热管反应堆非能动余热排出装置与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，尤其涉及一种热管反应堆非能动余热排出装置与热管反应堆。


背景技术：

2.热管反应堆是一种利用热管传热原件冷却堆芯的新型反应堆，耦合超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统用于小型高效紧凑反应堆成为当下研究的热点。在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或超临界二氧化碳失流事故时，紧急停堆后，能否将堆芯余热有效持续的排出至关重要，关系着整个系统的安全，而目前对于超临界二氧化碳动力循环系统的余热排出方式的研究相对局限。


技术实现要素：

3.本发明提供一种热管反应堆非能动余热排出装置与热管反应堆，旨在解决传统技术中热管反应堆耦合超临界二氧化碳动力系统紧急停堆后堆芯余热无法及时排出的问题。
4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热管反应堆非能动余热排出装置，包括：
5.钠容器，所述钠容器具有容纳腔，所述容纳腔里容设有液体钠，所述钠容器上开设有与所述容纳腔连通的液体钠进口以及液体钠出口；
6.热循环管路，包括依次连通的第一换热管路、第二换热管路以及第三换热管路，所述第一换热管路与所述液体钠进口连通，所述第二换热管路用于设于热管反应堆中，所述第三换热管路与所述液体钠出口连通；
7.余热排出管路，包括第一排热管路以及第二排热管路，所述第一排热管路用于在开启时连接所述第一换热管路与热管反应堆的二氧化碳流出管路，所述第二排热管路用于在开启时连接所述第三换热管路与热管反应堆的二氧化碳流入管路；以及，
8.热交换器，设于所述第一换热管路上，用于对所述第一换热管路中的液体钠进行冷却换热。
9.根据本发明提供的一种热管反应堆非能动余热排出装置，所述热交换器包括空气热交换器，所述空气热交换器上开设有空气入口以及空气出口。
10.根据本发明提供的一种热管反应堆非能动余热排出装置，所述空气入口处设有风门，所述风门用于调控空气流量。
11.根据本发明提供的一种热管反应堆非能动余热排出装置，所述第一排热管路处设有第一阀门，所述第二排热管路处设有第二阀门，所述第一阀门用于控制所述第一排热管路的开启或者关闭，所述第二阀门用于控制所述第二排热管路的开启或者关闭。
12.本发明还提供了一种热管反应堆，包括:
13.堆芯；以及，热管反应堆非能动余热排出装置，所述热管反应堆非能动余热排出装置为如上任一项所述的热管反应堆非能动余热排出装置；其中，所述第二换热管路设于所
述堆芯内。
14.根据本发明提供的一种热管反应堆，所述热交换器与所述钠容器的设置高度高于所述堆芯的设置高度。
15.根据本发明提供的一种热管反应堆，所述堆芯包括:基体，所述基体内设有多个热管；二氧化碳循环结构，包括二氧化碳流入管路、二氧化碳流道以及二氧化碳流出管路，所述二氧化碳流道设于各所述热管之间的空隙处。
16.根据本发明提供的一种热管反应堆，所述第二换热管路包括多个钠通道，各所述钠通道均与所述第三换热管路连通，各所述钠通道环设于多个所述热管的周向、且沿所述热管长度方向延伸。
17.根据本发明提供的一种热管反应堆，所述二氧化碳流入管路处设有第三阀门，所述二氧化碳流出管路处设有第四阀门。
18.根据本发明提供的一种热管反应堆，各所述热管呈三角形分布，每两个相邻的所述热管之间的间距相等，每两个相邻的所述热管之间设有一个所述二氧化碳流道，各所述二氧化碳流道沿所述热管长度方向延伸。
