专利摘要

专利摘要

本实用新型公开了一种池式供热反应堆，包括水池、反应堆容器、位于反应堆容器内的堆芯和位于反应堆容器外面的第一换热器，反应堆容器设在水池内且位于水池内的液面以下，反应堆容器具有容器进口和容器出口，第一换热器与反应堆容器的容器进口和容器出口相连以形成封闭的第一回路，第一换热器适于与供热网相连，反应堆容器内的水通过第一换热器与供热网中的水进行热交换。根据本实用新型的池式供热反应堆，通过将反应堆与第一换热器之间形成封闭的第一回路，从而使得第一回路内工质的运行压力可以自行调节，进而提高池式供热反应堆的供热参数，该池式供热反应堆结构简单，成本低，供热效率高、调峰适应能力强且安全可靠。

权利要求

1.一种池式供热反应堆，其特征在于，包括：

水池；

反应堆容器，所述反应堆容器设在所述水池内且位于所述水池内的液面以下，所述反应堆容器具有容器进口和容器出口；

位于所述反应堆容器内的堆芯；

位于所述反应堆容器外面的第一换热器，所述第一换热器与所述反应堆容器的容器进口和容器出口相连以形成封闭的第一回路，所述第一换热器适于与供热网相连，所述反应堆容器内的水通过所述第一换热器与所述供热网中的水进行热交换。

2.根据权利要求1所述的池式供热反应堆，其特征在于，还包括位于所述水池外面的第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相连以形成封闭的第二回路，所述供热网与所述第二换热器相连以形成第三回路，所述反应堆容器内的水通过所述第一换热器和第二换热器与所述供热网中的水进行热交换。

3.根据权利要求2所述的池式供热反应堆，其特征在于，还包括一回路稳压器，所述一回路稳压器连接在所述反应堆容器与所述第一换热器之间的管道上。

4.根据权利要求3所述的池式供热反应堆，其特征在于，还包括二回路稳压器，所述二回路稳压器连接在所述第一换热器与所述第二换热器之间的管道上。

5.根据权利要求2所述的池式供热反应堆，其特征在于，所述反应堆容器与所述第一换热器之间的管道上设有第一循环泵，所述第二换热器与所述供热网之间的管道上设有第二循环泵，所述第一换热器与所述第二换热器之间的管道上设有第三循环泵。

6.根据权利要求2所述的池式供热反应堆，其特征在于，所述第二回路内的压力大于所述第一回路内的压力。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的池式供热反应堆，其特征在于，所述第一回路内的压力为1.5-20个标准大气压。

8.根据权利要求7所述的池式供热反应堆，其特征在于，所述第一回路内的压力为5-12个标准大气压。

9.根据权利要求8所述的池式供热反应堆，其特征在于，所述第一回路内的压力为6-9个标准大气压。

说明书

技术领域

本实用新型涉及核能应用技术领域，更具体地，涉及一种池式供热反应堆。

背景技术

就我国目前能源和环境形势而言，为应对能源资源稀缺、环境污染严重的现状，必须考虑可替代燃煤锅炉且清洁高效的供热方式，而随着北方城市集中供热面积的逐渐扩大，低温供热堆在供热领域的竞争优势也将逐步得以体现。

现有的核供热反应堆通常为壳式反应堆，需要设置紧急安全注水及喷淋设施等系统，结构较为复杂，并且在核反应堆发生破口事故和非破口事故时，需要采用不同的设备进行处理，其初始投资成本高，安全性差。

另外，现有的池式反应堆中冷却剂回路与水池内的水是互相连通的，冷却剂回路内的运行压力通过调节反应堆在水池内的深度来调节，而水池的深度通常是有限的，也就限制了冷却剂回路的运行压力，最终造成反应堆的供热参数较低。

发明内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型提出一种池式供热反应堆，该池式供热反应堆结构简单，投资成本低，供热效率高、调峰适应能力强且安全可靠。

