CN109524141B - 海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法，该小型核能动力输出装置包括冷却器、第一压缩机、第一回热器、涡轮机、以及核反应堆；冷却器包括可接入外界冷源的第一冷侧通道以及与第一冷侧通道热交换的第一热侧通道；第一回热器包括第二热侧通道以及与第二热侧通道热交换的第二冷侧通道；第一热侧通道的输出端、第一压缩机、第二冷侧通道、以及核反应堆的进口端依次连接形成密闭吸热通路；核反应堆的出口端、涡轮机、第二热侧通道、第一热侧通道的输入端依次连接形成密闭的做功通路；小型核能动力输出装置能够为海上用户发电提供动力，满足海上电力的供应。

Description

海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法

技术领域

本发明涉及海上核能应用技术领域，更具体地说，涉及一种海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法。

背景技术

随着我国海洋经济开发逐渐深化和国家海权维护需求不断凸显，海上电力及淡水供应成为一个越来越重要的问题。目前，一般采用常规船舶往返运输化石燃料来进行发电；一般采用海水淡化、收集雨水等方法实现淡水供应，这种电力与淡水的供应方式成本高、周期长、稳定性差，难于满足未来岛屿开发、舰船补给、军事基地及钻井平台的电力及淡水供应要求；另外，海水淡化技术主要分为蒸馏法和反渗透法，其中反渗透法利用反渗透膜实现淡水分离，虽然具有提资少、能效低、尺寸小、设备简单和易于维护等优点，在船舶等空间受限的场合具有较好的适用性。但是反渗透法的缺点是装置耗电量大，电耗成本约为总造水成本的1/2～2/3，其一般需要采用高压泵，而高压泵又是最主要的耗电设备，其电耗约占系统总运行费用的35％，进而加重电力供应成本。

虽然专利CN200710099364.X公开了一种核能海水淡化耦合设备及其方法，利用饱和蒸汽进入汽轮机直接驱动高压泵进行反渗透海水淡化，同时将汽轮机排汽引入蒸馏法海水淡化系统进行海水淡化，以解决海上淡水供应问题，但是其无法用于输出电力，解决电力供应不足的问题。该专利采用的是压水堆蒸汽回路作为热力循环，不具备小型化的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种小型核能动力输出装置，包括冷却器、第一压缩机、第一回热器、涡轮机、以及核反应堆；

所述冷却器包括可接入外界冷源的第一冷侧通道以及与所述第一冷侧通道热交换的第一热侧通道；

所述第一回热器包括第二热侧通道以及与所述第二热侧通道热交换的第二冷侧通道；

所述第一热侧通道的输出端、所述第一压缩机、所述第二冷侧通道、以及核反应堆的进口端依次连接形成密闭吸热通路；

所述核反应堆的出口端、所述涡轮机、所述第二热侧通道、所述第一热侧通道的输入端依次连接形成密闭的做功通路；所述吸热通路和所述做功通路连通形成回路；

超临界或者次临界工质从所述第一热侧通道输出，进入所述第一压缩机压缩形成高压低温工质；所述高压低温工质进入第二冷侧通道与所述第二热侧通道的低压高温工质进行热交换，形成高压中温工质；所述高压中温工质从所述核反应堆的进口端进入，由所述核反应堆加热形成所述高压高温工质；

所述高压高温工质从所述核反应堆的出口端输出，进入涡轮机推动所述涡轮机做功输出；

所述高压高温工质从所述涡轮机输出后，形成所述低压高温工质，所述低压高温工质进入所述第二热侧通道，与所述第二冷侧通道中的所述高压低温工质进行热交换形成所述低压中温工质，热交换后，进入所述第一热侧通道，与所述第一冷侧通道接入的外界冷源进行热交换，形成所述低温超临界或者次临界工质。

优选地，所述超临界或者次临界工质包括超临界或次临界二氧化碳。

优选地，所述第一回热器和所述涡轮机之间设有第二回热器；

所述第二回热器包括第三热侧通道以及与所述第三热侧通道热交换的第三冷侧通道；所述第一热侧通道的输出端、所述第一压缩机、所述第二冷侧通道、所述第三冷侧通道以及核反应堆的进口端依次连接形成密闭的所述吸热通路；