19.本发明提供的热管反应堆非能动余热排出装置，在满足正常工况下，热循环管路可以作为备用的堆芯余热排出回路，一方面辅助堆芯中的二氧化碳循环结构排出系统的余热，另一方面保证热循环管路及钠容器内的液体钠处于流动状态防止凝固；此外，本发明设置了第一排热管路以及第二排热管路，两个排热管路可以在开启时与热管反应堆的二氧化碳循环结构连通，在事故工况下，二氧化碳流体无法正常运转时，迅速切换钠流道，使得液体钠替换二氧化碳流体在原来的二氧化碳流道中循环，增强系统自然循环流动，提高系统余热排出能力。
附图说明
20.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。
21.图1是本发明提供的热管反应堆的结构示意图；
22.图2是图1中堆芯的剖视图结构示意图。
23.附图标记：
24.1：热管反应堆；2：堆芯；3：热管反应堆非能动余热排出装置；
[0025][0026]
4：基体；5：热管；6：二氧化碳循环结构；
[0027][0028]
7：钠容器；8：热循环管路；9：余热排出管路；
[0029]
10：热交换器；11：二氧化碳流入管路；12：二氧化碳流道；
[0030][0031]
13：二氧化碳流出管路；14：液体钠进口；15：容纳腔；
[0032][0033]
16：液体钠出口；17：第一换热管路；18：第二换热管路；
[0034]
19：第三换热管路；20：第一排热管路；21：第二排热管路；
[0035]
22：空气热交换器；23：空气入口；24：空气出口；
[0036]
25：风门；26：第一阀门；27：第二阀门；
[0037]
28：第三阀门；29：第四阀门；30：钠通道。
具体实施方式
[0038]
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。
[0039]
下面结合图1-图2描述本发明提供的热管反应堆非能动余热排出装置3与热管反应堆1。
[0040]
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热管反应堆非能动余热排出装置3，包括：钠容器7，容器具有容纳腔15，容纳腔15里容设有液体钠，钠容器7上开设有与容纳腔15连通的液体钠进口14以及液体钠出口16；热循环管路8，包括依次连通的第一换热管路17、第二换热管路18以及第三换热管路19，第一换热管路17与液体钠进口14连通，第二换热管路18用于设于热管反应堆1中，第三换热管路19与液体钠出口16连通；余热排出管路9，包括第一排热管路20以及第二排热管路21，第一排热管路20用于在开启时连接第一换热管路17与热管反应堆1的二氧化碳流出管路13，第二排热管路21用于在开启时连接第三换热管路19与热管反应堆1的二氧化碳流入管路11；以及，热交换器10，设于第一换热管路17上，用于对第一换热管路17中的液体钠进行冷却换热。
[0041]
在传统技术中，热管反应堆1的热管5间隙布置有二氧化碳流道12，热管5将热量传递给二氧化碳流体，进而完成二氧化碳流体在二回路的做功过程。然而全场断电工况下，二氧化碳失流，反应堆内热量无法带出，将危及整个反应堆的安全。本发明提供的热管反应堆非能动余热排出装置3，在满足正常工况下，保持第一排热管路20以及第二排热管路21的关闭，热循环管路8可以作为备用的堆芯2的余热排出回路，一方面辅助堆芯2中的二氧化碳循环结构6排出系统的余热，另一方面保证热循环管路8及钠容器7内的液体钠处于流动状态防止凝固；在事故工况下，二氧化碳流体无法正常运转时，可以打开第一排热管路20以及第二排热管路21，两个排热管路此时与热管反应堆1的二氧化碳循环结构6连通，使得液体钠替换二氧化碳流体在原来的二氧化碳流道12中循环，增强系统自然循环流动，提高系统余热排出能力，防止系统余热无法及时排出危害系统安全的情况发生。
[0042]
