一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置的制作方法

1.本发明专利涉及一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置以及包括该基于热管的微型卧式堆余热导出装置的微型卧式堆。


背景技术：

2.在第四代反应堆中，超高温反应堆和气冷快堆均属于气冷堆，作为一种高温气体冷却反应堆，具有高温堆的技术优势，可提高循环热效率，为工业应用提供高温工艺热，经济性较好。安全性上，当前气体冷却剂发展前景较好的是惰性气体氦气和超临界二氧化碳，均具有化学惰性小，与材料相容性好的特点，且气体冷却剂始终为单相气相，没有两相沸腾临界现象。
3.21世纪以来，核电的发展一方面提高机组容量以提高经济性，另一方面是安全标准提高，特别是第三代核电，按照目前最高安全标准设计，设备制造工艺难度极大并由此带来普遍建设延期，造成了当前核电建设成本飙升，且建设周期、成本回收周期大大延长。在此背景下，小型模块化堆以较低的成本，快速建设与部署的特点，以及特有的安全设计理念和应用领域，在各国掀起了研究热潮。
4.一般认为电功率为300mwe以下的反应堆为小型模块化堆，微型反应堆是小型模块化堆的一种，电功率在数百到数千kwe。相比传统大容量核电机组，微型反应堆在安全性上具有功率小，余热导出快，以及其他设计上的固有安全性；造价低，尺寸小重量轻，可以通过车辆等工具快速部署等优点，并且可以根据需求模块化组成小电网，提供电力热能及淡水，对于远离电网的内陆社区、基地、自然灾害地区，海上科考与资源开发平台等用户具有吸引力。
5.微堆同样存在停堆后衰变余热需要导出的问题，特别是当微堆需要能够运行在偏远、干旱，缺少冷却水的内陆、高原。目前，微堆余热排出主要以非能动方式为主，比如设置流道，直接空气自然对流带热。
6.在现有技术中，微堆基本还处于研发阶段，余热的排出主要以非能动方式为主，比如设置流道，直接空气自然对流带热等。但是以上排热方式径向尺寸稍大、维修不便、压力容器直接与冷却空气接触等问题，而该专利能较好的解决上述问题。
7.发明专利内容
8.本发明专利所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置以及包括该基于热管的微型卧式堆余热导出装置的微型卧式堆，所述基于热管的微型卧式堆余热导出装置的导热效果良好，并且结构紧凑，方便维修。
9.为了解决上述问题，本发明专利采用如下技术方案：
10.一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置，包括热管、保温层、辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层围设于所述微型卧式堆的压力容器的外部，且辐射屏蔽层与所述压力容器的外壁之间形成内腔，所述保温层包裹在所述辐射屏蔽层的外部，所述热管的一端穿过保温层
与辐射屏蔽层伸入内腔，另一端处于外部环境中，压力容器产生的热量通过热管导出至外部环境中。
11.优选的，所述热管包括加热段、绝热段、凝结段，所述绝热段处于所述加热段进和所述凝阶段之间，其两端分别与加热段以及凝结段连接，所述热管位于内腔内的部分为所述加热段，所述热管与所述保温层接触的部分为所述绝热段，所述热管处于外部环境中的部分为所述凝结段，微型卧式堆内部产生的热量通过热管的加热段依次传递至绝热段与凝结段。
12.优选的，所述热管的数量采用多根，多根热管分布在压力容器的两侧。
13.优选的，所述热管内介质采用碱金属材料制成。
14.优选的，所述热管内部设有吸液芯。
15.优选的，所述内腔的宽度范围为100～300mm。
16.优选的，所述保温层包括周向保温层与侧保温层，所述周向保温层覆盖在所述辐射屏蔽层的外侧壁上，所述侧保温层采用两个，两个侧保温层分别覆盖在辐射屏蔽层的两个外端面上，并且所述周向保温层与两个所述侧保温层互相连接以形成封闭结构。
17.优选的，所述压力容器为卧式压力容器。
18.本发明专利还提供一种微型卧式堆，包括压力容器，所述压力容器横向放置，还包括上述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置。
19.优选的，所述还包括微型卧式堆支撑机构，所述支撑机构包括支撑座，所述压力容器安装在所述支撑座上。
20.本发明专利基于热管的微型卧式堆余热导出装置的导热效果良好，在保证导热效率不低于现有技术中的余热导出装置的技术上，具有结构紧凑，方便维修的优点，而且不需要对空气进行过滤，并且能够保持压力容器表面清洁。
附图说明
21.图1是本发明专利实施例1中的导热装置结构示意图；
22.图2是本发明专利实施例2中的微型卧式堆的侧视图。
23.图中：1-压力容器，2-周向保温层，3-热管，4-侧保温层，5-辐射屏蔽层，6-支撑座，7-内腔，8-控制棒驱动组件。
具体实施方式
24.下面将结合本发明专利中的附图，对发明专利中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利的范围。
25.在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。
26.在本发明专利的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示
或者暗示相对重要性。
27.在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。
28.本发明专利提供一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置，包括热管、保温层、辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层围设于所述微型卧式堆的压力容器的外部，且辐射屏蔽层与所述压力容器的外壁之间形成内腔，所述保温层包裹在所述辐射屏蔽层的外部，所述热管的一端穿过保温层与辐射屏蔽层伸入内腔，另一端处于外部环境中，压力容器产生的热量通过热管导出至外部环境中。
