(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111537464.2 (22)申请日 2021.12.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114334196 A (43)申请公布日 2022.04.12 (73)专利权人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 刘晓晶　柴翔　管超然　谢秋霞　 (74)专利代理 机构 北京荟英捷创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11726 专利代理师 张阳 (51)Int.Cl. G21C 17/028(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 110491533 A,2019.1 1.22 CN 111441838 A,2020.07.24 CN 110232979 A,2019.09.13 US 5043136 A,1991.08.27 US 2018075931 A1,2018.0 3.15 李杨柳等.氦氙混合气体冷却反应堆单通道 程序开发. 《原子能科 学技术》 .2017,(第01期), 王国杰等.氦氙离心压气机叶顶间隙形态对 气动性能的影响. 《航空动力学报》 .2020,(第0 6 期), 审查员 韩光皓 (54)发明名称 氦氙冷却反应堆的固有安全设计方法、 装置 及设备 (57)摘要 本申请实施例公开了一种氦氙冷却反应堆 的固有安全设计方法、 装置及设备， 该方法包括： 氦氙冷却反应堆的堆芯结构材料选用石墨， 承压 外壳选用奥氏体304不锈钢， 反应堆布置方式选 用横向依次布置方式； 在氦氙供应丧失工况下， 计算反应堆堆芯温度； 判断反应堆堆芯温度是否 小于燃料熔点及结构材料熔点； 若是则确定氦氙 冷却反应堆为固有安全反应堆。 本申请通过选用 合理化的堆芯材料与结构， 利用热传导、 自然对 流和热辐射等自然物理规律， 使得反应堆停堆后 只剩停堆余热的情况下， 不依靠外动力源的输入 能够实现堆 芯余热的安全导出， 令该反应堆具有 固有安全特性。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 114334196 B 2022.11.22 CN 114334196 B 1.一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计方法， 其特 征在于， 包括： 所述氦氙冷却反应堆的堆芯结构材料选用石墨， 承压外壳选用奥氏体304不锈钢， 反应 堆布置方式选用横向依次布置方式； 在氦氙供应丧失工况 下， 计算反应堆 堆芯温度； 判断所述反应堆 堆芯温度是否小于 燃料熔点及结构材 料熔点； 若是则确定所述氦氙冷却反应堆 为固有安全反应堆； 其中， 所述反应堆包括承压外 壳， 以及位于所述承压外壳中的堆芯、 涡轮、 压气机、 回热 器和前冷器； 所述前冷器、 所述压气机、 所述回热器、 所述堆芯和所述涡轮沿所述承压外壳 的长度方向依次排布； 所述计算反应堆堆芯温度， 包括： 在自然对流换热条件下， 根据 牛顿冷却定律计算反应 堆表面温度； 根据所述反应堆表面温度及 传热学公式计算反应堆 堆芯温度。 2.根据权利要求1所述的固有安全设计方法， 其特征在于， 在所述氦氙供应丧失工况 下， 所述氦氙冷却反应堆呈开 放状态。 3.根据权利要求1所述的固有安全设计方法， 其特征在于， 所述根据牛顿冷却定律计算 反应堆表面温度， 包括： 按质量份额计算得到总体导热系数； 根据堆芯衰变余热、 强迫对流空气换热系数、 空气温度及所述总体导热系数计算反应 堆表面温度。 4.一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计装置， 其特 征在于， 包括： 设计模块， 用于所述氦氙冷却反应堆的堆芯结构材料选用石墨， 外层承压层选用奥氏 体304不锈钢， 反应堆布置方式选用横向依次布置方式； 计算模块， 用于在氦氙供应丧失工况 下， 计算反应堆表面温度及反应堆 堆芯温度； 比较模块， 用于确定所述反应堆表面温度及 反应堆堆芯温度是否小于燃料熔点及结构 材料熔点； 确定模块， 用于若是则确定所述氦氙冷却反应堆 为固有安全反应堆； 其中， 所述反应堆包括承压外 壳， 以及位于所述承压外壳中的堆芯、 涡轮、 压气机、 回热 器和前冷器； 所述前冷器、 所述压气机、 所述回热器、 所述堆芯和所述涡轮沿所述承压外壳 的长度方向依次排布。 