CN106677849A - 采用超临界co2工质液态重金属冷却反应堆发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，包括用于提供热源的液态重金属冷却反应堆系统、用于将液态重金属冷却反应堆系统产生的热量传递给超临界CO2发电系统的能量输运器，以及用于采用热量进行发电的超临界CO2发电系统；所述超临界CO2发电系统包括膨胀透平机、发电机、冷却器、液压循环泵以及CO2工质。本发明一方面提高热力循环效率、简化系统、降低投资，减小占地面积，增加经济性；另一方面避免了水发电系统中液态重金属与水发生蒸汽爆炸和反应堆超瞬发临界危险事故，解决了液态重金属冷却反应堆安全问题。

Description

采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置
技术领域
本发明涉及发电领域，具体地说涉及一种采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置。
背景技术
如何安全高效的利用核能是发展先进核能技术的重要目标。液态重金属冷却反应堆具有功率密度大、温度高，体积小等特点，现在世界正在开展液态重金属冷却反应堆小型化发展，并提出集装箱大小的反应堆系统。
传统的水郎肯循环发电系统体积较大，效率较低的问题，不能完全满足液态重金属冷却反应堆发电需求。同时采用水作为发电工质，其与高温液态重金属接触容易发生蒸汽爆炸，影响反应堆运行安全，造成安全事故；另一方面，高温高压的蒸汽或者水进入堆芯，对堆内快中子起到慢化作用，引起反应堆超瞬发临界事故，使得堆芯功率快速增加，引起反应堆堆芯损毁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发电效率优良、安全性高的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，包括用于提供热源的液态重金属冷却反应堆系统、用于将液态重金属冷却反应堆系统产生的热量传递给超临界CO2发电系统的能量输运器，以及用于采用热量进行发电的超临界CO2发电系统；
所述超临界CO2发电系统包括膨胀透平机、发电机、冷却器、液压循环泵以及CO2工质，所述发电机与膨胀透平机连接，所述膨胀透平机的进口与能量输运器连通，所述膨胀透平机的出口与冷却器的进口连通，所述冷却器的出口与液压循环泵的进口连通，所述液压循环泵的出口与能量输运器连通，所述CO2工质在能量输运器、膨胀透平机、发电机、冷却器和液压循环泵间循环流动。
进一步地，所述液态重金属冷却反应堆系统包括反应堆本体以及流过反应堆本体的液态重金属传热流体，CO2工质直接通过能量输运器与液态重金属传热流体进行换热。
进一步地，所述液态重金属冷却反应堆系统为池式、半池式、回路式反应堆中的一种。
进一步地，所述液态重金属冷却反应堆系统为一回路。
进一步地，所述液态重金属传热流体为铅、锌、锡、镍、锑、汞、镉和铋中的一种或者两种以上的金属合金。
进一步地，所述能量输运器的内部传热介质是所述液态重金属传热流体，传热对象是所述超临界CO2工质，所述能量输运器的结构为管壳式、翅片管式、板式换热器中的一种。
进一步地，所述超临界CO2发电系统还包括省热器，所述膨胀透平机的出口经过省热器与冷却器的进口连通，所述液压循环泵的出口经过省热器与能量输运器连通。
本发明的有益效果体现在：
1.本发明具有良好的发电效率，可以实现核能高效转化为电能，提高反应堆经济性；
2.本发明具有简化系统、减小体积，能够为反应堆提供多种形式的固定式、移动时发电系统，尤其适合小型化功率密度高的液态重金属冷却核反应堆系统，实现整体系统的小型化和模块化；
3.本发明具有良好的安全性，避免了传统水发电系统中蒸汽爆炸和超瞬发临界的安全事故，提高反应堆运行的安全性；
4.本发明根据液态重金属的特点，实现发电效率优化，同时简化系统、减小体积、提高经济性。避免了传统液态重金属冷却反应堆水发电系统蒸汽爆炸和超瞬发临界事故。
5.本发明一方面提高热力循环效率、简化系统、降低投资，减小占地面积，增加经济性；另一方面避免了水发电系统中液态重金属与水发生蒸汽爆炸和反应堆超瞬发临界危险事故，解决了液态重金属冷却反应堆安全问题。
6.本发明具有明显高于水蒸汽朗肯循环发电效率，不仅能够简化整体发电系统，减小占地面积和体积，尤其是适合功率密度高、体积小的液态重金属冷却反应堆，实现整体系统的小型化和模块化；同时还能够避免传统水发电工质在堆芯循环中的安全问题。
附图说明
图1为符合发明优先实例的液态重金属冷却反应回路式堆超临界CO2发电装置示意图。
图2为符合发明优先实例的液态重金属冷却反应池式堆超临界CO2发电装置示意图。
图3为符合发明优先实例的液态重金属冷却反应半池式堆超临界CO2发电装置示意图。
附图中各部件的标记为：1液态重金属冷却反应堆系统、2能量输装置、3膨胀透平机、4发电机、5省热器、6冷却器、7液压循环泵。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明一实施例的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，包括用于提供热源的液态重金属冷却反应堆系统1、用于将液态重金属冷却反应堆系统1产生的热量传递给超临界CO2发电系统的能量输运器2，以及用于采用热量进行发电的超临界CO2发电系统；
