【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及核能發電，具體涉及一種一體式反應堆裝置和具有該反應堆裝置的核反應堆的發電裝置。
技術介紹
1、隨著新技術的發展，在核電、能源、電力、化工、制藥及石油等行業常采用液態金屬反應堆，液態金屬反應堆是指以液態金屬為冷卻劑的反應堆，主要包括鈉冷快堆、鉛鉍快堆、鉛冷堆及鈉鉀堆等。所述反應堆裝置內設置有用于載熱的一體式冷卻劑系統介質，所述換熱裝置內熱電轉換系統介質能夠與所述一體式冷卻劑系統內介質換熱，所述蒸汽電力轉換裝置用于將熱電轉換系統介質的潛熱轉化為電能。換熱器作為金屬堆內的冷卻劑設置在堆芯容器的熱電轉換系統傳遞熱量的樞紐，是反應堆中的關鍵設備。相關技術中，將熱管的一端設置在堆芯容器內，另一端伸出堆芯容器與蒸汽發生器連通，但是熱管存在將熱管的單管貫穿容器，不僅安裝操作復雜，還有可能造成泄漏，不僅如此熱管與蒸汽發生器之間的換熱還存在傳質效果差的問題。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本專利技術的實施例提出一種一體式反應堆裝置。該一體式反應堆裝置具有換熱效率高、緊湊性好和密封性好、固有安全性高的優點。
2、本專利技術的實施例還提出一種核反應堆的發電裝置。
3、本專利技術實施例的一體式反應堆裝置包括堆芯容器、燃料元件、熱管和熱電轉換系統。
4、所述堆芯容器內充有液體導熱介質，所述燃料元件和熱管設置在所述堆芯容器內并浸泡于所述液體導熱介質內，所述熱管具有熱端和冷端，所述熱管具有相變介質，所述相變介質
5、本專利技術實施例的一體式反應堆裝置，通過將熱管浸泡于所述液體導熱介質內，熱管與液體導熱介質之間形成固-液之間熱傳導，將燃料元件釋放的熱量傳至液體導熱介質，再通過液體導熱介質傳遞至熱管，形成高熱均勻傳導的一重換熱。同時，將所述熱電轉換系統的換熱器集成在堆芯容器內，使熱電轉換系統的換熱器直接參與液體導熱介質的二重換熱；而且該換熱器還可以與熱管的冷端進行熱量交換形成三重換熱。使熱電轉換系統的換熱器同時與熱管和液體導熱介質發生熱傳導提升熱傳導的效率。而且將熱管與液體導熱介質直接接觸，使熱管可以快速響應溫度變化，進一步提升了熱傳導的效率。進而有助于提高體積功率比和傳熱發電效率。
6、另外，將熱管的熱端和冷端分別與燃料元件和換熱器進行換熱，液體導熱介質會在重力以及溫差導致的密度差形成一定的自然循環(可以理解的是此種液態金屬是流動)，帶動了液體導熱介質在堆芯容器內的循環，增強了堆芯容器內一體式冷卻劑系統和熱電轉換系統之間的換熱效率。不僅進一步提升了熱傳導的效率。而且不需要在一體式冷卻劑系統中額外設置電力泵，具有使用安全性高的優點。
7、此外，將熱電轉換系統的換熱器集成在堆芯容器內，再保證了熱傳導的效率的同時，一定程度上還有助于降低了換熱器的容積，有助于簡化反應堆方案。
8、同時，燃料元件、熱管及熱電轉換系統均設置在液體導熱介質內，均是液固之間的熱量傳導，還避免了固態堆芯熱管堆極易產生的氣隙(固態燃料和熱管如直接接觸，屬于固固接觸，一定會存在氣隙，氣隙的空氣必然導致整體傳熱性能下降)影響導熱的難題，液固之間的傳熱系數大約十多w/mk，是空氣(氣隙)的十幾甚至上百倍。該一體式反應堆裝置的中均因均為液固熱傳導避免了氣隙的產生。由此，進一步提升了一體式冷卻劑系統和熱電轉換系統之間的換熱效率。
9、不僅如此，設置在堆芯容器內的換熱器與熱管進行換熱，從結構上來講，還解決了直接將熱管穿出換熱需要將熱管的整體穿過堆芯容器造成一體式冷卻劑系統泄漏的風險，因為將換熱器穿出堆芯容器可以僅僅將換熱器延伸方向的進行穿出即可，穿出的面積小，因此相對密封起來也容易，有效防止了液體導熱介質泄露。
10、因此，本專利技術實施例的一體式反應堆裝置具有換熱效率高、緊湊性好和密封性好的優點。
11、在一些實施例中，所述燃料元件具有多個，所述熱管包括多個分開間隔設置的單管，所述單管沿堆芯容器的高度方向平行設置，每個所述燃料元件外均布有多個單管。
