ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 2022 года по МПК G21C1/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем и, в частности, к ядерному реактору.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Реакторы на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем относятся к быстрым реакторам, охлаждаемым жидким свинцом или сплавом свинец-висмут. Поскольку реакторы на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем вполне могут соответствовать требованиям обеспечения безопасности, устойчивости и ядерного нераспространения реакторов четвертого поколения, в настоящее время многие страны активно проводят исследования по реакторам на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

В предшествующем уровне техники активные зоны реакторов осуществляют управление ядерными реакциями путем вставки регулирующего стержня, причем регулирующий стержень вставляется сверху активной зоны реактора; кроме того, главный насос и теплообменник реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем расположены на внешней периферии активной зоны реактора. Компоновочная схема вышеупомянутых реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем имеет следующие проблемы.

1) Поскольку главный насос и теплообменник расположены на внешней периферии активной зоны реактора, локальный радиальный размер реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем относительно велик, что, в свою очередь, приводит к большим габаритным размерам реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем и большому общему количеству теплоносителя (жидкого свинца или сплава свинец-висмут) в реакторе на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

2) В главном насосе используется насос с длинным валом, который менее надежен. Для обеспечения приводного эффекта необходимо предусмотреть несколько главных насосов, что повышает сложность конструкции реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем и дополнительно увеличивает объем реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

3) Если теплообменная трубка для потока пара в теплообменнике будет повреждена, пар может беспрепятственно поступать в активную зону реактора вместе с теплоносителем, что легко приводит к проблемам, связанным с критичностью активной зоны реактора, и, таким образом, не способствует безопасной и стабильной работе активной зоны реактора. Кроме того, интенсивность давления пара в теплообменной трубке относительно высока, вследствие чего утечка пара вызовет мгновенное испарение или мгновенный взрыв, который может легко вызвать удар по окружающим компонентам в месте утечки и, таким образом, не способствует стабильной работе реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на решение одной из технических проблем предшествующего уровня техники, по меньшей мере, в определенной степени.

Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предлагается ядерный реактор. Ядерный реактор имеет компактную конструкцию и небольшой объем, уменьшает общее количество теплоносителя, упрощает общую конструкцию и наиболее подходит для мобильного применения или условий ограниченного пространства.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения ядерный реактор содержит бак реактора, включающий в себя корпус сосуда в форме бочки и корпус крышки, отверстие, сформированное в верхней части корпуса сосуда в форме бочки, корпус крышки, закрывающий отверстие корпуса сосуда в форме бочки, и бак реактора, содержащий теплоноситель; активную зону реактора, размещенную в нижней средней части внутри бака реактора; узел управляющих барабанов, размещенный на внешней периферии активной зоны реактора, узел управляющих барабанов, включающий в себя множество управляющих барабанов, каждый из которых может вращаться вокруг своего центра, и множество управляющих барабанов, размещенных на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления активной зоны реактора; горячий канал, размещенный в баке реактора и расположенный над активной зоной реактора, имеющий нижнюю часть, герметично соединенную с узлом управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора, горячий канал, имеющий проход горячего резервуара для прохождения теплоносителя, и верхнюю часть горячего канала, герметично соединенную с корпусом крышки; теплообменник, размещенный в баке реактора и расположенный на внешней периферии горячего канала, вход теплообменника, сообщающийся с проходом горячего резервуара, и верхнюю часть теплообменника, неподвижно соединенную с корпусом крышки; и главный насос, закрепленный на корпусе крышки и имеющий часть, расположенную в проходе горячего резервуара, главный насос, перекачивающий теплоноситель из прохода горячего резервуара в теплообменник.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения ядерный реактор имеет компактную конструкцию и небольшой объем; общий объем теплоносителя относительно невелик; оптимизирована внутренняя структура, снижена стоимость изготовления ядерного реактора и повышена экономическая эффективность ядерного реактора; и ядерный реактор можно удобно перемещать и переносить, благодаря чему ядерный реактор можно устанавливать в ограниченном пространстве. Кроме того, реализована интегрированная компоновка теплообменника и главного насоса, что обеспечивает объединение конструкции ядерного реактора в одно целое и дополнительно облегчает монтаж и демонтаж ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор дополнительно включает уплотнительную втулку, размещенную в баке реактора и отстоящую от бака реактора в направлении внутрь-наружу от бака реактора, формируя проход холодного резервуара. Уплотнительная втулка имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора; уплотнительная втулка надевается на внешнюю периферию горячего канала и отстоит от горячего канала в направлении внутрь-наружу от бака реактора, формируя кольцевую полость; кольцевая полость имеет первый газовый объем в верхней части кольцевой полости, и первый газовый объем заполняется инертным газом; теплообменник размещен в кольцевой полости; в верхней части уплотнительной втулки сформировано сквозное отверстие, расположенное ниже первого газового объема, и сквозное отверстие сообщается с кольцевой полостью и проходом холодного резервуара; в нижней части теплообменника сформирован выход теплообменника.

В некоторых вариантах осуществления изобретения проход холодного резервуара имеет второй газовый объем в верхней части прохода холодного резервуара, и второй газовый объем заполняется инертным газом.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вдоль периферийного направления уплотнительной втулки размещено на расстоянии друг от друга множество сквозных отверстий.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор дополнительно включает в себя направляющую пластину, расположенную под активной зоной реактора, причем направляющая пластина направляет поток теплоносителя из протока холодного резервуара в активную зону реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения горячий канал включает в себя конический сегмент и цилиндрический сегмент; площадь поперечного сечения конического сегмента постепенно увеличивается сверху вниз, конический сегмент имеет нижний конец, герметично соединенный с узлом управляющих барабанов, и верхний конец, соединенный с цилиндрическим сегментом; площадь поперечного сечения цилиндрического сегмента сверху вниз является постоянной.

В некоторых вариантах осуществления изобретения узел управляющих барабанов дополнительно включает в себя множество соединительных стержней, соединенных с управляющими барабанами во взаимно однозначном соответствии; и множество соединительных стержней проходит через бак реактора и приводит во вращение управляющие барабаны для управления ядерной реакцией в активной зоне реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вдоль периферийного направления горячего канала размещено на расстоянии друг от друга множество теплообменников; и вход каждого из множества теплообменников сообщается с проходом горячего резервуара.

В некоторых вариантах осуществления изобретения теплообменник включает в себя теплообменную емкость и теплообменную трубку, по меньшей мере частично расположенную в теплообменной емкости, теплообменная емкость выполнена кольцевой и расположена на внешней периферии горячего канала, и теплообменная трубка, расположенная внутри теплообменной емкости, спирально закручена по внешней периферии горячего канала.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор дополнительно включает соединитель, размещенный в баке реактора и расположенный между теплообменником и корпусом крышки, соединитель имеет первый конец, неподвижно соединенный с теплообменником, и второй конец, неподвижно соединенный с корпусом крышки, при этом теплообменник и корпус крышки соединены как единое целое.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематическое изображение общей конструкции ядерного реактора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - увеличенное схематическое изображение части А на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематическое изображение верхней конструкции ядерного реактора на фиг. 1.

