本發(fā)明涉及一種用于從核反應(yīng)堆排出殘熱的系統(tǒng)，即被動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

公知的是，在核反應(yīng)堆中，需要在反應(yīng)堆停止之后排出殘熱。為了安全的原因，用于排出殘熱的系統(tǒng)必須特別可靠并且優(yōu)選是多元化的。

過去，主要使用主動(dòng)系統(tǒng)，即，需要電能來運(yùn)行的系統(tǒng)，然而如今逐漸使用被動(dòng)系統(tǒng)，即，不需要電能來運(yùn)行的系統(tǒng)，但是這樣的被動(dòng)系統(tǒng)還需要操作員或者控制邏輯和電力供應(yīng)裝置的干預(yù)，以變成可運(yùn)行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于從核反應(yīng)堆排出殘熱的系統(tǒng)，其不需要能量供應(yīng)來運(yùn)行，并且其在反應(yīng)堆的溫度超過預(yù)設(shè)的參考值時(shí)，獨(dú)立于操作員或者進(jìn)程邏輯而運(yùn)行。

因此，本發(fā)明涉及一種如所附權(quán)利要求1中的必要條款中以及在從屬權(quán)利要求中的附加技術(shù)特征中限定的用于從核反應(yīng)堆排出殘熱的系統(tǒng)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的排出殘熱的系統(tǒng)是完全被動(dòng)的系統(tǒng)，其不需要用于其運(yùn)行的能量供應(yīng)，且不需要操作員或控制邏輯來驅(qū)動(dòng)。

附圖說明

參照附圖在以下非限制實(shí)施例中描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的用于排出殘熱的系統(tǒng)的核反應(yīng)堆的示意圖；

圖2是圖1的殘熱排出系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的比例放大的示意圖，其中為了清楚起見而去除了一部分；

圖3是沿投影面III-III截取的、圖2的細(xì)節(jié)的剖視圖；

圖4和圖5分別是圖1的殘熱排出系統(tǒng)的兩個(gè)變型方案的部分示意圖，其中為了清楚起見而去除了一部分。

具體實(shí)施方式

圖1以非常示意的形式示出了一種本身基本上是已知類型的核反應(yīng)堆1。

反應(yīng)堆1包括由頂蓋3覆蓋的容器2；容器2內(nèi)設(shè)置有由初級(jí)流體5(例如由鈉、鉛、鉛-鉍共晶體或熔鹽構(gòu)成)冷卻的芯4，該初級(jí)流體填充容器2到自由表面6；容器2還容置主熱交換器(公知且未示出)，該主熱交換器經(jīng)由次級(jí)冷卻流體在其中循環(huán)的回路將芯4中產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)移到外部，并且容器2還容置其他部件，由于這些部件與本發(fā)明無關(guān)，所以未示出。

反應(yīng)堆1設(shè)有殘熱排出系統(tǒng)10，其包括：至少一個(gè)第一熱交換器11，容置在容器2中；以及第二熱交換器12，定位在容器2的外部且處于比熱交換器11高的位置(即，離地面較高)，且通過排出回路13連接到熱交換器11。

優(yōu)選地，若干熱交換器11被成角度間隔開地容置在容器2中，雖然以下為了簡(jiǎn)化起見，僅涉及單個(gè)熱交換器11。

熱交換器11與初級(jí)流體5相互作用，該熱交換器尤其浸入到初級(jí)流體5中，從而將熱量從初級(jí)流體5轉(zhuǎn)移到在排出回路13以及熱交換器11、12中循環(huán)的次級(jí)流體15。熱交換器11可以是已知類型的熱交換器，例如卡口管交換器(bayonet tube exchanger)或者螺旋線圈交換器。

熱交換器11經(jīng)由次級(jí)流體15在其中循環(huán)的排出回路13連接到熱交換器12，熱交換器12被定位在容器2的外部，且位于相對(duì)熱交換器11較高的位置(即，離地面較高)處。

在熱交換器12中，次級(jí)流體15被輔助流體16(由圖1中的箭頭16示意性地表示)冷卻，該輔助流體16在冷卻導(dǎo)管17中循環(huán)并且穿越或撞擊熱交換器12。而且，熱交換器12可以是已知類型的；優(yōu)選地，熱交換器12具有上部熱歧管18、下部冷歧管19以及布置在歧管18、19之間的多個(gè)管道20(優(yōu)選地為鰭片管道)。

排出回路13包括：熱分支21，其將熱交換器11的出口與熱交換器12的熱歧管18的入口連接；以及冷分支22，其將熱交換器12的冷歧管19的出口連接到熱交換器11的入口。