12、在一些實施例中，所述的一體式反應堆裝置還包括隔檔件，所述隔檔件包括上擋板、筒體和下擋板，所述上擋板和所述下擋板分別封蓋在所述筒體沿其軸向的兩側，所述上擋板和所述下擋板中的至少一者上設有限位槽，所述燃料元件的端部安裝在所述限位槽內，所述熱管的熱端設置在所述筒體內，所述熱管由所述筒體穿出于所述筒體外。
13、在一些實施例中，所述的一體式反應堆裝置還包括反射層，所述反射層沿其周向設于所述筒體的外周壁，所述反射層內設有多個反應性控制裝置，以便對反應堆的反應性進行控制，多個所述反應性控制裝置沿所述筒體的周向間隔布置于所述筒體外。
14、在一些實施例中，所述熱管內充有金屬鈉、金屬鉀、鈉鉀合金和金屬銫中的一種。
15、在一些實施例中，所述液體導熱介質為金屬鉛、鉛鉍合金和鉛鋰合金中的一種。
16、在一些實施例中，所述的一體式反應堆裝置還包括擾流絕熱件，所述熱管包括依次設置的蒸發段、絕熱段和冷凝段，所述蒸發段形成所述熱管的熱端，所述冷凝段形成所述熱管的冷端，所述擾流絕熱件設置在所述絕熱段上或者周圍。
17、在一些實施例中，所述熱管采用圓柱形，所述燃料元件為燃料棒，所述堆芯容器為豎直設置，所述熱管的長度方向與所述堆芯容器設置方向一致，所述燃料棒的直徑為7cm-27cm；所述燃料棒的高度0.8m-2.4m；所述熱管的直徑10cm-40cm；所述蒸發段的高度0.8m-2.4m，所述熱管的高度1m-4m，所述蒸發段與所述熱管高度比值0.3-0.7，所述蒸發段、所述絕熱段和所述冷凝段的高度占比分別為0.5：0.2：0.3。
18、在一些實施例中，所述擾流絕熱件為多個呈疊設置的翅片，多個所述翅片沿所述熱管的延伸方向間隔開地錯位設置以形成迷宮式流道；或，所述翅片上設有多個流道孔，多個流道孔沿所述熱管的延伸方向間隔開地錯位設置以形成多孔式流道。
19、在一些實施例中，所述熱管包括多個平行設置的單管，所述換熱器包括多段螺旋管或印刷版路式換熱器，每個所述單管外均圍設有多段所述螺旋管。
20、本專利技術實施例的核反應堆的發電裝置包括蒸汽電力轉換裝置和根據上述中任一項所述的一體式反應堆裝置，所述換熱器與所述蒸汽電力轉換裝置換熱以用于將熱電轉換系統介質的潛熱轉化為電能。
21、在一些實施例中，所述蒸汽電力轉換裝置包括透平、主壓縮機、再壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器、冷卻器和發電機，所述換熱器的冷端連接所述高溫回熱器的冷流體出口，所述換熱器的熱端連接所述透平的進氣端，所述透平與所述發電機相連，所述透平的出氣端連接所述高溫回熱器的熱流體入口；所述低溫回熱器的熱流體本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種一體式反應堆裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，所述燃料元件具有多個，所述熱管包括多個分開間隔設置的單管，所述單管沿堆芯容器的高度方向平行設置，每個所述燃料元件外均布有多個單管。
3.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括隔檔件，所述隔檔件包括上擋板、筒體和下擋板，所述上擋板和所述下擋板分別封蓋在所述筒體沿其軸向的兩側，所述上擋板和所述下擋板中的至少一者上設有限位槽，所述燃料元件的端部安裝在所述限位槽內，所述熱管的熱端設置在所述筒體內，所述熱管由所述筒體穿出于所述筒體外。
4.根據權利要求3所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括反射層，所述反射層沿其周向設于所述筒體的外周壁，所述反射層內設有多個反應性控制裝置，以便對反應堆的反應性進行控制，多個所述反應性控制裝置沿所述筒體的周向間隔布置于所述筒體外。
5.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，所述熱管內充有金屬鈉、金屬鉀、鈉鉀合金和金屬銫中的一種；和/或，所述液體導熱介質為金屬鉛、鉛鉍合金和鉛鋰合金
