一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统的制作方法

本申请涉及核反应堆余热排出，尤其涉及一种基于热辐射的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，其一回路采用非能动传热，摒弃了泵、阀等转动部件，系统简单、布局紧凑，可用于陆上车载移动电源、水下无人潜航器、太空及星表长期供电电源等持久用电、体积有限、功率等级不高的应用场景。根据功率等级的不同，热管堆可用于千瓦级、百千瓦级、兆瓦级的核电源系统。

2、热管反应堆停堆后需要利用余热排出系统，将堆芯1产生的衰变热传输至热阱，从而避免堆芯1温度过高导致的放射性释放问题。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，反之则称为非能动余热排出系统。对于千瓦级的太空用热管堆，如图1所示，一般采用长热管结合辐射翅片9的非能动余热排出系统，将堆芯1产生的余热排放至太空空间。这种非能动余热排出系统的辐射翅片9占用空间极大，不适用于体积紧凑、热管密集排列的百千瓦至兆瓦级热管堆。对于百千瓦级、兆瓦级的陆上、水下用热管堆，如图2所示，一般采用热管结合余热排出换热器4的能动式余热排出系统，在停堆阶段启动余热排出泵5，将堆芯1产生的余热排放至环境热阱。这种能动式余热排出系统设备繁多、需外部供电，难以在孤网紧急停堆情况下长期运行，可靠性不高。

3、为此，本申请提供一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，解决设备占据空间大、难以在孤网紧急停堆的情况下长期运行的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统。

2、为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：

3、一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，包括由散热壁面构成的热阱，热阱内间隔排布有堆芯、热管换热器，所述堆芯插入有多个余热排出热管，余热排出热管外端穿过热管换热器后裸露在热阱内，余热排出热管的裸露段在轴向高度上错开排列。

4、本方案的进一步实施例中，多个所述余热排出热管自堆芯一侧穿出。

5、本方案的进一步实施例中，多个所述余热排出热管的裸露段从中心往外长度依次递减。

6、本方案的进一步实施例中，所述热阱内位于热管换热器背离堆芯一侧间隔设有两组反射壁面，余热排出热管的裸露段插入由两个反射壁面组成的空间内。

7、本方案的进一步实施例中，所述散热壁面包括外壁和包覆在外壁的内侧壁上的内壁。

8、本方案的进一步实施例中，所述外壁面由空气或海水自然循环冷却。

9、本方案的进一步实施例中，所述余热排出热管的裸露段涂覆有高发射率涂层。

10、本方案的进一步实施例中，所述堆芯为热管冷却固态反应堆。

11、与现有技术相比，本申请提供了一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，具备以下有益效果：

12、1、正常运行工况下，余热排出热管的蒸发段从堆芯内带走堆芯内部热量，余热排出热管的裸露段向周围辐射散热，热辐射散热壁面的内壁面吸收辐射热、外壁面散热至环境，从而进行散热；停堆工况下，热管换热器不工作，堆芯的衰变余热由余热排出热管裸露段向外辐射而后逸散，使得即使在停堆孤网状态下，余热排出热管仍能继续进行辐射散热作业。

13、相对于传统的由外界供电等方式持续运作的设备，本设备完全依靠非能动传热，对外界条件依赖性低，可孤网持续进行运作。并且本设备集中设置在热阱中，设备集中，占地空间小，体积小巧，且设备大幅简化，数量较少，重量轻便，可用于对重量、体积要求严苛的核动力装置。

14、2、余热排出热管的裸露段在轴向高度上错开排列，相邻的余热排出管的裸露段长度不同，从而减少相邻测余热排出热管之间的遮挡，从而加快辐射散热，提高散热效率。

15、本申请的其他优点、目标和特征，在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述；并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的；或者，可以从本申请的实践中得到教导。

技术特征：

1.一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，包括由散热壁面构成的热阱，热阱内间隔排布有堆芯(1)、热管换热器(3)，其特征在于，所述堆芯(1)插入有多个余热排出热管(2)，余热排出热管(2)外端穿过热管换热器(3)后裸露在热阱内，余热排出热管(2)的裸露段在轴向高度上错开排列。

2.根据权利要求1所述的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于，多个所述余热排出热管(2)自堆芯(1)一侧穿出。

3.根据权利要求1所述的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于，多个所述余热排出热管(2)的裸露段从中心往外长度依次递减。

4.根据权利要求1所述的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于，所述热阱内位于热管换热器(3)背离堆芯(1)一侧间隔设有两组反射壁面(6)，余热排出热管(2)的裸露段插入由两个反射壁面(6)组成的空间内。

5.根据权利要求4所述的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于，所述散热壁面包括外壁(8)和包覆在外壁(8)内侧壁上的内壁(7)。

6.根据权利要求4所述的一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，其特征在于，所述外壁(8)面由空气或海水自然循环冷却。

7.根据权利要求5所述的一种基于热辐射的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(2)的裸露段涂覆有高发射率涂层。

8.根据权利要求1所述的一种基于热辐射的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。

技术总结本申请涉及核反应堆余热排出技术领域，尤其涉及一种基于热辐射的热管反应堆非能动余热排出系统，包括热阱，热阱内排布有堆芯、热管换热器，堆芯插入有多个余热排出热管，余热排出热管外端穿过热管换热器后裸露在热阱内。运行工况下，余热排出热管的蒸发段从堆芯内带走热量、裸露段向周围辐射散热；停堆工况下，堆芯的衰变余热继续由余热排出热管裸露段向外辐射，在停堆孤网状态下，仍能继续进行辐射散热作业。余热排出热管的裸露段在轴向高度上错开排列，从而减少相邻测余热排出热管之间的遮挡，加快辐射散热，提高散热效率。技术研发人员：郭啸宇,王冠博,郭斯茂,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