一种熔盐燃料自持更新模块装置
阅读说明：本技术 一种熔盐燃料自持更新模块装置 (Molten salt fuel self-sustaining updating module device ) 是由 王翔 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明是一种熔盐燃料自持更新模块装置。本发明属于核燃料更新循环技术领域,所述装置包括：去除区、第一反应容器、第一加热层、第二反应容器、第二加热层、熔盐流经管道、废料区、辐射屏蔽区、原料区、补充区、辅助区、熔盐入口、散热鳍板和熔盐出口。本发明通过使用熔盐堆自身产生的电力、熔盐燃料自身的余热以及裂变产物产生的衰变热为能量来源,对熔盐燃料进行在线更新,去除裂变产物,补充易裂变、可裂变物质,与小型熔盐堆配合使用可以实现小型熔盐堆的模块化、便捷性、可移动性,通过定期更换熔盐更新模块可使得熔盐堆在寿期内持续稳定运行。在需要时通过回收熔盐更新模块可以对收集的裂变产物进一步处理,便于实现对燃料的循环使用。(The invention relates to a molten salt fuel self-sustaining updating module device. The invention belongs to the technical field of nuclear fuel renewal cycle, and the device comprises: the system comprises a removing area, a first reaction container, a first heating layer, a second reaction container, a second heating layer, a molten salt flowing pipeline, a waste material area, a radiation shielding area, a raw material area, a supplementing area, an auxiliary area, a molten salt inlet, a heat dissipation fin plate and a molten salt outlet. The invention uses the power generated by the molten salt reactor, the waste heat of the molten salt fuel and the decay heat generated by fission products as energy sources to update the molten salt fuel on line, remove the fission products, supplement fissile and fissile substances, can realize the modularization, convenience and mobility of the small molten salt reactor when being matched with the small molten salt reactor, and can ensure that the molten salt reactor can continuously and stably operate in the life period by regularly replacing the molten salt updating module. The collected fission products can be further processed through the recycling molten salt updating module when needed, and the recycling of the fuel is convenient to realize.)
技术领域
本发明涉及核燃料更新循环技术领域，是一种熔盐燃料自持更新模块装置。
背景技术