Фиг. 4 - схематическое изображение, иллюстрирующее направление потока теплоносителя внутри ядерного реактора на фиг. 1.

Фиг. 5 - схематическое изображение горизонтального сечения ядерного реактора на фиг. 1.

Фиг. 6 - схематическое изображение общей конструкции ядерного реактора в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 - схематическое изображение горизонтального сечения ядерного реактора на фиг. 6.

Ссылочные номера позиций:

1 - бак реактора; 11 - корпус крышки; 12 - проход холодного резервуара; 121 - второй газовый объем; 13 - корпус сосуда в форме бочки;

2 - активная зона реактора;

3 - узел управляющих барабанов; 31 - соединительный стержень; 32 - управляющий барабан;

4 - горячий канал; 41 - конический сегмент; 42 - цилиндрический сегмент; 43 - проход горячего резервуара;

5 - теплообменник; 51 - теплообменная трубка; 52 - теплообменная емкость; 53 - вход теплообменной емкости; 54 - выход теплообменной емкости;

6 - главный насос; 61 - двигатель; 62 - рабочее колесо;

7 - уплотнительная втулка; 71 - кольцевая полость; 711 - первый газовый объем; 72 - сквозное отверстие;

8 - направляющая пластина;

9 - соединитель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже и примеры вариантов осуществления изобретения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Варианты осуществления изобретения, описанные ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, являются примерными и предназначены для пояснения настоящего изобретения, а не для его ограничения.

Как показано на фиг. 1-5, ядерный реактор в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя бак 1 реактора, активную зону 2 реактора, узел 3 управляющих барабанов, горячий канал 4, теплообменник 5 и главный насос 6.

Бак 1 реактора включает в себя корпус сосуда в форме бочки 13 и корпус крышки 11, в верхней части корпуса сосуда в форме бочки 13 сформировано отверстие, причем корпус крышки 11 используется для герметизации отверстия корпуса сосуда в форме бочки 13. Бак 1 реактора содержит теплоноситель для охлаждения активной зоны реактора 2.

В частности, как показано на фиг. 1 и 3, бак 1 реактора в настоящем варианте осуществления изобретения проходит в первом направлении (направление сверху вниз на фиг. 1). Бак 1 реактора включает в себя корпус сосуда в форме бочки 13 и корпус крышки 11, отверстие корпуса сосуда в форме бочки 13 обращено вверх, корпус крышки 11 закреплен на верхней части корпуса сосуда в форме бочки 13. Конструкция корпуса сосуда в форме бочки 13 и корпуса крышки 11 облегчает установку различных компонентов в бак 1 реактора и герметизацию бака 1 реактора. Кроме того, корпус крышки 11 может быть неподвижно соединен с предварительно установленным элементом, что позволяет подвесить ядерный реактор, избегая необходимости позиционирования и калибровки с помощью датчиков в процессе поддержки и установки днища ядерного реактора в предшествующем уровне техники, упрощая процесс установки и повышая ее эффективность. В настоящем варианте осуществления изобретения предварительно установленный элемент может представлять собой монтажную раму, снабженную сквозным отверстием для прохождения через нее ядерного реактора, причем корпус крышки 11 может упираться в периферийную сторону сквозного отверстия в монтажной раме.

Активная зона 2 реактора размещена в нижней средней части внутри бака 1 реактора. В частности, активная зона 2 реактора размещена внутри бака 1 реактора и расположена в нижней средней части внутри бака 1 реактора, причем активная зона 2 реактора используется для создания ядерной реакции.

Узел 3 управляющих барабанов размещен на внешней периферии активной зоны 2 реактора и включает в себя множество управляющих барабанов 32, каждый из которых может вращаться вокруг своего соответствующего центра. Вдоль периферийного направления активной зоны 2 реактора на расстоянии друг от друга размещено множество управляющих барабанов 32. В частности, на части внешней периферийной поверхности каждого управляющего барабана 32 расположен поглотитель нейтронов для поглощения большого количества нейтронов без образования какого-либо радиоактивного изотопа. Когда необходимо управлять ядерной реакцией в активной зоне 2 реактора, управляющие барабаны 32 вращаются, и поглотитель нейтронов на управляющих барабанах 32 обращен к активной зоне 2 реактора, благодаря чему ядерная реакция в активной зоне 2 реактора контролируется посредством поглощения нейтронов поглотителем нейтронов. В настоящем варианте осуществления изобретения множество управляющих барабанов 32 размещено на внешней периферии активной зоны 2 реактора, и скорость ядерной реакции в активной зоне 2 реактора контролируется в соответствии с уровнями путем вращения различного количества управляющих барабанов 32.

Горячий канал 4 размещен в баке 1 реактора и расположен над активной зоной 2 реактора, горячий канал 4 имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом 3 управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака 1 реактора. Горячий канал 4 имеет расположенный в нем проход горячего резервуара 43 для прохождения теплоносителя, причем верхняя часть горячего канала 4 герметично соединена с корпусом крышки 11. В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения горячий канал 4 размещен над активной зоной 2 реактора; нижняя часть горячего канала 4 герметично соединена с узлом 3 управляющих барабанов; нижнее отверстие горячего канала 4 расположено на внешней периферийной стороне активной зоны 2 реактора; а верхняя часть горячего канала 4 герметично соединена с корпусом крышки 11. Герметичное соединение верхнего и нижнего концов горячего канала 4 предотвращает вытекание теплоносителя в местах стыков верхнего и нижнего концов горячего канала 4. Горячий канал 4 устроен таким образом, что теплоноситель, вытекающий из активной зоны 2 реактора, поступает непосредственно в горячий канал 4, а проход горячего резервуара 43 внутри горячего канала 4 является каналом для циркуляции горячего теплоносителя.

Теплообменник 5 размещен в баке 1 реактора и расположен на внешней периферии горячего канала 4, вход теплообменника 5 сообщен с проходом 43 горячего резервуара, а верхняя часть теплообменника 5 неподвижно соединена с корпусом крышки 11. В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения теплообменник 5 размещен в баке 1 реактора, причем теплообменник 5 расположен над активной зоной 2 реактора и на внешней периферии горячего канала 4.

Теплообменник 5 включает теплообменную емкость 52 и теплообменную трубку 51, причем часть теплообменной трубки 51 расположена в теплообменной емкости 52, а два конца теплообменной трубки 51 герметично выходят из теплообменной емкости 52. В настоящем варианте осуществления изобретения вход теплообменника 5 относится к входу 53 теплообменной емкости в теплообменной емкости 52, вход 53 теплообменной емкости сообщается с проходом 43 горячего резервуара, а теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара может поступать непосредственно в теплообменную емкость 52. Следует отметить, что выход теплообменника 5 в настоящем варианте осуществления изобретения относится к выходу 54 теплообменной емкости, сформированному в теплообменной емкости 52, причем выход 54 теплообменной емкости позволяет теплоносителю вытекать из теплообменной емкости 52. В настоящем варианте осуществления изобретения, верхняя часть теплообменной емкости 52 неподвижно соединена с корпусом крышки 11, реализуя интегрированную сборку теплообменника 5 и корпуса крышки 11.

