[發明專利]一種空間堆熱管理系統及工作方法

有效

• 申請號: 202110554977.8
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113314240B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王成龍;田智星;張嘉睿;郭凱倫;蘇光輝;張大林;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C15/257
• 分類號: G21C15/257;G21C15/243
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種空間堆熱管理系統及工作方法，該系統包括反應堆系統和折疊式熱管散熱器系統，反應堆系統包括空間堆堆芯、堆芯熱量導出系統、能量轉換系統、余熱導出系統、余熱熱交換器、堆芯屏蔽體等，實現空間堆能量的產生、傳輸、轉換和輻射屏蔽等功能；折疊式熱管散熱器系統包括角度調節器、熱管、散熱翅片等，實現空間堆余熱的耗散。反應堆系統中的余熱熱交換系統與折疊式熱管散熱器系統中的定位架相接；本發明利用熱管非能動特點省略循環泵等管路設備，同時折疊設計大幅節省了占地空間。

技術領域

本發明涉及核反應堆設計技術領域，具體涉及一種空間堆熱管理系統及工作方法。

背景技術

空間堆為我們探索深空奧秘、發掘深海資源、維護國土安全提供一種全新的手段，如何進行高效可靠度的熱管理是發展空間堆技術的關鍵問題。熱管是一種非能動傳熱設備，其利用工質的相變（蒸發和冷凝）來傳遞熱量，并通過吸液芯毛細力等作用維持工質循環。相比于傳統的傳熱設備，熱管具有結構簡單、傳熱效率高、等溫性好、非能動等特性。特別是熱管不需要循環泵的參與并利用汽化潛熱進行傳熱，熱管的傳熱效率相比于傳統設備，結構簡化，傳熱效率提高，避免單點失效。同時熱管可選用不同工質以適用于不同的溫度范圍，因而，采用熱管進行傳熱的散熱設備，結構簡化，安全性提高。然而，傳統的熱管散熱器一般是固定的，結構仍有優化的空間。本設計針對空間堆系統，提出一種空間堆熱管理系統，分別針對反應堆系統和散熱系統做出設計，為空間堆的熱管理提供參考。

發明內容

為實現在有限空間下的散熱需求，本發明設計了一種空間堆熱管理系統及工作方法，該空間堆熱管理系統結構簡化，利用熱管非能動特點省略循環泵等管路設備，同時折疊設計大幅節省了占地空間，本發明可應用于汽車、航天器等裝備的散熱。

本發明采取以下設計方案：

一種空間堆熱管理系統，其特征在于：包括空間堆堆芯11、堆芯熱量導出系統12、能量轉換系統13依次連接組成的能量產生轉換系統，能量轉換系統13、余熱導出系統14、余熱熱交換器15依次連接組成的反應堆余熱排出系統，余熱導出系統14由冷卻水管、循環水泵、冷卻水箱組成，熱量通過余熱導出系統14由能量轉換系統13傳導至余熱熱交換器15中，分布于空間堆堆芯11的軸向和徑向位置的堆芯屏蔽體16，能量產生轉換系統、反應堆余熱排出系統、堆芯屏蔽體16組成的反應堆系統1，熱管23、散熱翅片24嵌套組成的散熱單元，熱管夾套223固定于角度盤221，兩個角度盤221通過傳動軸222和連桿連接實現嚙合，兩個熱管夾套端通過傳熱軟管224連接，另一端安裝熱管，角度盤221、傳動軸222、連桿、熱管夾套223、傳熱軟管224組成的角度調節器22，若干散熱單元兩端通過定位架21固定組成的散熱器扇片；若干散熱扇片之間通過角度調節器22依次連接組成的折疊式熱管散熱器系統2設置在反應堆系統1兩側，所述余熱熱交換器15與定位架21連接，實現反應堆系統1和折疊式熱管散熱器系統2的連接；所述能量產生轉換系統、反應堆余熱排出系統通過能量轉換系統13連接，實現反應堆熱量產生、轉換、余熱導出的功能；所述堆芯熱量導出系統12穿過堆芯屏蔽體16，實現空間堆堆芯11產生能量的導出和輻射屏蔽。

所述空間堆堆芯11采用快中子反應堆、超熱中子反應堆或熱中子反應堆，堆芯采用慢化棒或控制棒、可燃毒物和控制轉鼓進行空間堆堆芯功率控制，慢化棒或控制棒材料選用銀-銦-鉻、不銹鋼、氧化破或碳化硼，可燃毒物材料選擇氧化釓或碳化硼，控制轉鼓材料選擇碳化硼和鈹的組合。

所述堆芯熱量導出系統12采用回路式冷卻方案，采用水、鈉、鉛鉍、氦或氙作為冷卻劑；采用回路式冷卻方案時，堆芯熱量導出系統12由熱端、冷端、驅動泵、冷卻水箱及之間的連接管路組成，熱腿段插入堆芯，由管內工質吸收堆芯熱量，經管路流至與能量轉換系統13相連的冷腿段，熱量通過導熱與輻射傳遞至能量轉換系統13，再由驅動泵作用下返回冷卻水箱中。