高度固有安全的低温供热堆 【技术领域】
本发明涉及一种核反应堆技术，具体地说是一种高度固有安全性的低温供热堆。
背景技术
利用核能供热是解决采暖与海水淡化的一个重要手段。尽管目前国内外低温供热核反应堆概念设计种类很多，但是由于经济性和安全性还未被人们广泛接受，尤其是低温供热对距离人口密集区域不能太远，核安全更为重要，因此要寻找固有安全性更高而造价低廉的堆型，这是决定核能供热堆推广的关键。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种固有安全性更高、造价低廉的一种高度固有安全的低温供热堆，进行低温供热和海水淡化。
实现本发明目的的技术方案是：在反应堆容器的一侧设有一个高出堆芯顶部10～30m的蓄压水池，蓄压水池底部设有一根注入管，该注入管与堆冷却剂进口管相通，注入管设有倒U型管部分，目的是为了防止堆内热量传给蓄压水池，还有一根由堆冷却剂出口管引出穿过蓄压水池高出水池水面5～30cm的上升管。这两根管周围由混凝土构成的竖井密封，防止管道破坏造成水池漏失。控制棒驱动机构布置在堆芯容器的球型顶盖上。堆冷却剂出口管经隔离阀与带中间夹层地板翅式换热蒸发器入口连接，板翅式换热蒸发器的出口分别与主泵和另一隔离阀连接，该隔离阀与堆冷却剂进口管连接。
利用水压活塞原理的水压式控制棒驱动机构，其管座与堆芯容器顶盖连接，管座腔体的一侧设有管道，与泵出口管相通。活塞的中心孔与导向罩的中心孔内安装有驱动杆，在压块与活塞之间设有弹簧，该弹簧内侧设有驱动杆的抓爪，该抓爪与驱动杆槽配合卡住。耐压壳的上端设有泵入口管，耐压壳的上下腔的泵入出口管之间设有短路管，短路管上安装有电磁阀，由“堆功率过高”、“堆芯出口温度高”及“堆芯入口温度高”信号控制电磁阀断电，电磁阀自动开启。当活塞在下部时，压块压紧弹簧，使抓爪抓住驱动杆，泵启动后活塞受力向上移动至顶部为止。当活塞上下压差减少至一定程度(泵断电或电磁阀开启)，活塞下落，此时压块由耐压壳上部电磁铁吸住不下落，这样靠弹簧力将抓爪打开，驱动杆快速下落，活塞慢速下落，当电磁铁断电，压块下落，准备好下次据棒。
本发明的效果：由于设有离出堆芯顶部的蓄压水池，提高了堆芯出口压力，堆芯容器水容积波动、余热导出以及安全注水四大功能。尤其是无需动作任何阀门即可实现余热导出和安全注水。利用带中间夹层的板翅式换热蒸发器代替了一次换热器和二次蒸发器，减少了中间回路，减少了设备尺寸，降低造价。利用水压活塞原理的水压式控制棒驱动机构，形成两套独立的停堆系统，这样使该堆具有高度固有安全性，堆芯永不熔化、永不烧毁在任何事故工况都满足对环境“无放射性后果”要求。该低温供热堆，固有安全性更高、造价低廉，可用于进行低温供热和海水淡化。
附图及说明
图1为本发明的高固有安全的低温供热堆示意图。
图2为本发明的水压式控制棒驱动机构示意图。
图中：
1.堆芯，2.堆芯容器，3.堆芯吊蓝，4.堆容器顶盖，5.控制棒驱动机构，6.堆冷却剂出口管，7.堆冷却剂入口管，8.隔离阀，9.换热蒸发器，10.主泵，11.竖井，12.上升管，13.注入管，14.蓄压水池，15.上限位置探测器，16.电磁铁，17.耐压壳，18.下限位置探测器，19.驱动杆，20.压块，21.抓爪，22.弹簧，23.活塞，24.管座，25.导向罩，26.泵出口，27.电磁阀，28.泵入口。
【具体实施方式】
本发明以一座热功率200MW的供热堆为例，其结构如图1所示。
本堆应称为池壳式堆，即有池式堆特点，又有密封堆芯容器。反应堆堆芯1放置在堆芯容器2下部中央，由吊蓝3予以固定，吊蓝3挂在堆芯容器2的堆冷却剂出口管6和堆冷却剂入口管7之间，将冷却剂进出水口隔离，免去冷却剂出口6管与吊蓝3之间的复杂密封结构，堆芯容器2靠上部支撑在堆芯混凝土屏蔽层上。控制棒驱动机构5布置在堆芯容器2的球型堆容器顶盖4上，与控制棒吸收体刚性连接。
