本发明专利技术公开用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，包括：反应堆；换热装置，换热装置包括热管换热器和流道结构，流道结构设置在热管换热器内，流道结构内流通有工质，热管换热器上设置有接口组件，接口组件与流道结构连通；热管，热管内流通有工质，热管的一端插入反应堆内，热管的另一端插入热管换热器内，热管位于反应堆与换热装置之间的部分包覆有保温层；布雷顿循环系统，布雷顿循环系统设置有若干个，布雷顿循环系统的出口与接口组件连通；分配组件，分配组件与接口组件连通，且若干布雷顿循环系统的进口均与分配组件连通。本发明专利技术能够提高能量转换效率、提高核动力装置的安全性和可靠性、保证堆芯冷却更加均匀。保证堆芯冷却更加均匀。保证堆芯冷却更加均匀。
【技术实现步骤摘要】
用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统及运行方法
[0001]本专利技术属于反应堆工程
，特别是涉及用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统及运行方法。
技术介绍
[0002]超临界二氧化碳布雷顿循环系统应用于热管堆中，相比于传统的静态热电转化方式，可显著提高能量转换效率，并减小设备的体积和重量，拓展了热管堆的功率范围。但在空间、海洋等应用场景中，采用热管堆组合超临界二氧化碳布雷顿循环的核动力装置还存在功率调节困难，低负荷工况布雷顿循环系统能量转换效率低，进而导致大量能量浪费的问题。
[0003]因此，需要设计一种用于热管堆的布雷顿循环能量转换系统方案，实现热管堆与布雷顿能量转换系统的相互匹配，进而使得反应堆的输出功率能够随负荷需求灵活变化，并提高核动力装置的能量转化效率。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统及运行方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，包括：
[0006]反应堆；
[0007]换热装置，所述换热装置包括热管换热器和流道结构，所述流道结构设置在所述热管换热器内，所述流道结构内流通有工质，所述热管换热器上设置有接口组件，所述接口组件与所述流道结构连通；
[0008]热管，所述热管内流通有工质，所述热管的一端插入所述反应堆内，所述热管的另一端插入所述热管换热器内，所述热管位于所述反应堆与所述换热装置之间的部分包覆有保温层；
[0009]布雷顿循环系统，所述布雷顿循环系统设置有若干个，所述布雷顿循环系统的出口与所述接口组件连通；
[0010]分配组件，所述分配组件与所述接口组件连通，且若干所述布雷顿循环系统的进口均与所述分配组件连通。
[0011]优选的，所述流道结构包括隔板和螺旋形换热板，所述隔板和所述螺旋形换热板均固接在所述热管换热器内，所述隔板和所述螺旋形换热板将所述热管换热器内分隔为外层环腔和内部空间，所述外层环腔和所述内部空间均为螺旋形流道，所述外层环腔和所述内部空间通过环形通道连通，所述外层环腔和所述内部空间内均设置有若干所述热管，若干所述热管均贯穿所述螺旋形换热板，所述外层环腔和所述内部空间均与所述接口组件连通。
[0012]优选的，所述分配组件包括分配母管和若干隔离阀门，所述分配母管与所述接口组件连通，若干所述隔离阀门均与所述分配母管连通，且若干所述布雷顿循环系统的进口分别与若干所述隔离阀门连通。
[0013]优选的，所述接口组件包括一出口接口和若干进口接口，所述出口接口和所述进口接口均固接在所述热管换热器上，所述分配母管通过所述出口接口与所述内部空间连通，若干所述布雷顿循环系统的出口分别通过若干所述进口接口与所述外层环腔连通。
[0014]优选的，若干所述进口接口均朝同一旋向倾斜设置。
[0015]优选的，所述布雷顿循环系统包括发电机、汽轮机、回热器、压缩机和冷却器，所述汽轮机的蒸汽进口与所述隔离阀门连通，所述汽轮机的蒸汽出口与所述回热器的一进口连通，所述回热器的一出口与所述冷却器的进口连通，所述冷却器的出口与所述压缩机的进口连通，所述压缩机的出口与所述回热器的另一进口连通，所述回热器的另一出口与所述进口接口连通，所述发电机和所述压缩机均与所述汽轮机传动连接。
[0016]优选的，所述工质为超临界二氧化碳。
[0017]优选的，所述热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述绝热段外包覆有所述保温层，所述蒸发段插入所述反应堆中，所述冷凝段插入所述热管换热器中。
[0018]用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统的运行方法，使用上述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]S1、所述反应堆堆芯核燃料裂变产生热量，通过热管内部工质的两相自然循环传递至所述热管换热器，对热管换热器内的工质进行加热；
[0020]S2、所述热管换热器内吸热的工质经所述分配母管进入所述汽轮机内做功，带动所述发电机发电，工质通过所述回热器进一步放热，再经过所述冷却器进一步冷却后进入所述压缩机加压，完成整个能量转换过程；
[0021]S3、低温气体工质从所述热管换热器的所述进口接口进入，分别沿所述外层环腔和所述内部空间进行换热，然后经所述出口接口进入所述分配母管；
