一种多用途热管堆原型样机的制作方法

1.本发明属于反应堆实验装置技术领域，具体涉及一种新型多用途热管堆原型样机。


背景技术：

2.目前，多用途小型热管反应堆电源技术具有能量密度高、使用时间长、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等巨大优势，已经成为未来核动力水下无人航行器、核动力鱼雷、核动力飞机、核动力火箭、核动力续航导弹、空间核电源、陆基可移动式核动力电源等多种新型战略武器的最佳能源动力解决方案之一。上述新型战略武器对于维护国家海、陆、空、天的主权，及安全和发展利益具有重要意义，是国家国防发展的必然选择，可颠覆性改变未来战争模式。
3.然而热管反应堆属于新技术，其技术可行性有待进一步验证。同时绝大部分的研究仍停留在单个部件的测试之上，对与热管反应堆整体性的耦合特性仍缺少相关研究，其一体化集成特性有待进一步研究。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
5.一种多用途热管堆原型样机，包括：
6.六边形基体，用于模拟热管堆固态堆芯；
7.多根加热棒，插置在所述六边形基体内，用于模拟反应堆燃料棒束，并通过调节所述加热棒的功率模拟堆芯的功率分布和功率变化；
8.热电转换器，用于模拟动态和静态热电转换过程；
9.多根高温碱金属热管，用于模拟实现堆芯冷却及能量传输过程；所述高温碱金属热管的第一端为蒸发端，插置于所述六边形基体内，所述高温碱金属热管的中间段为绝热段，所述高温碱金属热管的第二端为冷凝端；多根高温碱金属热管的冷凝端与所述热电转换器连接；
10.承压保护壳，包覆在所述六边形基体、多根所述加热棒、多根所述高温碱金属热管和所述热电转换器的外侧，以保护测试人员的安全，且能够用于真空环境下的测试。
11.进一步地，所述加热棒的峰值功率为1.2kw；所述加热棒为90根，用于提供百千瓦内的热功率。
12.进一步地，所述六边形基体采用铌锆合金制成。
13.进一步地，所述六边形基体上开设有127个按照六边形排布的圆孔，其中，37个所述圆孔用于与所述高温碱金属热管配合；90个所述圆孔用于与所述加热棒配合。
14.进一步地，所述高温碱金属热管以高纯钾为工质；所述高温碱金属热管的管材为海恩斯230，所述高温碱金属热管内烧结有海恩斯230吸液芯。
15.进一步地，所述热电转换器包括斯特林热电转换器和静默式热电转换器，所述斯
特林热电转换器用于模拟动态热电转换过程，所述静默式热电转换器用于模拟静态热电转换过程；多根高温碱金属热管分为2组，其中，第一组的多根高温碱金属热管的冷凝端通过第一换热装置与所述斯特林热电转换器连接，第二组的多根高温碱金属热管的冷凝端通过第二换热装置与所述静默式热电转换器连接。
16.进一步地，所述高温碱金属热管的数量为37根。
17.进一步地，所述斯特林热电转换器通过第一换热装置与其中的18根所述高温碱金属热管相连，余热通过冷却水导出；所述静默式热电转换器通过第二换热装置与其余19根所述高温碱金属热管相连；所述静默式热电转换器由多组方钴矿热电片组成，多组所述方钴矿热电片布置在所述第二换热装置的表面并通过冷板与所述第二换热装置固定；所述方钴矿热电片用于静态热电转换，余热通过所述冷板导出。
18.进一步地，所述第二换热装置为品字形换热装置。
19.进一步地，还包括测量控制系统，所述测量控制系统与所述加热棒、所述斯特林热电转换器、所述静默式热电转换器电连接。
20.有益效果：
21.本发明提供的一种多用途热管堆原型样机，利用高温钾热管实现堆芯冷却及能量传输过程，并利用斯特林发电机及方钴矿热电片实现动态及静态热电转换过程，能够验证多用途热管堆核动力技术可行性，可用于研究堆芯功率变化时，热管运行特性及能量转换装置运行特性的响应，研究堆芯—热管—能量转换装置的耦合特性。
22.同时，利用高温碱金属热管代替传统回路结构极大地简化了堆芯结构，使其更加紧凑，同时避免了由冷却剂丧失带来的一系列安全事故。
23.此外，本发明提供的多用途热管堆原型样机用于验证多用途热管堆核动力技术可行性，完成多模块多系统集成过程，积累工程化集成及运行经验，为热管堆设计落成提供技术支持。
附图说明
24.图1为本发明的整体结构的正视图；
25.图2为本发明的整体结构的侧视图；
26.图3为本发明的整体结构的俯视图；
27.图4为本发明的承压壳体内部结构的立体图；
28.图5为本发明的承压壳体内部结构的俯视图；
29.其中，1、加热棒；2、六边形基体；3、高温碱金属热管；4、斯特林热电转换器；5、静默式热电转换器；6、承压保护壳；7、测量控制系统。
具体实施方式
30.实施例1
31.一种多用途热管堆原型样机，包括六边形基体2、多根加热棒1、斯特林热电转换器4、静默式热电转换器5、多根高温碱金属热管3和承压保护壳6。
32.六边形基体2，用于模拟热管堆固态堆芯。
33.多根加热棒1，插置在六边形基体2内，用于模拟反应堆燃料棒束，并通过调节加热
棒1的功率模拟堆芯的功率分布和功率变化。
34.斯特林热电转换器4，用于模拟动态热电转换过程。
35.静默式热电转换器5，用于模拟静态热电转换过程。
36.多根高温碱金属热管3，用于模拟实现堆芯冷却及能量传输过程；其中，高温碱金属热管3包括依次设置的蒸发端、绝热段和冷凝端。
37.在本实施例中，高温碱金属热管3的第一端为蒸发端，插置于六边形基体2内，高温碱金属热管3的中间段为绝热段，高温碱金属热管3的第二端为冷凝端；多根高温碱金属热管3分为2组，其中，第一组的多根高温碱金属热管3的冷凝端通过第一换热装置与斯特林热电转换器4连接，第二组的多根高温碱金属热管3的冷凝端通过第二换热装置与静默式热电转换器5连接。
38.在本实施例中，利用高温碱金属热管3代替传统回路结构极大地简化了堆芯结构，使其更加紧凑，同时能够避免了由冷却剂丧失带来的一系列安全事故。
39.承压保护壳6，包覆在六边形基体2、多根加热棒1、多根高温碱金属热管3、斯特林热电转换器4和静默式热电转换器5的外侧，以保护测试人员的安全，且能够用于真空环境下的测试。
40.在本实施例中，加热棒1的峰值功率为1.2kw；加热棒1为90根，用于模拟反应堆棒状燃料，提供百千瓦内的热功率。
41.在本实施例中，六边形基体2采用具有良好的导热性及较小的热膨胀系数的铌锆合金制成。
42.其中，六边形基体2上开设有127个按照六边形排布的圆孔，其中，37个圆孔用于与高温碱金属热管3配合；90个圆孔用于与加热棒1配合。
43.在本实施例中，高温碱金属热管3以高纯钾为工质；高温碱金属热管3的管材为海恩斯230，高温碱金属热管3内烧结有海恩斯230吸液芯。
44.其中，高温碱金属热管3的数量优选为37根。
45.在本实施例中，斯特林热电转换器4通过第一换热装置与其中的18根高温碱金属热管3相连，余热通过冷却水导出。
46.其中，单组斯特林发出大约1kw电能。
47.在本实施例中，静默式热电转换器5通过第二换热装置与其余19根高温碱金属热管3相连；静默式热电转换器5由多组方钴矿热电片组成，多组方钴矿热电片布置在第二换热装置的表面并通过冷板与第二换热装置固定；方钴矿热电片用于静态热电转换，余热通过冷板导出。
48.其中，第二换热装置为品字形换热装置。
49.本实施例提供的多用途热管堆原型样机还包括测量控制系统7，测量控制系统7与加热棒1、斯特林热电转换器4、静默式热电转换器5电连接，用于加热棒1、斯特林热电转换器4、静默式热电转换器5等部件进行测量，以及对90根加热棒1的功率调节控制。
50.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。