本发明专利技术公开了一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，该实验系统利用次临界反应堆产生的热量，采用加压水作为二回路的传热流体与一回路换热并开展实验，在系统停止实验情况下，将液态铅铋合金泵入铅铋合金储罐内，用储热装置储存的热量给铅铋合金储罐保温。本发明专利技术通过附加储热装置来解决现有技术中存在的问题，如在铅铋合金管道上加装电辅热装置以维持其温度需要消耗大量电能等。此外，本发明专利技术还具有能量利用效率高、无额外耗电等优点。同时，本发明专利技术还可为压缩空气储能等系统中储热/换热装置的研发提供可靠稳定的实验支撑，为核能的清洁安全高效利用提供技术支持。为核能的清洁安全高效利用提供技术支持。为核能的清洁安全高效利用提供技术支持。
【技术实现步骤摘要】
一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统
[0001]本专利技术属于核能、压缩空气储能等系统中热能储存/换热
，涉及一种高温铅铋合金实验系统，具体涉及一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，利用次临界反应堆产生的热量和和附加储热装置来提高系统能量利用效率和稳定性，可实现对核能、压缩空气储能等系统中储热/换热装置的研发和测试，并为核能、压缩空气储能等系统研发提供技术支持。
技术介绍
[0002]核能是一种清洁、安全、经济、可持续发展的能源，是许多国家和地区能源开发的重要方式。随着世界化石能源的持续枯竭及福岛事故之后全球社会对核利用安全性的关注，国际上各个研究机构均大力发展加速器驱动次临界系统(ADS，Accelerator Driven Subcritical System)铅铋液态金属冷却反应堆，使用粒子加速器作为外部源来驱动次临界反应堆，同时使用铅铋液态金属作为冷却剂和热传递介质，实现嬗变处理高放核废料、生产核燃料等功能，具有安全、高效、经济、环保等优势。目前被世界公认是处理大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力可能途径之一。
[0003]ADS系统主要由质子加速器系统、散裂靶和次临界堆芯组成。液态铅铋合金具有优良的中子学性能(液态铅铋合金在中子互换截面方面表现良好，对中子的吸收和散射效果较好。这使得铅铋合金成为ADS中的良好中子慢化材料，可以有效地慢化和增殖中子，促进反应堆的稳定运行和高效能量释放)、抗辐照性能(液态铅铋合金具有较高的密度和高原子序数，这使其具有良好的吸收和散射中子和γ射线的能力。高密度和高原子序数的特性有助于减少辐射的穿透和传播，从而降低辐射对材料的损害)、导热性能(液态铅铋合金具有较高的熔点，通常在125
‑
175摄氏度之间。这意味着它可以在高温下保持液态状态，提供良好的冷却能力。此外，铅铋合金具有较高的热导性，可以有效地从核燃料中吸收和传递热量，保持系统的稳定运行)、冷却特性(液态铅铋合金具有较高的热容量和低的比热传导系数，这使得它能够有效地吸收和分散核反应堆中产生的热量。同时，铅铋合金的低蒸汽压使得冷却剂损失和蒸汽爆炸的风险较低，提高了系统的安全性)和固有的安全特性(液态铅铋合金在核反应环境下具有较好的化学稳定性。它对氧气和水蒸气的腐蚀性较低，因此可以减少与环境介质的反应和腐蚀，延长系统的寿命)，成为加速器驱动的次临界系统的首选一回路冷却介质。在加速器驱动的次临界系统中，液态铅铋合金将堆芯热量带出并通过与二次回路中的水或气体等与其他介质进行热量交换，将热量转化为蒸汽、电力等形式进行利用。此外，液态铅铋合金本身作为工作流体可开展实验或进一步利用，例如液态铅铋合金循环热源实验、热物性实验等。液态铅铋合金的高温流动性能也为其应用提供了便利。例如，在高温钠冷却反应堆中使用液态铅铋合金作为传热介质，可以大幅降低维护和更换频率，同时保证反应堆的安全稳定运行。因此，液态铅铋合金不仅可以作为一种次临界系统的一回路冷却介质，还可以在其他领域中得到广泛应用。
[0004]铅铋合金熔点约为125℃，在停用情况下存在凝固的风险，因此需要对铅铋合金进
行处理，防止铅铋合金的凝固造成额外损失。为了避免铅铋试验回路或次临界系统中的铅铋合金发生凝固、聚集，可通过使用外部的加热装置例如目前常用的处理方式是在铅铋合金管道上加装电加热器或加热棒等电辅热装置以维持其温度高于凝固点，保持其液态状态。然而这种方式需要加装大量的电加热装置，能量利用效率低且额外消耗电能。因此，在实际应用中，需要对能源消耗和能量利用效率进行充分的考虑。
技术实现思路
[0005](一)专利技术目的
[0006]针对现有技术的上述缺点和不足，本专利技术提出了一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，该实验系统利用次临界反应堆产生的热量，采用加压水作为二回路的传热流体与一回路换热并开展实验，在系统停止实验情况下，将液态铅铋合金泵入铅铋合金储罐内，用储热装置储存的热量给铅铋合金储罐保温。本专利技术通过附加储热装置来解决现有技术中存在的问题，如在铅铋合金管道上加装电辅热装置以维持其温度需要消耗大量电能等。此外，本专利技术还具有能量利用效率高、无额外耗电等优点。同时，本专利技术还可为压缩空气储能等系统中储热/换热装置的研发提供可靠稳定的实验支撑，为核能的清洁安全高效利用提供技术支持。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现该专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，所述实验系统的组成部件至少包括一次临界反应堆、一第一换热器、一第二换热器、一第三换热器、一加热器、一空气冷却器、一储热装置、一铅铋合金储罐和一待测实验装置，各组成部件通过管路连通并形成至少三个回路，所述三个回路分别为一回路、二回路、三回路，其特征在于，
