[发明专利]用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统及运行方法

权利要求书

1.用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于，包括：

反应堆(1)；

换热装置，所述换热装置包括热管换热器(4)和流道结构，所述流道结构设置在所述热管换热器(4)内，所述流道结构内流通有工质，所述热管换热器(4)上设置有接口组件，所述接口组件与所述流道结构连通；

热管(2)，所述热管(2)内流通有工质，所述热管(2)的一端插入所述反应堆(1)内，所述热管(2)的另一端插入所述热管换热器(4)内，所述热管(2)位于所述反应堆(1)与所述换热装置之间的部分包覆有保温层(3)；

布雷顿循环系统(7)，所述布雷顿循环系统(7)设置有若干个，所述布雷顿循环系统(7)的出口与所述接口组件连通；

分配组件，所述分配组件与所述接口组件连通，且若干所述布雷顿循环系统(7)的进口均与所述分配组件连通。

2.根据权利要求1所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述流道结构包括隔板(5)和螺旋形换热板(17)，所述隔板(5)和所述螺旋形换热板(17)均固接在所述热管换热器(4)内，所述隔板(5)和所述螺旋形换热板(17)将所述热管换热器(4)内分隔为外层环腔(9)和内部空间(10)，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)均为螺旋形流道，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)通过环形通道(11)连通，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)内均设置有若干所述热管(2)，若干所述热管(2)均贯穿所述螺旋形换热板(17)，所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)均与所述接口组件连通。

3.根据权利要求2所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述分配组件包括分配母管(6)和若干隔离阀门(8)，所述分配母管(6)与所述接口组件连通，若干所述隔离阀门(8)均与所述分配母管(6)连通，且若干所述布雷顿循环系统(7)的进口分别与若干所述隔离阀门(8)连通。

4.根据权利要求3所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述接口组件包括一出口接口(42)和若干进口接口(41)，所述出口接口(42)和所述进口接口(41)均固接在所述热管换热器(4)上，所述分配母管(6)通过所述出口接口(42)与所述内部空间(10)连通，若干所述布雷顿循环系统(7)的出口分别通过若干所述进口接口(41)与所述外层环腔(9)连通。

5.根据权利要求4所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：若干所述进口接口(41)均朝同一旋向倾斜设置。

6.根据权利要求4所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述布雷顿循环系统(7)包括发电机(12)、汽轮机(13)、回热器(14)、压缩机(15)和冷却器(16)，所述汽轮机(13)的蒸汽进口与所述隔离阀门(8)连通，所述汽轮机(13)的蒸汽出口与所述回热器(14)的一进口连通，所述回热器(14)的一出口与所述冷却器(16)的进口连通，所述冷却器(16)的出口与所述压缩机(15)的进口连通，所述压缩机(15)的出口与所述回热器(14)的另一进口连通，所述回热器(14)的另一出口与所述进口接口(41)连通，所述发电机(12)和所述压缩机(15)均与所述汽轮机(13)传动连接。

7.根据权利要求1所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述工质为超临界二氧化碳。

8.根据权利要求1所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：所述热管(2)包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述绝热段外包覆有所述保温层(3)，所述蒸发段插入所述反应堆(1)中，所述冷凝段插入所述热管换热器(4)中。

9.用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统的运行方法，使用权利要求1-8中任意一项所述的用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述反应堆(1)堆芯核燃料裂变产生热量，通过热管(2)内部工质的两相自然循环传递至所述热管换热器(4)，对热管换热器(4)内的工质进行加热；

S2、所述热管换热器(4)内吸热的工质经所述分配母管(6)进入所述汽轮机(13)内做功，带动所述发电机(12)发电，工质通过所述回热器(14)进一步放热，再经过所述冷却器(16)进一步冷却后进入所述压缩机(15)加压，完成整个能量转换过程；

S3、低温气体工质从所述热管换热器(4)的所述进口接口(41)进入，分别沿所述外层环腔(9)和所述内部空间(10)进行换热，然后经所述出口接口(42)进入所述分配母管(6)；

S4、需要降低发电负荷时，任意关闭一个或多个所述隔离阀门(8)，可隔离一组或多组所述布雷顿循环系统(7)；

S5、进入所述热管换热器(4)的低温气体工质的流量减小，导致所述热管(2)导出的热量减少，堆芯温度升高，在反应堆(1)温度负反馈的作用下反应堆(1)功率自动减小，自动调节达到新的平衡状态。