29.本发明专利还提供一种微型卧式堆，包括压力容器，所述压力容器横置放置，还包括上述的微型卧式堆余热导出装置。
30.实施例1
31.如图1所示，本实施例公开一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置，包括热管3、保温层、辐射屏蔽层5，其中，辐射屏蔽层5包围在微型卧式堆的压力容器1的外部(压力容器为卧式压力容器)，且辐射屏蔽层5与压力容器1的外壁之间形成内腔7，保温层包裹在辐射屏蔽层5的外部，热管3为长管型，其一端穿过保温层与辐射屏蔽层5伸入内腔7，并且该端围绕在压力容器1的周围，用于吸收压力容器1散发出来的热量，热管3的另一端处于外部环境中，压力容器1产生的热量通过热管3导出至外部环境中。
32.在本实施例中，热管3包括加热段、绝热段、凝结段，绝热段处于所述加热段和所述凝结段之间，其两端分别与加热段以及凝结段连接。
33.如图1所示，热管3位于内腔7内的部分为加热段，用于吸收压力容器1散发出来的热量，热管3与保温层接触的部分为绝热段，用于将加热段的热量传递给凝结段，并且绝热段位于保温层中，能够最大限度的减少热量在输送过程中的散发，热管3处于外部环境中的部分为凝结段，凝结段的热量通过热辐射以及空气自然对流的方式，将热量散发至外部环境中，从而，微型卧式堆内部产生的热量通过热管3的加热段依次传递至绝热段与凝结段，最后传递至外部环境中。
34.可选的，为了提高散热效率，热管3的数量采用多根，多根热管3间隔分布在环形的内腔7内，在本实施例中，采用两根或多根热管3，两根或多根热管3平行设置，并且分别处于压力容器的两侧，以进一步提高热管3的余热导出效率。
35.在本实施例中，基于热管的微型卧式堆的一侧设有控制棒驱动组件8，用于驱动控制棒插入或抽出位于压力容器1内部的堆芯，以控制反应堆运行或停堆。热管3的凝结段与控制棒驱动组件8分别设于微型卧式堆相对的两端。在本实施例中，热管3内介质采用碱金属材料制成，采用碱金属材料能在相对较高的高温下运行，能适用于微型卧式堆内部的高温环境。
36.在本实施例中，热管3内部设有吸液芯，吸液芯的材料采用不锈钢或者陶瓷，热管的凝结段与外界空气接触时，会在热管内部形成冷凝液，吸液芯可以将冷凝液从凝结段送回加热段，从而在热管内部形成一层液膜，液膜在高温加热的作用下在热管3内部形成蒸
汽，从而能够更好地促进热量在热管3内流动，可进一步加强热管3的余热导出作用。
37.压力容器1的外壁面与辐射屏蔽层5的内壁面之间的通道构成内腔7。如图2所示，本实施例中，压力容器1横向放置，由于压力容器1的横截面形状为环形，辐射屏蔽层的横截面形状也为环形，因此本实施例中内腔7的形状为环形，内腔7的宽度范围为100～300mm，即压力容器1的外壁面与辐射屏蔽层5的内壁面之间的直线距离为100～300mm，内腔7用于容纳热管3，热管的直径范围为10～25mm。
38.在本实施例中，气冷堆为卧式气冷堆，压力容器1的轴向沿着水平方向设置，保温层包括周向保温层2与侧保温层4，周向保温层2与侧保温层4均采用超低热导率材料制成，该材料具有辐射稳定性，如采用金属保温层。周向保温层2为沿着水平方向设置的圆筒形结构，并且周向保温层2覆盖在辐射屏蔽层5的外侧壁上，侧保温层4采用两个，其形状为圆形，两个侧保温层4分别覆盖在辐射屏蔽层5的两个外端面上，并且周向保温层2与两个侧保温层4互相连接以形成封闭结构，以防止其内部的热量扩散，通过保温层的保温作用，能够将保温层的外边界的温度控制在100℃以内。
39.具体的，由于基于热管的微型卧式堆余热导出装置是非能动形式的，运行原理简单，事故后不需要动力便可启动运行。当微型卧式堆正常停堆(非停堆换料)和事故停堆时，系统开始导出结构显热和堆芯衰变热。此时热管3散热形式与正常运行时相同，热管3的吸热段从内腔7吸热，热量传导通过绝热段之后，在热管3的凝结段冷凝，以将热量散发到外部环境中。通过上述过程，基于热管的微型卧式堆余热导出装置可以将内腔7的温度维持在一定限制内，并持续将堆芯产生的热量导出。
40.本实施例中的基于热管的微型卧式堆余热导出装置的工作过程如下：
41.首先，基于热管的微型卧式堆余热导出装置是保持常开的，当反应堆正常运行时，其按设计的正常运行温度处于运行状态，
42.当正常停堆(非换料停堆)和事故停堆时，基于热管的微型卧式堆余热导出装置的运行状态不变，导出的热量来堆芯的显热以及堆芯的衰变热，以保证温度不超过微型卧式堆芯和堆外结构的设计温度；
43.进一步，随着事故的进展，衰变热不断地降低，在基于热管的微型卧式堆余热导出装置的作用下，压力容器1的温度呈波段性降低；
44.进一步，在衰变热足够低的情况下，整个反应堆都将进入到一个相对低温的状态并且保持相对稳定；
45.进一步，当内腔7的温度降低到一定温度时，热管3的换热便不再起作用。
46.在本实施例中，基于热管的微型卧式堆余热导出装置的设置，确保了对结构的完整性，有利于提高堆的安全水平。
47.本实施例中的基于热管的微型卧式堆余热导出装置结构紧凑，方便维修，不需要对空气进行过滤，并且能够保持压力容器1表面清洁。
48.实施例2
49.本实施例还提供一种微型卧式堆，包括压力容器1，还包括实施例1中的基于热管的微型卧式堆余热导出装置。
50.在本实施例中，微型卧式堆还包括支撑机构，支撑机构包括支撑座6，支撑座6的底部为平板状，支撑座6的顶部设有圆弧形凹槽，并且该圆弧形凹槽与压力容器1的形状相适
配，压力容器1安装在支撑座6上，以保证压力容器1的稳定性。
51.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明专利的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明专利并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明专利的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明专利的保护范围。

