一种氦氙冷却微型反应堆系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氦氙冷却微型反应堆系统，所述氦氙冷却微型反应堆系统包括堆芯子系统和布雷顿循环子系统；所述堆芯子系统横向设置，且设有穿设堆芯轴心的转轴；所述布雷顿循环子系统包括透平、回热器、冷却器以及压缩机；其中，所述透平设于所述堆芯的流体出口端；所述回热器和所述冷却器与所述堆芯同轴套设，所述回热器与所述堆芯的外侧壁套接，所述冷却器与所述回热器的外侧壁套接；所述压缩机设于与所述堆芯的流体出口端相对的密闭端，所述压缩机、所述堆芯和所述透平沿所述堆芯的轴向依次排布，所述转轴串联所述压缩机、所述堆芯和所述透平。本发明专利技术的氦氙冷却微型反应堆系统集热电转换与屏蔽功能为一体，可以使反应堆系统小型化与轻量化。型化与轻量化。型化与轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种氦氙冷却微型反应堆系统


[0001]本专利技术涉及核能领域，具体涉及一种氦氙冷却微型反应堆系统。

技术介绍

[0002]微型反应堆是一种即插即用的小型反应堆，功率小于20MW，易于组装，可采用公路、铁路以及空运，可为深空、深海探测以及偏远地区能源稳定供应提供有力保障，同时可为动力装置提供动力。由于微型反应堆的优势，其发展已受到世界各国的广泛关注，特别是核能发达国家，如美国与俄罗斯。从上世纪六十年代开式，陆续提出了多种类型的微型反应堆系统。
[0003]目前针对微型反应堆的设计与研发已开展了较为系统的研究。为尽可能提高微型堆的应用能力，在确保辐射安全的情况下，应尽可能降低微型堆的重量与体积。轻量化与小型化是微型反应堆系统设计的目标。然而实际中，由于中子与伽马射线为非带电粒子，给屏蔽带来了较大的挑战。为了能达到放射性要求，需要在反应堆系统周围布置相应的屏蔽层。对于伽马射线，需要采用高密度的重金属材料或含重金属的有机材料，如钨、铅、铅硼聚乙烯等，将不可避免地增加微型反应堆系统重量与体积，屏蔽设计已成为微型反应堆设计研究的难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中为保证反应堆辐射安全的情况下，不可避免的使得微型反应堆系统重量与体积增加的缺陷，提供一种氦氙冷却微型反应堆系统。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案来解决上述技术问题的：
[0006]本专利技术提供一种氦氙冷却微型反应堆系统，所述氦氙冷却微型反应堆系统包括堆芯子系统和布雷顿循环子系统；
[0007]所述堆芯子系统横向设置，且设有穿设堆芯轴心的转轴；
[0008]所述布雷顿循环子系统包括透平、回热器、冷却器以及压缩机；
[0009]其中，所述透平设于所述堆芯的流体出口端；所述回热器和所述冷却器与所述堆芯同轴套设，所述回热器与所述堆芯的外侧壁套接，所述冷却器与所述回热器的外侧壁套接；
[0010]所述压缩机设于与所述堆芯的流体出口端相对的密闭端，
[0011]所述压缩机、所述堆芯和所述透平沿所述堆芯的轴向依次排布，所述转轴串联所述压缩机、所述堆芯和所述透平。
[0012]在本技术方案中，堆芯子系统横向设置便于运输，压缩机、堆芯与透平沿所述堆芯的轴向依次排布，形成三位一体的格局，回热器与堆芯的外侧壁套接，冷却器与回热器的外侧壁套接，形成集热电转换与屏蔽功能于一体的反应堆系统，去除屏蔽层的使用，大大减小反应堆系统的体积，使其微型化、小型化和轻量化。较佳地，在沿所述堆芯的轴向，所述透平还与发电机组的电机通过所述转轴连接，用于驱动发电。
[0013]较佳地，所述回热器为螺旋板式换热器，所述螺旋板式换热器包括第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道设于所述堆芯的外侧壁，所述第二换热通道叠设于所述第一换热通道的外侧壁，所述第一换热通道和所述第二换热通道同时围绕所述堆芯形成螺旋通道。
[0014]在本技术方案中，采用螺旋板式换热器，兼顾换热与屏蔽堆芯径向中子与伽马屏蔽，其包括第一换热通道与第二换热通道，能够高效实现热量交换。
[0015]较佳地，所述第一换热通道和第二换热通道符合下述条件中的一种或多种；
[0016]所述第一换热通道和第二换热通道的通道内各自独立地设有等距排列的定距柱；在本技术方案中，设置定距柱可以增大通道内的换热面积，提升换热效果。
[0017]所述第一换热通道和第二换热通道的通道间距各自独立地为10～20mm；
[0018]所述第一换热通道和第二换热通道的围绕卷数各自独立地为4～10层，较佳地为4层；
[0019]所述第一换热通道和第二换热通道的侧壁厚度各自独立地为3mm；
[0020]所述第一换热通道和第二换热通道的材料为GH3535合金。
[0021]较佳地，所述定距柱的直径为10mm，定距柱间距离为25mm。
[0022]较佳地，所述冷却器为环形套管式换热器，所述环形套管式换热器的内部包括气体管道，所述气体管道螺旋环绕所述回热器，所述环形套管式换热器的套管罩设于所述回热器，形成腔体，所述腔体包围所述气体管道，用于流通冷却剂流体。
[0023]在本技术方案中，冷却器为环形套管式换热器，兼顾换热与屏蔽堆芯径向中子与伽马屏蔽，其包括气体管道，用于冷却第一换热通道出来的热流体，其中，冷却剂腔体内采用水作为冷却液体，便于导出余热。
[0024]较佳地，所述环形套管式换热器符合下述条件中的一种或多种；
[0025]所述环形套管式换热器的套管直径为10cm
‑
30cm，较佳地为30cm；
[0026]所述环形套管式换热器的套管厚度为2
‑
5mm，较佳地为3mm；
[0027]所述气体管道的直径为20
‑
30mm，较佳地为25mm；
[0028]所述气体管道的管道厚度为2.5mm。
[0029]较佳地，所述第一换热通道在所述堆芯的流体出口端设有热流体入口，用于与所述透平的出口连通；所述第一换热通道在所述堆芯的密闭端设有热流体出口；
