一种水下热管反应堆非能动余热排出系统的制作方法

本发明涉及核反应堆余热排出，尤其涉及一种水下热管反应堆非能动余热排出系统。

背景技术：

1、热管反应堆是一种利用热管传热对固体反应堆堆芯进行冷却的新型反应堆，热管反应堆停堆后需要利用余热排出系统，将堆芯产生的衰变热传输至热阱，从而避免堆芯温度过高导致的放射性释放问题。

2、需要外部能源输入的余热排出系统称为能动式余热排出系统，图1为一种热管反应堆能动式余热排出系统，由堆芯1、热管2、热管换热器3、余热排出换热器4、余热排出泵5组成。反应堆正常运行时，堆芯1产生的裂变热经过热管2由热管换热器3传输至能量转换系统，此时余热排出换热器4和余热排出泵5不工作。停堆后，余热排出泵5启动，堆芯1产生的衰变热经过热管2由余热排出换热器4传输至热阱。但是能动式余热排出系统复杂，为降低故障率往往增设冗余备用回路，设备占用空间大，并且仅可运行有限时间直至电量耗尽，不适于无人潜航器等空间紧凑、孤网运行场景。

3、无需外部能源输入的余热排出系统称为非能动余热排出系统，图2为一种热管反应堆非能动余热排出系统，由堆芯1、热管2、堆芯外壁6、冷却流道7、进风口8、出风口9组成。反应堆正常运行时，进风口8、出风口9关闭。停堆后，进风口8、出风口9打开，环境中的冷空气在两个风口的高度差形成的重力压头驱动下，由进风口8进入冷却流道7，带走堆芯1产生的、经堆芯外壁6导出的衰变热，由出风口9流出，形成持续的自然循环。但是这种余热排出系统以空气为冷却介质，且为了建立足够的重力压头，系统高达数米至十余米，不适用于水下应用场景。

4、图3为一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，由堆芯1、热管2、热管换热器3、余热排出换热器4、阀门10组成。反应堆正常运行时，阀门10关闭，余热排出换热器4不工作。停堆后，阀门10打开，海水由余热排出换热器4下方进水口进入，流经热管2带走热量后由热排出换热器4上方出水口流出，形成持续的自然循环。但是这种余热排出系统在启动初期，冷却水接触余热排出换热器4内高达数百℃的换热管壁面会产生局部沸腾，且海水具有一定的腐蚀性，致使该系统难以重复利用。

5、综上，提出一种针对性解决上述问题的水下热管反应堆液态金属非能动余热排出系统。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种水下热管反应堆非能动余热排出系统。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，包括：堆芯以及连接所述堆芯的热管换热器，所述热管换热器一侧设置余热排出导热体，所述堆芯一侧嵌入设置余热排出热管，所述余热排出热管的蒸发段插入在所述堆芯内部，所述余热排出热管的冷凝段插入在余热排出导热体内部。

3、本发明一个较佳实施例中，互为相邻的两个所述余热排出热管之间设置非余热排出热管。

4、本发明一个较佳实施例中，所述非余热排出热管一端插入在所述堆芯内部，所述非余热排出热管另一端插入在所述热管换热器内部。

5、本发明一个较佳实施例中，所述余热排出热管贯穿设置在所述热管换热器上。

6、本发明一个较佳实施例中，所述余热排出导热体外侧面由散热壁面包裹。

7、本发明一个较佳实施例中，所述余热排出导热体与所述散热壁面直接接触，且所述散热壁面与海水直接接触。

8、本发明一个较佳实施例中，所述堆芯为热管冷却固态反应堆堆芯。

9、本发明一个较佳实施例中，所述余热排出导热体采用导热材料制成，所述导热材料包括：铜和c-c复合材料。

10、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

11、本申请中反应堆余热通过插在堆芯中间的余热排出热管以及与之相连的余热排出导热体导出至散热壁面，不依赖泵驱动，无需用电，可长期孤网运行。而且本申请中余热排出系统在摒弃了泵、阀等能动部件的同时，余热排出导热体兼具屏蔽和支撑功能，体积紧凑，有效利用舱室空间，适用于无人潜航器等空间有限的运行场景。另一方面，本申请中余热排出系统通过插在堆芯中间的余热排出热管以及与之相连的余热排出导热体导出至散热壁面，相比于海水循环换热，能够实现全静态导热，不会出现余热排出换热器壁面产生局部沸腾以及海水腐蚀等问题，可靠性更高。

技术特征：

1.一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，包括：堆芯(1)以及连接所述堆芯(1)的热管换热器(3)，其特征在于，所述热管换热器(3)一侧设置余热排出导热体(13)，所述堆芯(1)一侧嵌入余热排出热管(11)，所述余热排出热管(11)的蒸发段插入在所述堆芯(1)内部，所述余热排出热管(11)的冷凝段插入在余热排出导热体(13)内部。

2.根据权利要求1所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：互为相邻的两个所述余热排出热管(11)之间设置非余热排出热管(12)。

3.根据权利要求2所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述非余热排出热管(12)一端插入在所述堆芯(1)内部，所述非余热排出热管(12)另一端插入在所述热管换热器(3)内部。

4.根据权利要求1所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述余热排出热管(11)贯穿设置在所述热管换热器(3)上。

5.根据权利要求1所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述余热排出导热体(13)外侧面由散热壁面(14)包裹。

6.根据权利要求5所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述余热排出导热体(13)与所述散热壁面(14)直接接触，且所述散热壁面(14)与海水直接接触。

7.根据权利要求1所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述堆芯(1)为热管冷却固态反应堆堆芯。

8.根据权利要求1所述的一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于：所述余热排出导热体(13)采用导热材料制成，所述导热材料包括：铜和c-c复合材料。

技术总结本发明公开了一种水下热管反应堆非能动余热排出系统，包括：堆芯以及连接堆芯的热管换热器，热管换热器一侧设置余热排出导热体，堆芯一侧嵌入设置余热排出热管，余热排出热管的蒸发段插入在堆芯内部，余热排出热管的冷凝段插入在余热排出导热体内部。反应堆余热通过插在堆芯中间的余热排出热管以及与之相连的余热排出导热体导出至散热壁面，不依赖泵驱动，无需用电，可长期孤网运行。而且本申请中余热排出系统在摒弃了泵、阀等能动部件的同时，余热排出导热体兼具屏蔽和支撑功能，体积紧凑，有效利用舱室空间。另一方面，通过余热排出热管以及与之相连的余热排出导热体导出至散热壁面，实现全静态导热，可靠性更高。技术研发人员：郭斯茂,王冠博,郭啸宇,杨万奎,郭玉川,唐彬,刘耀光,钱达志受保护的技术使用者：中国工程物理研究院核物理与化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29