船用热管反应堆的制作方法

1.本发明涉及热管反应堆技术领域，尤其涉及一种船用热管反应堆。


背景技术：

2.在船用热管反应堆耦合超临界二氧化碳动力系统设计中，当发生全场断电事故时，反应堆能否及时停堆关系着整个系统的安全。通常情况下，通过控制反应堆的反应性进行反应堆的功率调节。对热管反应堆，通常采用控制棒及转鼓等方式改变反应堆的中子泄露率来达到反应性控制的目的。而对于船用核动力系统中，热管反应堆卧式布置，全场断电工况下，传统的控制棒靠重力自动掉落难以实现及时停堆，同时会需要较大的移动空间，不符合船用核动力紧凑性要求。转鼓利用其内中子吸收材料的位置变化来调节反应堆反应性，驱动机构简单，结构相对紧凑，在热管反应堆中广泛应用。但是转鼓的控制通过采用驱动机构进行转鼓角度的调整，全场断电情况下，转鼓驱动机构失去电源供应，存在无法及时停堆的可能，对于反应堆的安全停堆存在重大潜在风险。


技术实现要素：

3.本发明提供一种船用热管反应堆，旨在解决传统技术中，船用热管反应堆在发生全场断电事故时，无法及时停堆，影响系统安全的问题。
4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种船用热管反应堆，所述船用热管反应堆具有依次间隔设置的堆芯区、缓存区以及中间换热区，所述船用热管反应堆包括：
5.多个热管，依次穿过所述堆芯区、所述缓存区、以及所述中间换热区；
6.二氧化碳循环结构，设于所述中间换热区，包括形成于各所述热管之间的二氧化碳流道，所述二氧化碳流道内流动有二氧化碳流体；
7.多个转鼓，设于各所述热管的周向，各所述转鼓包括壳体、设于所述壳体内的转动轴、以及设于所述壳体内的中子吸收体，所述转动轴具有沿其轴向转动的活动行程，用于驱动所述壳体转动，所述壳体依次穿过所述堆芯区、所述缓存区、以及所述中间换热区，所述转动轴设于所述缓存区以及所述中间换热区，所述中子吸收体设于所述堆芯区；以及
8.紧急停堆机构，包括连通件以及驱动叶片，所述连通件用于在开启时连通至少一个所述二氧化碳流道与所述壳体的内腔，以使二氧化碳流体进入所述壳体的内腔，所述驱动叶片设于各所述转动轴上，用于在二氧化碳流体的作用下驱动对应的所述转动轴转动。
9.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述连通件包括第一连通件以及第二连通件，所述第一连通件设于所述中间换热区与所述缓存区连接处，用于连通所述二氧化碳流道与所述缓存区，所述第二连通件设于各所述壳体上，用于连通所述缓存区与各所述壳体的内腔；
10.所述驱动叶片设于各所述转动轴位于所述缓存区处。
11.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述第一连通件包括至少一个阀门、温度检测器以及控制器，所述阀门设于所述中间换热区与所述缓存区连接处，用于在打开时
连通所述二氧化碳流道与所述缓存区，所述温度检测器设于所述中间换热区；
12.所述控制器与所述温度检测器以及所述阀门均电连接，所述控制器用于在预设温度时控制所述阀门打开或者关闭。
13.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述第二连通件包括设于各所述壳体上的喷射器，各所述喷射器均与所述缓存区连通，各所述喷射器的喷射方向朝向对应的所述驱动叶片设置。
14.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述第二连通件包括设于各所述壳体上的管道，各所述管道均用于连通所述阀门与一个所述壳体的内腔，各所述管道具有气体进口以及气体出口，所述气体进口与所述阀门连通，所述气体出口朝向对应的所述驱动叶片设置。
15.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述紧急停堆机构还包括分别设于各所述转鼓的限位件，各所述限位件用于各所述驱动叶片转动至预设位置的限位，在所述预设位置，各所述中子吸收体朝向各所述热管设置。
16.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述驱动叶片包括驱动套环以及设于所述套环的周侧的多个叶片，所述驱动套环套设于对应的所述转动轴。
17.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述限位件包括设于各所述壳体的内壁的限位块，各所述限位块朝向各所述驱动叶片设置，当所述驱动叶片转动至预设位置时，所述限位块抵接于其中一个所述叶片的边缘。
18.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述叶片包括三个，三个所述叶片均匀分布于所述驱动套环的周侧。
19.根据本发明提供的一种船用热管反应堆，所述船用热管反应堆还包括设于所述堆芯区的反射层，所述反射层设于各所述热管之外，所述反射层的材质为be和/或beo。