所述核反应堆的出口端、所述涡轮机、第三热侧通道、所述第二热侧通道、所述第一热侧通道的输入端依次连接形成密闭的所述做功通路。

优选地，所述第一回热器和所述第二回热器之间设有第二压缩机；所述第二压缩机输入端与所述第二热侧通道的输出端连接，以将所述第二热侧通道部分回流的所述低压中温工质进行压缩，所述第二压缩机的输出端和所述第二冷侧通道的输出端共同连接至所述第三冷侧通道的输入端，以将所述第二冷侧通道输出的所述高压中温工质一并输至所述第三冷侧通道。

优选地，所述涡轮机的做功输出至所述第二压缩机、以及所述第一压缩机，以给所述第二压缩机以及所述第一压缩机压缩做功时提供能量。

优选地，所述涡轮机连接有发电机，所述涡轮机做功输出带动所述发电机发电。

本发明还构造一种海水淡化系统，包括本发明所述的小型核能动力输出装置以及海水淡化回路；所述海水淡化回路与所述涡轮机连接，或者所述海水淡化回路与所述发电机连接。

优选地，所述海水淡化回路包括用于对海水进行预处理的预处理装置、与所述预处理装置连接对预处理后的海水进行升压的高压泵、与所述高压泵连接以从经过升压的海水中分离出淡水的反渗透装置、与所述反渗透装置连接以对分离出的淡水进行处理的后处理装置；所述高压泵与所述涡轮机连接，由所述涡轮机膨胀做功带动所述高压泵旋转以对海水进行升压；

或者，所述海水淡化回路包括用于对海水进行预处理的预处理装置、与所述预处理装置连接对预处理后的海水进行升压的高压泵、与所述高压泵连接以从经过升压的海水中分离出淡水的反渗透装置、与所述反渗透装置连接以对分离出的淡水进行处理的后处理装置、以及与所述高压泵连接的电机；所述电机与所述发电机连接由所述发电机带动转动，进而带动所述高压泵转动。

优选地，所述涡轮机与所述高压泵之间设有联轴器，所述联轴器一端与所述高压泵连接，另一端与所述发电机连接。

本发明还构造一种小型核能动力输出方法，采用本发明所述的小型核能动力输出装置，包括以下步骤：

S1、冷却器的第一热侧通道输出低温超临界或者次临界工质，第一压缩机对所述低温超临界或者次临界工质进行压缩，产生高压低温工质；

S2、所述高压低温工质进入第一回热器的第二冷侧通道，与第一回热器的第二热侧通道中的低压高温工质进行热交换，形成高压中温工质；

S3、所述高压中温工质进入核反应堆，与所述核反应堆的高温热源进行热交换，形成所述高压高温工质；

S4、所述高压高温工质进入涡轮机，推动所述涡轮机转动做功输出；

S5、所述高压高温工质经所述涡轮机，进入所述第一回热器的第二热侧通道，与所述第一回热器的第二冷侧通道中的所述高压低温工质进行热交换，形成低压中温工质后，进入所述冷却器的第一热侧通道，与冷却器的第一冷侧通道中的外界冷源进行热交换形成所述低温超临界或者次临界工质。

优选地，所述步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：所述第二冷侧通道输出所述高压中温工质至第二回热器的第三冷侧通道，与第二回热器的第三热侧通道中的低压高温工质进行热交换。

优选地，所述高压高温工质经所述涡轮机做功后，且进入所述第一回热器的第二热侧通道前，先进入所述第二回热器的第三热侧通道与所述第二回热器的第三冷侧通道中的所述高压中温工质进行热交换。

优选地，第二压缩机输入端与所述第二热侧通道的输出端连接，以对第二热侧通道部分回流的所述低压中温工质进行压缩，与所述第二冷侧通道输出的高压中温工质一并输至所述第三冷侧通道。

实施本发明的海水淡化系统及其小型核能动力输出装置与动力输出方法，具有以下有益效果：本发明的小型核能动力输出装置通过该冷却器的第一热侧通道输出低温超临界或者次临界工质，由该第一压缩机压缩形成高压低温工质；该高压低温工质进入该第一回热器地第二冷侧通道与该第一回热器的第二热侧通道中的低压高温工质进行热交换，实现首次升温，形成高压中温工质；该首次升温后的高压低温工质从该核反应堆的进口端进入，由该核反应堆进一步加热形成高压高温工质；该高压高温工质从该核反应堆的出口端输出，进入涡轮机推动该涡轮机做功输出；其输出的机械能可以用于转换为电能，从而满足海上电力的供应，降低供应成本，缩短供应周期；该高压高温工质从该涡轮机输出后，形成低压高温工质，该低压高温工质进入该第一回热器的第二热侧通道，与该第一回热器的第二冷侧通道中的高压低温工质进行热交换形成低压中温工质，热交换后，进入该冷却器地第一热侧通道，与该冷却器的第一冷侧通道接入的外接冷源进行热交换，形成低温超临界或者次临界工质，从而实现工质的循环利用。