В настоящем варианте осуществления изобретения соединительная трубка размещена между горячим каналом 4 и теплообменной емкостью 52, причем соединительная трубка имеет первый конец, сообщающийся с проходом 43 горячего резервуара внутри горячего канала 4, и второй конец, сообщающийся с внутренней полостью теплообменной емкости 52; и теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара поступает в теплообменную емкость 52 через соединительную трубку. Понятно, что в некоторых других вариантах осуществления изобретения теплообменная емкость 52 и горячий канал 4 выполнены как единое целое, то есть стенка трубы горячего канала 4 может рассматриваться как часть стенки теплообменной емкости 52. На этот раз проход 43 горячего резервуара сообщается с внутренней полостью теплообменной емкости 52 через сквозное отверстие, сформированное в стенке трубы горячего канала 4 (т.е. в стенке емкости теплообменной емкости 52).

Главный насос 6 закреплен на корпусе крышки 11, часть главного насоса 6 размещена в проходе 43 горячего резервуара, причем главный насос 6 служит для перекачки теплоносителя из прохода 43 горячего резервуара в теплообменник 5. В частности, главный насос 6 в настоящем варианте осуществления изобретения включает в себя двигатель 61 и рабочее колесо 62, расположенное на выходном валу двигателя 61, причем рабочее колесо 62 приводится во вращение двигателем 61.

В настоящем варианте осуществления изобретения рабочее колесо 62 расположено в проходе 43 горячего резервуара, причем вращающееся рабочее колесо 62 будет перемещать теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара наружу, перенося поток теплоносителя в проходе 43 горячего резервуара в теплообменник 5. В настоящем варианте осуществления изобретения двигатель 61 главного насоса 6 неподвижно соединен с корпусом крышки 11, а выходной вал двигателя 61 проходит через корпус крышки 11. Неподвижное соединение между главным насосом 6 и корпусом крышки 11 реализует интегрированную сборку главного насоса 6 и корпуса крышки 11, а также реализует интегрированную сборку теплообменника 5 и главного насоса 6.

В ядерным реакторе в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения горячий канал 4 и теплообменник 5 размещены над активной зоной 2 реактора; теплообменник 5 размещен на внешней периферии горячего канала 4; и узел 3 управляющих барабанов размещен на внешней периферии активной зоны 2 реактора. Такая конструктивная схема делает диаметры активной зоны 2 реактора и узла 3 управляющих барабанов равными диаметрам горячего канала 4 и теплообменника 5, вследствие чего горизонтальный радиальный размер всей конструкции в баке 1 реактора является постоянным в направлении сверху вниз, предотвращая локальное превышение горизонтального радиального размера бака 1 реактора (радиальные размеры у главного насоса 6 и теплообменника 5), когда главный насос 6 и теплообменник 5 размещены в шахматном порядке в предшествующем уровне техники (главный насос 6 размещен на внешней периферии теплообменника 5) и обеспечивая уменьшение горизонтального радиального размера бака 1 реактора.

Поскольку главный насос 6 и теплообменник 5 закреплены на корпусе крышки, главный насос 6, теплообменник 5 и корпус крышки 11 монтируются как единое целое, что обеспечивает высокую степень интеграции главного насоса 6 и теплообменника 5. Когда корпус крышки 11 установлен на корпусе сосуда в форме бочки 13, главный насос 6 и теплообменник 5 могут быть установлены на место сами по себе, облегчая монтаж и демонтаж главного насоса 6 и теплообменника 5.

Более того, поскольку ядерная реакция в активной зоне 2 управляется и контролируется управляющими барабанами 32, в которых управление и контроль осуществляются за счет вращения управляющих барабанов 32, исключается необходимость в резервировании пространства для осевого перемещения регулирующего стержня, когда в предшествующем уровне техники регулирующий стержень вставляется для осуществления управления, что значительно уменьшает общую длину ядерного реактора (т.е. высоту ядерного реактора в настоящем варианте осуществления изобретения) и повышает компактность ядерного реактора.

Кроме того, поскольку горячий канал 4 размещен над активной зоной 2 реактора, главный насос 6 имеет более короткий выходной вал (т. е. насос с коротким валом), который проходит в проход 43 горячего резервуара горячего канала 4, что упрощает форму компоновки главного насоса 6 и повышает надежность главного насоса 6.

Ядерный реактор в настоящем варианте осуществления изобретения имеет компактную конструкцию и небольшой объем; общий объем теплоносителя относительно невелик; оптимизирована внутренняя структура, снижена стоимость изготовления ядерного реактора и повышена экономическая эффективность ядерного реактора; и ядерный реактор можно удобно перемещать и переносить, благодаря чему ядерный реактор можно устанавливать в ограниченном пространстве.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 1-3, ядерный реактор дополнительно включает уплотнительную втулку 7, размещенную в баке 1 реактора. Уплотнительная втулка 7 и бак 1 реактора разнесены друг от друга во внутреннем-внешнем направлении от бака 1 реактора, формируя проход 12 холодного резервуара. Уплотнительная втулка 7 имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом 3 управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора. Уплотнительная втулка 7 надевается на внешнюю периферию горячего канала 4 и отстоит от горячего канала 4 во внутреннем-внешнем направлении от бака 1 реактора, формируя кольцевую полость 71. Кольцевая полость 71 имеет в своей верхней части первый газовый объем 711, причем первый газовый объем 711 заполнен инертным газом, а в кольцевой полости 71 расположен теплообменник 5. Сквозное отверстие 72 выполнено в верхней части уплотнительной втулки 7 и расположено ниже первого газового объема 711, при этом сквозное отверстие 72 сообщается с кольцевой полостью 71 и проходом 12 холодного резервуара. В нижней части теплообменника 5 сформирован выход теплообменника 5.

В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения уплотнительная втулка 7 размещена в баке 1 реактора и над активной зоной 2 и расположена на внешней периферии горячего канала 4. Нижний конец уплотнительной втулки 7 герметично соединен с верхней частью узла 3 управляющих барабанов, а верхний конец уплотнительной втулки 7 герметично соединен с внутренней верхней стенкой бака 1 реактора. Между уплотнительной втулкой 7 и горячим каналом 4 сформирована герметичная кольцевая полость 71, причем в кольцевой полости 71 размещен теплообменник 5. Между уплотнительной втулкой 7 и баком 1 реактора сформирован проход 12 холодного резервуара, причем проход 12 холодного резервуара используется для циркуляции теплоносителя. В настоящем варианте осуществления изобретения выход 54 теплообменной емкости (выход теплообменника 5) сформирован в нижней части теплообменной емкости 52, и теплоноситель, вытекающий из выхода 54 теплообменной емкости, будет поступать непосредственно в кольцевую полость 71. В уплотнительной втулке 7 сформировано сквозное отверстие 72, которое служит для сообщения кольцевой полости 71 с проходом 12 холодного резервуара, причем теплоноситель из кольцевой полости 71 может поступать в проход 12 холодного резервуара через сквозное отверстие 72.