熱分支21尤其包括直(直線型)管道部23，其從歧管18伸出，并且沿著直線軸線A在軸向相對(duì)兩端24、25之間延伸，也就是在一個(gè)近端24(借助于連接裝置26固定到歧管18)與遠(yuǎn)端25之間延伸。

歧管18被固定到保持和支撐結(jié)構(gòu)27，以便構(gòu)成系統(tǒng)10的固定點(diǎn)。特別地，歧管18借助管道部23被固定到連接裝置26附近的結(jié)構(gòu)27。管道部23被軸向滑動(dòng)地容置在橫向引導(dǎo)裝置28中；管道部23被機(jī)械地限制，以借助引導(dǎo)裝置28沿著其軸線A行進(jìn)。管道部23被設(shè)計(jì)成尤其受到在管道部23中循環(huán)的次級(jí)流體15中的溫度增加的影響而沿著軸線A、在橫向引導(dǎo)裝置28內(nèi)可熱膨脹；由于近端24被固定到歧管18，如果發(fā)生熱膨脹，管道部23沿著軸線A縱向膨脹，遠(yuǎn)端25沿著軸線A相對(duì)于近端24移動(dòng)。有利地，排出回路13是密封且無閥的。

在圖1的非限制性示例中，冷卻熱交換器12的輔助流體16是在冷卻導(dǎo)管17中自然循環(huán)的空氣。特別地，熱交換器12沿著冷卻導(dǎo)管17被插入，該冷卻導(dǎo)管17例如被限定在還容置和支撐熱交換器12的結(jié)構(gòu)27內(nèi)；冷卻導(dǎo)管17有利地連接到適于將熱量釋放到外部空氣的煙囪29。冷卻導(dǎo)管17設(shè)有一個(gè)或多個(gè)擋板(shutter)30，這些擋板攔截流經(jīng)冷卻導(dǎo)管17的氣流；擋板30特別地布置在熱交換器12與煙囪29之間。

再參照?qǐng)D2和圖3，擋板30繞各自的旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)以逐漸打開冷卻導(dǎo)管17(從擋板30封閉冷卻導(dǎo)管17的關(guān)閉位置開始)。

例如，擋板30被安裝在各自的旋轉(zhuǎn)軸31上，旋轉(zhuǎn)軸31鉸接到結(jié)構(gòu)27并且限定各自的旋轉(zhuǎn)軸線R。有利地，每個(gè)軸31相對(duì)于各自的擋板30的重心偏置，擋板30一般相對(duì)于豎直平面傾斜地安裝。管道部23的遠(yuǎn)端25連接到機(jī)械式的致動(dòng)器裝置32。特別地，致動(dòng)器裝置32包括連桿33，連桿33沿著各自的縱軸線延伸并且在各自相對(duì)的縱向端機(jī)械地連接到管道部23的遠(yuǎn)端25和各自的擋板30。特別地，連桿33借助鉤34連接到管道部23，鉤34定位在遠(yuǎn)端25處并且一體地連接到管道部23。

每個(gè)擋板30相對(duì)于結(jié)構(gòu)27而與各自的軸31一體地樞轉(zhuǎn)。第一桿35一體地連接到軸31(并且還連接到擋板30)。第二桿36鉸接在桿35上，并且與桿35指示性地形成直角。小齒輪37連接到桿35以與軸31和桿35、36一起形成連接桿-曲軸組件。桿36沿連桿33的縱軸線定向。

系統(tǒng)10以如下方式運(yùn)行。

在反應(yīng)堆1正常運(yùn)行期間，擋板30是關(guān)閉的并且封閉冷卻導(dǎo)管17，從而防止冷卻導(dǎo)管17中的空氣通過熱交換器12循環(huán)。由于不可避免的通過擋板30的空氣泄露以及通過結(jié)構(gòu)27的熱損失，熱交換器12稍微地冷卻次級(jí)流體15，由于密度的變化這將導(dǎo)致經(jīng)由冷分支22供應(yīng)熱交換器11的排出回路13中的自然循環(huán)。定位在容器2中的熱交換器11將次級(jí)流體15加熱到接近初級(jí)流體5的溫度；然而，次級(jí)流體15到達(dá)熱交換器12的熱歧管18，從而通過排出回路13的熱分支21、特別是流經(jīng)管道部23而循環(huán)。

