力，而扰流组件在上升通道内分划流道，消除了闪蒸造成的振荡并避免由振荡导致的组件损害。
41.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用了反应堆容器2内为常压的设计，相较于压水堆降低了反应堆一回路承压边界所受的压力，降低了发生破口事故与冷却剂流失事故的可能性，提高了固有安全性；同时常压可以简化各系统与管线设计，并使得供热厂房选址更方便。
42.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用干井6设计，大幅缩短控制棒7长度，而干井6也方便对反应堆的检修维护，干井6壁上可以固定反应堆内测量组件与仪表等。
43.该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用了换热器驱动机构11，可以根据实际需求通过换热器驱动机构11调整移动式换热器9位置以获得所需输出功率。
44.该基于干井与移动式换热器的核供热堆设置了多种安全措施如气区换热器10与安全阀3等，气区换热器10可将反应堆内上封头处聚集的蒸汽所携带的热量排出反应堆，及时减小反应堆容器2所受的压力；安全阀3常闭，且可在反应堆容器2内上部热量与压力超过一定值、或气区换热器10失效无法排出热量时开启，及时泄压防止更严重事故的发生。
45.在一些可选的实施例中，所述管路调节器12包括圆筒形滑道13和圆形滑块16、以及密封环17；其中，圆筒形滑道13的一端设有固定端14，另一端设有滑动端15；圆形滑块16，设于所述圆筒形滑道13内，且所述圆形滑块16与所述滑动端15连接；密封环17，设于所述圆形滑块16的两端。
46.其中，固定端14与固定管路连接，该固定管路为外接线路；滑动端15与移动管路连接，圆筒形滑道13的顶端开有与所连接固定管路直径相同的流道，所述圆形滑块16开有与
所接移动管路直径相同的流道。
47.同时，圆形滑块16置于所述圆筒形滑道13内，所述圆筒形滑道13直径略大于固定管路直径，所述圆形滑块16直径略小于滑道直径，所述圆形滑块16直径略大于移动管路直径，所述圆形滑块16与所述圆筒形滑道13之间存在密封环17，使得管路内流体不会泄漏。
48.在一些可选的实施例中，所述圆筒形滑道13的一端设有环形保护头18，所述环形保护头18用于保护所述圆形滑块16。所述环形保护头18的设置，使得所述圆形滑块16不会脱出所述圆筒形滑道13。
49.在一些可选的实施例中，该基于干井与移动式换热器的核供热堆还包括驱动连杆19，所述驱动连杆19呈u形，所述驱动连杆19的一端与所述换热器驱动机构11连接，另一端与所述移动式换热器9连接。即利用驱动连杆19实现了换热器驱动机构11和移动式换热器9的连接，可以实现换热器驱动机构11带动移动式换热器9的移动。
50.在一些可选的实施例中，该基于干井与移动式换热器的核供热堆还包括上封板20，所述上封板20设于所述干井6的顶部，所述驱动连杆19贯穿所述上封板20。
51.所述干井6内为常压且无冷却剂，干井6顶部设置上封板20，所述干井6上封板20常闭，可根据需求开启。控制棒7位于干井6内，控制棒7插入堆芯5。
52.该基于干井与移动式换热器的核供热堆还包括还包括出口管线21和进口管线22，所述出口管线21和进口管线22均与所述管路调节器12连接。
53.该出口管线21和进口管线22共同组成移动管路。
54.在一些可选的实施例中，支撑组件4上设有支撑板23，堆芯5设于支撑板23上。该支撑组件4上设置支撑板23，起到了支撑堆芯5组件的作用。
55.在一些可选的实施例中，该基于干井与移动式换热器的核供热堆还包括围筒25，所述围筒25设于所述支撑板23上，所述堆芯5设于所述围筒25内，且在所述围筒25上设有顶盖24。
56.堆芯5外侧设置围筒25，堆芯5与围筒25放置在支撑板23上，支撑板23由支撑组件4固定，围筒25顶部与顶盖25连接；所述围筒25与若干热升管8底部连接(以六根为例)，且热升管8管口位置低于冷却剂液面，冷却剂在热升管8发生闪蒸，以实现自然循环并强化驱动力。
57.在一些可选的实施例中，热升管8具有多个，多个热升管8沿干井6的外周间隔设置。
58.其中，热升管8具有六根，六根热升管8均匀的设置在干井6内；其中，热升管8的个数可根据实际情况自行设定。
59.每个热升管8内都设置一个移动式换热器9，进口管线22与移动式换热器9下端连接，出口管线21与移动式换热器9上端连接；换热器驱动机构11位于反应堆容器2外部，每个移动式换热器9通过驱动连杆19与换热器驱动机构11连接，可根据功率需求调节驱动连杆19使得各移动式换热器9处于不同高度。进口管线22、出口管线21为移动管路，分别与对应管路调节器12的滑动端15连接。