В настоящем варианте осуществления изобретения кольцевая полость 71 имеет первый газовый объем 711 в своей верхней части, причем первый газовый объем 711 заполнен инертным газом. В настоящем варианте осуществления изобретения сквозное отверстие 72 в уплотнительной втулке 7 расположено в верхней части уплотнительной втулки 7 и расположено ниже первого газового объема 711, а выход 54 теплообменной емкости расположен ниже сквозного отверстия 72. Теплоноситель, вытекающий из выхода 54 теплообменной емкости, будет течь вверх и, наконец, через сквозное отверстие 72 попадет в проход 12 холодного резервуара.

В настоящем варианте осуществления изобретения в теплообменную трубку 51 теплообменника 5 вводится теплообменная среда, которой обычно является пар. Теплообменная среда может обмениваться теплом с теплоносителем, текущим в теплообменную емкость 52, тем самым охлаждая теплоноситель. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку выход 54 теплообменной емкости расположен в нижней части теплообменной емкости 52, а сквозное отверстие 72 расположено в верхней части уплотнительной втулки 7, в уплотнительной втулке 7 сформирован специальный проточный канал для протекания теплоносителя снизу вверх. При работе ядерного реактора, если теплообменная трубка 51 теплообменника 5 разорвется, теплообменная среда будет подмешиваться к теплоносителю, и теплоноситель будет течь вверх по специальному проточному каналу в уплотнительной втулке 7. Во время восходящего потока теплообменная среда отделяется от теплоносителя и сходится в первом газовом объеме 711 кольцевой полости 71, что обеспечивает разделение теплообменной среды, смешанной с теплоносителем, устраняя проблему критичности активной зоны 2 реактора, вызванную течением теплообменной среды в активную зону 2 реактора, и повышая эксплуатационную безопасность ядерного реактора.

Более того, поскольку интенсивность давления теплообменной среды обычно выше, чем интенсивность давления теплоносителя, при повреждении теплообменной трубки 51 вытекающая теплообменная среда может подвергнуться мгновенному испарению или мгновенному взрыву. В этом случае первый газовый объем 711 предназначен для сброса давления, уменьшая воздействие давления, создаваемого мгновенным испарением или мгновенным взрывом, что дополнительно повышает эксплуатационную безопасность ядерного реактора.

Кроме того, поскольку сквозное отверстие 72 размещено в месте, близком к первому газовому объему 711, то есть в месте, близком к свободной поверхности теплоносителя, можно избежать ситуации, когда теплоноситель в верхней части прохода 12 холодного резервуара застаивается (не течет), что легко вызывается расположением сквозного отверстия 72 в нижней части уплотнительной втулки 7, избегая возникновения термической стратификации в проходе 12 холодного резервуара из-за застоя, а также избегая термической усталости и сокращения срока службы компонентов, вызванных термической стратификацией.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 2, проход 12 холодного резервуара имеет второй газовый объем 121 в своей верхней части, причем второй газовый объем 121 заполнен инертным газом. В частности, второй газовый объем 121 также имеет функции конвергенции теплообменной среды и амортизации воздействия давления, создаваемого мгновенным испарением или мгновенным взрывом, и, таким образом, дополнительно повышает безопасность используемого ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 3, имеется множество сквозных отверстий 72, размещенных на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления уплотнительной втулки 7. В частности, уплотнительная втулка 7 снабжена множеством сквозных отверстий 72, через которые кольцевая полость 71 может сообщаться с проходом 12 холодного резервуара, обеспечивая течение теплоносителя из кольцевой полости 71 в проход 12 холодного резервуара из разных направлений, избегая большой разницы в жидкостном уровне теплоносителя в проходе 12 холодного резервуара и обеспечивая равномерное распределение теплоносителя в проходе 12 холодного резервуара, что способствует устойчивости конструкции ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 1, ядерный реактор дополнительно включает в себя направляющую пластину 8, размещенную под активной зоной 2 реактора и используемую для направления потока теплоносителя в канале 12 холодного резервуара в активную зону 2 реактора. В частности, направляющая пластина 8 размещена под активной зоной 2 реактора и снабжена направляющими отверстиями. Теплоноситель в проходе 12 холодного резервуара может поступать в активную зону 2 реактора через направляющие отверстия, и, следовательно, теплоноситель может быть равномерно распределен в активной зоне 2 реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 3, горячий канал 4 включает конический сегмент 41 и цилиндрический сегмент 42; площадь поперечного сечения конического сегмента 41 постепенно увеличивается от верха до низа; конический сегмент 41 имеет нижний конец, герметично соединенный с узлом 3 управляющих барабанов, и верхний конец, соединенный с цилиндрическим сегментом 42; и площадь поперечного сечения цилиндрического сегмента 42 является постоянной от верха до низа. В частности, конструкция конического сегмента 41 и цилиндрического сегмента 42 делает размер входа горячего канала 4 соразмерным размеру выхода активной зоны 2 реактора, и, кроме того, между коническим сегментом 41 и цилиндрическим сегментом 42 может быть получен эффект Вентури, то есть теплоноситель в цилиндрическом сегменте 42 имеет относительно большую скорость потока, что приводит к увеличению скорости потока, сокращению цикла циркуляции теплоносителя и дальнейшему усилению теплоотвода из активной зоны 2 реактора. Кроме того, конструкция цилиндрического сегмента 42 может уменьшить горизонтальный радиальный размер верхней части ядерного реактора, что способствует миниатюризации конструкции ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, узел 3 регулирующих барабанов дополнительно включает в себя множество соединительных стержней 31. Множество соединительных стержней 31 соединено с управляющими барабанами 32 во взаимно однозначном соответствии, и все они проходят через бак 1 реактора. Соединительные стержни 31 используется для привода управляющих барабанов 32 во вращение для управления ядерной реакцией в активной зоне 2 реактора. В частности, поскольку узел 3 управляющих барабанов расположен на днище бака 1 реактора, соединительные стержни 31 могут приводить во вращение управляющие барабаны 32 узла 3 управляющих барабанов снаружи бака 1 реактора, облегчая контроль за ядерной реакцией внутри активной зоны реактора 2.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 1 и фиг. 5, имеется множество теплообменников 5, размещенных на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления горячего канала 4, причем вход каждого из множества теплообменников 5 сообщается с проходом 43 горячего резервуара. В частности, при наличии множества теплообменников 5, в случае повреждения отдельного теплообменника 5 в процессе эксплуатации, оставшиеся теплообменники 5 могут еще функционировать и охлаждать теплоноситель, обеспечивая стабильную работу ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 6 и фиг. 7, теплообменник 5 включает в себя теплообменную емкость 52 и теплообменную трубку 51, причем по меньшей мере часть теплообменной трубки 51 размещена в теплообменной емкости 52. Теплообменная емкость 52 является кольцевой и размещена на внешней периферии горячего канала 4. Теплообменная трубка 51, размещенная в теплообменной емкости 52, спирально закручена вокруг внешней периферии горячего канала 4. В частности, общая конструкция теплообменника 5 упрощена благодаря кольцеобразной форме теплообменной емкости 52 и змеевиковой конструкции теплообменной трубки 51, что облегчает установку теплообменника 5 и делает ядерный реактор более экономичным.