如前所述，热管反应堆非能动余热排出装置3包括热交换器10，在本发明提供的技术方案中，热交换器10包括空气热交换器22，空气热交换器22上开设有空气入口23以及空气出口24。请参阅图1，空气热交换器22包括拔风烟囱，拔风烟囱上开设有空气入口23以及空气出口24，由于第二换热管路18中的液体钠温度较高，拔风烟囱中的空气受到第二换热管路18中液体钠热量的影响，温度升高，与外界的冷空气之间产生密度差，该密度差驱动空气在拔风烟囱中向上流动流出空气出口24，而外界大气则源源不断的从空气入口23流入，
由此形成了空气在拔风烟囱中的自然循环，以达到对液体钠的冷却作用。
[0043]
进一步地，空气入口23处设有风门25，风门25用于调控空气流量。在反应堆处于正常工作的时候，风门25保持较小开度，使得该余热排出回路处于备用状态，同时保证液态金属钠处于流动状态，防止凝固。事故工况下，提高风门25的开度，增加空气回路自然循环流量，能够提高余热排出系统自然循环能力，使得堆芯2余热通过热管-液态金属钠-空气在自然循环驱动下被源源不断的带出堆外。
[0044]
如前所述，第一排热管路20以及第二排热管路21是可以开启或者关闭的，在本发明提供的技术方案中，第一排热管路20处设有第一阀门26，第二排热管路21处设有第二阀门27，第一阀门26用于控制第一排热管路20的开启或者关闭，第二阀门27用于控制第二排热管路21的开启或者关闭。
[0045]
在上述热管反应堆非能动余热排出装置3的基础上，本发明还提供了一种热管反应堆1，包括:堆芯2；以及，热管反应堆非能动余热排出装置3，其中，第二换热管路18设于堆芯2内。
[0046]
具体地，空气热交换器22与钠容器7的设置高度高于堆芯2的设置高度。需要说明的是，一方面空气热交换器22与钠容器7的设置高度高于堆芯2的设置高度，第一换热管路17与第三换热管路19之中的液体钠存在高度差；而受到堆芯2热量的影响，第二换热管路18中液体钠的温度较高，在该热循环管路8中，存在液体钠的密度差，由于存在高度差以及密度差，使得热循环管路8的液体钠存在自然循环的驱动力，液体钠可以在该热循环管路8中进行循环流动。
[0047]
进一步地，堆芯2包括:基体4，所述基体4内设有多个热管5；二氧化碳循环结构6，包括二氧化碳流入管路11、二氧化碳流道12以及二氧化碳流出管路13，二氧化碳流道12设于各热管5之间的空隙处。如前所述，第二换热管路18设于堆芯2内，在本发明提供的技术方案中，第二换热管路18包括多个钠通道30，各钠通道30均与第三换热管路19连通，各钠通道30设于热管5的周向、且沿热管5长度方向延伸。可以参阅图2，热管5外围一圈设置有液体钠流道，一方面液体钠通道30的设置不会对原有结构造成影响，另一方面液体钠通道30设于热管5外周也能在系统正常工作的情况下作为备用热循环管路8带走热管5一部分的热量。
[0048]
更进一步地，在事故工况时，由于热循环管路8需要与二氧化碳循环管路连通，液体钠需要在二氧化碳循环管路中流动，为了防止液体钠流出二氧化碳循环管路，在本发明提供的技术方案中，二氧化碳流入管路11处设有第三阀门28，二氧化碳流出管路13处设有第四阀门29。在系统正常工作情况下，第一阀门26与第二阀门27关闭，第三阀门28与第四阀门29打开，此时液体钠在热循环管路8中流动，二氧化碳流体由二氧化碳流入管路11进入二氧化碳流道12，再由二氧化碳流出管路13流出；在系统故障工况下，第一阀门26与第二阀门27打开，第三阀门28与第四阀门29关闭，液体钠在二氧化碳循环结构6中流动，第三阀门28与第四阀门29的关闭防止液体钠流出。
[0049]
具体地，在本发明提供的技术方案中，热管5呈三角形分布，每两个相邻的热管5之间的间距相等，每两个相邻的热管5之间设有一个二氧化碳流道12，各二氧化碳流道12沿热管5长度方向延伸。
[0050]
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。