[发明专利]深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统及工作方法

权利要求书

1.一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：包括一次冷却回路(10)和二次冷却回路(20)；所述一次冷却回路(10)包括冷却剂储存箱(11)、第一调节阀(12)、第二调节阀(13)、保护罩体(14)、喷淋头(15)、固态堆芯(16)、第一流量泵(17)、相变储能换热器(18)和第三调节阀(19)，冷却剂储存箱(11)通过第一调节阀(12)和来自第一流量泵(17)出口的管线共同经第二调节阀(13)直接连接固定于保护罩体(14)和固态堆芯(16)之间的喷淋头(15)，保护罩体(14)下方通过第三调节阀(19)连接相变储能换热器(18)的热端入口，相变储能换热器(18)的热端出口连接第一流量泵(17)的入口；所述二次冷却回路(20)包括相变储能换热器(18)、第二流量泵(21)、备用冷源(22)、海水换热器(23)、海水进口腔(24)和海水出口腔(25)，相变储能换热器(18)的冷端出口分别与备用冷源(22)的入口、海水换热器(23)的热端入口相连接，备用冷源(22)的出口、海水换热器(23)的热端出口共同连接到第二流量泵(21)入口，第二流量泵(21)出口与相变储能换热器(18)的冷端入口相连，海水进口腔(24)连接海水换热器(23)冷端入口，海水换热器(23)冷端出口与海水出口腔(25)相连。

2.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述喷淋头(15)包括套管(151)和内芯(152)，内芯(152)置于套管(151)内部；若干所述喷淋头(15)周向分布于保护罩体(14)和固态堆芯(16)的腔室内，冷却剂经喷淋头(15)冲洗固态堆芯(16)外缘，带走固态堆芯(16)的热量。

3.根据权利要求2所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述套管(151)为圆柱形、圆锥形、棱锥形或海螺形结构；所述内芯(152)为轴向设置有螺旋槽道的实体，槽道形状为圆形或多边形结构；所述内芯(152)中心设置有直通孔道；所述内芯(152)置于套管(151)内部，来流冷却剂在套管(151)的内芯(152)旋转搅浑后喷出，实现均匀细密的分布。

4.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述相变储能换热器(18)为一体化结构，内部冷端和热端的管道呈螺旋状相互包覆，冷端和热端管道外填充有相变工质。

5.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述相变储能换热器(18)为分离式结构，热单元内布置有热端管道和相变工质，冷单元内布置有冷端管道和相变工质，冷单元和热单元交替分布组成相变储能换热器(18)。

6.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述相变储能换热器(18)内部的相变工质选用氦、氢、氖、氧、氮、乙烷、丙烯、戊烷、甲醇、甲苯、氨、氟利昂、水、萘、铯、钾、钠、锂、银、铅或铋单质工质中的一种或多种；所述相变储能换热器(18)内部设置热管或均温板进行温度平均。

7.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述一次冷却回路(10)中的冷却剂选用氦、氢、氖、氧、氮、乙烷、丙烯、戊烷、甲醇、甲苯、氨、氟利昂、水、萘、铯、钾、钠、锂、银、铅或铋单质工质中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述备用冷源(22)为用于加热燃料、储备用水或生活能源的热源。

9.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，其特征在于：所述海水换热器(23)置于潜航器壳体外侧直接与海水换热；所述海水换热器(23)采用回路式热管换热器，冷端置于潜航器壳体外的海水中。

10.根据权利要求1所述一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统的工作方法，其特征在于：固态堆芯核反应堆正常工作工况，第一调节阀(12)、第二调节阀(13)和第三调节阀(19)关闭，相变储能换热器(18)通过备用冷源(22)或海水换热器(23)进行蓄冷；固态堆芯核反应堆事故工况时，第一调节阀(12)、第二调节阀(13)和第三调节阀(19)打开，第一流量泵(17)投入工作，冷却剂经喷淋头(15)冲洗固态堆芯(16)外缘，通过第三调节阀(19)到达相变储能换热器(18)进行释热，一次冷却回路(10)为固态堆芯(16)提供持续冷却；二次冷却回路正常运行工况：二次冷却回路(20)通过海水换热器(23)不断带走相变储能换热器(18)内的热量，必要条件下备用冷源(22)为二次冷却回路(20)提供冷源；二次冷却回路非正常运行工况：相变储能换热器(18)内工质发生相变储存热量。