Предпочтительно, чтобы направление потока теплоносителя в теплообменнике 5 было противоположно направлению потока теплообменной среды в теплообменной трубке 51, то есть теплоноситель охлаждается в теплообменнике 5 за счет обратного теплообмена, что повышает тепловую эффективность.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 2, ядерный реактор дополнительно включает в себя соединитель 9, размещенный в баке реактора и расположенный между теплообменником 5 и корпусом крышки 11. Соединитель 9 имеет первый конец, неподвижно соединенный с теплообменником 5, и второй конец, неподвижно соединенный с корпусом крышки 11, благодаря чему теплообменник 5 и корпус крышки 11 соединены как единое целое. В частности, благодаря расположению соединителя 9, нет необходимости учитывать влияние сварки на деформацию теплообменной емкости 52 и деформацию корпуса крышки 11, когда теплообменная емкость 52 теплообменника 5 непосредственно соединяется с корпусом крышки 11 сваркой, что облегчает сварное соединение.

В некоторых вариантах осуществления изобретения имеется множество теплообменников 5, причем соединитель 9 имеет форму круглого кольца. Множество теплообменников 5 прикреплено к нижней части соединителя 9 и расположено на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления соединителя 9, причем верхняя часть соединителя 9 неподвижно соединена с корпусом крышки 11. Такая конструкция облегчает установку и позиционирование теплообменников 5. При установке множество теплообменников 5 сначала крепится к соединителю 9; и, в конце, соединитель 9 неподвижно соединяется непосредственно с корпусом крышки 11, реализуя интеграцию установки множества теплообменников 5.

В некоторых вариантах осуществления изобретения теплообменник 5 включает в себя теплообменную емкость 52 и теплообменную трубку 51, причем по меньшей мере часть теплообменной трубки 51 размещена в теплообменной емкости 52. Теплообменная емкость 52 является кольцевой и размещена на внешней периферии горячего канала 4, а теплообменная трубка 51, размещенная в теплообменной емкости 52, спирально закручена вокруг внешней периферии горячего канала 4. В верхней части теплообменника 5 вдоль периферийного направления теплообменника 5 на расстоянии друг от друга размещено множество соединителей 9. В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения имеется один теплообменник 5, причем теплообменник 5 в целом является кольцевым. Множество соединителей 9 размещено между верхней поверхностью теплообменника 5 и корпусом крышки 11, причем они также размещены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления теплообменника 5. При такой конструкции не требуется высокой точности обработки соединителей 9, что позволяет избежать погрешности при монтаже и естественного перекоса теплообменника 5, легко вызываемого низкой точностью обработки соединителя 9, когда между теплообменником 5 и корпусом крышки 11 размещен только один интегральный соединитель 9 (например, соединитель 9 имеет форму круглого кольца), и обеспечивает качество монтажа теплообменника 5.

Ядерный реактор в соответствии с конкретным примером настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на фиг. 1-5.

Как показано на фиг. 1, ядерный реактор в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя бак 1 реактора, активную зону 2 реактора, блок 3 регулирующих барабанов, горячий канал 4, теплообменник 5, уплотнительную втулку 7, направляющую пластину 8 и главный насос 6.

В настоящем варианте осуществления изобретения бак 1 реактора включает в себя корпус сосуда в форме бочки 13 и корпус крышки 11, причем в верхней части корпуса сосуда в форме бочки 13 сформировано отверстие, а корпус крышки 11 закреплен на верхнем отверстии корпуса сосуда в форме бочки 13. В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения корпус сосуда в форме бочки 13 имеет форму круглой бочки и проходит в направлении сверху вниз. Корпус крышки 11 закреплен в верхней части корпуса сосуда в форме бочки 13 болтами или сваркой. В настоящем варианте осуществления изобретения бак 1 реактора заполнен теплоносителем, которым является охлаждающий свинец. В других вариантах осуществления изобретения охлаждающей жидкостью также может быть охлаждающий сплав свинец-висмут.

В настоящем варианте осуществления изобретения активная зона 2 реактора размещена внутри бака 1 реактора и расположена в нижней средней бака 1 реактора, причем активная зона 2 реактора используется для создания ядерной реакции. Направляющая пластина 8 также размещена внутри бака 1 реактора и ниже активной зоны 2 реактора и снабжена направляющими отверстиями. Направляющая пластина 8 служит для выравнивания распределения потока по направлению к активной зоне 2 реактора.

В настоящем варианте осуществления изобретения узел 3 управляющих барабанов также размещен на внешней периферии активной зоны 2 реактора и включает в себя множество управляющих барабанов 32, каждый из которых может вращаться вокруг своего центра. Как показано на фиг. 5, множество управляющих барабанов 32 размещено на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления активной зоны 2 реактора. В настоящем варианте осуществления изобретения на части внешней периферийной поверхности каждого управляющего барабана 32 расположен поглотитель нейтронов для поглощения большого количества нейтронов, без образования какого-либо радиоактивного изотопа. Когда необходимо управлять ядерной реакцией в активной зоне 2 реактора, управляющие барабаны 32 вращаются, и поглотитель нейтронов на управляющих барабанах 32 обращен к активной зоне 2 реактора, благодаря чему ядерная реакция активной зоны 2 реактора контролируется посредством поглощения нейтронов поглотителем нейтронов. Поскольку множество управляющих барабанов 32 размещено на внешней периферии активной зоны 2 реактора, скорость ядерной реакции в активной зоне 2 реактора можно контролировать в соответствии с уровнями путем вращения различного количества управляющих барабанов 32, благодаря чему ядерную реакцию в активной зоне реактора можно контролировать более точно и совершенно. В настоящем варианте осуществления изобретения каждый управляющий барабан 32 представляет собой цилиндр и проходит в направлении сверху вниз, причем ось каждого управляющего барабана 32 служит центром вращения каждого управляющего барабана 32.

