CN102568623A - 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置 - Google Patents

外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102568623A
CN102568623A CN2012100484566A CN201210048456A CN102568623A CN 102568623 A CN102568623 A CN 102568623A CN 2012100484566 A CN2012100484566 A CN 2012100484566A CN 201210048456 A CN201210048456 A CN 201210048456A CN 102568623 A CN102568623 A CN 102568623A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alkali metal
annular chamber
fast neutron
reactor
electric converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100484566A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102568623B (zh
Inventor
陆道纲
张勋
肖扬
施文博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201210048456.6A priority Critical patent/CN102568623B/zh
Publication of CN102568623A publication Critical patent/CN102568623A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102568623B publication Critical patent/CN102568623B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明公开了属于核电能源技术领域的一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置。本发明整个装置将碱金属快中子反应堆和碱金属热电转换器相结合，由二个相互插入的筒体组成的模块化设备构成，结构简单，不需要管道连接，依靠自然循环，无需泵和各种阀门、开关，极大的提高了设备的可靠性，可避免各类事故的发生。热开关式热管作为余热排出系统，正常工况下不会启动，保证堆芯热量不损失，热管具有优良的导热性，及时导出堆芯多余热量，保证堆芯安全。该装置能够安放在月球或其他星球以提供日常生活用电或大型设备用电，同时也能为人员稀少地区提供持续电力。

Description

外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置
技术领域
本发明属于核电能源技术领域，具体涉及一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置。
背景技术
以美国为首的发达国家早在上世纪60年代就开始研制适用于空间领域的小型模块化反应堆，并取得一定进展。目前的实验堆型大多以SP100等早期堆型为模板，以液态钠为冷却剂的快中子堆，其裂变产生的热量通过插入堆芯的热管传递给热管另一端的热离子发电装置。热离子发电装置加热后产生热离子，进而产生电能。该系统结构复杂，体积庞大，功率低，管道数量多，维修及不方便。而且由于没有支撑装置，该系统仅适用于外太空飞行器，不适用于在外星球表面安装。随着碱金属热电转换器的问世，使得可安装在外星球表面的小型高功率一体化反应堆成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，该装置使用热开关式热管作为非能动热量传输及余热排出系统，小型一体化，使用周期不小于5年，适用于外星球的开发。
一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，吊篮2置于堆芯1底部，压力容器3位于吊篮2侧部，压力容器3外侧上部设有第一环状腔室4，第一环状腔室4外侧下部设有第一下降通道5，第一下降通道5下部设有第二环状腔室6，第二环状腔室6内侧设有第二下降通道7，第二下降通道7下部设有第三环状腔室8，第三环状腔室8外侧下部设有第三下降通道9，第三下降通道9下部设有第四环状腔室10，第四环状腔室10与吊篮2相通，外罩18套在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的外围，碱金属热电转换器11嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8中，热开关式热管12贯穿压力容器3顶部并伸入压力容器3内的上半部分，堆芯1内设置控制棒19和正六边形燃料组件20。
所述碱金属热电转换器(11)以碱金属为工质，其第二底座(14)上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座(13)上的β″-Al2O3固体电解质管(15)的壁面到达多孔介质冷凝器(17)进而冷凝，再通过多孔吸液芯(16)回流到第二底座(14)，完成一个循环。
所述正六边形燃料组件20内装有氮化铀陶瓷燃料。
所述外罩18的材质为Nb-1Zr合金。
所述旋转式控制棒19材质为氧化铍和碳化硼。
本发明的有益效果：本发明整个装置由二个相互插入的筒体组成的模块化设备构成，结构简单，不需要管道连接，依靠自然循环，无需泵和各种阀门、开关，极大的提高了设备的可靠性，可避免各类事故的发生。热开关式热管作为余热排出系统，正常工况下不会启动，保证堆芯热量不损失，热管具有优良的导热性，及时导出堆芯多余热量，保证堆芯安全。装置为一体化设计，装置简单，运输和安装方便，安全可靠，无需维护。
附图说明
图1是本发明快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置结构图；
图2是本发明快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置截面A-A图；
图3是本发明碱金属热电转换器正视图；
图4是本发明碱金属热电转换器俯视图；
图5是本发明碱金属热电转换器侧视图；
图6是本发明快中子反应堆堆芯；
图中：1-堆芯，2-吊篮，3-压力容器，4-第一环状腔室，5-第一下降通道，6-第二环状腔室，7-第二下降通道，8-第三环状腔室，9-第三下降通道，10-第四环状腔室，11-碱金属热电转换器，12-热开关式热管，13-第一底座，14-第二底座，15-β″-Al2O3固体电解质管，16-多孔吸液芯，17-多孔介质冷凝器，18-外罩，19-旋转式控制棒，20-正六边形燃料组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置(图1-2)，吊篮2置于堆芯1底部，压力容器3位于吊篮2侧部，压力容器3外侧上部设有第一环状腔室4，第一环状腔室4外侧下部设有第一下降通道5，第一下降通道5下部设有第二环状腔室6，第二环状腔室6内侧设有第二下降通道7，第二下降通道7下部设有第三环状腔室8，第三环状腔室8外侧下部设有第三下降通道9，第三下降通道9下部设有第四环状腔室10，第四环状腔室10与吊篮2相通，外罩18套在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的外围，碱金属热电转换器11嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8中，热开关式热管12贯穿压力容器3顶部并伸入压力容器3内的上半部分，堆芯1内设置控制棒19和正六边形燃料组件20；正六边形燃料组件20内装有氮化铀陶瓷燃料；外罩18的材质为Nb-1Zr合金；所述旋转式控制棒19材质为氧化铍和碳化硼；堆芯1为快中子反应堆堆芯(如图6所示)，堆芯热功率5MW，电功率1.15MW。
上述外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置工作过程如下：
反应堆冷却剂穿过吊篮2底部经过堆芯1吸收热量后，由压力容器3顶端流入位于压力容器3外侧上部的第一环状腔室4内，然后通过位于第一环状腔室4外侧的第一下降通道5进入第二环状腔室6内，再经过位于第二环状腔室6内侧的第二下降通道7流入第三环状腔室8内，再经过位于第三环状腔室8外侧的第三下降通道9进入下第四环状腔室10内，最后经过吊篮2和压力容器3之间的下降通道流进吊篮2底部，完成一个循环。
碱金属热电转换器11(如图3-5)以碱金属为工质，其第二底座14上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座13上的β″-Al2O3固体电解质管15的壁面到达多孔介质冷凝器17进而冷凝，再通过多孔吸液芯16回流到第二底座14，完成一个循环，β″-Al2O3固体电解质管15内外壁将产生电势差。
反应堆冷却剂在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8内流动时，将加热嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的碱金属热电转换器11的第二底座14，从而将热量传递给碱金属热电转换器11内的碱金属工质；反应堆冷却剂和碱金属热电转换器11内的工质是分开的，具有独立的循环方式，它们只存在能量的交换；每个环状腔室的上下壁面均嵌入多个碱金属热电转换器11。
热开关式热管12组成的余热排除系统贯穿压力容器顶部并伸入压力容器内的上半部分，当堆内的温度升高至热开关的设定温度后，热管才会启动，并将热量传输到堆外，以降低堆内温度，保证堆芯不被融化。