根据本实用新型的池式供热反应堆，包括水池；反应堆容器，所述反应堆容器设在所述水池内且位于所述水池内的液面以下，所述反应堆容器具有容器进口和容器出口；位于所述反应堆容器内的堆芯；位于所述反应堆容器外面的第一换热器，所述第一换热器与所述反应堆容器的容器进口和容器出口相连以形成封闭的第一回路，所述第一换热器适于与供热网相连，所述反应堆容器内的水通过所述第一换热器与所述供热网中的水进行热交换。

根据本实用新型的池式供热反应堆，通过将反应堆容器设置在水池内，并且将反应堆容器外面的第一换热器与反应堆容器相连，使得反应堆容器与第一换热器之间形成封闭的第一回路，从而使得第一回路在正常运行工况下与水池相隔离，第一回路内工质的运行压力不受到池水深度的影响，可以自行调节，进而可以通过调节第一回路内工质的压力提高池式供热反应堆的供热参数，另外，与传统供热的燃煤供热方式相比，该池式供热反应堆供热燃料费用少，供热成本低，极具经济效益，可实现零排放，并且供热效率远远高于燃煤锅炉，其调峰适应能力较强，反应堆产生的热量通过多级回路传递至供热网，可以减少放射性污染。

另外，根据本实用新型的池式供热反应堆，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述池式供热反应堆还包括：位于所述水池外面的第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相连以形成封闭的第二回路，所述供热网与所述第二换热器相连以形成第三回路，所述反应堆容器内的水通过所述第一换热器和第二换热器与所述供热网中的水进行热交换。

根据本实用新型的一个实施例，所述池式供热反应堆还包括：一回路稳压器，所述一回路稳压器连接在所述反应堆容器与所述第一换热器之间的管道上。

根据本实用新型的一个实施例，所述池式供热反应堆还包括：二回路稳压器，所述二回路稳压器连接在所述第一换热器与所述第二换热器之间的管道上。

根据本实用新型的一个实施例，所述反应堆容器与所述第一换热器之间的管道上设有第一循环泵，所述第一换热器与所述供热网之间的管道上设有第二循环泵，所述第一换热器与所述第二换热器之间的管道上设有第三循环泵。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二回路内的压力大于所述第一回路内的压力。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一回路内的压力为1.5-20个标准大气压的微压。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一回路内的压力为5-12个标准大气压。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一回路内的压力为6-9个标准大气压。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的池式供热反应堆的示意图；

图2是根据本实用新型又一个实施例的池式供热反应堆的示意图。

附图标记：

100：池式供热反应堆；

10：反应堆容器；11：容器进口；12：容器出口；

20：堆芯；

30：水池；

40：第一换热器；41：第一进口；42：第一出口；43：第二出口；44：第二进口；

50：供热网；

60：第二换热器；61：第一进口；62：第一出口；

70a:一回路稳压器；70b：二回路稳压器；

80a:第一循环泵；80b：第三循环泵；80c：第二循环泵。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图1和图2具体描述根据本实用新型实施例的池式供热反应堆100。

根据本实用新型实施例的池式供热反应堆100包括水池30、反应堆容器10、位于反应堆容器10内的堆芯20和位于反应堆容器10外面的第一换热器40。

具体而言，反应堆容器10设在水池30内且位于水池30内的液面以下，反应堆容器10具有容器进口11和容器出口12，第一换热器40与反应堆容器10的容器进口11和容器出口12相连以形成封闭的第一回路，第一换热器40适于与供热网50相连，反应堆容器10内的水通过第一换热器40与供热网50中的水进行热交换。

换言之，该池式供热反应堆100主要由水池30、反应堆容器10、位于反应堆容器10内的堆芯20和位于反应堆容器10外面的第一换热器40组成。其中，水池30内有水，反应堆容器10内设有堆芯20，反应堆容器10设在水池30内且位于水池30内的液面以下，从而使得反应堆容器10的堆芯20完全浸没在水池30内的水面下，从而不仅可以在正常运行工况下利用水池排热循环系统将池式供热反应堆100的衰变热不断的导出到外部环境中，实现热量的排出，而且与壳式反应堆相比，在发生事故时，水池30内的池水能为事故期间导出堆芯20的余热提供巨大的中间热阱，是反应堆事故的一项重要缓解措施。