另外，本发明的小型核能动力输出装置中的冷却器、第一压缩机、第一回热器等等主要设备结构紧凑、尺寸小，使整体装置的重量和体积较小，远小于同等功率下压水堆核电装置的重量和体积，理想情况下重量能减小40％，体积能减小90％。同时，由于装置的重量和体积减小，能够有效降低建造成本和周期，具有成本低的优点，并且其能将节省下来的空间用于携带更多的人员或物资，大幅提升供应能力；或者实现船舶载体的小型化，能够穿过或者抵达更浅、更窄的水域，降低对码头的要求，增大补给辐射范围。

本发明的海水淡化系统，通过将海水淡化回路与本发明的小型核能动力输出装置中的涡轮机连接，由该涡轮机为该海水淡化回路提供动能或者由该发电机为该海水淡化回路提供电能，从而实现海水淡化，进而满足海上淡水的供应，降低淡水供应成本,缩短淡水供应周期，提高供应的稳定性。本发明的海水淡化系统，利用核能燃料的高能量密度特性，能够极大地减少运输次数、降低补给成本、提升持续供应能力，在海上电力及淡水供应上具有无可比拟的独特优势。该海水淡化系统采用耦合设计，能够有效降低能耗，提升水电联产的经济性。

本发明的小型核能动力输出方法，其利用核的高能量密度特性，输出的动力可用于实现发电或者海水淡化，满足海上电力和淡水的供应需求，其具有操作简单、操作成本低的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种小型核能动力输出装置的结构示意图；

图2是本发明一种海水淡化系统的结构示意图；

图3是本发明一种小型核能动力输出方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了本发明小型核能动力输出装置的一个优选实施例。

本发明的小型核能动力输出装置其可设置在船舶上，其可以输出动力，该动力可以用于发电或者进行海水淡化，在本实施例中，小型核能动力输出装置可以输出动力，该动力可用于发电机发电或者海水淡化；从而能够充足、灵活地为岛屿、舰船、军事基地和钻井平台等海上用户或者船舶自身提供电力和淡水，满足海上电力和淡水的供应，降低供应成本，缩短供应周期，当然，可以理解地，小型核能动力输出装置输出的动力不限于用于发电机发电或海水淡化，其可以用于供暖、稠油开采等。

如图1所示，该小型核能动力输出装置，其包括冷却器11、第一压缩机12、第一回热器13、第二压缩机14、第二回热器15、涡轮机16、核反应堆17以及发电机18；冷却器11、第一压缩机12、第一回热器13、第二压缩机14、第二回热器15、核反应堆17、涡轮机16、依次连接形成布雷顿回路；该冷却器11可用于对工质进行冷却，形成低温超临界或者次临界工质，其可将冷却后的工质传输至该第一压缩机12；该第一压缩机12，其可用于压缩该低温超临界或者次临界工质，使其形成高压低温工质，并将其传输至该第一回热器13；该第一回热器13可以对该高压低温工质进行预热，形成高压低温工质；该第二压缩机14，其从该第二回热器15输送至该冷却器11的部分回流低压中温工质进行压缩，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该第二压缩机14可以省去。该第二回热器15，其可对该第二压缩机14传输而来的高压中温工质进一步预热，以便于后续将其加热为高压高温工质，可以理解地，在其他一些实施例中，该第二回热器15可以省去；该核反应堆17可对该第二回热器15传输而来的工质加热形成高压高温工质；该涡轮机16，其可由该核反应堆17传输来的高压高温工质推动做功；该发电机18与该涡轮机16连接，其可由该涡轮机16转动带动发电，可以理解地，在其他一些实施例中，该发电机18可以省去。本实施例中的低温是指温度低于100℃、中温是指温度在100℃～400℃，高温指温度大于400℃。

