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一种无间隙固态 传热的一体化快谱 堆芯结构

阅读：518发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构。本发明包括堆芯基体结构、热管、燃料棒、填充金属，热管和燃料棒固定安装在堆芯基体结构内，填充金属填充在堆芯基体结构内部，热管和燃料棒之间，充当导热材料。本发明结构简单、高可靠、模块化、可应用于小型热管反应堆结构设计。，下面是一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：包括堆芯基体结构(1)、热管(2)、燃料棒(3)、填充金属(4)，热管(2)和燃料棒(3)固定安装在堆芯基体结构(1)内，填充金属(4)填充在堆芯基体结构(1)内部，热管(2)和燃料棒(3)之间，充当导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述热管(2)和燃料棒(3)的比例为3：1、2：1、1：1、1：2、1：3；在堆芯基体结构(1)内呈正三角形、正方形、正六边形排布。
3.根据权利要求2所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述堆芯基体结构(1)为内部空腔结构，包括下部堆芯基体结构(11)和上部堆芯基体结构(12)，通过安装销(13)组成一个整体结构。
4.根据权利要求3所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述下部堆芯基体结构(11)为上部带止口的结构，底部按照一定的排列关系设有燃料棒安装孔(111)和热管安装孔(112)，燃料棒安装孔(111)和热管安装孔(112)为盲孔，为热管(2)和燃料棒(3)提供定位，止口上设计有均匀布置的销孔(113)。
5.根据权利要求3所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述上部堆芯基体结构(12)顶部对应下部堆芯基体结构(11)的燃料棒安装孔(111)和热管安装孔(112)开设有燃料棒安装孔(121)和热管安装孔(122)，燃料棒安装孔(121)和热管安装孔(122)为通孔，供热管(2)和燃料棒(3)穿过并提供限位，下端设有止口与下部堆芯基体结构(11)配合，并开有销孔(123)对应，顶部还设计有填充金属注入孔(124)和排气孔(125)。
6.根据权利要求1所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述燃料棒(3)包括包壳、燃料芯块、压紧弹簧；燃料芯块采用UO2作为燃料。
7.根据权利要求1所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述热管(2)为高温高效碱金属热管，包括蒸发段(21)、绝热段(22)、冷凝段(23)；蒸发段(21)的端头设置定位轴，用于将热管安装固定在堆芯基体结构内。
8.根据权利要求1所述的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，其特征在于：所述燃料棒(3)包壳、热管(2)包壳、堆芯基体结构(1)所用材料为核级不锈钢、镍基合金、钼铼合金。

说明书全文

一种无间隙固态传热的一体化快谱 堆芯结构

技术领域

[0001] 本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构。

背景技术

[0002] 热管反应堆采用热管导热，无系统回路和大功率机械转动设备，具有长寿期甚至全寿期无换料、高固有安全性、低噪音、高功率体积重量比、系统设备简单可靠等技术特点，结合热电偶发电、热声电发电、热光伏发电等多种先进发电技术技术实现热电转换，可广泛应用于水下空间站、陆上应急救灾、岛礁供电及海水淡化、海上能源开采、小型城市供电供热、太空探测等领域作为能源供应选项。

[0003] 堆芯结构是热管反应堆的关键部件之一，起到包容、固定燃料芯块和热管的作用，将燃料芯块产生的热量传递给热管，同时承受外界传递到堆芯的载荷，保护燃料芯块和热管在结构和功能方面的完整性。对于热管反应堆的研究，国内外相关研究单位均进行了大量的研究，但是公开报道的都大多为宏观性的报道，对于本发明所提及的堆芯结构并未有详细描述，典型的结构形式见附图1-图3。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题：

[0005] 本发明针对未来小型功率需求、多种应用场合热管反应堆需求，提供一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，结构简单、高可靠、模块化、可应用于小型热管反应堆结构设计。

[0006] 本发明采用的技术方案：

[0007] 一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，包括堆芯基体结构、热管、燃料棒、填充金属，热管和燃料棒固定安装在堆芯基体结构内，填充金属填充在堆芯基体结构内部，热管和燃料棒之间，充当导热材料。

[0008] 所述热管和燃料棒的比例为3：1、2：1、1：1、1：2、1：3；在堆芯基体结构内呈正三角形、正方形、正六边形排布。

[0009] 所述堆芯基体结构为内部空腔结构，包括下部堆芯基体结构和上部堆芯基体结构，通过安装销组成一个整体结构。

[0010] 所述下部堆芯基体结构为上部带止口的结构，底部按照一定的排列关系设有燃料棒安装孔和热管安装孔，燃料棒安装孔和热管安装孔为盲孔，为热管和燃料棒提供定位，止口上设计有均匀布置的销孔。

