[发明专利]一种热管型深海应用核反应堆系统

说明书

本发明公开了一种热管型深海应用核反应堆系统，包括：密封的圆筒形的压力容器，从上到下依次设置于压力容器内的主换热器，余热排出换热器，堆芯，以及贯穿主换热器、余热排出换热器、堆芯的高温热管；其中堆芯由反射层、屏蔽层、燃料元件、控制棒及金属基体组成；主换热器通过环形套管与能量转换装置连接，是反应堆中主要的承压容器；余热排出换热器由换热器壁面和包含在内部的高温热管组成，通过海水进口管道和海水出口管道与大海环境相连；多个高温热管设置于堆芯、主换热器和余热排出换热器的内部。本发明具有的优点是结合深海应用环境需求，采用了一体化的布置方案，系统简单结构紧凑，最大限度的减小了放射性物质泄漏的可能性。

技术领域

本发明涉及核反应堆系统技术领域，尤其涉及一种热管型深海应用核反应堆系统。

背景技术

热管是一种利用封闭在管内的特定工质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种导热性能极好的传热器件。热管按照工作温度不同可分为低温热管(-270～0℃)、常温热管(0～200℃)、中温热管(200～600℃)和高温热管(600℃以上)。其中高温热管以液态金属(钠、钾、锂等)为工质，具有良好的热稳定性和很低的饱和蒸汽压力，还可以通过翅片的形式扩展传热表面积来强化传热能力。高温热管被广泛应用于航空航天、石油化工、冶金和动力等各个领域。

随着热管技术的发展和不断成熟，国内外相继提出多种利用热管冷却的反应堆系统，如洛斯阿拉莫斯的Kilopower、麻省理工的MSR等。这些热管冷却反应堆设计主要用于解决空间推进系统的能源需求，为了减小反应堆的重量和体积，热管型空间应用反应堆大多采用了高富集度的铀燃料，取消屏蔽层，并且使用基于中子泄露原理的转动鼓控制方式，这些特点都与空间应用环境密切相关，并不能完全适用于陆地、海洋等人员密度较大的使用环境。

目前，国际上提出的热管冷却反应堆都是基于空间应用环境设计，尚未发现国际有任何一种适用于深海应用的热管型核反应堆系统。在反应堆设计时考虑深海使用环境、提高反应堆的固有安全性，成为热管型深海应用核反应堆设计时亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是公开一种热管型深海应用核反应堆系统，实现热管冷却反应堆功能的同时，最大限度的保证核反应堆的安全。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种热管型深海应用核反应堆系统，包括密封的圆筒形的压力容器，从上到下依次设置于压力容器内的主换热器，余热排出换热器，堆芯，以及贯穿主换热器、余热排出换热器、堆芯的高温热管；所述主换热器通过环形套管与能量转换装置连接；所述堆芯包括金属基体、燃料元件以及控制棒，所述金属基体内部按三角形栅格排列设置有多个上下贯通的圆柱形小孔通道，所述高温热管与燃料元件依照相邻的布置规则插入小孔通道内；所述余热排出换热器包括换热器本体，以及连接换热器本体两端的海水进口管道、海水出口管道，且所述高温热管贯穿换热器本体内部，安装于小孔通道内；所述高温热管的蒸发段位于堆芯活性区内部，所述高温热管的冷凝段位于主换热器、余热排出换热器内部；所述主换热器、余热排出换热器、堆芯的内部均设置有供控制棒上下移动的控制棒导向通道，且所述压力容器的顶部设置有驱动控制棒的控制棒驱动机构。

通过上述技术方案，反应堆正常运行时，堆芯热量主要通过主换热器传递到能量转换装置中的工质；反应堆停堆时，堆芯剩余衰变热通过余热排出换热器释放到海水中；并且反应堆内的高温热管都是相互独立运行的，每一根高温热管都可从主换热器的顶部抽出，当监测到高温热管失效时，可以方便的实现任一根热管的更换；而且将反应堆堆芯、高温热管、换热器等设备都布置在反应堆压力容器的内部，系统简单结构紧凑。

进一步地，所述主换热器的内部通过环形隔板分割为内外两层，且环形套管的外层环形流道与主换热器的外层空间连通，环形套管的内层环形流道与主换热器的内层空间连通。