一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统

本发明属于热管反应堆应用于海洋小型设备，涉及一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统。

背景技术：

1、采用热管反应堆的海洋小型设备，正常运行时，需要通过能动余热排出系统排出热电转换系统的剩余热量；停堆后，需要通过非能动余热排出系统排出堆芯余热，保证堆芯安全。

2、常规的海洋核反应堆装置，能动余热排出系统一般采用海水系统通过换热器排出剩余热量，海水系统需要电动泵驱动以及与外界海水连接的海水舱；非能动余热排出系统一般采用浸没于水舱的换热器，或外界海水直接与换热器的二次侧连通。因此，常规的海洋核反应堆装置在排出剩余热量和堆芯余热时，需要设置体积不小的水舱，还需要设置多个与外界海水连接且穿过承压船体的管道，导致其结构复杂，运行不可靠的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中需要设置体积不小的水舱，还需要设置多个与外界海水连接且穿过承压船体的管道的问题，提供一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，包括安装在动力设备船体内部的热管反应堆；

4、热管反应堆包括安装在反应堆内部的堆芯和两个热管换热器；堆芯位于反应堆的中心，两个热管换热器分别位于堆芯的两侧；在两个热管换热器上均设有两个进出口分隔接管，在每个进出口分隔接管处分别连接有热电转换子系统，热电转换子系统上连接有能动余热排出子系统，每个热管换热器上均连接有非能动余热排出子系统。

5、优选地，余热排出子系统包括能动换热器和电动驱动泵；能动换热器和电动驱动泵分别与热电转换子系统耦合连接；

6、非能动余热排出子系统包括非能动换热器；非能动换热器的入口与热管换热器上的一个进出口分隔接管的出口通过入口电磁阀连接；非能动换热器的出口与热管换热器上的另一个进出口分隔接管的入口通过出口电磁阀连接。

7、优选地，能动换热器和非能动换热器均采用壁面式换热器。

8、优选地，壁面式换热器的外侧紧贴在动力设备船体内侧，壁面式换热器的内侧紧贴有保温层。

9、优选地，壁面式换热器形状与动力设备船体一致。

10、优选地，壁面式换热器内部设有流道，流道流体流动方向与动力设备船体的前进方向相同。

11、优选地，流道为圆形或四边形结构。

12、优选地，能动换热器的安装高度低于非能动换热器的安装高度。

13、优选地，进出口分隔接管的出口与热电转换子系统的入口，及进出口分隔接管的入口与热电转换子系统的出口之间分别通过电磁阀连接。

14、优选地，在堆芯的内部设有反应和燃料棒，且反应的另一端穿过堆芯位于两个热管换热器中。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明提出的一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，将堆芯位于反应堆的中心，两个热管换热器分别位于堆芯的两侧；通过热管换热器上设进出口分隔接管来连接热电转换子系统，能动余热排出子系统连接在热电转换子系统上，每个热管换热器上均连接有非能动余热排出子系统。热管反应堆正常运行时，通过能动余热排出系统排出热电转换系统的剩余热量；在热管反应堆停堆后，通过非能动余热排出系统排出堆芯余热，保证堆芯安全。该系统不依靠占用较大体积的水舱，不设置穿过承压船体的管道，而且系统简单、运行可靠，在正常运行和停堆时，分别排出剩余热量和堆芯余热，保证堆芯安全。

17、进一步地，能动换热器和非能动换热器都采用壁面式换热器，其外侧紧贴在动力设备船体内侧，内侧紧贴保温层，避免热量进入船体内部，结构简单可靠，不占用空间。

18、进一步地，壁面式换热器内部的流体流动方向与动力设备船体的前进方向相同，随着动力设备船体的前进，壁面式换热器内部的流体与动力设备船体外部的海水处于相反方向地流动，提高了换热效率。壁面式换热器内部的流体剩余热量、堆芯余热依次通过对流换热、导热、对流换热进入船体外部的海水。

19、进一步地，非能动换热器布置在动力设备船体内侧最高处，与热管换热器形成高度差，有利于增强自然循环能力。

技术特征：

1.一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，包括安装在动力设备船体(300)内部的热管反应堆；

2.根据权利要求1所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，余热排出子系统包括能动换热器(120)和电动驱动泵(130)；能动换热器(120)和电动驱动泵(130)分别与热电转换子系统(110)耦合连接；

3.根据权利要求2所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，能动换热器(120)和非能动换热器(150)均采用壁面式换热器。

4.根据权利要求3所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，壁面式换热器的外侧紧贴在动力设备船体(300)内侧，壁面式换热器的内侧紧贴有保温层(153)。

5.根据权利要求3所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，壁面式换热器形状与动力设备船体(300)一致。

6.根据权利要求3所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，壁面式换热器内部设有流道(152)，流道(152)流体流动方向与动力设备船体(300)的前进方向相同。

7.根据权利要求6所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，流道(152)为圆形或四边形结构。

8.根据权利要求2所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，能动换热器(120)的安装高度低于非能动换热器(150)的安装高度。

9.根据权利要求2所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，进出口分隔接管的出口与热电转换子系统(110)的入口，及进出口分隔接管的入口与热电转换子系统(110)的出口之间分别通过电磁阀连接。

10.根据权利要求1所述的基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，其特征在于，在堆芯(20)的内部设有反应(30)和燃料棒(40)，且反应(30)的另一端穿过堆芯(20)位于两个热管换热器(100)中。

技术总结
本发明公开了一种基于热管反应堆动力设备的余热排出系统，属于热管反应堆、应用于海洋小型设备技术领域。将堆芯位于反应堆的中心，两个热管换热器分别位于堆芯的两侧；通过热管换热器上设进出口分隔接管来连接热电转换子系统，能动余热排出子系统连接在热电转换子系统上，每个热管换热器上均连接有非能动余热排出子系统。热管反应堆正常运行时，通过能动余热排出系统排出热电转换系统的剩余热量；在热管反应堆停堆后，通过非能动余热排出系统排出堆芯余热，保证堆芯安全。该系统不依靠占用较大体积的水舱，不设置穿过承压船体的管道，系统简单、运行可靠，在正常运行和停堆时，分别排出剩余热量和堆芯余热，保证堆芯安全。

技术研发人员：李伟,段倩妮,武俊梅,陈虹汐,王皓坤
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31