所述超临界CO2发电系统包括膨胀透平机3、发电机4、冷却器6、液压循环泵7以及CO2工质，所述发电机4与膨胀透平机3连接，所述膨胀透平机3的进口与能量输运器2连通，所述膨胀透平机3的出口与冷却器6的进口连通，所述冷却器6的出口与液压循环泵7的进口连通，所述液压循环泵7的出口与能量输运器2连通，所述CO2工质在能量输运器2、膨胀透平机3、发电机4、冷却器6和液压循环泵7间循环流动。
上述发电装置，通过能量输运器2将液态重金属冷却反应堆系统1产生的热源传递给CO2工质，CO2工质携带热量进入膨胀透平机3膨胀做工并通过与其连接的发电机4发电，而CO2工质从膨胀透平机3流出后，进入冷却器6进行冷却，之后被冷却的CO2工质通过管道进入液压循环泵7，在液态循环泵7的作用下，CO2工质重新进入能量输运器2。
液态的CO2进入液压循环泵升压后进入能量输运器中被加热后达到超临界状态，进入膨胀透平机中进行做功和发电，进入省热器和冷却器凝结成液态CO2，并再次进入液压循环泵中，完成一个循环。
在一实施例中，所述超临界CO2发电系统还包括省热器5，所述膨胀透平机3的出口经过省热器5与冷却器6的进口连通，所述液压循环泵7的出口经过省热器5与能量输运器2连通。省热器5为管式换热器，管内和壳层内分别为从膨胀透平机3流出的CO2工质和从液压循环泵7流出的CO2工质。
通过设置省热器5，可以对从膨胀透平机3流出的CO2工质进行预冷，也可以对从液态循环泵7流出的CO2工质进行预热，而且不需要额外提供相应设备，达到节省热量的目的。
在一实施例中，所述液态重金属冷却反应堆系统1包括反应堆本体以及流过反应堆本体的液态重金属传热流体，CO2工质直接通过能量输运器2与液态重金属传热流体进行换热。液态重金属传热流体流过反应堆本体，将热量带走进入能量输运器2的热侧，所述能量输运器2的内部传热介质是所述液态重金属传热流体，传热对象是所述超临界CO2工质，热量通过传热管传递给超临界CO2发电工质，进入超临界CO2发电系统。所述能量输运器2的结构为管壳式、翅片管式、板式换热器中的一种。
在一实施例中，如图1-3所示，所述液态重金属冷却反应堆系统1为池式、半池式、回路式反应堆中的一种。
在一实施例中，所述液态重金属冷却反应堆系统为一回路。
在一实施例中，所述液态重金属传热流体为铅、锌、锡、镍、锑、汞、镉和铋中的一种或者两种以上的金属合金。
CO2是一种无毒、无污染、化学惰性、价格便宜优秀工质，其临界点的压力和温度远远低于水，这样其作为透平介质温度具有极大的优势。超临界CO2发电系统具有的具有效率高、占地面积小等优点能够满足液态重金属冷却反应堆发电系统需求，尤其适合小型化功率密度高的液态重金属冷却核反应堆系统，实现整体系统的小型化和模块化；同时避免了传统水工质热力系统的蒸汽进入堆芯的反应堆安全事故。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：包括用于提供热源的液态重金属冷却反应堆系统、用于将液态重金属冷却反应堆系统产生的热量传递给超临界CO2发电系统的能量输运器，以及用于采用热量进行发电的超临界CO2发电系统；
所述超临界CO2发电系统包括膨胀透平机、发电机、冷却器、液压循环泵以及CO2工质，所述发电机与膨胀透平机连接，所述膨胀透平机的进口与能量输运器连通，所述膨胀透平机的出口与冷却器的进口连通，所述冷却器的出口与液压循环泵的进口连通，所述液压循环泵的出口与能量输运器连通，所述CO2工质在能量输运器、膨胀透平机、发电机、冷却器和液压循环泵间循环流动。
2.如权利要求1所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述液态重金属冷却反应堆系统包括反应堆本体以及流过反应堆本体的液态重金属传热流体，CO2工质直接通过能量输运器与液态重金属传热流体进行换热。
3.如权利要求2所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述液态重金属冷却反应堆系统为池式、半池式、回路式反应堆中的一种。
4.如权利要求2或3所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述液态重金属冷却反应堆系统为一回路。
5.如权利要求2或3所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述液态重金属传热流体为铅、锌、锡、镍、锑、汞、镉和铋中的一种或者两种以上的金属合金。
6.如权利要求2或3所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述能量输运器的内部传热介质是所述液态重金属传热流体，传热对象是所述超临界CO2工质，所述能量输运器的结构为管壳式、翅片管式、板式换热器中的一种。
