具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种铅铋合金反应堆冷却剂加注装置，用于将大量铅铋合金熔化和过滤后注入回路。该加注装置位于铅铋反应堆装置池式堆顶可拆卸部分7，与池式堆顶可拆卸部分7固定连接，方便维修和更换。该加注装置包括铅铋运输单元、气体控制单元、熔化加注单元和过滤单元；其中，铅铋运输单元包括铅铋块传输带2；熔化加注单元包括铅铋合金熔化罐8、注入罐11和电加热元件；气体控制单元包括进气管3和排气管9；过滤单元包括三级过滤层4、二级过滤层5和一级过滤层6。

铅铋运输单元包括铅铋块传输带2，铅铋块传输带2位于铅铋合金熔化罐8的上方，用于将需熔化加注的铅铋合金块1传输至铅铋合金熔化罐8中。

熔化加注单元包括铅铋合金熔化罐8、注入罐11和电加热元件。铅铋合金熔化罐8的整体结构为罐体的直径由上至下逐渐减小的结构，铅铋合金熔化罐8包括预热段和加热熔化段，预热段位于加热熔化段的上方，预热段与加热熔化段贯通连接。上部的预热段主要用于储存固态的铅铋合金块1，并通过气体控制单元向其中加入惰性气体氮气，对铅铋合金块1进行初步的预热，以及对铅铋合金熔化罐8中的氧气进行初步吹扫；下部的加热熔化段为高功率加热段，主要用于对铅铋合金块1进行熔化，而由于加热熔化段对大量的铅铋合金块1进行熔化耗时过长且所需功率过大，将加热熔化段的容积设置为比预热段容积小，有效提高了铅铋金属块在铅铋合金熔化罐8中的熔化效率。

铅铋合金熔化罐8的预热段中设有若干隔挡结构10，隔挡结构10固定连接于铅铋合金熔化罐8的预热段中，用于延长铅铋合金块1在预热段中的储存时间，在预热段中的高温惰性气体环境中有效延长对铅铋合金块1的预热时间。

电加热元件设于铅铋合金熔化罐8的底部，用于加热熔化铅铋合金块1。

注入罐11位于铅铋合金熔化罐8的下方，用于容纳铅铋合金熔化罐8熔化过滤后的液态铅铋合金。

图1中区域A熔化加注部分中的工质采用液态铅铋合金，首次注入时热源为电加热元件、之后可利用核裂变能和电加热元件组合加热。

需熔化加注的铅铋合金1进入铅铋合金熔化罐8后在隔挡结构10的作用下，在跌入铅铋合金熔化罐8底部的过程中进行预热。进入底部的铅铋合金块1经过电加热元件的加热逐渐熔化，最后在气压和铅铋合金熔化罐8结构上的高度差的作用下通过过滤单元注入回路。

气体控制单元包括进气管3和排气管9。进气管3和排气管9位于铅铋合金熔化罐8预热段的两侧，并且进气管3设于相比排气管9较低的位置，在本实施例中，进气管3位于铅铋合金熔化罐8预热段的底部，排气管9位于铅铋合金熔化罐8预热段的顶部。进气管3的入口与输气系统连接，排气管9的出口与抽气系统连接，进气管3的出口和排气管9的入口分别与铅铋合金熔化罐8固定连接，进气管3和排气管9均与铅铋合金熔化罐8贯通连接。

输气系统中输入的气体为惰性气体氮气，氮气的化学性质不活泼，且在反应堆的辐照条件下较为安全，并且其重量比空气略轻。通过将进气管3设于排气管9的较低位置，使得氮气从较低的进气管3进入铅铋合金熔化罐8的预热段，氮气依靠自重浮升至较高的排气管9处，氮气在铅铋合金熔化罐8上方的预热段中上浮过程中将铅铋合金熔化罐8下方的加热熔化段的热量带到预热段上方对固态铅铋合金块1进行预热。另外，由于在加注固体铅铋合金块1时，会向铅铋合金熔化罐8中带入氧气，这些氧气会使得液态铅铋合金中的氧活性上升，导致其超过10^-6会生成大量的氧化物杂质，通过将进气管3设于排气管9的较低位置使得氮气的输入方向设为由下向上的流动过程则可以帮助系统对氧气进行初步的吹扫，减少熔化加入过程中对液态铅铋合金的氧化，从而有效减少氧化物杂质的生成。

