[发明专利]一种车载式热管堆内余热排出系统及余热排出方法

说明书

本发明公开了一种车载式热管堆内余热排出系统及余热排出控制方法，一种车载式热管堆内余热排出系统包括设置反应堆内的热管以及设置在热管冷凝段的换热器和余热排出装置，余热排出装置包括自然对流通风、高位水箱直接喷淋和水泵抽取底部水箱喷淋，自然对流通风、高位水箱直接喷淋和水泵抽取底部水箱喷淋布置于可移动的防振车厢内，形成三级纵深防御的能动与非能动结合的智能化紧凑式冷却方式，本发明余热系统具有体积小、结构紧凑、方便移动、智能化运转和换热效率高等优点，适合于边远地区、极寒地区、医院军工等，使车载式热管堆或其他移动式动力装置具有更高的安全性和可靠性。

技术领域

本发明属于包括核能在内的能源领域和机械设备领域的一种车载式热管堆内余热排出系统，具体涉及到采用的车载式热管堆或移动式能源系统。

背景技术

1942年Gaugler首次提出了热管概念，并在1963年由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory, LANL）的Grover进行了发明，其主要通过管内工质的相变，利用汽化和冷凝的高潜热和毛细抽吸现象，无需外界动力便可以进行传热。经过几十年的发展，热管概念被应用于各种领域，其中包括将热管技术运用到新型反应堆概念设计中，或者采用热管技术来提升已有安全系统的可靠性。

目前热管反应堆大多停留在理论研究和概念设计阶段，由于核燃料的放射性，安全是首要前提，因此热管反应堆的事故缓解能力仍需进一步研究和验证。考虑到1979年美国三哩岛核电站、1986年苏联切尔诺贝利核电站以及2011年福岛核电站，由于人为失误和设备故障等因素，发生了造成人员伤亡及大面积环境污染的更严重的核事故，使得人们对核动力装置安全性的要求大大提高。世界各国对提高反应堆的固有安全性予以极大重视，其中重要措施之一为利用余热排出系统，即冷停堆时排出堆芯余热的系统。戴春辉等发明了一种深海核动力热管堆的余热排出系统，简化了系统结构，减小了系统体积，节省了宝贵的舱内空间，能够适用于内部空间极为狭小的水下航行器。闫超星等发明了一种主要依靠船舱外海水进行换热的热管反应堆非能动余热排出系统，热管直接排布在换热器与余热排出系统中，结构紧凑，换热效率高。高胜等发明了一种基于热管换热的非能动余热排出系统，相较于传统非能动余热排出系统，采用了相变换热，可根据系统要求自动投入运行。然而，目前热管反应堆中的余热排出系统的研究大多集中在深海潜航领域，能动与非能动结合的安全设计理念不足，同时对于陆地上热管堆的安全设计还没有发现。

因此有必要设计一种结合陆地特性的车载式热管堆内余热排出系统，融合能动与非能动理念。该系统使用热管技术导出堆芯热量，与传统轻水堆的余热排出系统相比，排布结构紧凑，体积小。同时热管的固有安全性高、便于模块化，方便进行车载运输。热管传热采用了相变传热，热效率较高。基于上述多种优点，该系统适合于边远地区、极寒地区、医院军工等，使移动动力装置具有更高的安全性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种针对车载式热管堆内余热排出系统，在热管反应堆停堆或者无法正常运行时，结合移动车载式和热管的工作特性，采用三级纵深防御概念，是一种能动与非能动结合的智能化紧凑式冷却技术，紧凑布置于可移动的防振车厢内，全程不需要人工干预。

本发明解决技术问题的技术方案是：

一种车载式热管堆内余热排出系统，其特征在于：包括设置反应堆内的热管以及设置在热管冷凝段的换热器和余热排出装置，余热排出装置位于换热器的上方，整个余热排出系统仅一个回路，结构布置紧凑，且仅依靠缝隙很小的热管组件导出堆芯热量至余热排出装置，所述余热排出装置包括自然对流通风、高位水箱直接喷淋和水泵抽取底部水箱喷淋，自然对流通风和高位水箱直接喷淋分别作为第一级和第二级非能动冷却，水泵依靠结合神经网络算法的智能传感器进行控制，抽取底部水箱喷淋作为第三级能动冷却，自然对流通风、高位水箱直接喷淋和水泵抽取底部水箱喷淋布置于可移动的防振车厢内，形成三级纵深防御的能动与非能动结合的智能化紧凑式冷却方式。

自然对流通风包括箱体、设置在箱体上的自然对流通风口以及设置在自然对流通风口的通风口密封盖；所述箱体设置在热管的冷凝段。