正常运行时主循环水从堆冷却剂出口管6流出，经隔离阀8进入带中间夹层的板翅式换热蒸发器9，降温后的水经主泵10增压再经另一隔离阀8、堆冷却剂入口管7回堆。
利用带中间夹层的板翅式换热蒸发器代替一次换热器和二次蒸发器，减少中间回路，减少设备尺寸，降低造价。
板翅式换热蒸发器中间夹层可充水，充氮气亦可抽一定真空度，以夹层压力的变化监督换热器隔板是否有漏。
在堆芯容器2的一侧设有一个高出堆芯1顶部10-30m的蓄压水池14，蓄压水池14底部设有一根注入管13与堆冷却剂入口管7相通，注入管13设有倒U型管部分，目的是为了阻隔堆内热量传给蓄压水池14；由堆冷却剂出口管6引出一根穿过蓄压水池14高出水池水面5-30cm上升管12。上升管12与注入管13周围由混凝土构成的竖井11密封，防止管道破坏造成水池漏失。
在主管道断裂时，由注入管13向堆芯1注水，主回路间容积尽量小，采取密封隔离措施，保证漏入主回路间的水不再向外漏出。
在主泵10启动后，上升管12内水位低于蓄压水池14水位，降低的高度与堆芯1压降相等，反应堆提升功率后，上升管12内水温升高接近堆冷却剂出口管6的水温，上升管12水位上升，但仍低于上升管12出口，自然循环不能形成。当外电源断电后，通过堆芯1流量下降，堆芯1压降减小至一定程度时，上升管12冒水，形成自然循环。因此，在提升功率或功率波动时由注水管维持堆芯压力。在外电源断电或正常停堆停止一定数量主泵无需动作任何阀门实现非能动余热导出。堆芯热量传给蓄压水池，当蓄压水池水量足够大时，蓄压水池可做最终热阱，实现应急余热导出。
在管道大破口事故下，堆芯压力迅速下降，此时蓄水池靠位差向堆芯大量注水，使堆芯永远处在淹没状态，当主回路间水充满后，仍利用蓄水池维持堆芯压力。
高水位蓄压水池有四大功能：加压、水容积波动、非能动安全注射、非能动余热导出，此处蓄水池还为换料时向反应堆水池充水以及卸出水的贮存。
由于低温供热堆功率较大，在设计时要考虑断电ATWS、甩负荷ATWS和提棒ATWS。最好的办法是设置第二套停堆系统，也就是说在磁阻马达控制棒驱动机构的基础上，增加了水压式控制棒驱动机构。
利用水压活塞原理的水压式控制棒驱动机构，如图2所示。管座24与堆容器顶盖4连接，管座24腔体的一侧设有与泵出口26连接的管道。管座24的下端安装导向罩25，管座24的上端安装有耐压壳17，耐压壳17内设有活塞23，活塞23的中心孔与导向罩25的中心孔内安装驱动杆19，在耐压壳17内、驱动杆19的外侧设有压块20，在压块20与活塞23之间设有弹簧22，弹簧22内侧设有驱动杆19的抓爪21，该抓爪21与驱动杆的槽配合卡住。耐压壳17的上端设有与泵入口连接的管道28，泵出口26的管道与泵入口28的管道之间设有短路管，短路管上安装有电磁阀27。耐压壳17的顶盖上依次设有电磁铁16和上限位置探测器15，耐压壳17的外侧壁上设有下限位置探测器18。
在控制棒插入底部时抓爪21在压块20重力下抓住驱动杆19，由下限位置探测器18指示，在主泵10启动后，利用主泵10或同轴小水泵进出口压差将活塞23推向上部，相连的控制棒即提出堆芯，并保持在上部位置，由上限位置探测器15指示，当电磁阀27断电开启或水泵进出口压差小到一定程度，活塞23下落、压块20靠电磁铁16吸力仍留在上部，这样抓爪21打开驱动杆19快速下落至底，活塞23慢慢下落，当需要再次提棒时电磁铁断电几秒，压块20下落压紧弹簧22并使抓爪21向里运动抓住驱动杆19即可提棒。
利用水压活塞原理，在主泵启动后，可利用主泵进出口压差(亦可用主泵同轴水泵进出口压差)将活塞推上部，相连的控制棒即提出堆芯，当主泵流量降至一定程度后活塞带动控制棒下落。达到热停堆甚至可过到冷停堆，这样就不存在断电ATWS。另外在活塞23的耐压壳17的上下腔连一个带电磁阀的短路管，短路管的电磁阀打开活塞23上下腔压差消失，活塞23下落，而此短路管上的阀门为常开电磁阀通电关闭，断电信号为堆功率堆芯出口温度以及堆芯入口温度。这样就可避免甩负荷ATWS，提棒ATWS事故。