如果初級(jí)流體5的溫度增加到超過預(yù)設(shè)標(biāo)定閾值，而且次級(jí)流體15在熱交換器11中加熱；次級(jí)流體15因此加熱管道部23，由于歧管18是系統(tǒng)10的固定點(diǎn)，通過熱膨脹導(dǎo)致鉤34沿軸線A移動(dòng)δ，其中連桿33一體地連接到管道部23。因此，管道部23限定可熱膨脹的控制部40，尤其是通過熱膨脹可縱向延伸；管道部23、即控制部40的縱向膨脹(當(dāng)初級(jí)流體5的溫度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)發(fā)生)使致動(dòng)器裝置32運(yùn)行以移動(dòng)擋板30，擋板30限定各自的可動(dòng)構(gòu)件41以選擇性地打開/關(guān)閉冷卻導(dǎo)管17。特別是，每個(gè)連桿33的移動(dòng)δ操作小齒輪37，進(jìn)而引起桿35、軸31以及擋板30的旋轉(zhuǎn)，擋板30開始打開。初級(jí)流體5的溫度增加得越多，擋板30的開口打開得越大，并且由輔助流體16(在該情況下為空氣)導(dǎo)致的熱量的排出越多。

初級(jí)流體5的后續(xù)冷卻在受到重力作用的擋板30的相應(yīng)關(guān)閉之后，該重力作用是因擋板30的軸31(以及因此旋轉(zhuǎn)軸線R)相對(duì)于擋板30的各自的重心的定位不相稱而導(dǎo)致的。

因此，系統(tǒng)10允許初級(jí)流體5進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，而不需要操作員或控制邏輯的干預(yù)。

根據(jù)本發(fā)明的范圍中的一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案，其尤其適于在鉛-鉍或純鉛冷卻的反應(yīng)堆的應(yīng)用場(chǎng)合，一定量的水初始被引入到排出回路13，以便達(dá)到在熱交換器11內(nèi)沸騰的預(yù)設(shè)計(jì)的壓力；排出回路13隨后被密封。隨著擋板30關(guān)閉，排出回路13基本上充滿加壓的過熱蒸氣，這些過熱蒸氣進(jìn)入熱交換器12；在熱交換器12中，處于過熱蒸氣形式的次級(jí)流體15隨著小冷凝流的形成而被冷卻到飽和溫度，該小冷凝流通過排出回路13的冷分支22返回到熱交換器11。由于熱交換器11的出口處的蒸氣的過熱溫度有所增加并且擋板30逐漸打開，熱交換器12中的冷凝物的形成有所增加，結(jié)果熱交換器11的功率有所增加。形成的冷凝物有所增加的結(jié)果是次級(jí)流體15的壓力有所減小，以及在冷分支22中循環(huán)的冷凝物與在熱分支21中循環(huán)的過熱蒸氣之間的密度差有所增大，并且具有提高自然循環(huán)性能的效果。由于排出回路13僅填充有蒸氣，相應(yīng)的質(zhì)量是非常有限的，因此，甚至在熱交換器11的管子發(fā)生破裂的情況下，反應(yīng)堆1內(nèi)釋放的水蒸氣的質(zhì)量也是有限的，并且不會(huì)產(chǎn)生重大的安全事故。密封排出回路13以及去除了所有類型的閥的可能性還增加了系統(tǒng)10的可靠性。

在圖4的變型方案中，其中與已經(jīng)描述的內(nèi)容相似或相同的細(xì)節(jié)由相同的附圖標(biāo)記指示，在冷卻導(dǎo)管17中循環(huán)并且冷卻熱交換器12的輔助流體16是液體，例如水。冷卻導(dǎo)管17將保持輔助流體16的罐42連接到熱交換器12。閥43沿冷卻導(dǎo)管17被定位。

致動(dòng)器裝置32包括可動(dòng)構(gòu)件41，該可動(dòng)構(gòu)件由閥43的擋板44構(gòu)成并且連接到桿33，該桿借助定位在末端25處的鉤34連接到管道部23。

在這種情況下，鉤34的縱向移動(dòng)(由管道部23、即控制部40的熱膨脹引起，此外還由初級(jí)流體5、因此由次級(jí)流體15的溫度增加引起)拖拽擋板44并且打開閥43；因此，輔助流體16在重力的作用下從罐42排放到熱交換器12中。

與圖4的實(shí)施例相比，圖5的變型方案的不同之處在于，容納及支撐結(jié)構(gòu)27被成形為同時(shí)允許空氣循環(huán)且容納水，因此允許使用空氣和水兩者作為輔助流體16。在反應(yīng)堆正常運(yùn)行的條件下，熱交換器12由循環(huán)通過結(jié)構(gòu)27的空氣冷卻。當(dāng)初級(jí)流體5的溫度增加時(shí)，致動(dòng)器裝置32打開閥43；輔助流體16(水)因此在重力的作用下從罐42排放到熱交換器12中，從而借助混合的空氣-水操作增加了其性能。當(dāng)容納在罐42中的輔助流體16的儲(chǔ)備耗盡時(shí)，熱交換器12可以再次僅借助空氣進(jìn)行冷卻。

最后，可理解的是，在不超出所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，可以對(duì)在此描述和示出的從核反應(yīng)堆排出殘熱的系統(tǒng)做出另外的改型和變型。