[发明专利]一种基于热声电的热管反应堆系统

说明书

本发明属于一种核反应堆领域技术领域，具体涉及一种基于热声电的热管反应堆系统，该热管反应堆系统包括形成一体化模块化装置的热管反应堆电源主系统、热声发电机冷却系统、通风空调系统、密封仓底部疏水收集系统、氦气维持系统、应急安全水冷系统、余热排出系统、密封仓。本发明的热管反应堆系统采用固体堆芯设计，热管导热，无系统回路和大功率机械转动设备，具有长寿期甚至全寿期无换料、高固有安全性、低噪音、高功率体积重量比、系统设备简单可靠、热电转换效率高、对冷源需求较小、可以模块化配置等技术特点。

技术领域

本发明属于核反应堆领域技术领域，具体涉及一种基于热声电的多用途热管反应堆系统。

背景技术

相对于压水堆，国内外对热管反应堆有一定的公开报道，但是整个系统装置采用热声发电机进行发电的尚未有公开报道。公开报道的热管堆系统方案，一般都采用斯特林发电机或者热电偶发电，要么噪声大，要么发电效率低。而热声发动机完全不同于传统的热机动力系统(汽轮机、燃气轮机和内燃机等)，它完全没有压缩机、膨胀机等机械运动部件，利用声波压力的交替升高和降低实现气体的压缩和膨胀，同时通过气体的往复运动与处于不同位置的高、低温换热器壁面进行换热，从而完成能量的转化过程。目前，国内研究热声发电机的热电转换效率达到23％，比功率达到50W/kg，空气噪声低于60dB。

发明内容

本发明针对未来小型功率需求、多种应用场合的装备，提供一种具有长寿命、高安全、多用途、模块化的基于热声电的热管反应堆系统。

实现本发明目的的技术方案：一种基于热声电的热管反应堆系统，该系统包括形成模块化装置的热管反应堆电源主系统、热声发电机冷却系统、通风空调系统、密封仓底部疏水收集系统、氦气维持系统、应急安全水冷系统、余热排出系统、密封仓；热管反应堆电源主系统位于密封仓内中部，热声发电机冷却系统位于热管反应堆电源主系统两侧对称布置，热声发电机冷却系统的一侧位于密封仓内、且与热管反应堆电源主系统连接，热声发电机冷却系统的另一侧位于密封仓外壁；通风空调系统的一侧位于密封仓内，通风空调系统的另一侧位于密封仓外壁；密封仓底部疏水收集系统位于密封仓内尾部的底部，氦气维持系统位于密封仓尾部舱壁上；应急安全水冷系统位于热管反应堆电源主系统与密封仓之间，两个余热排出系统位于密封仓外。

所述的热管反应堆电源主系统包括热管反应堆、热声发电机、反应堆控制系统、反应堆辐射屏蔽及绝热系统，两个热声发电机对称布置在热管反应堆两侧，热管反应堆与两个热声发电机之间分别设有一个反应堆控制系统，两个反应堆辐射屏蔽及绝热系统的两端分别与热管反应堆、两个热声发电机连接。

所述的热管反应堆包括热管、燃料棒、堆内构件、反射层、旋转鼓、反应堆容器、驱动机构、反应堆保温及屏蔽结构、堆内辐射屏蔽体、反应堆支承，热管和燃料棒安装在堆内构件、且三者内部构成热管反应堆的堆芯，反射层布置在堆芯外围，旋转鼓沿周向均匀间隔布置在反射层与堆芯之间，热管反应堆轴向方向上设置有辐射屏蔽体，反射层位于反应堆容器内，反应堆容器位于反应堆保温及屏蔽结构内，反应堆支承位于反应堆容器的外部，环形反应堆支承的外侧与均与密封仓连接；驱动机构贯穿反应堆保温及屏蔽结构、反应堆容器，且与旋转鼓连接。

所述的热管、圆燃料棒的排布比例为3:1、或者2:1、或者1:1、或者1:2或者1:3。

所述的热管、圆燃料棒的，排布方式为三角形、正方形或者六边形排布。

所述的旋转鼓包括六个大鼓和六个小鼓，大鼓小鼓间隔布置。

所述的旋转鼓为圆柱形结构，一半圆柱为吸收体，一半圆柱为反射体。

所述的热声发电机冷却系统包括两路设备冷却水泵、阀门、流量压力温度仪表及相应的管道，每一台设备冷却水泵、阀门、流量压力温度仪表、热声发电机通过管道串联；设备冷却水泵与密封仓外的冷却水设备连通。