[发明专利]热管反应堆非能动余热排出系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种热管反应堆非能动余热排出系统及其控制方法，本热管反应堆非能动余热排出系统包括热管、主换热器、热管换热器、余热排出换热器和储水箱，热管的一端位于反应堆堆芯内，热管的另一端位于热管换热器，热管的中部与主换热器连接，热管换热器内冷却水通道通过管道与余热排出换热器连接，余热排出换热器放置于储水箱的水中，储水箱的箱体可向外散热，当主换热器工作时，热管的冷凝段位于主换热器内；当主换热器不工作时，热管的冷凝段位于热管换热器内。本发明公开的热管反应堆非能动余热排出系统，即使发生全部电源丧失事故后，不依赖外部电源和人员干预，可实现堆芯余热的顺利导出，从而维持堆芯内的温度和压力在正常范围。

技术领域

本发明涉及余热排出设备技术领域，尤其涉及一种热管反应堆非能动余热排出系统。

背景技术

热管反应堆是利用热管内碱金属的两相自然循环特性，将热量从堆芯传递到能量转换系统的新型反应堆装置。热管反应堆与传统压水堆一样，均是利用核裂变产生的热能提供能量来源。热管反应堆停堆后，虽然堆芯功率降低为零，但裂变碎片及其他衰变产物仍然会产生大量的剩余热量，若不采取有效措施，热量会逐步积累，导致堆内温度和压力持续升高，存在破坏反应堆内压力边界的完整性、堆芯裸露熔化、造成放射性物质外泄的风险。

因此，有必要设计一种热管反应堆非能动余热排出系统，在发生全部电源丧失事故后，在不依赖外部电源和人员干预的情况下，实现堆芯余热的顺利导出，维持堆芯内的温度和压力在正常范围，确保堆芯结构的完整性，使海上动力装置具有更高的安全性和性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种热管反应堆非能动余热排出系统，旨在即使发生全部电源丧失事故后，不依赖外部电源和人员干预，可实现堆芯余热的顺利导出，维持堆芯内的温度和压力在正常范围，确保堆芯结构的完整性。

为实现上述目的，本发明提供一种热管反应堆非能动余热排出系统，包括热管、主换热器、热管换热器、余热排出换热器以及储水箱，其中，

所述热管的一端位于反应堆堆芯内，热管的另一端位于热管换热器，热管的中部与主换热器连接，热管换热器内冷却水通道通过管道与余热排出换热器连接，余热排出换热器放置于储水箱的水中，当主换热器工作时，热管的冷凝段位于主换热器内；当主换热器不工作时，热管的冷凝段位于热管换热器内。

优选地，所述热管换热器与余热排出换热器入口之间管道上安装有热段隔离阀。

优选地，所述热管换热器与余热排出换热器出口之间管道上安装有冷段隔离阀。

优选地，所述热段隔离阀和冷段隔离阀均在断电时自动打开。

优选地，所述储水箱内部还安装有龙骨。

优选地，所述储水箱的箱体还与船舱舱壁相连接以散热。

优选地，所述余热排出换热器的安装高度大于热管换热器的安装高度。

本发明进一步提出一种基于上述热管反应堆非能动余热排出系统的控制方法，包括以下步骤：

当反应堆堆芯正常运行时，控制热段隔离阀和冷段隔离阀均处于关闭状态，通过控制热管与主换热器的接触面积以及主换热器的换热能力，使热管内蒸发段产生的全部蒸汽在与主换热器接触的冷凝段全部冷凝，而不继续流向热管换热器；

当反应堆停堆时，控制主换热器不工作，热段隔离阀和冷段隔离阀自动开启，热管的蒸发段被反应堆堆芯余热释放的热量加热，热管内工质开始沸腾并蒸发，蒸汽扩散到与热管换热器相连的热管冷凝段，热量传递至非能动余热排出系统，热管换热器内水被加热后经管道进入余热排出换热器中被冷却后，返回热管换热器继续吸热，完成闭式自然循环。

优选地，根据以下公式设计余热排出系统及设备参数：

mC_pΔT＝hAΔt，