[0022]S4、需要降低发电负荷时，任意关闭一个或多个所述隔离阀门，可隔离一组或多组所述布雷顿循环系统；
[0023]S5、进入所述热管换热器的低温气体工质的流量减小，导致所述热管导出的热量减少，堆芯温度升高，在反应堆温度负反馈的作用下反应堆功率自动减小，自动调节达到新的平衡状态。
[0024]本专利技术公开了以下技术效果：
[0025]1、本专利技术所设计的一种用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，能够实现热管堆与多个布雷顿系统良性适配，反应堆变负荷调节过程中每个布雷顿系统始终在设计工况下运行，提高了能量转换效率，减小了能量浪费。
[0026]2、本专利技术通过设计新型套筒式螺旋换热结构，实现气体工质横向冲刷热管，提高热管换热器的换热能力，同时可以实现不同参数工质的充分混合，避免因换热不均导致反应堆功率分布发生畸变。
[0027]3、本专利技术所设计的一种用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，通过控制阀门的开关调节布雷顿循环系统的投入和运行，操作简单，多个布雷顿系统可相互备用，提高了核动力装置的安全性和可靠性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术一种用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统结构图；
[0030]图2为本专利技术热管换热器进出口布置示意图；
[0031]图3为本专利技术中布雷顿循环系统结构图；
[0032]图4为本专利技术热管换热器的螺旋形换热板布置示意图；
[0033]其中，1、反应堆；2、热管；3、保温层；4、热管换热器；41、进口接口；42、出口接口；5、隔板；6、分配母管；7、布雷顿循环系统；8、隔离阀门；9、外层环腔；10、内部空间；11、环形通道；12、发电机；13、汽轮机；14、回热器；15、压缩机；16、冷却器；17、螺旋形换热板。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于，包括：反应堆(1)；换热装置，所述换热装置包括热管换热器(4)和流道结构，所述流道结构设置在所述热管换热器(4)内，所述流道结构内流通有工质，所述热管换热器(4)上设置有接口组件，所述接口组件与所述流道结构连通；热管(2)，所述热管(2)内流通有工质，所述热管(2)的一端插入所述反应堆(1)内，所述热管(2)的另一端插入所述热管换热器(4)内，所述热管(2)位于所述反应堆(1)与所述换热装置之间的部分包覆有保温层(3)；布雷顿循环系统(7)，所述布雷顿循环系统(7)设置有若干个，所述布雷顿循环系统(7)的出口与所述接口组件连通；分配组件，所述分配组件与所述接口组件连通，且若干所述布雷顿循环系统(7)的进口均与所述分配组件连通。2.根据权利要求1所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述流道结构包括隔板(5)和螺旋形换热板(17)，所述隔板(5)和所述螺旋形换热板(17)均固接在所述热管换热器(4)内，所述隔板(5)和所述螺旋形换热板(17)将所述热管换热器(4)内分隔为外层环腔(9)和内部空间(10)，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)均为螺旋形流道，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)通过环形通道(11)连通，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)内均设置有若干所述热管(2)，若干所述热管(2)均贯穿所述螺旋形换热板(17)，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)均与所述接口组件连通。3.根据权利要求2所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述分配组件包括分配母管(6)和若干隔离阀门(8)，所述分配母管(6)与所述接口组件连通，若干所述隔离阀门(8)均与所述分配母管(6)连通，且若干所述布雷顿循环系统(7)的进口分别与若干所述隔离阀门(8)连通。4.根据权利要求3所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述接口组件包括一出口接口(42)和若干进口接口(41)，所述出口接口(42)和所述进口接口(41)均固接在所述热管换热器(4)上，所述分配母管(6)通过所述出口接口(42)与所述内部空间(10)连通，若干所述布雷顿循环系统(7)的出口分别通过若干所述进口接口(41)与所述外层环腔(9)连通。5.根据权利要求4所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：若干...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦广慧，夏庚磊，周涛，张元东，王晨阳，张博文，孙觊琳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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