6.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括擾流絕熱件，所述熱管包括依次設置的蒸發段、絕熱段和冷凝段，所述蒸發段形成所述熱管的熱端，所述冷凝段形成所述熱管的冷端，所述擾流絕熱件設置在所述絕熱段上或者周圍。
7.根據權利要求6所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，
8.根據權利要求6所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，所述擾流絕熱件為多個呈疊設置的翅片，多個所述翅片沿所述熱管的延伸方向間隔開地錯位設置以形成迷宮式流道；或，所述翅片上設有多個流道孔，多個流道孔沿所述熱管的延伸方向間隔開地錯位設置以形成多孔式流道；
9.一種核反應堆的發電裝置，其特征在于，包括蒸汽電力轉換裝置和根據權利要求1-8中任一項所述的一體式反應堆裝置，所述換熱器與所述蒸汽電力轉換裝置換熱以用于將熱電轉換系統介質的潛熱轉化為電能。
10.根據權利要求9所述的核反應堆的發電裝置，其特征在于，所述蒸汽電力轉換裝置包括透平、主壓縮機、再壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器、冷卻器和發電機，所述換熱器的冷端連接所述高溫回熱器的冷流體出口，所述換熱器的熱端連接所述透平的進氣端，所述透平與所述發電機相連，所述透平的出氣端連接所述高溫回熱器的熱流體入口；所述低溫回熱器的熱流體出口與所述冷卻器入口和再壓縮機入口相連，所述冷卻器出口與所述主壓縮機入口相連，所述主壓縮機出口和所述低溫回熱器冷流體入口相連，所述再壓縮機的出口和所述低溫回熱器的冷流體出口與所述高溫回熱器的冷流體入口相連。
...【技術特征摘要】
1.一種一體式反應堆裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，所述燃料元件具有多個，所述熱管包括多個分開間隔設置的單管，所述單管沿堆芯容器的高度方向平行設置，每個所述燃料元件外均布有多個單管。
3.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括隔檔件，所述隔檔件包括上擋板、筒體和下擋板，所述上擋板和所述下擋板分別封蓋在所述筒體沿其軸向的兩側，所述上擋板和所述下擋板中的至少一者上設有限位槽，所述燃料元件的端部安裝在所述限位槽內，所述熱管的熱端設置在所述筒體內，所述熱管由所述筒體穿出于所述筒體外。
4.根據權利要求3所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括反射層，所述反射層沿其周向設于所述筒體的外周壁，所述反射層內設有多個反應性控制裝置，以便對反應堆的反應性進行控制，多個所述反應性控制裝置沿所述筒體的周向間隔布置于所述筒體外。
5.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，所述熱管內充有金屬鈉、金屬鉀、鈉鉀合金和金屬銫中的一種；和/或，所述液體導熱介質為金屬鉛、鉛鉍合金和鉛鋰合金中的一種。
6.根據權利要求1所述的一體式反應堆裝置，其特征在于，還包括擾流絕熱件，所述熱管包括依次設置的蒸發段、絕熱段和冷凝段，所述蒸發段形成所述熱管的熱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：邢勉，沈峰，李林森，余慧，柳春源，孫培棟，羅震，王立廣，陳笑松，吳曼霞，樊錦，郭家豐，鄭罡，
申請(專利權)人：國家電投集團科學技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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