进一步地，该冷却器11为紧凑型管壳式换热器，包括第一冷侧通道111以及与该第一冷侧通道111热交换的第一热侧通道112，具体地，其包括第一壳体、以及设置在该壳体中的第一换热管；该第一壳体与该第一换热管之间的空隙形成该第一冷侧通道111，其可接入外界冷源，该第一冷侧通道111包括供外界冷源接入的进液口，以及供外界冷源接输出的出液口。在本实施例中，该外界冷源可以为海水，其可用于冷却该第一换热管中的工质；该第一换热管的内侧通道可以形成该第一热侧通道112，该第一热侧通道112中的工质可以与该第一冷侧通道111中的工质进行热交换，形成低温超临界或者次临界工质。

该第一压缩机12，其对第一热侧通道112出口的超临界或者次临界工质进行压缩，提升该超临界或者次临界工质的压力，形成高压低温工质；其可以与该涡轮机16连接，其消耗的压缩功可由该涡轮机16提供。经过该第一压缩机12压缩后的工质可达到最大压力20MPa。

该第一回热器13，其可以为板式换热器，其包括第二热侧通道131以及与该第二热侧通道131热交换的第二冷侧通道132；具体地，该第一回热器包括第二壳体以及设置在所述第二换热管；该第二壳体与该第二换热管之间的空隙形成该第二热侧通道131，其可接入由该第二回热器15或者涡轮机17传输来的高温气态介质；该第二换热管内部形成第二冷侧通道132；该第二冷侧通道132与该第一压缩机12连接，该第二冷侧通道132中的高压低温工质与该第二热侧通道131的低压高温工质进行热交换形成高压中温工质。

该第一热侧通道112的输出端、该第一压缩机12、该第二冷侧通道132、以及该核反应堆17的进口端依次连接形成密闭吸热通路；该吸热通路中填充有超临界或者次临界工质，该超临界或者次临界工质可以为超临界状态或者次临界二氧化碳；该次临界二氧化碳可以包括液态二氧化碳或者气态二氧化碳；具体地，在本实施例中，其为超临界二氧化碳；超临界二氧化碳在核能发电、太阳能发电、余热利用等领域具备广阔的应用前景；吸热通路中利用超临界二氧化碳作为循环介质，该超临界二氧化碳在临界参数附近密度较大，只需要消耗较小的压缩功就能达到较高的压力，有利于降低压缩功耗、提高能量转换效率。可以理解地，在其他一些实施例中，该吸热通路中的工质不限于超临界二氧化碳，其可以为处于次临界状态的其他气体或者是液态介质。

该核反应堆17的出口端、该涡轮机16、该第二热侧通道131、该第一热侧通道112的输入端依次连接形成密闭的做功通路；该做功通路的工质可以为气态二氧化碳，具体地，该气态工质为二氧化碳。其可以由该吸热通路中的超临界二氧化碳吸热形成。该吸热通路和该做功通路连通形成回路，该回路可以为超临界二氧化碳布雷诺回路，该超临界二氧化碳可以在该超临界二氧化碳布雷顿回路中进行闭式循环，将热能转化为机械能，并将余热释放到海水中。本实施例的热力循环采用的是超临界二氧化碳布雷顿回路，具有结构紧凑、尺寸小、布置方便等特点。

该第二压缩机14设置在该第一回热器13和该第二回热器15之间，该第二压缩机14输入端与该第二热侧通道131的输出端连接，其输入端与该第二冷侧通道132的输出端共同连接至第三冷侧通道152的输入端，以将该第二热侧通道131部分回流的未流经冷却器11的那一部分低压中温工质进行压缩，与第二冷侧通道132输出的高压中温工质一并输送至该第二回热器15中，从而提高工质的利用率。

该第二回热器15设置在该第一回热器13和该涡轮机16之间；其为板式换热器，对第一回热器13和第二压缩机14出口的高压低温工质进行预热，热量来源是涡轮机16排出的高温二氧化碳。该第二回热器15包括第三热侧通道151以及与该第三热侧通道151中热交换的第三冷侧通道152；具体地，该第二回热器15包括第三壳体以及设置在该第三壳体中的第三换热管；该第三壳体与该第三换热管之间的空隙形成该第三热侧通道151，该第三热侧通道151与该涡轮机16连接，以接收该涡轮机16传输而来的低压高温工质，该第三换热管的内部形成该第三冷侧通道152；该第三冷侧通道152与该第二压缩机14连接，该第三冷侧通道152中的高压中温工质与该第三热侧通道151的高压高温工质进行热交换，形成更高温度高压中温工质。