Claims (5)

1.一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，吊篮(2)置于堆芯(1)底部，压力容器(3)位于吊篮(2)侧部，压力容器(3)外侧上部设有第一环状腔室(4)，第一环状腔室(4)外侧下部设有第一下降通道(5)，第一下降通道(5)下部设有第二环状腔室(6)，第二环状腔室(6)内侧设有第二下降通道(7)，第二下降通道(7)下部设有第三环状腔室(8)，第三环状腔室(8)外侧下部设有第三下降通道(9)，第三下降通道(9)下部设有第四环状腔室(10)，第四环状腔室(10)与吊篮(2)相通，外罩(18)套在第一环状腔室(4)、第二环状腔室(6)和第三环状腔室(8)的外围，碱金属热电转换器(11)嵌入第一环状腔室(4)、第二环状腔室(6)和第三环状腔室(8)中，热开关式热管(12)贯穿压力容器(3)顶部并伸入压力容器(3)内的上半部分，堆芯(1)内设置控制棒(19)和正六边形燃料组件(20)。
2.根据权利要求1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，所述碱金属热电转换器(11)以碱金属为工质，其第二底座(14)上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座(13)上的β″-Al2O3固体电解质管(15)的壁面到达多孔介质冷凝器(17)进而冷凝，再通过多孔吸液芯(16)回流到第二底座(14)，完成一个循环。
3.根据权利要求1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，所述正六边形燃料组件(20)内装有氮化铀陶瓷燃料。
4.根据权利要求1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，所述外罩(18)的材质为Nb-1Zr合金。
5.根据权利要求1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，所述旋转式控制棒(19)材质为氧化铍和碳化硼。
CN201210048456.6A 2012-02-28 2012-02-28 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置 Expired - Fee Related CN102568623B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210048456.6A CN102568623B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210048456.6A CN102568623B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102568623A true CN102568623A (zh) 2012-07-11
CN102568623B CN102568623B (zh) 2014-12-03

