一体式反应堆装置和核反应堆的发电装置的制作方法

本发明涉及核能发电，具体涉及一种一体式反应堆装置和具有该反应堆装置的核反应堆的发电装置。

背景技术：

1、随着新技术的发展，在核电、能源、电力、化工、制药及石油等行业常采用液态金属反应堆，液态金属反应堆是指以液态金属为冷却剂的反应堆，主要包括钠冷快堆、铅铋快堆、铅冷堆及钠钾堆等。所述反应堆装置内设置有用于载热的一体式冷却剂系统介质，所述换热装置内热电转换系统介质能够与所述一体式冷却剂系统内介质换热，所述蒸汽电力转换装置用于将热电转换系统介质的潜热转化为电能。换热器作为金属堆内的冷却剂设置在堆芯容器的热电转换系统传递热量的枢纽，是反应堆中的关键设备。相关技术中，将热管的一端设置在堆芯容器内，另一端伸出堆芯容器与蒸汽发生器连通，但是热管存在将热管的单管贯穿容器，不仅安装操作复杂，还有可能造成泄漏，不仅如此热管与蒸汽发生器之间的换热还存在传质效果差的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种一体式反应堆装置。该一体式反应堆装置具有换热效率高、紧凑性好和密封性好、固有安全性高的优点。

2、本发明的实施例还提出一种核反应堆的发电装置。

3、本发明实施例的一体式反应堆装置包括堆芯容器、燃料元件、热管和热电转换系统。

4、所述堆芯容器内充有液体导热介质，所述燃料元件和热管设置在所述堆芯容器内并浸泡于所述液体导热介质内，所述热管具有热端和冷端，所述热管具有相变介质，所述相变介质的沸点小于所述液体导热介质的沸点，所述燃料元件靠近所述热管的所述热端设置；所述热电转换系统(二回路)包括换热器，所述换热器浸泡于所述堆芯容器内的所述液体导热介质内，且所述换热器靠近所述热管的冷端设置以便所述换热器与所述液体导热介质和所述热管进行多重换热。

5、本发明实施例的一体式反应堆装置，通过将热管浸泡于所述液体导热介质内，热管与液体导热介质之间形成固-液之间热传导，将燃料元件释放的热量传至液体导热介质，再通过液体导热介质传递至热管，形成高热均匀传导的一重换热。同时，将所述热电转换系统的换热器集成在堆芯容器内，使热电转换系统的换热器直接参与液体导热介质的二重换热；而且该换热器还可以与热管的冷端进行热量交换形成三重换热。使热电转换系统的换热器同时与热管和液体导热介质发生热传导提升热传导的效率。而且将热管与液体导热介质直接接触，使热管可以快速响应温度变化，进一步提升了热传导的效率。进而有助于提高体积功率比和传热发电效率。

6、另外，将热管的热端和冷端分别与燃料元件和换热器进行换热，液体导热介质会在重力以及温差导致的密度差形成一定的自然循环(可以理解的是此种液态金属是流动)，带动了液体导热介质在堆芯容器内的循环，增强了堆芯容器内一体式冷却剂系统和热电转换系统之间的换热效率。不仅进一步提升了热传导的效率。而且不需要在一体式冷却剂系统中额外设置电力泵，具有使用安全性高的优点。

7、此外，将热电转换系统的换热器集成在堆芯容器内，再保证了热传导的效率的同时，一定程度上还有助于降低了换热器的容积，有助于简化反应堆方案。

8、同时，燃料元件、热管及热电转换系统均设置在液体导热介质内，均是液固之间的热量传导，还避免了固态堆芯热管堆极易产生的气隙(固态燃料和热管如直接接触，属于固固接触，一定会存在气隙，气隙的空气必然导致整体传热性能下降)影响导热的难题，液固之间的传热系数大约十多w/mk，是空气(气隙)的十几甚至上百倍。该一体式反应堆装置的中均因均为液固热传导避免了气隙的产生。由此，进一步提升了一体式冷却剂系统和热电转换系统之间的换热效率。

