CN111120100A - 一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法 - Google Patents

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彭诗念
曾畅
王金雨
余红星
杨洪润
苏东川
李毅
李磊
吴舸
方华伟
成翔
黄捷
张宏亮
廖龙涛
全标
何晓强
娄聚伟
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Abstract

本发明属于核反应堆系统设计技术领域，具体涉及一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法，包括：反应堆、热管、压气机、气轮机、热管换热器和发电机；所述反应堆通过热管与热管换热器一端连接，所述热管换热器另一端分别连接有压气机和气轮机；所述气轮机还连接有发电机，所述热管内还包括：热管蒸发段和热管冷凝段。本发明创新性地采用了热管技术代替了传统压水堆的反应堆冷却剂系统，采用开式布雷顿气体循环简化了反应堆动力转换系统及安全配套设施的设计，提升了反应堆的安全性和经济性。

Description

一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法
技术领域
本发明属于核反应堆系统设计技术领域，具体涉及一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法。
背景技术
常规压水堆一般采用一回路反应堆冷却剂强迫循环和二回路朗肯蒸汽循环的方式进行热量带出和能量转换；常规压水堆动力转换装置系统的设备较多，且设备占地体积大，配套安全设施复杂，在小型核动力应用场合适用性局限性较大。
因此需要设计一种反应堆可通过热管将反应堆热量带出，再通过开式气体布雷顿循环进行能量转换，使整个反应堆装置紧凑且可满足反应堆装置小型化的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法，用于解决现有反应堆动力转换系统设备较多且设备占地体积大，不适用于小型核动力应用场合的技术问题。
本发明的技术方案：
一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，包括：反应堆1、热管2、压气机3、气轮机4、热管换热器5和发电机6；所述反应堆1通过热管2与热管换热器5一端连接，所述热管换热器5另一端分别连接有压气机3和气轮机4；所述气轮机4还连接有发电机6，所述热管2内还包括：热管蒸发段和热管冷凝段。
所述热管蒸发段设置于反应堆1内的堆芯，所述热管冷凝段设置于热管换热器5内部。
所述热管2的内壁面设置有壁面毛细结构。
所述热管2的材质为高温碱金属材质。
所述热管换热器5将反应堆产生的热量传递给冷空气，提升进入气轮机4的空气的温度。
所述压气机3内通过低温低压空气，并对低温低压空气进行压缩，提高气体的压力；所述气轮机4内通过高温高压空气，高温高压空气引入后膨胀做功，带动发电机6发电。
一种如上所述的采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆的运行方法，包括如下步骤:
步骤一：热管蒸发段位于反应堆堆芯，热管冷凝段位于热管换热器5内，热管2内介质依靠堆芯加热蒸发；
步骤二：蒸汽流向热管冷凝段，在热管换热器5冷却后，凝结成液体，液体通过热管2内壁面毛细力回流至热管蒸发段，高温碱金属材质的热管2从而将反应堆堆芯产生的热量通过热管2传递至气体循环回路；
步骤三：气体经压气机3压缩并经热管换热器5升温后形成高温高压空气，进入气轮机4膨胀后做功，带动发电机6发电；做功完后的乏气排向大气，形成开式布雷顿循环回路。
本发明的有益效果：
本发明设计的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆及其运行方法，相对于传统压水堆和气冷堆，取消了反应堆冷却剂系统，将动力转换系统采用开式气体布雷顿循环，反应堆热量采用热管带出，是反应堆系统得以简化，设备数量大大减少，使整个动力转换装置紧凑，特别适用于小型核动力装置需求场合。
本发明创新性地采用了热管技术代替了传统压水堆的反应堆冷却剂系统，采用开式布雷顿气体循环简化了反应堆动力转换系统及安全配套设施的设计，提升了反应堆的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆结构示意图
图中：1.反应堆；2.热管；3.压气机；4.气轮机；5.热管换热器；6.发电机；
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的介绍：
一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，包括：反应堆1、热管2、压气机3、气轮机4、热管换热器5和发电机6；所述反应堆1通过热管2与热管换热器5一端连接，所述热管换热器5另一端分别连接有压气机3和气轮机4；所述气轮机4还连接有发电机6，所述热管2内还包括：热管蒸发段和热管冷凝段。
所述热管蒸发段设置于反应堆1内的堆芯，所述热管冷凝段设置于热管换热器5内部。
所述热管2的内壁面设置有壁面毛细结构。
所述热管2的材质为高温碱金属材质。
所述热管换热器5将反应堆产生的热量传递给冷空气，提升进入气轮机4的空气的温度。
所述压气机3内通过低温低压空气，并对低温低压空气进行压缩，提高气体的压力；所述气轮机4内通过高温高压空气，高温高压空气引入后膨胀做功，带动发电机6发电。
一种如上所述的采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆的运行方法，包括如下步骤:
步骤一：热管蒸发段位于反应堆堆芯，热管冷凝段位于热管换热器5内，热管2内介质依靠堆芯加热蒸发；
步骤二：蒸汽流向热管冷凝段，在热管换热器5冷却后，凝结成液体，液体通过热管2内壁面毛细力回流至热管蒸发段，高温碱金属材质的热管2从而将反应堆堆芯产生的热量通过热管2传递至气体循环回路；
步骤三：气体经压气机3压缩并经热管换热器5升温后形成高温高压空气，进入气轮机4膨胀后做功，带动发电机6发电；做功完后的乏气排向大气，形成开式布雷顿循环回路。
所述热管2采用高温碱金属代替传统压水堆的反应堆冷却剂系统来导出反应堆堆芯的热量，热管充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，其导热能力超过任何已知的金属。

Claims (7)

1.一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：，包括：反应堆(1)、热管(2)、压气机(3)、气轮机(4)、热管换热器(5)和发电机(6)；所述反应堆(1)通过热管(2)与热管换热器(5)一端连接，所述热管换热器(5)另一端分别连接有压气机(3)和气轮机(4)；所述气轮机(4)还连接有发电机(6)，所述热管(2)内还包括：热管蒸发段和热管冷凝段。
2.如权利要求1所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：所述热管蒸发段设置于反应堆(1)内的堆芯，所述热管冷凝段设置于热管换热器(5)内部。
3.如权利要求2所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：所述热管(2)的内壁面设置有壁面毛细结构。
4.如权利要求3所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：所述热管(2)的材质为高温碱金属材质。
5.如权利要求4所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：所述热管换热器(5)将反应堆产生的热量传递给冷空气，提升进入气轮机(4)的空气的温度。
6.如权利要求5所述的一种采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆，其特征在于：所述压气机(3)内通过低温低压空气，并对低温低压空气进行压缩，提高气体的压力；所述气轮机(4)内通过高温高压空气，高温高压空气引入后膨胀做功，带动发电机(6)发电。
7.一种如权利要求1至6中任一所述的采用开式气体布雷顿循环的热管反应堆的运行方法，其特征在于包括如下步骤:
步骤一：热管蒸发段位于反应堆堆芯，热管冷凝段位于热管换热器(5)内，热管(2)内介质依靠堆芯加热蒸发；
步骤二：蒸汽流向热管冷凝段，在热管换热器(5)冷却后，凝结成液体，液体通过热管(2)内壁面毛细力回流至热管蒸发段，高温碱金属材质的热管(2)从而将反应堆堆芯产生的热量通过热管(2)传递至气体循环回路；
步骤三：气体经压气机(3)压缩并经热管换热器(5)升温后形成高温高压空气，进入气轮机(4)膨胀后做功，带动发电机(6)发电；做功完后的乏气排向大气，形成开式布雷顿循环回路。
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