一种反应堆热管快速启动系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术实施范围广泛，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。军民融合等广泛领域。军民融合等广泛领域。

【技术实现步骤摘要】
一种反应堆热管快速启动系统


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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 (
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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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]为了解决现有技术存在的不足，本专利技术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。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]本专利技术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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]进一步地，所述电热元件，为电阻丝或电热套管。
[0012]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。
[0013]进一步地，所述吸液芯为：丝网状、微槽吸液芯或烧结网
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凹槽复合芯。
[0014]进一步地，所述电源为采用蓄电池，利用反应堆工作时所发出的电进行充电，反应堆重新启堆时，实现系统内部自循环，用于加热所述热管，加快所述热管启动。
[0015]更进一步地，所述热管冷凝段，设置有多个温度测点，使用热电偶进行测温，并进行温度监控，当管内最低温度达到所述工质沸点时，停止所述热管冷凝段或绝热段的加热，所述热管冷凝段开始正常工作。
[0016]本专利技术的一种反应堆热管快速启动系统，与现有技术相比较，具有如下的有益效果：采用热管蒸发段、冷凝段同时加热的方法，可避免冷凝段太长导致蒸发段加热产生的蒸汽提前冷冻导致启动失败。同时使得热量完全用于工质升温而不必在冷凝段散失，从而起到加快热管启动的作用。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。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术热管堆热管群采用蒸发段、冷凝段同时加热，可避免冷凝段太长导致单蒸发段加热产生的蒸汽提前冷冻导致启动失败。同时使得热量完全用于工质升温而不必在冷凝段散失，从而起到加快热管堆中热管启动的作用。
[0018]本专利技术的其它特征和优点部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术进一步了解。
附图说明
[0019]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本专利技术的实施例一起，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的反应堆热管快速启动系统立体结构示意图；图2为根据本专利技术的反应堆热管加热元件及电源装置示意图；图3为根据本专利技术的反应堆热管快速启动系统单热管外加加热元件示意图；图4为根据本专利技术的热管结构示意图；图5为根据本专利技术的金属孔板结构示意图；图6为根据本专利技术的金属孔板及内部加热元件及电源装置俯视图；图7为根据本专利技术的金属孔板及内部加热元件侧视图。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]图1为根据本专利技术的反应堆热管快速启动系统立体结构示意图（未加加热元件），图2为根据本专利技术的反应堆热管的外接加热元件及电源装置示意图，图3为根据本专利技术的反应堆热管快速启动系统单热管外加加热元件示意图，如图1
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3所示，本专利技术的反应堆热管快速启动系统，包括，多个热管1、燃料组件基体2、加热元件3以及电源4，其中，每一个所述热管1的一端嵌入所述燃料组件基体2内部；所述加热元件3，设置在热管1外侧；所述电源4与所述加热元件3相连接，为加热元件3提供供电。
[0022]在本专利技术实施例中，在热管1的内壁上设置有吸液芯，在热管1内部形成蒸汽腔，蒸汽腔内填充有工质。在热管1启动时通过加热元件3进行加热，加快融化热管内填充的工质。
[0023]本专利技术实施例中，工质采用钾、钠、锂等碱金属。工质在未启动前为固态，以钾为例熔点336K，沸点1037K。从冷态300K启动，蒸发段输入热量，冷凝段同时进行加热。
[0024]本专利技术实施例中，加热元件3可以采用电阻丝缠绕在热管1外侧，或采用电热套管套在热管1外侧。
[0025]图4为根据本专利技术的热管结构示意图，如图4所示，在本专利技术实施例中，热管，包括，蒸发段1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的反应堆热管快速启动系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的反应堆热管快速启动系统，其特征在于，还包括金属孔板，所述电热元件贯穿所述金属孔板中。4.根据权利要求3所述的一种反应堆热管快速启动系统，其特征在于，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。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，刘文斌，卢怀畅，毛赏，薛春辉，姚垚，魏东，张一童，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：