9、不仅如此，设置在堆芯容器内的换热器与热管进行换热，从结构上来讲，还解决了直接将热管穿出换热需要将热管的整体穿过堆芯容器造成一体式冷却剂系统泄漏的风险，因为将换热器穿出堆芯容器可以仅仅将换热器延伸方向的进行穿出即可，穿出的面积小，因此相对密封起来也容易，有效防止了液体导热介质泄露。

10、因此，本发明实施例的一体式反应堆装置具有换热效率高、紧凑性好和密封性好的优点。

11、在一些实施例中，所述燃料元件具有多个，所述热管包括多个分开间隔设置的单管，所述单管沿堆芯容器的高度方向平行设置，每个所述燃料元件外均布有多个单管。

12、在一些实施例中，所述的一体式反应堆装置还包括隔档件，所述隔档件包括上挡板、筒体和下挡板，所述上挡板和所述下挡板分别封盖在所述筒体沿其轴向的两侧，所述上挡板和所述下挡板中的至少一者上设有限位槽，所述燃料元件的端部安装在所述限位槽内，所述热管的热端设置在所述筒体内，所述热管由所述筒体穿出于所述筒体外。

13、在一些实施例中，所述的一体式反应堆装置还包括反射层，所述反射层沿其周向设于所述筒体的外周壁，所述反射层内设有多个反应性控制装置，以便对反应堆的反应性进行控制，多个所述反应性控制装置沿所述筒体的周向间隔布置于所述筒体外。

14、在一些实施例中，所述热管内充有金属钠、金属钾、钠钾合金和金属铯中的一种。

15、在一些实施例中，所述液体导热介质为金属铅、铅铋合金和铅锂合金中的一种。

16、在一些实施例中，所述的一体式反应堆装置还包括扰流绝热件，所述热管包括依次设置的蒸发段、绝热段和冷凝段，所述蒸发段形成所述热管的热端，所述冷凝段形成所述热管的冷端，所述扰流绝热件设置在所述绝热段上或者周围。

17、在一些实施例中，所述热管采用圆柱形，所述燃料元件为燃料棒，所述堆芯容器为竖直设置，所述热管的长度方向与所述堆芯容器设置方向一致，所述燃料棒的直径为7cm-27cm；所述燃料棒的高度0.8m-2.4m；所述热管的直径10cm-40cm；所述蒸发段的高度0.8m-2.4m，所述热管的高度1m-4m，所述蒸发段与所述热管高度比值0.3-0.7，所述蒸发段、所述绝热段和所述冷凝段的高度占比分别为0.5：0.2：0.3。

18、在一些实施例中，所述扰流绝热件为多个呈叠设置的翅片，多个所述翅片沿所述热管的延伸方向间隔开地错位设置以形成迷宫式流道；或，所述翅片上设有多个流道孔，多个流道孔沿所述热管的延伸方向间隔开地错位设置以形成多孔式流道。

19、在一些实施例中，所述热管包括多个平行设置的单管，所述换热器包括多段螺旋管或印刷版路式换热器，每个所述单管外均围设有多段所述螺旋管。

20、本发明实施例的核反应堆的发电装置包括蒸汽电力转换装置和根据上述中任一项所述的一体式反应堆装置，所述换热器与所述蒸汽电力转换装置换热以用于将热电转换系统介质的潜热转化为电能。

21、在一些实施例中，所述蒸汽电力转换装置包括透平、主压缩机、再压缩机、低温回热器、高温回热器、冷却器和发电机，所述换热器的冷端连接所述高温回热器的冷流体出口，所述换热器的热端连接所述透平的进气端，所述透平与所述发电机相连，所述透平的出气端连接所述高温回热器的热流体入口；所述低温回热器的热流体出口与所述冷却器入口和再压缩机入口相连，所述冷却器出口与所述主压缩机入口相连，所述主压缩机出口和所述低温回热器冷流体入口相连，所述再压缩机的出口和所述低温回热器的冷流体出口与所述高温回热器的冷流体入口相连。