Для удобного вращения каждого управляющего барабана 32 узел 3 управляющих барабанов в настоящем варианте осуществления изобретения дополнительно включает в себя множество соединительных стержней 31, неподвижно соединенных с верхней частью управляющих барабанов 32 во взаимно однозначном соответствии, причем каждый соединительный стержень 31 имеет форму длинного стержня. Верхняя часть каждого соединительного стержня 31 проходит через корпус крышки 11 бака 1 реактора. Каждый управляющий барабан 32 управляется простым поворотом каждого соединительного стержня 32 для прохождения через корпус 11 крышки вверх.

В настоящем варианте осуществления изобретения горячий канал 4 размещен над активной зоной 2 реактора, нижняя часть горячего канала 4 герметично соединена с узлом 3 управляющих барабанов, а верхняя часть горячего канала 4 герметично соединена с корпусом крышки 11; и в горячем канале 4 сформирован проход 43 горячего резервуара для прохождения через него теплоносителя. В настоящем варианте осуществления изобретения горячий канал 4 включает конический сегмент 41 и цилиндрический сегмент 42. Конический сегмент 41 представляет собой сегмент конической трубы и имеет большой порт и малый порт, расположенные напротив друг друга. Цилиндрический сегмент 42 представляет собой сегмент круглой трубы. Большой порт конического сегмента 41 обращен вниз и герметично соединен с узлом 3 управляющих барабанов, малый порт конического сегмента 41 обращен вверх и герметично соединен с нижней частью цилиндрического сегмента 42, а верхняя часть цилиндрического сегмента 42 герметично соединена с корпусом крышки 11.

В настоящем варианте осуществления изобретения теплообменник 5 размещен в баке 1 реактора, причем теплообменник 5 расположен над активной зоной 2 реактора и на внешней периферии горячего канала 4. Теплообменник 5 включает в себя теплообменную емкость 52 и теплообменную трубку 51. Часть теплообменной трубки 51 размещена внутри теплообменной емкости 52, а два конца теплообменной трубки 51 герметично выходят из теплообменной емкости 52. Теплообменная среда, которой является пар, вводится в теплообменную трубку 51. В настоящем варианте осуществления изобретения теплообменник 52 снабжен входом 53 теплообменной емкости и выходом 54 теплообменной емкости; вход теплообменника 5 относится к входу 53 теплообменной емкости, сформированному в теплообменной емкости 52 и сообщающемуся с проходом 43 горячего резервуара; и теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара может напрямую поступать в теплообменную емкость 52. Выход теплообменника 52 относится к выходу 54 теплообменной емкости, сформированному в теплообменной емкости 52, и выход 54 теплообменной емкости позволяет теплоносителю вытекать из теплообменной емкости 52.

В настоящем варианте осуществления изобретения имеется множество теплообменников 5, размещенных на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления горячего канала 4, причем вход каждого из множества теплообменников 5 сообщается с проходом 43 горячего резервуара. В настоящем варианте осуществления изобретения соединительная трубка размещена между горячим каналом 4 и каждым из теплообменных емкостей 52; один конец каждой соединительной трубки сообщается с проходом 43 горячего резервуара в горячем канале 4, а другой конец соединительной трубки сообщается с внутренней полостью теплообменной емкости 52; и теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара поступает в теплообменную емкость 52 по соединительной трубке.

Как показано на фиг. 2, для удобной установки множества теплообменников 5 ядерный реактор в настоящем варианте осуществления изобретения дополнительно включает два соединителя 9. Оба соединителя 9 являются кольцевыми, причем один соединитель 9 имеет меньший диаметр, а другой соединитель 9 имеет больший диаметр. В настоящем варианте осуществления изобретения внутренняя сторона каждого из множества теплообменников 5 неподвижно соединена с соединителем 9, имеющим меньший диаметр, а внешняя сторона каждого из множества теплообменников 5 неподвижно соединена с соединителем 9, имеющим больший диаметр. Оба соединителя 9 расположены между корпусом крышки 11 и теплообменниками 5.

Нижняя часть каждого из двух соединителей 9 приварена к теплообменникам 5, а верхняя часть каждого из двух соединителей 9 приварена к корпусу крышки 11. Понятно, что в некоторых других вариантах осуществления изобретения соединители 9 могут быть неподвижно соединены с теплообменниками 5 и корпусом крышки 11 болтами; теплообменники 5 также могут быть непосредственно прикреплены к корпусу крышки 11 с помощью сварки, и в этом случае соединитель 9 не предусмотрен; и теплообменник 5 также может быть неподвижно соединен с крышкой 11 непосредственно с помощью болтов.

В настоящем варианте осуществления изобретения уплотнительная втулка 7 размещена в баке 1 реактора, причем уплотнительная втулка 7 расположена над активной зоной 2 реактора и с внешней периферийной стороны горячего канала 4. Нижний конец уплотнительной втулки 7 герметично соединен с верхней частью узла 3 управляющих барабанов, а верхний конец уплотнительной втулки 7 герметично соединен с корпусом крышки 11. Между уплотнительной втулкой 7 и горячим каналом 4 сформирована герметичная кольцевая полость 71, причем каждый теплообменник 5 размещен в кольцевой полости 71. Между уплотнительной втулкой 7 и баком 1 реактора сформирован проход 12 холодного резервуара, который используется для циркуляции теплоносителя. В настоящем варианте осуществления изобретения выход 54 теплообменной емкости (выход теплообменника 5) расположен в нижней части теплообменной емкости 52, а теплоноситель, вытекающий из выхода теплообменной емкости 54, поступает непосредственно в кольцевую полость 71. В уплотнительной втулке 7 выполнено сквозное отверстие 72, которое используется для сообщения кольцевой полости 71 с проходом 12 холодного резервуара, и теплоноситель из кольцевой полости 71 может поступать в проход 12 холодного резервуара через сквозное отверстие 72.

Для повышения эффективности теплообмена теплоносителя в теплообменнике 5 вход 53 теплообменной емкости каждого теплообменника 5 в настоящем варианте осуществления изобретения сформирован в верхней части теплообменной емкости 52, выход теплообменной емкости 54 каждого теплообменника 5 сформирован в нижней части теплообменной емкости 52, и теплоноситель, поступающий в каждую теплообменную емкость 52, течет в направлении сверху вниз. В настоящем варианте осуществления изобретения теплообменная трубка 51 каждого теплообменника 5 сначала проходит вертикально до нижней части теплообменной емкости 52, а затем закручивается вверх по спирали от нижней части теплообменной емкости 52. То есть теплообменную среду в каждой теплообменной трубке 51 можно рассматривать как текущую в направлении снизу вверх, при этом данный способ обратного теплообмена повышает термический КПД.