60.本发明还提供了一种带有干井6与热升管8的自然循环式核供热系统，包括所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆。
61.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，包括：混凝土地基(1)，混凝土地基(1)内设有反应堆，反应堆上设有安全阀(3)，且在反应堆内设有支撑组件(4)；堆芯(5)，设于支撑组件(4)上，且在堆芯(5)的顶部设有干井(6)，干井(6)内设有控制棒(7)；热升管(8)，设于反应堆内，且围绕干井(6)设置，热升管(8)内设有移动式换热器(9)；气区换热器(10)，设于反应堆的顶部；换热器驱动机构(11)，设于干井(6)内，换热器驱动机构(11)与移动式换热器(9)通过管路调节器(12)连接。2.根据权利要求1所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，管路调节器(12)包括：圆筒形滑道(13)，一端设有固定端(14)，另一端设有滑动端(15)；圆形滑块(16)，设于圆筒形滑道(13)内，且圆形滑块(16)与滑动端(15)连接；密封环(17)，设于圆形滑块(16)的两端。3.根据权利要求2所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，圆筒形滑道(13)的一端设有环形保护头(18)，环形保护头(18)用于保护圆形滑块(16)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，还包括驱动连杆(19)，驱动连杆(19)呈u形，驱动连杆(19)的一端与换热器驱动机构(11)连接，另一端与移动式换热器(9)连接。5.根据权利要求4所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，还包括上封板(20)，上封板(20)设于干井(6)的顶部，驱动连杆(19)贯穿上封板(20)。6.根据权利要求4所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，还包括出口管线(21)和进口管线(22)，出口管线(21)和进口管线(22)均与管路调节器(12)连接。7.根据权利要求5或6所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，支撑组件(4)上设有支撑板(23)，堆芯(5)设于支撑板(23)上。8.根据权利要求7所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，还包括围筒(24)，围筒(24)设于支撑板(23)上，堆芯(5)设于围筒(24)内，且在围筒(24)上设有顶盖(24)。9.根据权利要求8所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆，其特征在于，热升管(8)具有多个，多个热升管(8)沿干井(6)的外周间隔设置。10.一种带有干井与热升管的自然循环式核供热系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的基于干井与移动式换热器的核供热堆。

技术总结
本发明涉及核供热堆技术领域，具体涉及一种基于干井与移动式换热器的核供热堆、供热系统；该基于干井与移动式换热器的核供热堆包括：混凝土地基，混凝土地基内设有反应堆，反应堆上设有安全阀，且在反应堆内设有支撑组件；堆芯，设于支撑组件上，且在堆芯的顶部设有干井，干井内设有控制棒；热升管，设于反应堆内，且围绕干井设置，热升管内设有移动式换热器；气区换热器，设于反应堆的顶部；换热器驱动机构，设于干井内，换热器驱动机构与移动式换热器通过管路调节器连接。该基于干井与移动式换热器的核供热堆采用全自然循环，省去主泵、简化结构，提高了固有安全性。提高了固有安全性。提高了固有安全性。


技术研发人员：丁铭 王阳明 顾长盛 曲昊杰 封有财 郭泽华 梁辉 曹夏昕 孟兆明 边浩志 张峻逍 张晨耀 何宇 包庆涵 陈锐扬
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/6