[发明专利]一种反应堆热管快速启动系统

说明书

本发明为一种反应堆热管快速启动系统，公开了一种优化热管冷态启动的方式，通过改善热管结构，建立了一套反应堆用热管快速启动的有效途径。所述热管系统由热管管体、吸液芯、蒸汽腔、加热元件以及供电元件等组成。本发明通过特定的结构将热管基础本体与供电元件连接，以实现电热启动。可应用于高温、中温、低温热管的启动，促使热管尽快达到正常运行状态。本发明实施范围广泛，简单方便和高效，可大为缩短热管启动时间，且效果会随着冷凝段长度的增加而增加。可以应用于综合能源系统、小堆、车载移动堆、核动力潜艇、军民融合等广泛领域。

技术领域

本发明属于包括核能在内的能源领域以及机械设备领域，特别是涉及一种反应堆热管快速启动系统。

背景技术

热管技术具有传热效率高、运行稳定、压力损耗小等优点，被广泛应用到反应堆中。热管根据温度分类为低温热管 (-270℃~0℃)、常温热管(0℃~200℃)、中温热管 (200℃~1000℃) 和高温热管 (1000℃以上)。自 1963年Grower等成功研制出高温热管以来，大批科研工作者开始从事高温热管研究。最近的几十年，众多科研工作者对高温热管进行了大量的实验和理论研究，使其体系逐渐完善，被广泛应用在航天、能源、电子和化工等领域。热管作为一种高效导热的元件，其导热能力也会受到众多因素的影响。热管的运行必须小于热管的传热极限。热管的传热极限通常包括连续流动极限、冷冻启动极限、黏性极限、音速极限、夹带极限、毛细极限、冷凝极限、沸腾极限等。

在热管从冷冻状态启动过程中，如果只在蒸发段加热，冷凝段进行散热，那么蒸发端生成的蒸汽可能在绝热段或冷凝段再次冷冻，这将耗尽蒸发段来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常启动工作，这就是热管的冷冻启动极限；在蒸汽温度低时，工作流体的蒸汽在热管内的流动受粘性力支配，即热管中蒸汽流动的粘滞阻力限制了热管的最大传热能力。粘性极限只与工质物性、热管长度和蒸汽通道直径有关。这是热管的黏性极限。很多情况下，蒸发段长度是固定的，是根据堆芯高度来确定的。而对于绝热段及冷凝段长度不能要求过短，否则难以散热，此时对于热管启动来说难度大大增大。

由于热管蒸发段位于热管反应堆内，周围由燃料组件包围；冷凝段处于反应堆外，与外部环境相接触，导致热管反应堆启动是一个复杂工程技术。现有技术中，反应堆的热管启动存在以下问题：正常工况下，燃料升温，热量传递给蒸发段，这部分热量一部分用于蒸发段工质自身升温，一部分继续沿着热管向冷凝段传递。冷凝段接收的热量一部分用于自身升温，一部分将热量导出，这不利于冷凝段内固态工质的融化，使得热管启动速度降低。反应堆内热管数量较多，采用电阻丝给单一热管加热并不方便。

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种反应堆热管快速启动系统，促使热管反应堆的启动更加安全快速，以达到提高效率和经济性目的。

发明内容

为实现反应堆热管快速启动目标，利用加热元件对热管冷凝段管壁外部进行加热，加快融化多热管内填充的工质，提高热管启动速度。

本发明的反应堆热管快速启动系统，包括，多个热管、燃料组件基体、电热元件，以及电源，其中，每一个所述热管的一端位于所述燃料组件基体内部，另一端位于所述燃料组件基体外部；所述电热元件，设置在所述燃料组件基体外部的所述热管外侧；所述电源与所述电热元件相连接，为所述电热元件供电。

进一步地，所述热管，包括，蒸发段、绝热段、冷凝段，所述蒸发段位于所述燃料组件基体内部；所述冷凝段位于所述燃料组件基体外部。

进一步地，还包括金属孔板，所述电热元件贯穿所述金属孔板中。

进一步地，所述金属孔板的孔数与热管数量相同，管径与所述热管相同，孔排列方式与所述热管束相同，金属孔附近上下延伸，增加金属孔板与所述热管冷凝段壁面的换热面积。

进一步地，所述电热元件，为电阻丝或电热套管。

进一步地，在所述热管内壁设置有吸液芯，在所述热管内形成填充有工质的蒸汽腔。