В настоящем варианте осуществления изобретения кольцевая полость 71 имеет первый газовый объем 711 в своей верхней части, причем первый газовый объем 711 заполнен инертным газом. В настоящем варианте осуществления изобретения сквозное отверстие 72 в уплотнительной втулке 7 сформировано в верхней части уплотнительной втулки 7 и расположено ниже первого газового объема 711, а выход 54 теплообменной емкости расположен ниже сквозного отверстия 72. Теплоноситель, вытекающий из выхода 54 теплообменной емкости, течет вверх и, наконец, поступает в проход 12 холодного резервуара через сквозное отверстие 72. В настоящем варианте осуществления изобретения в уплотнительной втулке 7 выполнено множество сквозных отверстий 72, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления уплотнительной втулки 7, причем каждое сквозное отверстие 72 осуществляет сообщение кольцевой полости 7 с проходом 12 холодного резервуара.

В настоящем варианте осуществления изобретения проход 12 холодного резервуара имеет второй газовый объем 121 в своей верхней части, причем второй газовой объем 121 заполнен инертным газом. В настоящем варианте осуществления изобретения первый газовой объем 711 и второй газовый объем 121 являются кольцеобразными, и оба имеют функции схождения теплообменной среды и амортизации воздействия давления, вызванного мгновенным испарением или мгновенным взрывом.

Главный насос 6 в настоящем варианте осуществления изобретения представляет собой насос с коротким валом и включает в себя двигатель 61 и рабочее колесо 62, размещенное на выходном валу двигателя 61, причем рабочее колесо 62 приводится во вращение двигателем 61. В настоящем варианте осуществления изобретения выходной вал двигателя 61 размещен на корпусе крышки 11 и проходит через него; рабочее колесо 62 размещено внутри прохода 43 горячего резервуара, причем вращающееся рабочее колесо 62 перемещает теплоноситель в проходе 43 горячего резервуара наружу, двигая поток теплоносителя в протоке 43 горячего резервуара в теплообменник 5. В настоящем варианте осуществления изобретения двигатель 61 главного насоса 6 неподвижно соединен с корпусом крышки 11 непосредственно сваркой, болтовым соединением и т.п.

В настоящем варианте осуществления изобретения при установке и креплении ядерного реактора собранный ядерный реактор вставляется в сквозное отверстие монтажной рамы (т. е. предварительно установленный элемент), причем корпус крышки 11 бака 1 реактора упирается в край сквозного отверстия монтажной рамы таким образом, чтобы ядерный реактор свешивался с монтажной рамы. Теперь можно устанавливать и крепить корпус крышки 11 бака 1 реактора и монтажную раму.

Как показано на фиг. 4, когда ядерный реактор в настоящем варианте осуществления изобретения работает, ядерная реакция осуществляется в активной зоне 2 реактора. Вращением каждого управляющего барабана 32 в узле 3 управляющих барабанов можно управлять ядерной реакцией в активной зоне 2 реактора. Теплоноситель в проходе 12 холодного резервуара поступает в активную зону 2 реактора через направляющую пластину 8 для охлаждения активной зоны 2 реактора. Теплоноситель, вытекающий из верхней части активной зоны 2, поступает в проход 43 горячего резервуара горячего канала 4, и под приводным действием главного насоса 6 более горячий теплоноситель в горячем канале 4 поступает в соответствующие теплообменники 5 через соответствующие соединительные трубки. После теплообмена в каждом теплообменнике 5 теплоноситель с более низкой температурой вытекает из выхода в нижней части каждого теплообменника 5 и поступает в кольцевую полость 71. Далее теплоноситель по кольцевой полости 71 течет вверх и поступает в проход 12 холодного резервуара из каждого сквозного отверстия 72, тем самым завершая цикл охлаждения теплоносителя.

Ядерный реактор в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на фиг. 6 и фиг. 7.

Ядерный реактор в соответствии с настоящим изобретением включает в себя бак 1 реактора, активную зону 2 реактора, узел 3 регулирующих барабанов, горячий канал 4, теплообменник 5, уплотнительную втулку 7, направляющую пластину 8 и главный насос 6, причем все они могут быть такими же, как в приведенных выше вариантах осуществления, и здесь не повторяются. Отличие состоит в том, что, как показано на фиг. 6 и фиг. 7, теплообменник 5 в настоящем варианте осуществления представляет собой кольцевой теплообменник 5 и включает в себя теплообменную емкость 52 и теплообменные трубки 51; теплообменная емкость 52 выполнена кольцевой и установлена по внешней периферии горячего канала 4; причем теплообменная трубка 51, расположенная в теплообменной емкости 52, спирально закручена вокруг внешней периферии горячего канала 4. Для обеспечения стабильной работы, в теплообменной емкости 52 размещено множество теплообменных трубок 51, через которые независимо вводится теплообменная среда, причем каждая теплообменная трубка 51 спирально закручена вокруг внешней периферии горячего канала 4. В настоящем варианте осуществления изобретения между теплообменной емкостью 52 и горячим каналом 4 может быть размещено множество соединительных трубок, причем соединительные трубки размещены через равные промежутки вдоль периферийного направления. В нижней части теплообменной емкости 52 также может быть сформировано множество выходов 54 теплообменной емкости, причем выходы 54 теплообменной емкости размещены через равные промежутки вдоль периферийного направления.

Нужно иметь в виду, что при описании настоящего изобретения, такие термины, как «центральный», «продольный», «поперечный», «длина», «ширина», «толщина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхняя часть», «нижняя часть», «внутренний», «внешний», «по часовой стрелке» и «против часовой стрелки» следует понимать в соответствии с ориентацией, как описано далее или как показано на приведенных чертежах. Данные относительные термины предназначены для удобства и простоты описания и не указывают и не подразумевают, что упомянутые устройства или элементы должны иметь определенную ориентацию или быть сконструированы или работать в определенной ориентации. Таким образом, данные термины не следует понимать как ограничивающие настоящее изобретение.

Кроме того, такие термины, как «первый» и «второй», предназначены только для целей описания и не указывают и не подразумевают относительную важность или количество указанных технических элементов. Таким образом, элементы, определяемые терминами «первый» и «второй», могут включать в себя один или несколько элементов, в явной или неявной форме. В описании настоящего изобретения термин «множество» означает по меньшей мере два, например, два, три и т. д., если иное специально не ограничено.

В настоящем описании изобретения, если иное не указано или не ограничено, термины «установленный», «соединенный», «связанный», «закрепленный» и т.п. следует понимать в широком смысле, и они могут означать, например, неподвижное соединение, разъемное соединение или встроенное соединение; они также могут означать механическое или электрическое соединение или взаимное соединение; они также могут означать прямое соединение или непрямое соединение через промежуточные структуры или внутреннее соединение между собой двух элементов, что понятно специалистам в данной области техники в соответствии с конкретными ситуациями.