7.如权利要求1或2或3所述的采用超临界CO2工质液态重金属冷却反应堆发电装置，其特征在于：所述超临界CO2发电系统还包括省热器，所述膨胀透平机的出口经过省热器与冷却器的进口连通，所述液压循环泵的出口经过省热器与能量输运器连通。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111105883A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 中国核动力研究设计院 超临界二氧化碳为热电转换工质的热管反应堆系统
CN111963267A (zh) * 2020-08-21 2020-11-20 安徽大学 一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统及方法
CN114121326A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 清华大学 超临界或超超临界核能发电系统
CN114121326B (zh) * 2021-11-22 2024-06-28 清华大学 超临界或超超临界核能发电系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101656120A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产气冷堆核能低温发电装置
CN101656119A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产重水堆核能低温发电装置
CN101656121A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产核聚变热能低温发电装置
CN104126206A (zh) * 2011-12-20 2014-10-29 日本内切塞尔株式会社 小型核能发电系统
CN105244064A (zh) * 2015-09-15 2016-01-13 中国科学院合肥物质科学研究院 一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法
CN106098122A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 哈尔滨工程大学 一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101656120A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产气冷堆核能低温发电装置
CN101656119A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产重水堆核能低温发电装置
CN101656121A (zh) * 2008-08-18 2010-02-24 河南省长葛市新能源研究所 Co2工质联产核聚变热能低温发电装置
CN104126206A (zh) * 2011-12-20 2014-10-29 日本内切塞尔株式会社 小型核能发电系统
CN105244064A (zh) * 2015-09-15 2016-01-13 中国科学院合肥物质科学研究院 一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法
CN106098122A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 哈尔滨工程大学 一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111105883A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 中国核动力研究设计院 超临界二氧化碳为热电转换工质的热管反应堆系统
CN111105883B (zh) * 2019-12-31 2022-04-19 中国核动力研究设计院 超临界二氧化碳为热电转换工质的热管反应堆系统
CN111963267A (zh) * 2020-08-21 2020-11-20 安徽大学 一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统及方法
CN111963267B (zh) * 2020-08-21 2022-09-27 安徽大学 一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统及方法
CN114121326A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 清华大学 超临界或超超临界核能发电系统
CN114121326B (zh) * 2021-11-22 2024-06-28 清华大学 超临界或超超临界核能发电系统

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