[发明专利]一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构

说明书

本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构。本发明包括堆芯基体结构、热管、燃料棒、填充金属，热管和燃料棒固定安装在堆芯基体结构内，填充金属填充在堆芯基体结构内部，热管和燃料棒之间，充当导热材料。本发明结构简单、高可靠、模块化、可应用于小型热管反应堆结构设计。

技术领域

本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构。

背景技术

热管反应堆采用热管导热，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、系统设备简单可靠等技术特点，结合热电偶发电、热声电发电、热光伏发电等多种先进发电技术技术实现热电转换，可广泛应用于水下空间站、陆上应急救灾、岛礁供电及海水淡化、海上能源开采、小型城市供电供热、太空探测等领域作为能源供应选项。

堆芯结构是热管反应堆的关键部件之一，起到包容、固定燃料芯块和热管的作用，将燃料芯块产生的热量传递给热管，同时承受外界传递到堆芯的载荷，保护燃料芯块和热管在结构和功能方面的完整性。对于热管反应堆的研究，国内外相关研究单位均进行了大量的研究，但是公开报道的都大多为宏观性的报道，对于本发明所提及的堆芯结构并未有详细描述，典型的结构形式见附图1-图3。

发明内容

本发明解决的技术问题：

本发明针对未来小型功率需求、多种应用场合热管反应堆需求，提供一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，结构简单、高可靠、模块化、可应用于小型热管反应堆结构设计。

本发明采用的技术方案：

一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，包括堆芯基体结构、热管、燃料棒、填充金属，热管和燃料棒固定安装在堆芯基体结构内，填充金属填充在堆芯基体结构内部，热管和燃料棒之间，充当导热材料。

所述热管和燃料棒的比例为3：1、2：1、1：1、1：2、1：3；在堆芯基体结构内呈正三角形、正方形、正六边形排布。

所述堆芯基体结构为内部空腔结构，包括下部堆芯基体结构和上部堆芯基体结构，通过安装销组成一个整体结构。

所述下部堆芯基体结构为上部带止口的结构，底部按照一定的排列关系设有燃料棒安装孔和热管安装孔，燃料棒安装孔和热管安装孔为盲孔，为热管和燃料棒提供定位，止口上设计有均匀布置的销孔。

所述上部堆芯基体结构顶部对应下部堆芯基体结构的燃料棒安装孔和热管安装孔开设有燃料棒安装孔和热管安装孔，燃料棒安装孔和热管安装孔为通孔，供热管和燃料棒穿过并提供限位，下端设有止口与下部堆芯基体结构配合，并开有销孔对应，顶部还设计有填充金属注入孔和排气孔。

所述燃料棒包括包壳、燃料芯块、压紧弹簧；燃料芯块采用UO₂作为燃料。

所述热管为高温高效碱金属热管，包括蒸发段、绝热段、冷凝段；蒸发段的端头设置定位轴，用于将热管安装固定在堆芯基体结构内。

所述燃料棒包壳、热管包壳、堆芯基体结构所用材料为核级不锈钢、镍基合金、钼铼合金。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，简单可靠，固有安全性高，导热传热能力强，具备模块化配置能力，可以和各种类型的热电转换装置匹配应用。

(2)本发明提供的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，与采用机械连接、有间隙的的热管堆固体堆芯相比，由于没有了气隙，燃料芯块热量传递到热管的途径更为简单直接，传热导热效率更高，更有利于整个反应堆装置效率和性能的提高。

附图说明