进一步地，反应堆容器10具有可以进出冷却水的容器进口11和容器出口12，第一换热器40设在反应堆容器10外，且第一换热器40一次侧具有可以进出冷却水的第一进口41和第一出口42，第一换热器40一次侧的第一进口41与容器出口12连通，第一出口42与容器进口11连通形成封闭的第一回路，第一回路内冷却水的运行压力不受到水池30内池水深度的影响，可以自行调节，优选地，将第一回路内的压力调至比水池30内压力略高，从而在第一回路内形成微压，不仅可以在正常运行工况下提高池式供热反应堆100的供热参数，而且在发生事故时，可以保证堆芯20不至于由于冷却水大量流失造成裸露，使得池式供热反应堆100具有降低安全级别的条件，有利于减少设备造价。

此外，如图1所示，第一换热器40二次侧与供热网50直接相连，反应堆产生的热量通过第一回路传递给第一换热器40，而后通过第一换热器40传递给供热网50进行供热。供热网42可以为常规供热系统，例如市政供暖系统。当然，第一换热器40与供热网50之间还可以设有第二换热器(如图2所示)、第三换热器等，从而在保证供热效率的同时，进一步地提高池式供热反应堆100的安全性，这对本领域技术人员来说是可以理解的。

由此，根据本实用新型的池式供热反应堆100，通过将反应堆容器10设置在水池30内，并且将反应堆容器10外面的第一换热器40与反应堆容器10相连，使得反应堆容器10与第一换热器40之间形成封闭的第一回路，从而使得第一回路在正常运行工况下与水池30相隔离，第一回路内工质的运行压力不受到池水深度的影响，可以自行调节，进而可以通过调节第一回路内工质的压力提高池式供热反应堆100的供热参数，另外，与传统供热的燃煤供热方式相比，该池式供热反应堆100供热燃料费用少，供热成本低，极具经济效益，可实现零排放，并且供热效率远远高于燃煤锅炉，其调峰适应能力较强，反应堆产生的热量通过多级回路传递至供热网，可以减少放射性污染。

在本实用新型的一些具体实施方式中，池式供热反应堆100还包括位于水池30外面的第二换热器60，第二换热器60与第一换热器40相连以形成封闭的第二回路，供热网50与第二换热器60相连以形成第三回路，反应堆容器10内的水通过第一换热器40和第二换热器60与供热网50中的水进行热交换。

具体地，如图2所示，第二换热器60设在反应堆容器10外，且第二换热器60一次侧具有可以进出冷却工质的第一进口61和第一出口62，第一换热器40二次侧具有可以进出冷却工质的第二进口44与第二出口43，第二换热器60一次侧的第一进口61与第一换热器40二次侧的第二出口43连通，第一出口62与第二进口44连通形成封闭的第二回路，第二换热器60二次侧与供热网50相连形成第三回路，反应堆产生的热量通过第一回路传递给第一换热器40，再经过第二回路传递给第二换热器60，最后经过第三回路传递给供热网50进行供热，从而在保证池式供热反应堆100供热效率的基础上，利用第二回路将与反应堆直接连通的第一回路与供热网50相隔离，保证了任何事故工况下，不会对城市的热网带来放射性，进一步地提高池式供热反应堆100的安全性。

优选地，池式供热反应堆100还包括一回路稳压器70a，一回路稳压器70a连接在反应堆容器10与第一换热器40之间的管道上。

参照图2，一回路稳压器70a设在容器出口12与第一换热器40一次侧的第一进口41之间的管道上，通过一回路稳压器70a可以调节第一回路的压力，从而不仅可以保证池式供热反应堆100的供热参数，而且也可以增加安全性能。

进一步地，池式供热反应堆100还包括二回路稳压器70b，二回路稳压器70b连接在第一换热器40与第二换热器60之间的管道上。

参照图2，二回路稳压器70b设在第二换热器60的第一进口61与第一换热器40二次侧的第二出口43之间的管道上，通过二回路稳压器70b可以调节第二回路的冷却工质的压力，从而使得第二回路中的冷却工质压力略高于第一回路中冷却工质的压力，在事故工况下，第一回路的冷却工质不会向第二回路发生泄漏，以免对第二回路的冷却工质造成放射性污染，进一步地提高池式供热反应堆100的安全性能。

