CN110767323A - 一种用于核聚变装置的中间换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核聚变装置的中间换热系统，包括有储能回路和释能回路，其特征在于：所述的储能回路系统包括：一回路系统、热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱、循环泵二和二回路系统，所述的释能回路系统包括：热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱和二回路系统。本发明在核聚变装置脉冲式聚变的情况下，实现了发电的稳定、连续、可靠等优点。

Description

一种用于核聚变装置的中间换热系统
技术领域
本发明涉及核能技术应用领域，具体的是一种用于核聚变装置的中间换热系统，即在磁约束聚变装置脉冲运行的情况下，将氘氚聚变释放出的部分能量储存，用于二回路系统的持续发电。
背景技术
目前，地球上的不可再生能源有限且对大气造成较大的污染，而可再生能源由于现阶段各种因素的限制，使得其利用率不足。世界上各个国家的能源都存在紧缺的问题，同时由于不可再生能源的大量使用，导致全球环境污染严重，全球变暖日益明显。因此，世界各个国家开始关注核电技术的发展，核电站主要是通过裂变释放大量的能量，或者聚变产生的大量的能量被收集用于发电。裂变电站由于反应产物具有一定的放射性且污染也比较的严重，对人体健康造成伤害。核聚变相对于核裂变是较清洁且无污染的能源，虽然世界上各个国家还没有建成聚变电站，但是通过聚变能来发电的可行性已经在托卡马克磁约束聚变装置中得到了验证。各国现在正在建立的核聚变装置，如中国的EAST、韩国的KSTAR和国际合作的ITER均正努力朝着实现真正的核聚变电站发展。
关于核聚变装置的研究的最终目的是利用核聚变产生的能量发电，但现实情况是，核聚变装置中的等离子体运行工作可能呈现脉冲形式，主要表现为等离子体运行一段时间，停止一段时间，以此工况运行。等离子体运行工程中会有大量的能量产出，这些能量被提取至核聚变的发电装置开始发电，若等离子体停止运行时，装置内部将无法产生能量，发电装置也就不能发电，显然这种间歇式发电不是我们所想得到的，而现阶段聚变堆发电系统存在的间歇性和波动性的问题，因此建立了本发明，用于整个发电系统存储热量，保证发电过程的连续性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了弥补已有的技术缺陷，提供了一种核聚变装置的中间换热系统。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种核聚变装置的中间换热系统，包括有储能回路系统和释能回路系统；
所述的储能回路系统包括：一回路系统、热交换器、热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱、循环泵二和二回路系统，一回路正常运行，即等离子体运行时，打开闸阀一、闸阀二，冷却剂从热交换器的一端依次经过热交换器、温度测量计一、压力测量计一，冷却剂被分成两部分，一部分经过热储存箱，实现能量的存储，另一部分依次经过流量控制阀一、循环泵一、温度测量计二、压力测量计二、流量控制阀二、蒸汽发生器、压力测量计三、温度测量计三、流量控制阀三、冷存储箱、循环泵二、压力测量计四、温度测量计四、流量计一、闸阀一、流量控制阀四，最后流回热交换器；
所述的二回路系统为冷却剂从蒸汽发生器一端流入，依次经过流量控制阀五、二回路、流量控制阀六，最后流回至蒸汽发生器中；所述的一回路为冷却剂从热交换器的一端流入，依次经过流量控制阀七、一回路、流量控制阀八，最后流回至热交换器中；
所述的释能回路系统包括：热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱和二回路系统，当一回路停止，即等离子体停止工作时，关闭闸阀一，打开闸阀二，冷却剂在循环泵一的作用下，依次经过热存储箱、流量计二、流量控制阀九、循环泵一、温度测量计二、压力测量计二、流量控制阀二、蒸汽发生器、压力测量计三、温度测量计三、流量控制阀三、最后流入冷存储箱。
所述的中间换热系统，通过热交换器实现与一回路系统的能量连接，通过蒸汽发生器实现与二回路系统的能量连接。
所述的储能回路和释能回路是单独工作的非独立系统，有共用器件，以保证核聚变发电装置的持续发电过程。
所述的储能回路和释能回路包括部分共用器件，具体包括：热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱和二回路系统。
所述的储能回路就是在等离子体正常运行时，对回路中的过剩能量进行存储；所述的释能回路就是在等离子体停止运行时，对回路中存储的能量进行释放。
蒸汽发生器使二回路系统中相对低温的冷却水与中间储热回路中相对较高温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水变成蒸汽进入二回路系统发电，并使热交换后相对低温的冷却剂进入中间储热回路。
热交换器使一回路系统中相对高温的冷却水与中间储热回路中相对较低温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水进入一回路系统冷却核聚变装置中的部件，并使热交换后相对高温的冷却剂进入中间换热回路。