[0011] 所述上部堆芯基体结构顶部对应下部堆芯基体结构的燃料棒安装孔和热管安装孔开设有燃料棒安装孔和热管安装孔，燃料棒安装孔和热管安装孔为通孔，供热管和燃料棒穿过并提供限位，下端设有止口与下部堆芯基体结构配合，并开有销孔对应，顶部还设计有填充金属注入孔和排气孔。

[0012] 所述燃料棒包括包壳、燃料芯块、压紧弹簧；燃料芯块采用UO2作为燃料。

[0013] 所述热管为高温高效碱金属热管，包括蒸发段、绝热段、冷凝段；蒸发段的端头设置定位轴，用于将热管安装固定在堆芯基体结构内。

[0014] 所述燃料棒包壳、热管包壳、堆芯基体结构所用材料为核级不锈钢、镍基合金、钼铼合金。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] (1)本发明提供的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，简单可靠，固有安全性高，导热传热能力强，具备模块化配置能力，可以和各种类型的热电转换装置匹配应用。

[0017] (2)本发明提供的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，与采用机械连接、有间隙的的热管堆固体堆芯相比，由于没有了气隙，燃料芯块热量传递到热管的途径更为简单直接，传热导热效率更高，更有利于整个反应堆装置效率和性能的提高。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

[0019] 图1为现有技术中热管反应堆结构示意图一；

[0020] 图2为现有技术中热管反应堆结构示意图二；

[0021] 图3为现有技术中热管反应堆结构示意图三；

[0022] 图4本发明提供的一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构示意图；

[0023] 图5堆芯基体结构示意图；

[0024] 图6下部堆芯基体结构示意图；

[0025] 图7上部堆芯基体结构示意图；

[0026] 图8燃料棒结构示意图；

[0027] 图9热管结构示意图；

[0028] 图中：1-堆芯基体结构，2-热管，3-燃料棒，4-填充金属，11-下部堆芯基体结构，12-上部堆芯基体结构，13-安装销，111-热管安装孔，112-燃料棒安装孔，113-销孔，121-热管安装孔，122-燃料棒安装孔，123-销孔，124-填充金属注入孔，125-排气孔，21-蒸发段，
22-绝热段，23-冷凝段。

具体实施方式

[0029] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

[0030] 如图4所示：一种无间隙固态传热的一体化快谱堆芯结构，包括堆芯基体结构1、热管2、燃料棒3、填充金属4，热管2和燃料棒3按照设计规定的排布方式(如热管和燃料棒比例为3：1；2：1；1：1；1：2；1：3，呈正三角形，正方形，正六边形排布)安装固定在堆芯基体结构1内，填充金属4填充在堆芯基体结构1内部，热管2和燃料棒3之间，充当导热材料。

[0031] 如图5所示：堆芯基体结构1是整个堆芯结构的核心，堆芯基体结构1为内部空腔结构，由下部堆芯基体结构11和上部堆芯基体结构12通过安装销13组成一个整体结构。

[0032] 如图6所示，下部堆芯基体结构11为上部带止口的结构，底部按照一定的排列关系(如热管和燃料棒比例为3：1；2：1；1：1；1：2；1：3，呈正三角形，正方形，正六边形排布)设计有燃料棒安装孔111和热管安装孔112，燃料棒安装孔111和热管安装孔112为盲孔，为热管2和燃料棒3提供定位，止口上设计有均匀布置的销孔113。

[0033] 如图7所示，上部堆芯基体结构12顶部对应下部堆芯基体结构11的燃料棒安装孔111和热管安装孔112开设有燃料棒安装孔121和热管安装孔122，燃料棒安装孔121和热管安装孔122为通孔，供热管2和燃料棒3穿过并提供限位，下端设有止口与下部堆芯基体结构
11配合，并开有销孔123对应，顶部还设计有填充金属注入孔124和排气孔125。

[0034] 如图8所示：燃料棒3由包壳、燃料芯块、压紧弹簧等构成。燃料芯块一般采用UO2作为燃料。

[0035] 如图9所示：热管2为高温高效碱金属热管，由蒸发段21、绝热段22、冷凝段23组成。蒸发段的端头设置定位轴，用于将热管安装固定在堆芯基体结构内。

[0036] 热管2在堆芯基体结构1内的布置可以在堆芯轴向上一侧引出，也可根据需要设计为两侧对称引出。

[0037] 填充金属4选用原则是它的熔点比反应堆工作温度高50K～300K，比反应堆其他所有材料熔点低200K以上，导热系数好。例如，本反应堆堆芯使用快中子，可以选择的填充金属可以是纯金、纯银、纯铜等。

[0038] 燃料棒3包壳、热管2包壳、堆芯基体结构1所用材料可选用核级不锈钢、镍基合金、钼铼合金。

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