可选地，一回路稳压器70a和二回路稳压器70b可以通过电加热器(未示出)加热和喷淋器(未示出)的喷淋来调节稳压器内部压力。

其中，反应堆容器10与第一换热器40之间的管道上设有第一循环泵80a，第二换热器60与供热网50之间的管道上设有第二循环泵80b，第一换热器40与第二换热器60之间的管道上设有第三循环泵80c。

具体地，如图2所示，反应堆容器10的容器进口11与第一换热器40一次侧的第一出口42之间的管道上设有第一循环泵80a，第一换热器40二次侧的第二进口44与第二换热器60的第一出口62之间的管道上设有第三循环泵80c，第二换热器60二次侧与供热网50之间的管道上设有第二循环泵80b，从而利用循环泵(80a、80b、80c)的泵压作用，保证第一回路、第三回路和第二回路中的冷却工质能够在回路中循环输送，进而实现三个循环回路之间的热量交换。

可选地，第二回路内的压力大于第一回路内的压力。

具体地，第二回路将第一回路与供热网50相隔离，也就是说，第一回路与城市热网相隔离，而且第二回路中工质的压力略高于第一回路，从而，在事故工况下，第一回路的冷却水不会向第二回路发生泄漏，以免对第二回路的冷却工质造成放射性污染；同时，第二回路也起到附加热阱作用，在某些事故工况下，可以部分导出堆芯20的余热。

优选地，第二回路中冷却工质的压力可以是0.8MPa，第二回路中的第一换热器40二次侧的第二进口44处的冷却工质温度为70℃，第二出口43处的冷却工质温度为115℃。

可选地，第一回路内的压力为1.5-20个标准大气压的微压。有利地，第一回路内的压力为5-12个标准大气压的微压。优选地，第一回路内的压力为6-9个标准大气压。

池式供热反应堆100的运行参数的确定是根据设计方案与用户端(即供热网50)的技术要求平衡固化得到的。过低的运行压力(例如小于1.5个标准大气压)会导致反应堆100的出口温度过低(只能达到100℃左右)，该温度很难适应城市热网的需求(大型热网回水温度要求110℃)。过高的压力(例如超过20个标准大气压)虽然可以大幅提高反应堆堆芯20的出口温度(比如压水堆可以达到150个标准大气压左右，出口温度可达到310℃以上)，但是高压会带来成本大幅增加、系统复杂以及反应堆100的安全性大幅降低等问题。根据优化设计，该池式供热反应堆100的最优压力段为5-12个标准大气压之间，该运行压力范围在保证反应堆100固有安全的前提下，可以实现大型热网(供热温度120℃以上)以及部分工业供热的需求。若池式供热反应堆100的设计方案采用6个大气压(6-9个标准大气压范围内)，该系统出口温度可达120℃，完全满足大型热网技术要求，同时很好的兼顾了经济性与安全性，是一个专门用于居民供热的优化方案。

其中需要说明的是，微压是第一回路内冷却液的压力，也可以是容器出口的压力，由于堆芯至容器出口之间会产生一定量压力损耗，容器出口的压力略小于堆芯处的压力。

第一回路内的冷却水压力的具体参数可以根据第二回路内冷却工质压力、水池30内池水压力等实际设计需求做出适应性调整，从而不仅可以在正常运行工况下提高池式供热反应堆100的供热参数，而且在发生事故时，可以保证堆芯20不至于由于冷却水大量流失造成裸露，使得池式供热反应堆100具有降低安全级别的条件，有利于减少设备造价。

总而言之，根据本实用新型实施例的池式供热反应堆100，主要由三个循环回路和安全系统组成，第一回路为冷却剂回路，以冷却剂为载体，将反应堆堆芯裂变能有效导出；第二回路为放射性隔离回路，同时起到附加热阱的作用；第三回路为供热回路，与热源用户管网相连。三个循环回路将堆芯内裂变产生的能量有效导出，供城市供热系统使用。