20.本发明提供的船用热管反应堆，在全场断电工况下，冷却剂丧失，无法及时将反应堆中热量带出，二氧化碳流道中的超临界二氧化碳流体温度急剧上升，高温高压的超临界二氧化碳流体会通过连通件进入各转鼓的壳体的内腔，从而喷在驱动叶片上，驱动叶片在高温高压的流体冲刷下转动，进而带动转动轴转动，最终可以使得各转鼓的中子吸收体朝向热管，从而达到停堆目的。本发明提供的为当前船用热管反应堆非能动停堆安全设计增加双重保险，利用自身热源非能动触发停堆信号，解决了当前转鼓非能动控制的难题，达到提高船用热管反应堆安全控制的目的。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明提供的船用热管反应堆的侧视图结构示意图；
23.图2是图1沿a-a向的的剖视图结构示意图；
24.图3是图1沿b-b向的剖视图结构示意图。
25.附图标记：
26.1：船用热管反应堆；
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2：堆芯区；
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3：缓存区；
27.4：中间换热区；
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5：热管；
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6：二氧化碳循环结构；
[0028][0029]
7：转鼓；
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8：紧急停堆机构；
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9：反射层；
[0030]
10：二氧化碳流道；
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11：壳体；
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12：转动轴；
[0031]
13：中子吸收体；
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14：连通件；
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15：阀门；
[0032]
16：喷射器；
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17：驱动叶片。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
下面结合图1-图3描述本发明提供的船用热管反应堆1。
[0035]
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种船用热管反应堆1，船用热管反应堆1具有依次间隔设置的堆芯区2、缓存区3以及中间换热区4，堆芯区2主要进行堆芯反应，为船舶提供动能，缓存区3在一般情况下填充有低压氦气，中间换热区4主要用于对堆芯区2进行冷却换热。
[0036]
具体地，船用热管反应堆1包括：多个热管5，依次穿过堆芯区2、缓存区3、以及中间换热区4，热管5内设有燃料棒；二氧化碳循环结构6，设于中间换热区4，包括形成于各热管5之间的二氧化碳流道10，二氧化碳流道10内流动有二氧化碳流体，二氧化碳流体在循环的过程中能够与热管5之间进行有效换热；多个转鼓7，设于各热管5的周向，各转鼓7包括壳体11、设于壳体11内的转动轴12、以及设于壳体11内的中子吸收体13，转动轴12具有沿其轴向转动的活动行程，用于驱动壳体11转动，壳体11依次穿过堆芯区2、缓存区3、以及中间换热区4，转动轴12设于缓存区3以及中间换热区4，中子吸收体13设于堆芯区2。
[0037]
需要说明的是，传统技术中转鼓7利用其内的中子吸收体13的位置变化来调节反应堆的反应性，而中子吸收体13的方位由转动轴12的驱动机构进行控制，当转动轴12转动的时候能够带动壳体11转动，从而达到调节中子吸收体13的位置的效果(需要说明的是，壳体11是分段设置的，其部分为活动设置，部分为静止设置。设于堆芯区2的壳体11会随着转动轴12的转动进行转动，而设于缓存区3以及中间换热区4的壳体11会保持静止)。当中子吸收体13背离热管5时，反应堆效率最高，当中子吸收体13靠近热管5时，反应堆效率最低(停堆)。然而在全场断电情况下，转动轴12驱动机构失去电源供应，会存在无法及时停堆的可能，对于反应堆的安全停堆存在重大潜在风险。
[0038]
因此，本发明提供的船用热管反应堆1还包括紧急停堆机构8，紧急停堆机构8包括连通件14以及驱动叶片17，连通件14用于在开启时连通至少一个二氧化碳流道10与壳体11的内腔，以使二氧化碳流体进入壳体11的内腔，驱动叶片17设于各转动轴12上，用于在二氧化碳流体的作用下驱动对应的转动轴12转动。
[0039]
需要说明的是，本发明提供的船用热管反应堆1，在全场断电工况下，冷却剂丧失，无法及时将反应堆中热量带出，二氧化碳流道10中的超临界二氧化碳流体温度急剧上升，
高温高压的超临界二氧化碳流体会通过连通件14进入各转鼓7的壳体11的内腔，从而喷在驱动叶片17上，驱动叶片17在高温高压的流体冲刷下转动，进而带动转动轴12转动，最终可以使得各转鼓7的中子吸收体13朝向热管5，从而达到停堆目的。本发明提供的船用热管反应堆1为当前船用热管反应堆1非能动停堆安全设计增加双重保险，利用自身热源非能动触发停堆信号，解决了当前转鼓7非能动控制的难题，达到提高船用热管反应堆1安全控制的目的。