该核反应堆17可用于进行核反应，其中填充有用于进行冷却的介质，在本实施例中，该介质可以为高密度液体金属冷却剂；该介质与反应容器中的燃料进行热交换后形成高温热源。第三冷侧通道152输出的高压中温工质从该进口端进入后与该高温热源进行热交换，形成高压高温工质。

在本实施例中，该涡轮机16与发电机18连接，其用于对经该核反应堆加热后的高压高温工质进行膨胀做功输出，进而带动该发电机18发电，将机械能转化为电能，以给岛屿、舰船、军事基地和钻井平台等海上用户提供电力。该涡轮机16、该第二压缩机14以及该第一压缩机12可位于同一轴线上，且其依次连接，该涡轮机16做功输出至该第二压缩机14以及该第一压缩机12，给该第二压缩机14、所述第一压缩机12压缩做功时提供能量，其可将机械能转化为压缩能。

在本实施例中，该第一热侧通道112的输出端、第一压缩机12、第二冷侧通道132、第三冷侧通道152以及核反应堆17的进口端依次连接形成密闭吸热通路；该核反应堆17的出口端、该涡轮机16、第三热侧通道151、该第二热侧通道131以及该第一热侧通道112的输入端依次连接形成密闭的做功通路，该吸热通路和做功通路连通形成回路，以供工质循环利用。

小型核能动力输出装置中的冷却器11、第一压缩机12、第二压缩机14、第一回热器13、第二回热器15以及涡轮机16等主要设备结构紧凑、尺寸小，整体装置的重量和体积较小，远小于同等功率下压水堆核电装置的重量和体积，理想情况下重量能减小40％，体积能减小90％。同时，由于装置的重量和体积减小，能够有效降低建造成本和周期，具有成本低的优点，并且其能将节省下来的空间用于携带更多的人员或物资，大幅提升供应能力；或者实现船舶载体的小型化，能够穿过或者抵达更浅、更窄的水域，降低对码头的要求，增大补给辐射范围。

图3示出了本发明小型核能动力输出方法的一个优选实施例。

如图3所示，该小型核能动力输出方法为；第一步，启动该动力输出装置，由该冷却器11的第一热侧通道112输出低温超临界或者次临界工质，该第一压缩机12对该低温超临界或者次临界工质进行压缩，产生高压低温工质；具体地，在本实施例中，该第一热侧通道112输出超临界二氧化碳，此时，该超临界二氧化碳的压力为7.4～7.6MPa且其温度为32～34℃，具体地，其压力7.4MPa且温度为32℃；该第一压缩机12对该超临界二氧化碳进行压缩，形成压力为20MPa且温度为94℃的超临界二氧化碳。

第二步，该高压低温工质进入该第一回热器13的第二冷侧通道132，与该第一回热器13的第二热侧通道131中的低压高温工质进行热交换，形成高压中温工质；具体地，在本实施例中，该第一压缩机12将压力为20MPa且温度为94℃的超临界二氧化碳输送至第二冷侧通道132，与该第二热侧通道131中的二氧化碳气体进行热交换，形成温度为197.6℃且压力为19.94MPa的超临界二氧化碳。

在本实施例中，在该步骤后，还包括以下步骤，该第二冷侧通道132输出的高压中温工质至该第二回热器15的第三冷侧通道152，与该第二回热器15的第三热侧通道151中的低压高温工质进行热交换。具体地，经第一回热器13预热后的超临界二氧化碳还从该第三冷侧通道152进入与该第三热侧通道中的温度为407.4℃且压力为7.52MPa的二氧化碳气体进行热交换，形成温度为378℃且压力为19.88MPa的超临界二氧化碳。

第三步，该高压中温工质进入核反应堆17，与该核反应堆17的高温热源进行热交换，形成高压高温工质；具体地，经该第二回热器15预热后的超临界二氧化碳进入该核反应堆17，与核反应堆17中的高温液态金属冷却剂进行热交换，形成温度为520℃且压力为19.68MPa的二氧化碳气体。