第一回路主要由反应堆本体和反应堆冷却剂系统组成。反应堆本体结构由反应堆容器，堆芯，堆内构件及控制棒驱动机构等组成。堆芯位于反应堆容器中，反应堆容器浸没在一个深水井内，与直接将堆芯浸没在水池中的池式反应堆相比，反应堆容器内的压力更高，使其供热参数有所提高。而且，与壳式反应堆相比，该系统中井内的池水能为事故期间导出堆芯余热提供巨大的中间热阱，是反应堆事故的一项重要缓解措施。堆芯上部和下部分别设有腔室。控制棒驱动机构位于堆芯上方。

反应堆冷却剂系统由若干个环路组成，每个环路由一级板式换热器的一次侧，主泵和相关的管道、阀门等组成。反应堆进口管道连接在堆芯压力容器的下部，也就是说，下腔室与若干个冷管相连接。与现有的压水堆技术相比，该系统的反应堆容器淹没在水池中，压力容器可不设下降段，设备有所简化，且降低了冷却剂的阻力。反应堆出口管道连接在堆芯压力容器的上部，也就是说，反应堆上腔室与若干个热管相连接。

池式供热反应堆100设有第二回路，将冷却剂回路与城市热网相连。第二回路由若干个环路组成，每个环路由一级换热器的二次侧、二级换热器的一次侧、循环泵、稳压器以及相应的管道、阀门组成。第二回路将反应堆冷却剂回路与城市供热管路相隔离，保证了任何事故工况下，不会对城市的热网带来放射性。而且第二回路中工质的压力略高于第一回路，在事故工况下，第一回路的冷却剂不会向第二回路发生泄漏，以免对第二回路的工质造成放射性污染；第二回路同时起到附加热阱作用，在某些事故工况下，可以部分导出堆芯余热。

池式供热反应堆100还设有三回路，与城市的供热管网相连接。第三回路由一个或若干个环路组成，每个环路由二级换热器的二次侧、定压泵、循环泵以及相应的管道、阀门组成。

另外，反应堆冷却剂系统和第二回路上还设有稳压器，通过电加热器加热和喷淋器的喷淋来调节稳压器内部压力。稳压器与卸压箱相连接，连接管道上设有卸压阀和安全阀。当稳压器压力高到整定值时，卸压阀开启，稳压器与卸压箱相连通，使得稳压器内的压力降低；当稳压器压力高到更高的一整定值时，安全阀开启，稳压器与池水相连通，使得稳压器内的压力降低。

该池式供热反应堆100的安全系统主要包括水池排热循环系统，水池排热循环系统由屏蔽厂房外空冷器、水池内热交换器和相关管道、阀门组成，屏蔽厂房外空冷器位于屏蔽厂房外，连接管道贯穿安全壳并保持安全壳密封性，以空气为最终热阱，实现池水与空气的换热，无时限地对池水进行冷却。当池水温度上升达到高温整定值后，水池排热循环系统将启动，循环系统内流体加热后在浮升力驱动下，形成流动，热流体上升至外部空冷器内，在空气冷却下，密度上升，在密度差作用下流回水池内的热交换管，如此周而复始形成循环，将衰变热源源不断的导出到环境中。

根据本实用新型实施例的池式供热反应堆100的微加压井式反应堆中冷却剂的温度、压力较低，在发生反应堆主回路破损时，不致由于冷却剂大量流失及蒸发造成堆芯裸露。低温微压的特性使其具备降低设备安全级别的条件，有利于减少设备造价。

反应堆容器不设下降段，设备有所简化，且降低了冷却剂的阻力。采用板式换热器，结构紧凑，且维修费用较低。与传统的压水堆核电厂相比，堆芯采用无硼方案，简化了现有电厂中应用的化容系统，简化了操作工艺流程。采用水池排热循环系统，在密度差作用下形成循环，将衰变热源源不断的导出到环境中，安全保障没有时间限制。反应堆冷却剂系统的低压低温运行特性、安全系统的非能动特征、深水水池的巨大释热容量以及空气冷却循环将大气作为最终热阱排除水池内衰变热，以上综合特性，使得该设计方案能够确保反应堆固有安全、实际消除反应堆堆芯失效风险。

根据本实用新型实施例的池式供热反应堆100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。

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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

池式供热反应堆专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。