在使用熔盐作为燃料的大型核反应堆的设计中，会在核反应堆外建设额外的熔盐在线处理设施，通过对熔盐乏燃料进行化学处理，去除裂变产物，增加可裂变核素，使得在熔盐堆运行过程中，熔盐燃料在经过这样即时在线或具有周期性的处理之后，组份的变化保证在较小的波动范围之内，进而保证熔盐堆稳定功率输出。但是熔盐在线处理设施一般为较大型的厂区，其建设一方面会拉高核电设施的建造成本，另一方面也不利于熔盐堆的应用推广。特别是在小型化、可移动的核能应用方面，在线处理设施的必要存在已经成为了阻碍熔盐堆发展的绊脚石。
发明内容
本发明为实现熔盐在线处理小型化和可移动性，本发明提供了一种熔盐燃料自持更新模块装置，本发明提供了以下技术方案：
一种熔盐燃料自持更新模块装置，所述装置包括：去除区、第一反应容器、第一加热层、第二反应容器、第二加热层、熔盐流经管道、废料区、辐射屏蔽区、原料区、补充区、辅助区、熔盐入口、散热鳍板和熔盐出口；
所述散热鳍板连接辅助区，所述辅助区内置熔盐流经管道，所述熔盐流经管道的一端连接第一加热层，所述第一加热层安装在第一反应容器内，所述第一反应容器连接补充区，所述补充区连接熔盐出口；
所述熔盐流经管道的另一端连接第二加热层，所述第二加热层安装在第二反应容器内，所述第二反应容器连接去除区，所述去除区连接熔盐入口；
所述废料区、辐射屏蔽区和原料区位于第一加热层和第二加热层中间，所述废料区连接第二加热层，所述原料区连接第一加热层，所述辐射屏蔽区位于废料区和原料区中间。
优选地，所述辅助区包括电力转换设备、监测监控设备、通信设备和余热排出设备，所述电力转换设备、监测监控设备、通信设备和余热排出设备集成在一起；
所述电力转换设备利用熔盐流出反应堆堆芯进入熔盐燃料自持更新模块装置自带的高温进行静态热电转换，产生电力供熔盐燃料自持更新模块装置使用；在废料区积累起裂变产物后，电力转换设备利用废料区中的衰变热进行热电转换，产生电力自持；
余热排出设备使得受迫循环或自然循环对废料区的衰变热进行利用和排出，将余热用于熔盐乏燃料的在线更新，或者将衰变热排出；
监测监控设备用于熔盐燃料自持更新模块装置指标参数的监测与监控；
通信设备用于和远程运营方进行通信，提供自持更新模块的参数、指标和接受指令。
优选地，所述去除区采用干式乏燃料后处理方法，在处理过程中所需的高温环境初始由流出反应堆堆芯的熔盐本身带来的热量以及额外加热提供，在废料区积累起裂变产物后，利用废料区中的裂变产物发出的衰变热。
优选地，通过补充区将原料区的新可裂变物质以缓释的方式添加至熔盐燃料中，提升熔盐燃料中可裂变物质的组分。
优选地，熔盐从反应堆堆芯上部流出后，经管道进入通过熔盐入口进入熔盐燃料自持更新模块装置，在去除区将裂变产物分离开，流经辅助区进行检测和控制，再流经补充区，根据需要进行补充，再通过熔盐出口流回反应堆堆芯下部。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用熔盐堆自身产生的电力和熔盐燃料自身的余热对熔盐燃料进行在线更新，与小型熔盐堆配合使用可以实现小型熔盐堆的模块化、便捷性、可移动性，通过定期更换熔盐更新模块可使得熔盐堆在寿期内持续稳定运行。在需要时通过回收熔盐更新模块可以对收集的裂变产物进一步处理，便于实现对燃料的循环使用。
附图说明
图1为自持更新模块装置结构侧视图；
图2为自持更新模块装置结构俯视图；
图3为自持更新模块装置工作流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图2所示，本发明提供一种熔盐燃料自持更新模块装置，具体为：
一种熔盐燃料自持更新模块装置，所述装置包括：去除区1、第一反应容器2、第一加热层3、第二反应容器13、第二加热层14、熔盐流经管道4、废料区5、辐射屏蔽区6、原料区7、补充区8、辅助区9、熔盐入口10、散热鳍板12和熔盐出口11；
所述散热鳍板12连接辅助区9，所述辅助区9内置熔盐流经管道4，所述熔盐流经管道4的一端连接第一加热层3，所述第一加热层3安装在第一反应容器2内，所述第一反应容器2连接补充区8，所述补充区8连接熔盐出口11；
所述熔盐流经管道4的另一端连接第二加热层14，所述第二加热层14安装在第二反应容器13内，所述第二反应容器13连接去除区1，所述去除区1连接熔盐入口10；
所述废料区5、辐射屏蔽区6和原料区7位于第一加热层3和第二加热层14中间，所述废料区5连接第二加热层14，所述原料区7连接第一加热层3，所述辐射屏蔽区6位于废料区5和原料区7中间。