第四步，该高压高温工质进入涡轮机16，推动该涡轮机16转动做功输出；具体地，该二氧化碳气体从该核反应堆17排出后，进入该涡轮机16中，推动该涡轮机16膨胀做功，该涡轮机16膨胀后的二氧化碳气体的温度为407.4℃，压力为7.52MPa。

第五步，该高压高温工质经该涡轮机16后，形成所述低压高温工质，所述低压高温工质进入该第一回热器13的第二热侧通道131，与该第一回热器13的第二冷侧通道132中的高压低温工质进行热交换后形成低压中温工质，所述低压中温工质进入该冷却器11的第一热侧通道112，与该冷却器11的第一冷侧通道111中的外界冷源进行热交换形成低温超临界或者次临界工质。在本实施例中，该低压高温工质进入该第一回热器13的第二热侧通道131前，先进入该第二回热器15的第三热侧通道151与该第二回热器15的第三冷侧通道中的高压中温工质进行热交换。具体地，首先，该二氧化碳气体从该涡轮机16输出，进入该第三热侧通道，与该第二冷侧通道132中的温度为197.6℃且压力为19.94MPa的超临界二氧化碳进行热交换，然后再进入该第二热侧通道131，与该第二冷侧通道132中成压力为20MPa且温度为94℃的超临界二氧化碳进行热交换；热交换后，再进入该第一热侧通道112，与该第一冷侧通道111中的海水进行热交换，形成温度为32℃且压力为7.4MPa的超临界二氧化碳。

在本实施例中，第二压缩机12输入端与所述第二热侧通道131的输出端连接，以对该第二热侧通道132部分回流的低压中温工质进行压缩，与该第二冷侧通道132输出的高压中温工质一并输至该第三冷侧通道152。具体地，该第二压缩机4对未流经第一热侧通道112的那一部分低压中温进行压缩，消耗的压缩功由涡轮机16提供，经过压缩后的二氧化碳压力为19.94MPa且温度为200.9℃，其与第二冷侧通道132预热后的超临界二氧化碳合并后输送至第三冷侧通道152，其输出的超临界二氧化碳的压力且19.94MPa，且其温度为198.7℃。

值得一提的是，在整个动力输出过程中，吸热通路和做功通路中的工质为不同状态的同一物质，该小型核能动力输出方法可以实现介质的循环利用，因此具有较好经济效益。本实施例中，采用超临界二氧化碳回路作为热力循环工质，有利于降低压缩功耗、提高能量转换效率。

如图2所示，图2为本发明海水淡化系统的一个优选实施例。本发明的海水淡化系统，其可以充足、灵活地为岛屿、舰船、军事基地和钻井平台等海上用户提供电力和淡水供应，满足海上用户的需求，达到水电联供、清洁经济性好的目的。

该海水淡化系统，其包括本发明的小型核能动力输出装置以及海水淡化回路；该小型核能动力输出装置的结构部件请参见前述，在此不在赘述；该海水淡化回路20其可以与该涡轮机16连接，其可由该涡轮机16带动进行海水淡化；当然，可以理解地，其也可以与发电机18连接，该发电机18与涡轮机16连接，由该发电机18提供电能带动发电。在本实施例中，优选地，该海水淡化回路20与该涡轮机16连接，具体地，该海水淡化回路20包括预处理装置21、高压泵22、反渗透装置23、后处理装置24。

进一步地，该预处理装置21，其可接入海水，并对海水进行预处理；该预处理可以包括对海水进行消毒、过滤、调节pH值；当然，可以理解地，在其他一些实施例中，该预处理装置不限于对海水进行消毒、过滤、调节pH值处理。

该高压泵22其与该预处理装置21连接，且其与该反渗透装置23连接，其可将预处理后的海水泵入该反渗透装置23以进行海水淡化。在本实施例中，该高压泵22可以为离心泵，其泵出口的海水压力为5MPa。该高压泵22还与该涡轮机16连接，其可由该涡轮机16膨胀做功直接带动旋转，以对海水进行升压，其提高了能量转换效率，又简化了装置结构，具有较好的经济性。核反应堆17出口端的超临界二氧化碳介质流经涡轮机16进行膨胀做功，一部分能量通过发电机18转化为电能，一部分能量转化为第一压缩机12和第二压缩机14的压缩能，还有一部分能量通过联轴器25带动高压泵22旋转，转化为海水的压力能。当然，在其他一些实施例中，该高压泵22不限于由该涡轮机16带动对海水进行升压。