技术特征：
1.一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，包括热管(3)、保温层、辐射屏蔽层(5)，所述辐射屏蔽层(5)围设于所述基于热管的微型卧式堆的压力容器(1)的外部，且辐射屏蔽层(5)与所述压力容器(1)的外壁之间形成内腔(7)，所述保温层包裹在所述辐射屏蔽层(5)的外部，所述热管(3)的一端穿过保温层与辐射屏蔽层(5)伸入内腔(7)，另一端处于外部环境中，压力容器(1)产生的热量通过热管(3)导出至外部环境中。2.根据权利要求1所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述热管(3)包括加热段、绝热段、凝结段，所述绝热段处于所述加热段和所述凝结段之间，其两端分别与加热段以及凝结段连接，所述热管(3)位于内腔(7)内的部分为所述加热段，所述热管(3)与所述保温层接触的部分为所述绝热段，所述热管(3)处于外部环境中的部分为所述凝结段，微型卧式堆内部产生的热量通过热管(3)的加热段依次传递至绝热段与凝结段。3.根据权利要求2所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述热管(3)的数量采用多根，多根热管分布在压力容器的两侧。4.根据权利要求3所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述热管(3)内介质采用碱金属材料制成。5.根据权利要求4所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述热管(3)内部设有吸液芯。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述内腔(7)的宽度范围为100～300mm。7.根据权利要求6所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述保温层包括周向保温层(2)与侧保温层(4)，所述周向保温层(2)覆盖在所述辐射屏蔽层(5)的外侧壁上，所述侧保温层(4)采用两个，两个侧保温层(4)分别覆盖在辐射屏蔽层(5)的两个外端面上，并且所述周向保温层(2)与两个所述侧保温层(4)互相连接以形成封闭结构。8.根据权利要求1-5任一项所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置，其特征在于，所述压力容器为卧式压力容器。9.一种微型卧式堆，包括压力容器(1)，所述压力容器横向放置，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的基于热管的微型卧式堆余热导出装置。10.根据权利要求9所述的微型卧式堆，其特征在于，还包括支撑机构，所述支撑机构包括支撑座(6)，所述压力容器(1)安装在所述支撑座(6)上。

技术总结
本发明专利公开一种基于热管的微型卧式堆余热导出装置以及包括该微型卧式堆余热导出装置的微型卧式堆，所述基于热管的基于热管的微型卧式堆余热导出装置包括热管、保温层、辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层围设于所述微型卧式堆的压力容器的外部，且辐射屏蔽层与所述压力容器的外壁之间形成内腔，所述保温层包裹在所述辐射屏蔽层的外部，所述热管的一端穿过保温层与辐射屏蔽层伸入内腔，另一端处于外部环境中，压力容器产生的热量通过热管导出至外部环境中。所述基于热管的微型卧式堆余热导出装置结构紧凑，方便维修。方便维修。方便维修。


技术研发人员：邹文重 堵树宏 于沛 赵斌
受保护的技术使用者：中国核电工程有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/22