Family

ID=46413816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210048456.6A Expired - Fee Related CN102568623B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102568623B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258576A (zh) * 2012-02-17 2013-08-21 中国原子能科学研究院 一种月球表面用核反应堆
CN107945887A (zh) * 2017-11-16 2018-04-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种一体化小型熔盐堆
CN109192329A (zh) * 2018-11-01 2019-01-11 中国原子能科学研究院 一种热管型双模式空间核反应堆堆芯
CN110211709A (zh) * 2019-06-14 2019-09-06 北京卫星环境工程研究所 热管式碱金属转换一体化反应堆
CN113035389A (zh) * 2021-03-04 2021-06-25 哈尔滨工程大学 沸腾合金冷却堆芯的新型碱金属热电转换核反应堆系统
WO2022121878A1 (zh) * 2020-12-08 2022-06-16 上海核工程研究设计院有限公司 碱金属反应堆电源
CN115394458A (zh) * 2022-08-26 2022-11-25 中国核动力研究设计院 一种基于棒束型燃料组件的超高通量反应堆堆芯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3683209A (en) * 1967-01-03 1972-08-08 Bbc Brown Boveri & Cie Reactor core for thermionic nuclear reactor
JPH10132994A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱電発電用黒鉛減速型原子炉
CN101604931B (zh) * 2009-07-07 2010-10-20 哈尔滨工程大学 碱金属热电直接转换器
CN101630931B (zh) * 2009-08-13 2011-04-20 哈尔滨工程大学 一种核能与碱金属热电转换装置联合发电装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3683209A (en) * 1967-01-03 1972-08-08 Bbc Brown Boveri & Cie Reactor core for thermionic nuclear reactor
JPH10132994A (ja) * 1996-11-01 1998-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱電発電用黒鉛減速型原子炉
CN101604931B (zh) * 2009-07-07 2010-10-20 哈尔滨工程大学 碱金属热电直接转换器
CN101630931B (zh) * 2009-08-13 2011-04-20 哈尔滨工程大学 一种核能与碱金属热电转换装置联合发电装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANTON MOISSEYTSEV 等: "Transient accident analysis of a supercritical carbon dioxide Brayton cycle energy converter coupled to an autonomous lead-cooled fast reactor", 《NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN》, vol. 238, no. 8, 31 August 2008 (2008-08-31), pages 2094 - 2105 *
师学明 等: "混合能源堆包层中子学初步概念设计", 《核动力工程》, vol. 31, no. 4, 31 August 2010 (2010-08-31), pages 5 - 7 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258576A (zh) * 2012-02-17 2013-08-21 中国原子能科学研究院 一种月球表面用核反应堆
CN103258576B (zh) * 2012-02-17 2015-12-16 中国原子能科学研究院 一种月球表面用核反应堆
CN107945887A (zh) * 2017-11-16 2018-04-20 中国科学院上海应用物理研究所 一种一体化小型熔盐堆
CN107945887B (zh) * 2017-11-16 2019-10-01 中国科学院上海应用物理研究所 一种一体化小型熔盐堆
CN109192329A (zh) * 2018-11-01 2019-01-11 中国原子能科学研究院 一种热管型双模式空间核反应堆堆芯
CN110211709A (zh) * 2019-06-14 2019-09-06 北京卫星环境工程研究所 热管式碱金属转换一体化反应堆
CN110211709B (zh) * 2019-06-14 2020-08-11 北京卫星环境工程研究所 热管式碱金属转换一体化反应堆
WO2022121878A1 (zh) * 2020-12-08 2022-06-16 上海核工程研究设计院有限公司 碱金属反应堆电源
CN113035389A (zh) * 2021-03-04 2021-06-25 哈尔滨工程大学 沸腾合金冷却堆芯的新型碱金属热电转换核反应堆系统
CN115394458A (zh) * 2022-08-26 2022-11-25 中国核动力研究设计院 一种基于棒束型燃料组件的超高通量反应堆堆芯

Also Published As

Publication number Publication date
CN102568623B (zh) 2014-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102568623B (zh) 外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置
CN105715943B (zh) 一种固态高压混合储氢罐
EP2518733B1 (en) High-temperature gas-cooled reactor steam generating system and method
CN104153954B (zh) 多模式塔式太阳能热发电装置
CN108417277B (zh) 一种一体化堆本体系统及氯盐堆系统
CN103400608A (zh) 一种用于熔盐堆的非能动余热排出系统
CN110634580A (zh) 一种热管型深海应用核反应堆系统
CN111105883B (zh) 超临界二氧化碳为热电转换工质的热管反应堆系统
US20220375636A1 (en) Multipurpose small modular fluoride-salt-cooled high-temperature reactor energy system
JP6791511B2 (ja) 原子炉
US20210027900A1 (en) Reactor core
CN110729067A (zh) 一种用于水下无人潜器的核电源系统
CN111128413B (zh) 一种基于热光伏发电的多用途热管反应堆系统
CN107492400B (zh) 干式反应堆供热系统
CN102820067B (zh) 一种用于超临界水堆余热排出的自然循环换热器
CN104464841B (zh) 压水堆内置蒸汽稳压器隔热板及其构成的一体化压水堆
CN102000460A (zh) 汽水分离器
CN111076593A (zh) 一种基于金属氢化物的环状翅片式高效蓄热反应器
CN113035383A (zh) 一种固有安全性高的反应堆系统
CN107591213B (zh) 一体化压水反应堆
CN211903867U (zh) 一种应用热管作为导热元件的余热排出换热器装置
CN209216594U (zh) 基于铀氢钇燃料和动态热电转换的热管冷却式反应堆电源
CN214752962U (zh) 一种固有安全性高的反应堆系统
CN201894889U (zh) 汽水分离器
CN204614458U (zh) 一种核燃料棒与中心冷却热管的嵌套一体化结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141203

Termination date: 20200228

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee