[发明专利]一种核动力无人潜航器的非能动余热排出系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种核动力无人潜航器的非能动余热排出系统及工作方法，该系统包括反应堆堆芯、高温热管、绝热材料保温层、海水进出口阀门、热管绝热段封闭腔室和超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环系统；正常运行时，利用超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环系统对反应堆堆芯进行冷却，当发生事故时，超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环系统换热能力丧失时，采用海水对反应堆堆芯进行冷却，从而达到保护反应堆安全的目的；本发明能够在无外部能源驱动的情况下利用海水热阱对反应堆堆芯进行冷却，系统结构简单、紧凑，并且能够在空间较小的情况下实现自然循环，极大提高了无人潜航器的安全与可靠性。

技术领域

本发明属于反应堆余热排出技术领域，具体涉及一种核动力无人潜航器的非能动余热排出系统及工作方法。

背景技术

无人潜航器是没有人驾驶、靠遥控或自动控制在水下航行的设备，主要指那些代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、反潜、监视、侦查、反水雷等高危险性水下作业的智能化系统。无人潜航器按应用领域，可分为军用与民用。

随着相关技术不断发展，搭载新型核动力装置的无人潜航器能够达到动力系统所占体积小，续航能力更强等诸多要求。在新型反应堆中采用热管冷却技术用非能动的钠热管冷却反应堆，具有无运动部件，可靠性高的优点，且热管传热系数高，结构紧凑，是具有很大应用前景的反应堆冷却装置。热管冷凝段由以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环系统提供冷却，提高了系统的热效率。

为了应对核动力无人潜航器的热阱丧失等事故，及时排出堆芯余热，有必要为其配置一套合适的非能动余热排出系统。非能动余热排出系统在核反应堆紧急停堆后，依靠自然循环等方式排出堆芯余热，提高核动力装置的可靠性和固有安全性，从而达到保护反应堆安全的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核动力无人潜航器的非能动余热排出系统及工作方法，正常运行时，利用超临界CO₂布雷顿循环系统对反应堆堆芯进行冷却，当发生事故时，超临界CO₂布雷顿循环系统换热能力丧失时，采用海水对反应堆堆芯进行冷却，从而达到保护反应堆安全的目的；本发明能够在无外部能源驱动的情况下利用海水热阱对反应堆堆芯进行冷却，系统结构简单、紧凑，并且能够在空间较小的情况下实现自然循环，极大提高了无人潜航器的安全与可靠性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核动力无人潜航器的非能动余热排出系统，包括高温热管2，高温热管2沿长度方向依次分为蒸发段、绝热段与冷凝段，高温热管2的蒸发段插入为无人潜航器提供动力的反应堆堆芯1中，高温热管2的冷凝段采用绝热材料保温层5包裹，并采用热管绝热段封闭腔室6将冷凝段封闭以与蒸发段和冷凝段分隔开，热管绝热段封闭腔室6通过管道与海水连通，管道上设置有海水进口阀门3和海水出口阀门4；高温热管2的冷凝段插入换热器7中，换热器7的超临界二氧化碳出口与透平9的入口相连通，透平9的乏汽出口与回热器11的管侧入口相连通，回热器11的管侧出口与冷却器12的管侧入口相连通，冷却器12的管侧出口与压缩机8的入口相连通，压缩机8的出口与回热器11的壳侧入口相连通，回热器11壳侧的出口与换热器7的入口相连通；所述换热器7、透平9、压缩机8、回热器11、冷却器12和发电机10构成超临界CO₂布雷顿循环系统用于对高温热管2进行冷却进而对核动力无人潜航器进行余热排出。

所述高温热管2为多根。

所述高温热管2内的工质为金属蒸汽。

所述透平9与压缩机8和发电机10通过同轴转子相连接。

所述超临界CO₂布雷顿循环系统正常运行时，所述热管绝热段封闭腔室6内充满不可凝气体。所述不可凝气体为空气或氮气。