在其他一些实施例中，该海水淡化回路20，其还可以包括电机，该电机可与该高压泵22连接，且该电机可与该发电机18连接，以接入电源，由该发电机带动转动，进而带动该高压泵22转动。

在本实施例中，该涡轮机16与该高压泵22之间设有联轴器25；该联轴器25一端与该高压泵连接，另一端与发电机18连接，该联轴器25可以由该涡轮机16带动转动，进而带动该高压泵22旋转，对海水进行升压，驱动海水淡化回路分离出淡水，其可对该高压泵12的转速进行灵活调节。通过联轴器将小型核能动力输出装置的工质回路和海水淡化回路有机地结合起来，实现了两个回路间的耦合设计，采用这种耦合设计能够有效降低能耗，提升水电联产的经济性。可以理解地，在其他一些实施例中，该联轴器25可以省去。

该反渗透装置23，其包括反渗透膜，其可从经过升压的海水中分离出淡水，其具有投资少、能耗低、尺寸小、设备简单和易于维护的优点。

该后处理装置24其与该反渗透装置23连接，其可对分离出来的淡水进行处理，具体地，其可对分离出来的淡水进行消毒、除盐、调节pH值。

本实施例的海水淡化系统具有以下优点：

1、本实施例采用高密度液态金属作为核反应堆的冷却剂，采用超临界二氧化碳布雷顿回路作为热力循环回路，采用反渗透海水淡化回路作为淡水制取回路，使整体发电及海水淡化系统结构紧凑、尺寸小、建造成本低。节省下来的空间可用于携带更多的人员或物资，大幅提升供应能力，或者用于减小船舶的尺寸，使之能够穿过或者抵达更浅、更窄的水域，增大补给辐射范围。因此，本发明具有尺寸小、成本低、供应能力强和供应范围广的优点。

2、将超临界二氧化碳布雷顿回路和反渗透海水淡化回路有机地结合起来，能实现电力与淡水的联合供应。

3、针对高压泵这个主要的耗电设备，采用涡轮机进行直接驱动，能够有效提高能量转换效率、简化设备结构形式，具有经济性好的优点。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种海水淡化系统，其特征在于，包括冷却器（11）、第一压缩机（12）、第一回热器（13）、涡轮机（16）、以及核反应堆（17）；

所述冷却器（11）包括可接入外界冷源的第一冷侧通道（111）以及与所述第一冷侧通道（111）热交换的第一热侧通道（112）；

所述第一回热器（13）包括第二热侧通道（131）以及与所述第二热侧通道（131）热交换的第二冷侧通道（132）；

所述第一热侧通道（112）的输出端、所述第一压缩机（12）、所述第二冷侧通道（132）、以及核反应堆（17）的进口端依次连接形成密闭吸热通路；

所述核反应堆（17）的出口端、所述涡轮机（16）、所述第二热侧通道（131）、所述第一热侧通道（112）的输入端依次连接形成密闭的做功通路；所述吸热通路和所述做功通路连通形成回路；

低温超临界或者次临界工质从所述第一热侧通道（112）输出，进入所述第一压缩机（12）压缩形成高压低温工质；所述高压低温工质进入第二冷侧通道（132）与所述第二热侧通道（131）的低压高温工质进行热交换，形成高压中温工质；所述高压中温工质从所述核反应堆（17）的进口端进入，由所述核反应堆（17）进一步加热形成高压高温工质；

所述高压高温工质从所述核反应堆（17）的出口端输出，进入涡轮机（16）推动所述涡轮机（16）做功输出；

所述高压高温工质通过所述涡轮机（16）输出后，形成所述低压高温工质，所述低压高温工质进入所述第二热侧通道（131），与所述第二冷侧通道（132）中的所述高压低温工质进行热交换形成所述低压中温工质，热交换后，进入所述第一热侧通道（112），与所述第一冷侧通道（111）接入的外界冷源进行热交换，形成所述低温超临界或者次临界工质；

所述海水淡化系统还包括海水淡化回路（20），所述海水淡化回路（20）包括用于对海水进行预处理的预处理装置（21）、与所述预处理装置（21）连接对预处理后的海水进行升压的高压泵（22）、与所述高压泵（22）连接以从经过升压的海水中分离出淡水的反渗透装置（23）、与所述反渗透装置（23）连接以对分离出的淡水进行处理的后处理装置（24）；