所述辅助区9包括电力转换设备、监测监控设备、通信设备和余热排出设备，所述电力转换设备、监测监控设备、通信设备和余热排出设备集成在一起；
一个完整功能的熔盐燃料自持更新模块(简称“自更模块”)应当主要包括裂变产物去除区(简称“去除区”)、可裂变元素补充区(简称“补充区”)，裂变产物贮存区(简称“废料区”)，可裂变元素贮存区(简称“原料区”)。除此之外，还应该有辅助区，包含电力转换设备、余热排出设备、监测监控设备等等。自更模块也可以以满足不同功能子模块的形式，以实现部分或全部的功能来根据实际需要进行组装。熔盐燃料自持更新模块的基本工作流程如下图1所示。
当反应堆运行一段时间后，初始加注在反应堆中的液态燃料经过裂变反应，消耗了部分易裂变物质，生成了裂变产物，而裂变产物会吸收中子，影响裂变链式反应的正常发生。因此经过消耗的熔盐乏燃料开始周期性地或实时地从反应堆堆芯中流出，流入自持更新模块。自持更新模块的监测监控设备会对熔盐的成分进行检测，并判断是否需要进行处理。如果需要处理，则熔盐乏燃料将在去除区的反应容器中，通过热催化的乏燃料后处理技术(如干式乏燃料后处理方法，简称干法)进行处理。处理后的熔盐经过检测其成分符合要求后，继续流动进入补充区。若在前序检测中认为需要补充原料，则原料区以固态储存的新熔盐燃料将掉落到补充区的反应容器中，通过加温熔化的方式，补充到经过处理的熔盐燃料中去，通过搅拌等方式使其组分均匀。经过原料补充的熔盐燃料再经过组份检测，确认达标后流回反应堆堆芯，参与裂变反应。
在去除区中处理得到的裂变产物则通过沉淀、挤压等方式进入废料区。如果废料区中积累的废料已满，则通过辅助区中的通信模块通知远程运营方，更换自持更新模块。原料区不断的将储存的固态燃料供给给熔盐燃料，当原料区的新燃料用尽时，也会通过辅助区中的通信模块通知远程运营方，更换自持更新模块。
去除区主要以干式乏燃料后处理方法(简称“干法”)为主，也不排除将来采用其他技术。在处理过程中所需的高温环境初始由流出反应堆堆芯的熔盐本身带来的热量以及额外加热提供，在废料区积累起裂变产物后，可以利用废料区中的裂变产物发出的衰变热。
补充区主要将原料区的新可裂变物质以缓释的方式添加至熔盐燃料中，提升熔盐燃料中可裂变物质的组分。
废料区的功能以贮存在去除区处理下来的裂变产物。
原料区的功能以贮存以铀、钚等元素为主的新可裂变物质。
各区之间采用适当的辐射屏蔽区设计阻止互相影响。
电力转换设备主要利用熔盐流出反应堆堆芯进入自更模块自带的高温进行静态热电转换，通过如基于塞贝克效应的热电转换等方式产生电力供自更模块使用。在废料区积累起裂变产物后，电力转换设备可以会利用废料区中的衰变热进行热电转换，产生电力自持，减少对来自反应堆能量的依赖。电力转换设备为熔盐乏燃料在线更新提供必要的加热、冷却等功能，同时负责自更模块中泵、阀门等设备的能源供给。
余热排出设备主要负责形成回路，使用受迫循环或自然循环对废料区的衰变热进行充分利用和有效排出，可以将这部分热量用于熔盐乏燃料的在线更新，也可以通过被动系统将衰变热排出。
余热排出设备可以采用被动或主动形式，被动余热排出可采用散热鳍板、热管等方式；主动余热排出可在鳍板外增加风扇等促进空气流动的手段增强换热。使用额外冷却管道虽然也可以，但是需要额外的泵等设备，增加了系统的复杂程度。
监测监控设备主要负责自更模块的各项指标参数的监测与监控，并于远程中控进行即时通信。
通信设备主要用于和远程运营方进行通信，提供自持更新模块的各项参数、指标、接受指令等。
本发明可以像“电池”一样装配在小型熔盐堆的附近，或者与小型熔盐堆通过接口形成有机整体。该熔盐燃料自持更新模块使用反应堆产生的部分电力和熔盐自身的部分余热，对熔盐进行在线处理，可以保证在较长时间内只依靠该模块保证熔盐堆的熔盐燃料更新需求，实现熔盐堆的稳定运行。在一段时间之后，只需要将已经“耗尽”的熔盐自持更新模块进行迅速替换，即可开始下一个循环。
以上所述仅是一种熔盐燃料自持更新模块装置的优选实施方式，一种熔盐燃料自持更新模块装置的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
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