В настоящем описании изобретения, если иное не указано или не ограничено, конструкция, в которой первый элемент находится «на» или «под» вторым элементом, может включать вариант осуществления, в котором первый элемент находится в прямом контакте со вторым элементом, а также может включать вариант осуществления, в котором первый элемент и второй элемент не находятся в прямом контакте друг с другом, а контактируют через дополнительный элемент, сформированный между ними. Кроме того, первый элемент «на», «выше» или «поверх» второго элемента может включать вариант осуществления, в котором первый элемент расположен справа или наклонно «на», «выше» или «поверх» второго элемента, или просто означает, что первый элемент находится на большей высоте, чем второй элемент; в то время как первый элемент «ниже», «под» или «внизу» второго элемента может включать вариант осуществления, в котором первый элемент находится справа или под наклоном «ниже», «под» или «внизу» второго элемента или просто означает, что первый элемент находится на меньшей высоте, чем второй элемент.

Ссылка в тексте настоящего описания изобретения на «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «пример», «конкретный пример» или «некоторые примеры» означает, что конкретный элемент, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером включен по меньшей мере в один вариант осуществления или пример настоящего описания изобретения. Таким образом, появление этих фраз в различных местах настоящего описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления или примеру настоящего изобретения. Кроме того, конкретные элементы, структуры, материалы или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах. Кроме того, при отсутствии противоречия специалист в данной области техники может интегрировать и комбинировать различные варианты осуществления или примеры, а также элементы в различных вариантах осуществления или примерах, описанных в настоящем описании изобретения.

Хотя пояснительные варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны выше, понятно, что приведенные выше варианты осуществления изобретения являются иллюстративными и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее раскрытие изобретения. Специалист в данной области техники может вносить изменения, модификации, альтернативы и вариации в вышеприведенные варианты осуществления в рамках объема настоящего раскрытия изобретения.

Изобретение относится к ядерному реактору. Реактор включает бак реактора, активную зону реактора, узел управляющих барабанов, горячий канал, теплообменник и главный насос. Бак реактора содержит теплоноситель; активная зона реактора размещена в нижней средней части бака реактора; узел управляющих барабанов размещен на внешней периферии активной зоны реактора и включает в себя множество управляющих барабанов. Каждый из барабанов может вращаться вокруг своего центра, причем размещены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного направления активной зоны реактора. Горячий канал размещен в баке реактора и расположен над активной зоной, имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора. Горячий канал имеет проход горячего резервуара, через который проходит теплоноситель. Теплообменник размещен в баке реактора и расположен на внешней периферии горячего канала, причем вход теплообменника сообщается с проходом горячего резервуара. Главный насос и теплообменник прикреплены к корпусу крышки, часть главного насоса расположена в проходе горячего резервуара. Техническим результатом является компактность и меньший объем конструкции. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ядерный реактор, содержащий:

бак реактора, содержащий корпус сосуда в форме бочки и корпус крышки, отличающийся тем, что в верхней части корпуса сосуда в форме бочки сформировано отверстие, корпус крышки герметизирует отверстие корпуса сосуда в форме бочки, и бак реактора содержит теплоноситель;

активную зону реактора, размещенную в нижней средней части внутри бака реактора;

узел управляющих барабанов, размещенный на внешней периферии активной зоны реактора, отличающийся тем, что узел управляющих барабанов содержит множество управляющих барабанов, каждый из которых может вращаться вокруг своего центра, и вдоль периферийного направления активной зоны реактора на расстоянии друга от друга размещено множество управляющих барабанов;

горячий канал, размещенный в баке реактора и расположенный над активной зоной реактора, отличающийся тем, что горячий канал имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора, горячий канал имеет проход горячего резервуара для прохождения теплоносителя, и верхняя часть горячего канала герметично соединена с корпусом крышки;

теплообменник, размещенный в баке реактора и расположенный на внешней периферии горячего канала, отличающийся тем, что вход теплообменника сообщается с проходом горячего резервуара, и верхняя часть теплообменника неподвижно соединена с корпусом крышки; и

главный насос, закрепленный на корпусе крышки и имеющий часть, размещенную в проходе горячего резервуара, отличающийся тем, что главный насос перекачивает теплоноситель из прохода горячего резервуара в теплообменник.

2. Ядерный реактор по п. 1, дополнительно содержащий герметизирующую втулку, размещенную в баке реактора и отстоящую от бака реактора в направлении внутрь-наружу от бака реактора, формируя проход холодного резервуара,

отличающийся тем, что уплотнительная втулка имеет нижнюю часть, герметично соединенную с узлом управляющих барабанов, и верхнюю часть, герметично соединенную с внутренней верхней поверхностью бака реактора; уплотнительная втулка надевается на внешнюю периферию горячего канала и отстоит от горячего канала в направлении внутрь-наружу от бака реактора, формируя кольцевую полость; кольцевая полость имеет первый газовый объем в верхней части кольцевой полости, и первый газовый объем заполняется инертным газом; теплообменник размещен в кольцевой полости; в верхней части уплотнительной втулки сформировано сквозное отверстие, расположенное ниже первого газового объема, причем сквозное отверстие сообщается с кольцевой полостью и проходом холодного резервуара; и в нижней части теплообменника сформирован выход теплообменника.

3. Ядерный реактор по п. 2, отличающийся тем, что проход холодного резервуара имеет второй газовый объем в верхней части прохода холодного резервуара, и второй газовый объем заполняется инертным газом.

4. Ядерный реактор по п. 2, отличающийся тем, что вдоль периферийного направления уплотнительной втулки на расстоянии друг от друга размещено множество сквозных отверстий.

5. Ядерный реактор по п. 2, дополнительно содержащий направляющую пластину, размещенную под активной зоной реактора, причем направляющая пластина направляет поток теплоносителя из протока холодного резервуара в активную зону реактора.

6. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что горячий канал содержит конический сегмент и цилиндрический сегмент, причем площадь поперечного сечения конического сегмента постепенно увеличивается сверху вниз, конический сегмент имеет нижний конец, герметично соединенный с узлом управляющих барабанов, и верхний конец, соединенный с цилиндрическим сегментом; и площадь поперечного сечения цилиндрического сегмента сверху вниз является постоянной.

7. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что узел управляющих барабанов дополнительно содержит множество соединительных стержней, соединенных с управляющими барабанами во взаимно однозначном соответствии; и множество соединительных стержней проходит через бак реактора и приводит во вращение управляющие барабаны для управления ядерной реакцией в активной зоне реактора.

8. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что вдоль периферийного направления горячего канала на расстоянии друга от друга размещено множество теплообменников; и вход каждого из множества теплообменников сообщается с проходом горячего резервуара.

9. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник содержит теплообменную емкость и теплообменную трубку, по меньшей мере частично размещенную в теплообменной емкости, теплообменная емкость выполнена кольцевой и размещена на внешней периферии горячего канала, и теплообменная трубка, расположенная внутри теплообменной емкости, спирально закручена по внешней периферии горячего канала.

10. Ядерный реактор по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащий соединитель, размещенный в баке реактора и расположенный между теплообменником и корпусом крышки, отличающийся тем, что соединитель имеет первый конец, неподвижно соединенный с теплообменником, и второй конец, неподвижно соединенный с корпусом крышки, и теплообменник и корпус крышки соединены как единое целое.