[实用新型]一种采用超导热管的微堆

说明书

一种采用超导热管的微堆，包括微堆本体和冷却回路，所述微堆本体包括壳体和设置在壳体内的燃料元件，所述燃料元件产生的热量传递给所述冷却回路，在微堆本体和冷却回路之间设置有超导热管，所述超导热管的热端置于燃料元件中，冷端置于冷却回路的换热器中，超导热管内部充填有工作介质，微堆运行过程中，通过所述工作介质的非能动相变传热将燃料元件产生的热量从热端传递给与冷端相连的冷却回路。本实用新型具有结构紧凑，高效换热，适用广泛，固有安全性高等特点，在军民融合领域都有广阔的应用前景和重要价值。

技术领域

本实用新型涉及核反应堆设备技术领域，尤其涉及一种采用超导热管的微堆。

背景技术

20世纪60年代，为简化反应堆设计，提高空间核反应堆的固有安全特性，洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）提出了采用高效的热管导热元件的新型空间核反应堆设计概念，即热管式反应堆设计概念。热管式反应堆是指反应堆一回路系统不采用传统的冷却剂回路式布置方式，而采用热管代替一回路系统，将堆芯产生的热量传导至二回路系统或热电转换装置的固态核反应堆。热管式反应堆运行时，反应堆产生的裂变能被传导给布置在堆芯中的金属热管蒸发段，通过热管内部工质的蒸发、冷凝过程以及自然循环流动，将热量从堆芯传导至热电转换装置/二回路 系统的热端，热电转换装置/二回路系统将热能转换为电能后，剩余的废热通过冷却器或辐射散热器排出至最终热阱环境（大气或海洋）。热管最早应用于热离子核反应堆的设计中，用来导出堆芯热量，维持反应堆的温度。

微型中子源反应堆，简称微堆。具有如下特点：① 功率低。② 安全可靠，可设在大城市中心，无发生事故之虞。③ 操作简便、维修容易，可实现无人操作。④ 临界质量小。这种小型的反应堆可以担当小型固定或移动式反应堆，为实现军民融合大业提供新途径同时，为我国海陆空不同应用场景下的小型化、无人化核动力平台的研发提供思路；也能为边远山区、海岛、医院等供能提供选择。

在现有技术中，传统反应堆所采用的冷却剂一回路系统是一种能动传热过程，需要外部施加动力才能正常导热，一旦动力系统发生故障，极易导致堆芯大量热量无法外排发生干烧，温度急剧升高造成不可挽回的损失。而且传热阻力大，热敏感性低。而采用常规热管换热器时，由于介质与管材的不相容性，容易产生不凝性气体，从而影响换热效率，严重时甚至出现局部超温引发爆管。

发明内容

本实用新型目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种具有良好导热性能、更高安全性及非能动传热特性的超导式热管微堆。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种采用超导热管的微堆，包括微堆本体和冷却回路，所述微堆本体包括壳体和设置在壳体内的燃料元件，所述燃料元件产生的热量传递给所述冷却回路，其特征在于：在微堆本体和冷却回路之间设置有超导热管，所述超导热管的热端置于燃料元件中，冷端置于冷却回路的换热器中，超导热管内部充填有工作介质，微堆运行过程中，通过所述工作介质的非能动相变传热将燃料元件产生的热量从热端传递给与冷端相连的冷却回路。

进一步的，所述工作介质由多种无机活性金属及其化合物混合而成，包括钙、镁、锌、铅、镓、硼酸、过氧化钠、氢氧化铝，工作介质中还添加有纳米颗粒。

进一步的，所述超导热管由不锈钢、锆、钛或其复合金属，并加入ABO3系列、AM2O7系列、AM2O8系列或A2P2MO12系列负膨胀材料制作而成，超导热管具有零膨胀的特性。

进一步的，所述超导热管的外表面添加有金属颗粒，所述金属颗粒为锌、镁单质或其合金。

进一步的，还设置有硼酸控制系统，包括装有高浓硼酸溶液的含硼容器以及4摄氏度水控制单元，所述4摄氏度水控制单元包括膨胀阀和装有4摄氏度水的水箱，所述水箱的一端与冷却回路相连接，另一端与所述膨胀阀相连接，所述膨胀阀还分别连通所述壳体和含硼容器，当冷却回路中流体温度发生波动时，水箱中的4摄氏度水发生膨胀，使膨胀阀打开，连通含硼容器和微堆本体，高浓硼酸溶液进入微堆本体内。