[发明专利]一种采用回路并行式热管冷却的小型核反应堆热传输系统

说明书

本发明公开了一种采用回路并行式热管冷却的小型核反应堆热传输系统，所述系统中回路并行式冷却热管的热管蒸发段位于热管下部，置于堆芯中，热管蒸发段吸收堆芯产生的热量后，经过热管绝热段将热量传输到热管冷凝段，在热管冷凝段中将热量传递给主热交换器中的冷却气体，冷却气体从主热交换器出口流出后，经气体输出管进入布雷顿循环发电系统和温差发电系统，从温差发电系统出来后，气体将热量直接散发到环境中或给用户端供暖后再返回到余热热交换器；从散热盘或者余热热交换器出来的气体，经过气体输入管后，再进入主热交换器，形成一次闭式循环。所述系统经过多次热交换，最大限度地将热能转换为电能，提高了热效率。

技术领域

本发明涉及核能发电技术领域，具体涉及一种采用回路并行式热管冷却的小型核反应堆热传输系统。

背景技术

随着太空探索技术的不断发展成熟与太空探索应用需求的扩大，人类已将目光放到了远离地球甚至远离太阳系的星球，并希望在星球上建设太空基地进行相关的科学研究。未来在其他星球表面(如月球、火星等)进行空间基地的建设，将具有十分重大的科学、军事和政治价值。空间基地的建设面临着复杂、严峻的空间环境，能源的稳定供应与管理成为空间基地正常运行的重要保障。太阳能电源和化学能电源因为自身的固有缺陷，无法克服如昼夜变化、燃料储量的一些因素的影响，使其在空间基地上的应用受到很大的局限。空间核反应堆电源不受环境影响、功率大、寿命长、安全可靠、能源供应可持续性强，因此被认为是空间基地与其他深空探测任务中理想可靠的能源供应方案。

由于空间核反应堆在空间基地与其他深空探测任务中具有许多无法替代的优势，美国、俄罗斯、日本、法国等国对空间核反应堆进行了诸多深入的研究，并提出了数十种空间核反应堆方案，其冷却方式包括气体冷却、液态金属冷却、热管冷却等。由于空间基地环境的复杂性，非能动冷却技术是空间核反应堆的首选，而热管冷却技术是具有高热导率、高瞬态反馈性能、高可靠性、低保养需求等优点的非能动冷却技术，因此目前空间核反应堆设计大都采用热管冷却。

但是在现有空间核反应堆设计中，单根冷却热管被布置在燃料元件中。热电转换系统往往只有一种，要么是某一种动态转换方式(斯特林循环、布雷顿循环、朗肯循环)，要么是某一种静态转换方式(热电偶转换)，这样使得热电转换效率很低，不能最大限度地利用热能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种安全性高、可靠性好、热能利用率高的采用回路并行式热管冷却的小型核反应堆热传输系统。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种采用回路并行式热管冷却的小型核反应堆热传输系统，其特征在于：所述系统中反应堆的堆芯置于主容器中，堆芯下部设有堆芯支撑构件，堆芯边上设有反应性控制装置，回路并行式冷却热管的热管蒸发段位于热管下部，置于堆芯中，热管绝热段位于热管中部，热管冷凝段位于热管上部，置于主热交换器中，主热交换器出口通过气体输出管依次与布雷顿循环发电系统和温差发电系统串联；热管蒸发段吸收堆芯产生的热量后，经过热管绝热段将热量传输到热管冷凝段，在热管冷凝段中将热量传递给主热交换器中的冷却气体，冷却气体从主热交换器出口流出后，经气体输出管进入布雷顿循环发电系统，从布雷顿循环发电系统出来后进入温差发电系统，从温差发电系统出来后，气体的流向有两个选择：一、如果用户不需要利用气体余热，则打开与散热盘相连的阀门，关闭与余热热交换器相连的阀门，让气体直接通过散热盘进行辐射换热，将热量散发到环境中；二、如果用户需要利用气体余热，则关闭与散热盘相连的阀门，打开与余热热交换器相连的阀门，将气体通过供暖气体输出管传递给用户端，给用户端供暖后再通过供暖气体输入管返回到余热热交换器；从散热盘或者余热热交换器出来的气体，经过气体输入管后，再进入主热交换器，形成一次闭式循环。

进一步地，所述回路并行式冷却热管中相邻的两个热管的下端采用下U型连接弯头连接，上端采用上U型连接弯头连接，形成回路并行式。

进一步地，所述回路并行式冷却热管的热管绝热段置于屏蔽体中。