循环泵一、循环泵二用于从热存储箱、冷存储箱中抽取冷却剂并对冷却剂进行加压；热存储箱存储中间换热系统相对高温的冷却剂，对整个回路中，过剩的能量储存，减少系统的流量和发电性能的波动性，且具有保温作用；冷存储箱存储中间换热系统相对低温的冷却剂，且具有保温作用。
压力测量计一、压力测量计二、压力测量计三、压力测量计四用于测量回路中的压力；温度测量计一、温度测量计二、温度测量计三、温度测量计四测量回路中的温度。
流量计一、流量计二用于测量回路中的流量大小；流量控制阀一、流量控制阀二、流量控制阀三、流量控制阀四、流量控制阀五、流量控制阀六、流量控制阀七、流量控制阀八、流量控制阀九用于控制回路中的流量
所述的中间换热系统，通过热交换器实现与一回路的能量连接，通过蒸汽发生器实现与二回路的能量连接。
所述的储能回路和释能回路是单独工作的非独立系统，有共用元器件，以保证核聚变装置的持续发电过程。
本发明的有益效果：
本发明的系统取代了现有的核聚变装置的中间换热系统，在核聚变装置的一回路系统和二回路系统之间的中间换热系统，实现了一回路系统和二回路系统之间的连接，同时能够吸收一回路系统中的富裕的能量并存储，用于二回路系统能量源的提供，降低了二回路系统发电的波动性，提高了整个发电系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：热交换器1、温度测量计一2、压力测量计一3、热存储箱4、流量计二5、流量控制阀九6、流量控制阀一7、闸阀二8、循环泵一9、温度测量计二10、压力测量计二11、流量控制阀二12、蒸汽发生器13、压力测量计三14、温度测量计三15、流量控制阀三16、冷存储箱17、循环泵二18、压力测量计四19、温度测量计四20、流量计一21、闸阀一22、流量控制阀四23、流量控制阀五24、流量控制阀六25、二回路系统26、流量控制阀七27、一回路系统28，流量控制阀八29。
具体实施方式
一种核聚变装置的中间换热系统，包括有：
储能回路系统和释能回路系统，
所述的储能回路系统包括：一回路系统28、热交换器1、热存储箱4、循环泵一9、蒸汽发生器13、冷存储箱17、循环泵二18和二回路系统26；
所述的释能回路系统包括：热存储箱4、循环泵一9、蒸汽发生器13、冷存储箱17、循环泵二18和二回路系统26；
所述的储能回路和释能回路包括部分共用器件，具体包括：热存储箱4、循环泵一9、蒸汽发生器13、冷存储箱17和二回路系统26；
所述的储能回路就是在等离子体正常运行时，对回路中的过剩能量进行存储；所述的释能回路就是在等离子体停止运行时，对回路中存储的能量进行释放；
一回路系统正常运行，即等离子体运行时，打开闸阀一22，闸阀二8，冷却剂从热交换器1的一端流过热交换器1，随后依次经过温度测量计一2、压力测量计一3，冷却剂被分成两部分，一部分经过热储存箱4，另一部分依次经过流量控制阀一7、循环泵一9、温度测量计二10、压力测量计二11、流量控制阀二12、蒸汽发生器13、压力测量计三14、温度测量计三15、流量控制阀三16、冷存储箱17、循环泵二18、压力测量计四19、温度测量计四20、流量计一21、闸阀一22、流量控制阀四23，最后流回热交换器1；
所述的二回路系统26为冷却剂从蒸汽发生器13一端流入，依次经过流量控制阀五24、二回路系统26、流量控制阀六25，最后流回至蒸汽发生器13中；
所述的一回路系统28为冷却剂从热交换器1一端流入，依次经过流量控制阀27、一回路系统28、流量控制阀八29，最后流回至热交换器1中。
所述的释能回路系统包括：热存储箱4、循环泵一9、蒸汽发生器13、冷存储箱17和二回路系统26；当一回路系统28停止，即等离子体停止工作时，关闭闸阀一22，打开闸阀二8，冷却剂在循环泵一9作用下，依次经过热存储箱4、流量计二5、流量控制阀九6、循环泵一9、温度测量计二10、压力测量计二11、流量控制阀二12、蒸汽发生器13、压力测量计三14、温度测量计三15、流量控制阀三16、最后流入冷存储箱17；所述的二回路系统26为冷却剂从蒸汽发生器13一端流入，依次经过流量控制阀五24、二回路系统26、流量控制阀六25，最后流回至蒸汽发生器13中；
所述的储能回路中各元器件的作用如下：
冷却剂的作用：(a)吸收并带出热交换器的热量；(b)在蒸汽发生器中与二回路中的冷却剂发生热交换。
蒸汽发生器13的作用：使二回路系统26中相对低温的冷却水与中间储热回路中相对较高温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水变成蒸汽进入二回路系统26发电，并使热交换后相对低温的冷却剂进入中间储热回路。
热交换器1的作用：使一回路系统28中相对高温的冷却水与中间储热回路中相对较低温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水进入一回路系统28冷却核聚变装置中的部件，并使热交换后相对高温的冷却剂进入中间换热回路。
循环泵一9、循环泵二18的作用：从热存储箱4、冷存储箱17中抽取冷却剂并对冷却剂进行加压。
热存储箱4的作用：存储中间换热系统相对高温的冷却剂，对整个回路中，过剩的能量储存，减少系统的流量和发电性能的波动性，且具有保温作用。
冷存储箱17的作用：存储中间换热系统相对低温的冷却剂，且具有保温作用。