过滤单元包括三级过滤层4、二级过滤层5和一级过滤层6，用于将铅铋合金进行按体积的分隔并同时过滤掉冷却剂中的杂质，确保注入回路中冷却剂的纯净程度。

一级过滤层6位于铅铋合金熔化罐8的加热熔化段内侧的中下部，一级过滤层6与铅铋合金熔化罐8通过焊接固定连接。一级过滤层6是一个带孔隙的挡板，用于将大的未被熔化的铅铋合金块1和大块杂质挡在加热熔化段内的挡板上面，并使未被熔化的铅铋合金块1进行继续加热。其滤网孔径由铅铋合金块大小具体确定，滤网孔径范围可以是3mm-10mm。

二级过滤层5位于铅铋合金熔化罐8的底部，二级过滤层5与铅铋合金熔化罐8通过焊接于铅铋合金熔化罐8内壁上的支撑结构固定连接。二级过滤层5用于将液态铅铋中的较大块氧化物杂质进行过滤，其滤网孔径范围可以是0.5mm-2mm。

三级过滤层4位于注入罐11的冷却剂出口处并套设于铅铋合金熔化罐8上，三级过滤层4与注入罐11通过焊接于注入罐11内壁上的支撑结构固定连接，三级过滤层4与铅铋合金熔化罐8通过焊接于铅铋合金熔化罐8外壁上的支撑结构固定连接。三级过滤层4用于过滤掉注入罐11中的液态铅铋冷却剂中细微粒径的氧化物颗粒以及杂质，确保进入回路的铅铋冷却剂的纯净度。其滤网孔径可由反应堆装置堆芯等部分的棒束间距、定位栅板的流通要求以及反应堆系统过滤系统的性质来定，其滤网孔径范围可以是100μm-500μm。

一级过滤层6和二级过滤层5的材料可以是与铅铋合金熔化罐8结构材料相同的结构不锈钢。三级过滤层4的材料可以是高温玻璃纤维、石墨纤维等。

一种铅铋合金反应堆冷却剂加注方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1、通过铅铋运输单元将铅铋合金块1传输至熔化加注单元

将需熔化加注的铅铋合金块1置于铅铋块传输带2上，并通过铅铋块传输带2将其传输至熔化加注单元的铅铋合金熔化罐8中。

步骤2、通过气体控制单元为熔化加注单元提供惰性气体、调节熔化加注单元内的压力

通过气体控制单元的进气管3为熔化加注单元的铅铋合金熔化罐8提供惰性气体氮气。通过调节气体控制单元的进气管3和排气管9中的气体流量，控制气体控制单元的进气量和出气量，调节铅铋合金熔化罐8内的压力，确保铅铋合金有足够的时间熔化成铅铋冷却剂以及铅铋冷却剂中的氧活性，使氧活性维持在10^-6-10^-7之间。

如需向反应堆内加注冷却剂时，可以关闭排气管9同时打开进气管3对铅铋合金熔化罐8进行加压，将铅铋合金冷却剂挤出熔化加注单元，从而进入反应堆系统。

步骤3、通过熔化加注单元将铅铋合金块(1)熔化为液体铅铋合金

通过熔化加注单元中的电加热元件对铅铋合金熔化罐(8)中的铅铋合金块1进行加热熔化，将铅铋合金块(1)熔化为液体铅铋合金。

电加热元件可以选用加热棒或伴热丝，功率大小和铅铋合金熔化时间通过装置具体的设计大小和铅铋合金块的具体形状来确定。

步骤4、通过过滤单元过滤铅铋合金冷却剂中的杂质

通过一级过滤层6过滤大的未被熔化的铅铋合金块1和大块杂质，将大的未被熔化的铅铋合金块1和大块杂质挡在加热熔化段内的一级过滤层6的挡板上面；通过二级过滤层5过滤液态铅铋中的较大块氧化物杂质；通过三级过滤层4过滤注入罐11中液态铅铋冷却剂中的细微粒径的氧化物颗粒以及杂质，确保进入回路的铅铋冷却剂的纯净度。

步骤5、将铅铋合金冷却剂注入反应堆回路

通过熔化加注单元的铅铋合金熔化罐8中的高度差和气体控制单元提供压头，铅铋合金冷却剂通过过滤单元的三级过滤层4、二级过滤层5和一级过滤层6后，进入反应堆回路。当熔化部分的液态铅铋合金液位高过注入罐11的高度时，可以自动对反应堆进行冷却剂加注。

加注铅铋合金反应堆冷却剂的全过程，可以通过调节铅铋块传输带2的速度、铅铋合金块1的投入量、铅铋合金熔化罐8内气体的压力和铅铋合金熔化罐8的电加热功率来控制铅铋合金的熔化速率和注入量。可以通过控制铅铋合金冷却剂的注入量和加热功率来控制铅铋合金的熔化时间。

再次注入铅铋冷却剂时，可以通过气体控制单元抽气，将一部分已经熔化的铅铋冷却剂吸入铅铋合金熔化罐的下部加速铅铋合金的熔化速率。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。