[0040]
具体地，连通件14包括第一连通件以及第二连通件，第一连通件设于中间换热区4与缓存区3连接处，用于连通二氧化碳流道10与缓存区3，需要说明的是，中间换热区4与缓存区3是间隔设置的，如前所述，缓存区3内一般情况下填充有低压氦气，第一连通件可以在打开时连通二氧化碳流道10和缓存区3，使得二氧化碳流体进入缓存区3；而第二连通件设于各壳体11上，用于连通缓存区3与各壳体11的内腔，由于驱动叶片17设于各转动轴12位于缓存区3处，第二连通件在打开时可以引入缓存区3的二氧化碳流体，高温高压的二氧化碳流体会冲刷在驱动叶片17上，使得驱动叶片17旋转，从而能够带动旋转轴旋转，达到停堆的目的。
[0041]
在全场断电工况下，冷却剂丧失，无法及时将反应堆中热量带出，二氧化碳流道10中的超临界二氧化碳流体温度急剧上升。在本发明提供的第一实施例中，第一连通件包括至少一个阀门15、温度检测器以及控制器，阀门15设于中间换热区4与缓存区3连接处，用于在打开时连通二氧化碳流道10与缓存区3，温度检测器设于中间换热区4；控制器与温度检测器以及阀门15均电连接，控制器用于在预设温度时控制阀门15打开或者关闭。可以理解的是，当温度检测器检测到二氧化碳流体的温度急剧上升达到一预设值时(或者堆芯区2的温度急速上升达到一预设值时)，控制器会控制阀门15打开，引导二氧化碳流体进入缓存区3内。当然，在本发明提供的第二实施例中，第一连通件还可以设为限压阀，由于二氧化碳流体温度上升时压力也会增大，限压阀可以设置在预设压力时打开，以连通二氧化碳流道10与缓存区3，引导二氧化碳流体进入缓存区3内，本发明对此并不加以限定。还需要说明的是，阀门15最好设有多个，多个阀门15与壳体11的位置相对应，如此能够防止压力流失，使得二氧化碳流体能够较为方便地驱动驱动叶片17转动。
[0042]
第二连通件用于连通缓存区3以及壳体11的内腔，在本发明提供的第一实施例中，第二连通件包括设于各壳体11上的喷射器16，各喷射器16均与缓存区3连通，各喷射器16的喷射方向朝向对应的驱动叶片17设置。由于二氧化碳流体在缓存区3内流动会造成一定的压力损失，喷射器16的设置一方面是为了连通缓存区3以及壳体11的内腔，另一方面也是为了提高二氧化碳流体的压力值，使得二氧化碳流体在进入壳体11的内腔时能够保持一定的压力，从而能够为驱动叶片17的转动提供足够的动力。在本发明提供的第二实施例中，第二连通件包括设于各壳体11上的管道，各管道均用于连通阀门15与一个壳体11的内腔，各管道具有气体进口以及气体出口，气体进口与阀门15连通，气体出口朝向对应的驱动叶片17设置。需要说明的是，管道可以是一个主管连接阀门15，多个支管一端连接主管，另一端连接壳体11的内腔，也可以是多个支管连接一个阀门15，本发明对此并不加以限定。通过管道的设置，直接将二氧化碳流道10中的二氧化碳流体引导至壳体11的内腔中，压力损失较小，驱动效果会更佳。
[0043]
如前所述，各转鼓7的中子吸收体13朝向热管5时可以达到停堆的效果，在传统技
术中通过驱动机构驱动转动轴12转动，能够达到较为准确的中子吸收体13的位置调整，然而驱动叶片17的转动并不能十分准确地确定中子吸收体13的位置，可能无法使得中子吸收体13转动至确切停堆的位置。因此，在本发明提供的技术方案中，紧急停堆机构8还包括分别设于各转鼓7的限位件，各限位件用于各驱动叶片17转动至预设位置的限位，在预设位置，各中子吸收体13朝向各热管5设置，如此，驱动叶片17在预设位置时便无法转动，能够达到中子吸收体13较为准确地位置调整效果。
[0044]
进一步地，驱动叶片17包括驱动套环以及设于套环的周侧的多个叶片，驱动套环套设于对应的转动轴12。限位件包括设于各壳体11的内壁的限位块，各限位块朝向各驱动叶片17设置，当驱动叶片17转动至预设位置时，限位块抵接于其中一个叶片的边缘(附图中未加以表示)。需要说明的是，两个叶片之间具有一定的间距，限位块便设于该间距中，叶片在转动的同时会逐渐靠近限位块并抵接于限位块，从而无法转动，以达到限位作用。还需要说明的是，在前期的设计中，需要考虑到叶片转动行程与中子吸收体13转动行程的相互联系，使得叶片在由正常位置到达限位位置时，中子吸收体13能够由背离热管5的位置转动至靠近热管5的位置。此外，在本发明提供的技术方案中，叶片包括三个，三个叶片均匀分布于驱动套环的周侧，叶片还可以为其它数量，本发明对叶片的数量并不加以限定。
[0045]
具体地，船用热管反应堆1还包括设于堆芯区2的反射层9，反射层9设于各热管5之外，反射层9的材质为be和/或beo，反射层9填充于各热管5之外，对各热管5起到包裹作用。需要说明的是，壳体11在堆芯区2范围内的内腔中也填充有与反射层9相同材质的物质，中子反射体设于该物质之中，转动轴12的一端与填充的物质连接，从而可以带动整个壳体11转动；当然，反射层9内开设有多个安装通道，壳体11活动地穿设于安装通道中，能够进行转动以达到调节中子吸收体13位置的效果。
[0046]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。