所述高压泵（22）与所述涡轮机（16）连接，由所述涡轮机（16）膨胀做功带动所述高压泵（22）旋转以对海水进行升压。

2.根据权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于，所述涡轮机（16）与所述高压泵（22）之间设有联轴器（25），所述联轴器（25）一端与所述高压泵（22）连接，另一端与发电机（18）连接。

3.根据权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于，所述超临界或者次临界工质包括超临界或次临界二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的海水淡化系统，其特征在于，所述第一回热器（13）和所述涡轮机（16）之间设有第二回热器（15）；

所述第二回热器（15）包括第三热侧通道（151）以及与所述第三热侧通道（151）热交换的第三冷侧通道（152）；所述第一热侧通道（112）的输出端、所述第一压缩机（12）、所述第二冷侧通道（132）、所述第三冷侧通道（152）以及核反应堆（17）的进口端依次连接形成密闭的所述吸热通路；

所述核反应堆（17）的出口端、所述涡轮机（16）、第三热侧通道（151）、所述第二热侧通道（131）、所述第一热侧通道（112）的输入端依次连接形成密闭的所述做功通路。

5.根据权利要求4所述的海水淡化系统，其特征在于，所述第一回热器（13）和所述第二回热器（15）之间设有第二压缩机（14）；所述第二压缩机（14）输入端与所述第二热侧通道（131）的输出端连接，以将所述第二热侧通道（131）部分回流的所述低压中温工质进行压缩，所述第二压缩机（14）的输出端和所述第二冷侧通道（132）的输出端共同连接至所述第三冷侧通道（152）的输入端，以将所述第二冷侧通道输出的所述高压中温工质一并输至所述第三冷侧通道（152）。

6.根据权利要求5所述的海水淡化系统，其特征在于，所述涡轮机（16）的做功输出至所述第二压缩机（14）以及所述第一压缩机（12），以为所述第二压缩机（14）、所述第一压缩机（12）压缩做功时提供能量。

7.根据权利要求1-6任一项所述的海水淡化系统，其特征在于，所述涡轮机（16）连接有发电机（18），所述涡轮机（16）做功输出带动所述发电机（18）发电。

8.根据权利要求7所述的海水淡化系统，其特征在于，所述海水淡化回路（20）与发电机（18）连接。

9.一种小型核能动力输出方法，采用权利要求4至6任意一项所述的海水淡化系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、冷却器的第一热侧通道输出低温超临界或者次临界工质，第一压缩机对所述低温超临界或者次临界工质进行压缩，产生高压低温工质；

S2、所述高压低温工质进入第一回热器的第二冷侧通道，与第一回热器的第二热侧通道中的低压高温工质进行热交换，形成高压中温工质；

S3、所述高压中温工质进入核反应堆，与所述核反应堆的高温热源进行热交换，形成所述高压高温工质；

S4、所述高压高温工质进入涡轮机，推动所述涡轮机转动做功输出；

S5、所述高压高温工质经所述涡轮机后，形成所述低压高温工质，所述低压高温工质进入所述第一回热器的第二热侧通道，与所述第一回热器的第二冷侧通道中的所述高压低温工质进行热交换，形成低压中温工质，所述低压中温工质进入所述冷却器的第一热侧通道，与冷却器的第一冷侧通道中的外界冷源进行热交换形成所述低温超临界或者次临界工质。

10.根据权利要求9所述的小型核能动力输出方法，特征在于，所述步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：所述第二冷侧通道输出所述高压中温工质至第二回热器的第三冷侧通道，与第二回热器的第三热侧通道中的低压高温工质进行热交换。

11.根据权利要求9所述的小型核能动力输出方法，特征在于，所述低压高温工质进入所述第一回热器的第二热侧通道前，先进入所述第二回热器的第三热侧通道与所述第二回热器的第三冷侧通道中的所述高压中温工质进行热交换。

12.根据权利要求9所述的小型核能动力输出方法，特征在于，第二压缩机输入端与所述第二热侧通道的输出端连接，以对第二热侧通道部分回流的所述低压中温工质进行压缩，与所述第二冷侧通道输出的高压中温工质一并输至所述第三冷侧通道。

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