[0010]所述保温槽道设置在所述铅铋合金储罐的外壁上并形成为所述铅铋合金储罐的保温层，所述铅铋合金储罐内腔的底部通过管路与所述次临界反应堆的进口管路连通，且二者之间的连通管路上设有一第一阀门；所述铅铋合金储罐内腔的顶部通过管路与一氩气瓶连通，且二者之间的连通管路上设有一第十六阀门；
[0011]所述一回路中，所述次临界反应堆的出口通过管路经相互并联的所述第一换热器的热侧、第二换热器的热侧后与所述次临界反应堆的进口连通，形成一循环回路，且所述一回路中的循环介质为液态铅铋合金；
[0012]所述二回路中，所述待测实验装置的出口通过管路依次经所述加热器、相互并联的所述第一换热器的冷侧及第二换热器的冷侧、空气冷却器后与所述待测实验装置的进口连通，形成一循环回路，且所述二回路中的循环介质为加压水；所述空气冷却器的进口管路还设有一穿过所述第三换热器的热侧的并联管路，所述第一换热器冷侧的进、出口管路上分别设有一第二阀门、一第三阀门，所述第二换热器冷侧的进、出口管路上分别设有一第四阀门、一第五阀门，所述空气冷却器的进口管路上设有一第六阀门，所述第三换热器的热侧进口或出口管路上设有一第九阀门；
[0013]所述三回路中，所述储热装置的出口分为两路，一路通过管路经所述保温槽道后与所述储热装置的进口连通以形成一循环回路，另一路通过管路经所述第三换热器的冷侧后与所述储热装置的进口连通以形成另一循环回路，且所述三回路中的循环介质为导热
油；所述第三换热器的冷侧进口或出口管路上设有一第十阀门，所述储热装置的进、出口管路上分别设有一第十二阀门、一第十三阀门，所述保温槽道的进口管路上设有一第十四阀门。
[0014]优选地，所述一回路的主循环管路上至少设有一循环泵以驱动液态铅铋合金循环。
[0015]优选地，所述一回路的主循环管路上还设有一第一膨胀罐，所述第一膨胀罐的设置位置至少高于所述一回路中的各部件、各管路，以平衡所述一回路内的循环介质液体铅铋合金因温度升高产生的体积膨胀，防止回路内因温度变化而引起的压力波动。
[0016]优选地，所述铅铋合金储罐的设置位置至少低于所述一回路中的各部件、各管路。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，所述实验系统的组成部件至少包括一次临界反应堆、一第一换热器、一第二换热器、一第三换热器、一加热器、一空气冷却器、一储热装置、一铅铋合金储罐和一待测实验装置，各组成部件通过管路连通并形成至少三个回路，所述三个回路分别为一回路、二回路、三回路，其特征在于，所述保温槽道设置在所述铅铋合金储罐的外壁上并形成为所述铅铋合金储罐的保温层，所述铅铋合金储罐内腔的底部通过管路与所述次临界反应堆的进口管路连通，且二者之间的连通管路上设有一第一阀门；所述铅铋合金储罐内腔的顶部通过管路与一氩气瓶连通，且二者之间的连通管路上设有一第十六阀门；所述一回路中，所述次临界反应堆的出口通过管路经相互并联的所述第一换热器的热侧、第二换热器的热侧后与所述次临界反应堆的进口连通，形成一循环回路，且所述一回路中的循环介质为液态铅铋合金；所述二回路中，所述待测实验装置的出口通过管路依次经所述加热器、相互并联的所述第一换热器的冷侧及第二换热器的冷侧、空气冷却器后与所述待测实验装置的进口连通，形成一循环回路，且所述二回路中的循环介质为加压水；所述空气冷却器的进口管路还设有一穿过所述第三换热器的热侧的并联管路，所述第一换热器冷侧的进、出口管路上分别设有一第二阀门、一第三阀门，所述第二换热器冷侧的进、出口管路上分别设有一第四阀门、一第五阀门，所述空气冷却器的进口管路上设有一第六阀门，所述第三换热器的热侧进口或出口管路上设有一第九阀门；所述三回路中，所述储热装置的出口分为两路，一路通过管路经所述保温槽道后与所述储热装置的进口连通以形成一循环回路，另一路通过管路经所述第三换热器的冷侧后与所述储热装置的进口连通以形成另一循环回路，且所述三回路中的循环介质为导热油；所述第三换热器的冷侧进口或出口管路上设有一第十阀门，所述储热装置的进、出口管路上分别设有一第十二阀门、一第十三阀门，所述保温槽道的进口管路上设有一第十四阀门。2.根据权利要求1所述的附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，其特征在于，所述一回路的主循环管路上至少设有一循环泵以驱动液态铅铋合金循环。3.根据权利要求1所述的附加储热装置用于保温的高温铅铋合金实验系统，其特征在于，所述一回路的主循环管路上还设有一第一膨胀罐，所述第一膨胀罐的设置位置至少高于所述一回路中的各部件、...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艺斐，王亮，纪律，林曦鹏，陈海生，张双，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。