5.根据权利要求4所述的固有安全设计装置， 其特征在于， 在所述氦氙供应丧失工况 下， 所述氦氙冷却反应堆呈开 放状态。 6.根据权利要求4所述的固有安全设计装置， 其特征在于， 所述反应堆包括承压外壳， 以及位于所述承压 外壳中的堆芯、 涡轮、 压气机、 回热器和前冷器； 所述前冷器、 所述压气机、 所述 回热器、 所述堆芯和所述涡轮沿所述承压外 壳的长度方 向依次排布。 7.一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计设备， 其特 征在于， 包括： 处理器； 以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器， 所述可执行指令在被执行时 使所述处 理器实现权利要求1 ‑3任一项所述的固有安全设计方法。 8.一种存储介质， 其特征在于， 用于存储计算机可执行指令， 所述可执行指令在被执行 时实现权利要求1 ‑3任一项所述的固有安全设计方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114334196 B 2氦氙冷却反 应堆的固有安全 设计方法、 装置及设备 技术领域 [0001]本发明涉及氦氙冷却反应堆技术领域， 尤其涉及 一种氦氙冷却反应堆的固有安全 设计方法、 装置及设备。 背景技术 [0002]随着科技进步与社会发展， 偏远地区用电困难及特种装备的发展对大功率、 长寿 命及可移动的电源系统提出了重大的需求。 小型核反应堆电源 具有结构紧凑， 尺寸小， 重量 轻， 能量密度高； 续航时间与续航距离长； 输出功率大； 安全可靠， 维护方便等优点， 能有效 满足上述需求。 因此， 可移动式小型核反应堆电源的研发设计， 具有十分重要的现实意义。 目前， 主流的小型核电源堆型包括热管冷却堆、 液态金属冷却堆和气冷堆。 相对于兆瓦级小 型核反应堆电源设计， 气冷堆具有明显优势。 [0003]气冷堆是用石墨慢化、 惰性气体冷却的反应堆。 气冷堆由于具有大量石墨结构材 料， 有很强的负温度反应系数和热惯性， 使其在正反应性导入、 失去外部冷却的事故工况 下， 可以实现安全停 堆并导出反应堆余热。 但是在气冷堆的基准设计事故中， 依然需要人为 干预， 不能称为完全的固有安全。 由于堆芯功率密度大， 早期商用气冷堆不能只依靠热传 导、 自然对流和热辐 射等非能动机制将堆芯余热导出， 需要设计停堆后应急冷却剂风机提 供强迫循环来冷却堆芯。 [0004]近年来， 模块式气冷堆概念提出， 余热排出无需应急风机即可将余热从堆芯传至 堆舱内的水冷壁。 然而， 在水冷壁将堆芯余热导出至最 终热阱(如大气)的过程中， 现有设计 仍然以能动的循环冷却方式为主， 依靠安全级的泵驱动系统回路中的水在水冷壁管路和空 冷器中流动， 从而与外界进 行热交换。 这种设计虽然能够实现安全导出堆芯余热， 但由于采 用了泵等需要外动力源持续驱动的能动部件， 即便采用冗余设计， 仍然具有较高的失效概 率。 发明内容 [0005]本申请实施例的目的是提供一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计方法、 装置及设 备， 用以解决现有气冷堆的在失去外部冷却的事故工况下， 无法做到不依赖外界动力源将 堆芯余热安全导出的问题。 [0006]为解决上述 技术问题， 本申请实施例是这样实现的： [0007]一方面， 本申请实施例提供一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计方法， 包括： 所述 氦氙冷却反应堆的堆芯结构材料选用石墨， 承压外壳选用奥氏体304不锈钢， 反应堆布置方 式选用横向依次布置方式； 在氦氙供应丧 失工况下， 计算反应堆堆芯温度； 判断所述反应堆 堆芯温度是否小于燃料熔点及结构材料熔点； 若 是则确定所述氦氙冷却反应堆为固有安全 反应堆。 [0008]另一方面， 本申请实施例提供一种氦氙冷却反应堆的固有安全设计装置， 包括： 设 计模块， 用于所述氦 氙冷却反应堆的堆芯结构材料选用石墨， 外层 承压层选用奥氏体304不说　明　书 1/5 页 3 CN 114334196 B 3