压力测量计一3、压力测量计二11、压力测量计三14、压力测量计四19的作用：测量回路中的压力。
温度测量计一2、温度测量计二10、温度测量计三15、温度测量计四20的作用：测量回路中的温度。
流量计一21、流量计二5的作用：测量回路中的流量大小。
流量控制阀一7、流量控制阀二12、流量控制阀三16、流量控制阀四23、流量控制阀五24、流量控制阀六25、流量控制阀七27、流量控制阀八29、流量控制阀九6的作用：控制回路中的流量。
闸阀一22、闸阀二8的作用：开关(全开、全关)。
在储能回路和释能回路相互配合下，实现整个二回路系统的持续稳定运行，保证了二回路系统发电的可靠性。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：包括有储能回路系统和释能回路系统；
所述的储能回路系统包括：一回路系统、热交换器、热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱、循环泵二和二回路系统，一回路正常运行，即等离子体运行时，打开闸阀一、闸阀二，冷却剂从热交换器的一端依次经过热交换器、温度测量计一、压力测量计一，冷却剂被分成两部分，一部分经过热储存箱，实现能量的存储，另一部分依次经过流量控制阀一、循环泵一、温度测量计二、压力测量计二、流量控制阀二、蒸汽发生器、压力测量计三、温度测量计三、流量控制阀三、冷存储箱、循环泵二、压力测量计四、温度测量计四、流量计一、闸阀一、流量控制阀四，最后流回热交换器；
所述的二回路系统为冷却剂从蒸汽发生器一端流入，依次经过流量控制阀五、二回路、流量控制阀六，最后流回至蒸汽发生器中；所述的一回路为冷却剂从热交换器的一端流入，依次经过流量控制阀七、一回路、流量控制阀八，最后流回至热交换器中；
所述的释能回路系统包括：热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱、循环泵二和二回路系统，当一回路停止，即等离子体停止工作时，关闭闸阀一，打开闸阀二，冷却剂在循环泵一的作用下，依次经过热存储箱、流量计二、流量控制阀九、循环泵一、温度测量计二、压力测量计二、流量控制阀二、蒸汽发生器、压力测量计三、温度测量计三、流量控制阀三、最后流入冷存储箱。
2.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：所述的中间换热系统，通过热交换器实现与一回路系统的能量连接，通过蒸汽发生器实现与二回路系统的能量连接。
3.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：所述的储能回路和释能回路是单独工作的非独立系统，有共用器件，以保证核聚变发电装置的持续发电过程。
4.根据权利要求3所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：所述的储能回路和释能回路包括部分共用器件，具体包括：热存储箱、循环泵一、蒸汽发生器、冷存储箱和二回路系统。
5.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：所述的储能回路就是在等离子体正常运行时，对回路中的过剩能量进行存储；所述的释能回路就是在等离子体停止运行时，对回路中存储的能量进行释放。
6.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：蒸汽发生器使二回路系统中相对低温的冷却水与中间储热回路中相对较高温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水变成蒸汽进入二回路系统发电，并使热交换后相对低温的冷却剂进入中间储热回路。
7.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：热交换器使一回路系统中相对高温的冷却水与中间储热回路中相对较低温度的冷却剂进行热交换，热交换后的冷却水进入一回路系统冷却核聚变装置中的部件，并使热交换后相对高温的冷却剂进入中间换热回路。
8.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：循环泵一、循环泵二用于从热存储箱、冷存储箱中抽取冷却剂并对冷却剂进行加压；热存储箱存储中间换热系统相对高温的冷却剂，对整个回路中，过剩的能量储存，减少系统的流量和发电性能的波动性，且具有保温作用；冷存储箱存储中间换热系统相对低温的冷却剂，且具有保温作用。
9.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：压力测量计一、压力测量计二、压力测量计三、压力测量计四用于测量回路中的压力；温度测量计一、温度测量计二、温度测量计三、温度测量计四测量回路中的温度。
10.根据权利要求1所述的一种核聚变装置的中间换热系统，其特征在于：流量计一、流量计二用于测量回路中的流量大小；流量控制阀一、流量控制阀二、流量控制阀三、流量控制阀四、流量控制阀五、流量控制阀六、流量控制阀七、流量控制阀八、流量控制阀九用于控制回路中的流量。
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