[0030]所述气体管道的入口与所述第一换热通道的热流体出口连通，用于冷却所述第一换热通道出来的热流体；
[0031]所述压缩机远离所述堆芯的密闭端的一端设有入口，并与所述气体管道的出口连通；
[0032]所述第二换热通道在所述堆芯的密闭端设有冷流体入口；
[0033]所述压缩机的出口设于靠近所述堆芯的密闭端的一端，并与所述第二换热通道的所述冷流体入口连通；
[0034]所述第二换热通道在所述堆芯的流体出口端设有冷流体出口；
[0035]所述第二换热通道的所述冷流体出口与所述堆芯子系统的流体入口端连通。
[0036]在本技术方案中，堆芯子系统中的流体从堆芯子系统的流体出口端流入透平，从透平的出口流入第一换热通道的热流体入口后从第一换热通道的热流体出口流入冷却器
的气体管道的入口，再从气体管道的出口流入压缩机的入口，从压缩机的出口流入第二换热通道的冷流体入口，最后从第二换热通道的冷流体出口流回堆芯子系统的流体入口端，从而进入堆芯。
[0037]较佳地，所述堆芯子系统自轴心向外周依次包括转轴通道、堆芯活性区、反射层和壳体；其中，
[0038]所述堆芯活性区包括填充所述堆芯活性区的慢化剂基体，所述慢化剂基体中沿轴心周向设有若干燃料棒和若干冷却剂管道；
[0039]所述反射层中设有若干控制鼓。
[0040]较佳地，所述反射层与所述壳体之间的空间形成第一腔体，所述壳体的两端面与所述慢化剂基体之间的空间形成第二腔体，所述第一腔体、所述第二腔体和所述冷却剂管道相互贯通；所述壳体上设有所述堆芯子系统的流体入口端和流体出口端。
[0041]在本技术方案中，冷流体出口与第一腔体连通，使得第二换热通道与第一腔体连通，第二换热通道流出的冷流体从第一腔体流入，进而流向第二腔体，最后进入冷却剂管道，完成流体循环。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述氦氙冷却微型反应堆系统包括堆芯子系统和布雷顿循环子系统；所述堆芯子系统横向设置，且设有穿设堆芯轴心的转轴；所述布雷顿循环子系统包括透平、回热器、冷却器以及压缩机；其中，所述透平设于所述堆芯的流体出口端；所述回热器和所述冷却器与所述堆芯同轴套设，所述回热器与所述堆芯的外侧壁套接，所述冷却器与所述回热器的外侧壁套接；所述压缩机设于与所述堆芯的流体出口端相对的密闭端，所述压缩机、所述堆芯和所述透平沿所述堆芯的轴向依次排布，所述转轴串联所述压缩机、所述堆芯和所述透平。2.如权利要求1所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述回热器为螺旋板式换热器，所述螺旋板式换热器包括第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道设于所述堆芯的外侧壁，所述第二换热通道叠设于所述第一换热通道的外侧壁，所述第一换热通道和所述第二换热通道同时围绕所述堆芯形成螺旋通道；和/或，所述布雷顿循环子系统还包括电机，在沿所述堆芯的轴向，所述透平还与所述电机通过所述转轴连接。3.如权利要求2所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述第一换热通道和第二换热通道符合下述条件中的一种或多种；所述第一换热通道和第二换热通道的通道内各自独立地设有等距排列的定距柱；所述第一换热通道和第二换热通道的通道间距各自独立地为10～20mm；所述第一换热通道和第二换热通道的围绕卷数各自独立地为4～10层，较佳地为4层；所述第一换热通道和第二换热通道的侧壁厚度各自独立地为3mm；所述第一换热通道和第二换热通道的材料为GH3535合金。4.如权利要求3所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述定距柱的直径为10mm，定距柱间距离为25mm。5.如权利要求2所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述冷却器为环形套管式换热器，所述环形套管式换热器的内部包括气体管道，所述气体管道螺旋环绕所述回热器，所述环形套管式换热器的套管罩设于所述回热器，形成腔体，所述腔体包围所述气体管道，用于流通冷却剂流体。6.如权利要求5所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述环形套管式换热器符合下述条件中的一种或多种；所述环形套管式换热器的套管直径为10cm
‑
30cm，较佳地为30cm；所述环形套管式换热器的套管厚度为2
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5mm，较佳地为3mm；所述气体管道的直径为20
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30mm，较佳地为25mm；所述气体管道的管道厚度为2.5mm。7.如权利要求5
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6任一项所述的氦氙冷却微型反应堆系统，其特征在于，所述第一换热通道在所述堆芯的流体出口端设有热流体入口，用于与所述透平的出口连通；所述第一换热通道在所述堆芯的密闭端设有热流体出口；所述气体管道的入口与所述第一换热通道的热流体出口连通，用于冷却所述第一换热通道出来的热流体；
所述压缩机远离所述堆芯的密闭端的一端设有入口，并与所述气体管道的出口连通；所述第二换热通道在所述堆芯的密闭端设有冷流体入口；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍建辉，崔勇，周俊，邹春燕，赵宏凯，陈金根，蔡翔舟，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：