[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

说明书

本发明公开了一种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，该系统包括一次冷却回路和二次冷却回路，一次冷却回路和二次冷区回路通过相变储能换热器连接，一次冷却回路直接对固态堆芯进行冷却；二次冷却回路将来自一次冷却回路的热量散热到最终热阱。本发明结构简化，可为深海用固态堆芯提供高效可靠冷却。

技术领域

本发明涉及核反应堆系统设计技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

固态核反应堆技术具有能量密度高、结构紧凑、固有安全性等特性，可作为深海潜航器的动力能源。与传统反应堆技术相比，固态核反应堆技术采用固态堆芯，通常采用高温热管作为传热部件，省略了传统反应堆系统的冷却剂管道和泵等大量设备，因而可以大大减轻反应堆重量，扩张反应堆的应用场景。当前，深海潜航器通常采用化石能源、氢能结合蓄电池、传统核动力等技术，其中常规动力能源占据了绝大多数份额。随着人类探索世界的逐步深入，对深海潜航器的要求更加苛刻，固态核反应堆技术能够提供高能量密度的同时，大大简化了反应堆的结构和重量，称为未来深海潜航器的首选能源。

发明内容

为实现在深海潜航条件下固态核反应堆的应急热量导出，本发明设计了一种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，本发明结构简化，可实现固态堆芯热量的高效可靠导出。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种深海潜航用固态堆芯核反应堆应急热量导出系统，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；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。

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，槽道形状可以为圆形或多边形结构；所述内芯152中心可设置有直通孔道；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。

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。

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。

所述相变储能换热器18内部的相变工质可选用氦、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、铋等工质的单质或混合物；所述相变储能换热器18内部可设置热管或均温板进行温度平均。

所述一次冷却回路10中的冷却剂可选用氦、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、铋等工质的单质或混合物。