CN112249293A - 超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统 - Google Patents

超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，包括堆舱、机舱和推进装置，堆舱包括高温气冷堆系统，机舱包括超临界二氧化碳动力循环系统和海水淡化子系统，高温气冷堆系统中的高温气冷堆的两侧分别设有一级中间换热器及二级中间换热器；超临界二氧化碳动力循环系统分别通过一级中间换热器及二级中间换热器与高温气冷堆系统相耦合；海水淡化子系统通过预冷器和中间冷却器与超临界二氧化碳动力循环系统相耦合；推进装置与超临界二氧化碳动力循环系统连接。本发明通过超临界二氧化碳循环系统提供船舰推进动力及电力，并联合海水淡化系统供给全船所需淡水，以直接推进方式驱动船舰航行，提升了能量转化率及装置紧凑度。

Description

超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统
技术领域
本发明涉及一种动力系统，尤其涉及一种超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统。
背景技术
动力装置作为大型船舰整体系统中最为关键的部分之一，是船舰安全、稳定运行的保障，而发展核反应堆为其提供动力是世界各国的普遍选择。如何在核动力装置的设计中尽量减小其空间及重量，是评价其设计水平的重要指标。针对传统采用的压水堆蒸汽循环动力装置循环效率相对较低、设备体积较大的限制，对船舰动力系统进行优化设计，研发兼具高性能与紧凑度的新型动力装置不仅符合国家层面上的技术储备及发展需求，也是本领域极具研究价值的方向之一。
相比于蒸汽轮机、燃气轮机等船舰动力装置，以第四代先进核能系统中的高温气冷堆为热源的核动力装置因核燃料能量密度极高，船舰有效载荷显著提升；续航力极强，能精准满足船舰长期巡航需求；且可长时间保持满功率能量输出，机动性高；同时上层建筑布置灵活，隐蔽性优越；将小型高温气冷堆应用于大型船舰具有广阔的发展前景。
将超临界二氧化碳动力循环结合于高温气冷堆，可发挥超临界二氧化碳工质密度近似液体、传热性能良好、化学性质温度、腐蚀性低和压缩性好的优点，其在堆芯冷却剂出口温度范围内(450℃～650℃)，能量转换效率明显高于同等工况下的蒸汽朗肯循环和氦气布雷顿循环，且系统设备尺寸较小、整体结构紧凑，安全性和经济性优异；同时，该循环还能与低温多效海水淡化系统精准耦合，实现海水淡化系统的低能耗运行、满足船体淡水需求。因此，采用超临界二氧化碳循环应用于船舰核动力装置，动力系统性能效率及紧凑度提升空间较大，大型船舰的高性能、多需求航行得到有力保障。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，通过高温气冷堆与超临界二氧化碳动力循环、超临界二氧化碳动力循环与低温多效海水淡化系统的多层次耦合，综合实现船舰动力系统的高效紧凑化和海水淡化系统的低能耗化，为大型船舰的高性能运行奠定坚实基础。
技术方案：本发明包括堆舱、机舱和推进装置，所述的堆舱包括高温气冷堆系统，所述的机舱包括超临界二氧化碳动力循环系统和海水淡化子系统，所述的高温气冷堆系统包括高温气冷堆，高温气冷堆的两侧分别设有一级中间换热器及二级中间换热器；所述的超临界二氧化碳动力循环系统分别通过一级中间换热器及二级中间换热器与高温气冷堆系统相耦合；所述的海水淡化子系统通过预冷器和中间冷却器与超临界二氧化碳动力循环系统相耦合；所述的推进装置与超临界二氧化碳动力循环系统连接。
所述的一级中间换热器及二级中间换热器均包括高温侧和低温侧，其中，一级中间换热器和二级中间换热器的高温侧与高温气冷堆内部的反应堆堆芯冷却剂的低温侧回路相连通。
所述反应堆堆芯的冷却剂工质为氦气。
所述的高温气冷堆、一级中间换热器及二级中间换热器放置在屏蔽壳内。
所述的超临界二氧化碳动力循环二回路系统包括发电透平、发电机、高压透平、低压透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、低压压缩机、中间冷却器、高压压缩机和再压缩机，高温回热器、低温回热器、预冷器和中间冷却器分别包括高温侧和低温侧；一级中间换热器低温侧出口分别与发电透平入口和高压透平入口相连通，二级中间换热器低温侧入口分别与发电透平出口和高压透平出口相连通，二级中间换热器低温侧、低压透平、高温回热器高温侧、低温回热器高温侧沿超临界二氧化碳工质流动方向依次相连通，低温回热器高温侧出口与预冷器高温侧入口和再压缩机入口分别相连通，预冷器高温侧、低压压缩机、中间冷却器高温侧、高压压缩机和低温回热器低温侧依次相连通，低温回热器低温侧出口与再压缩机出口通过连接管道汇合后与所述高温回热器低温侧入口相连通，高温回热器低温侧出口与一级中间换热器低温侧入口相连通，发电透平与发电机相连通。
所述的发电透平与发电机相连通。
所述的预冷器和中间冷却器均采用软化水冷却。
所述的海水淡化子系统包括循环水泵、海水冷却器、海水预热器、蒸发器和冷凝器，海水冷却器和海水预热器分别包括高温侧和低温侧；循环水泵出口分别与海水冷却器低温侧入口和海水预热器低温侧入口相连通，海水冷却器低温侧出口与舷外海域相连通，海水预热器低温侧出口与蒸发器海水入口相连通，蒸发器蒸汽出口与冷凝器入口相连通，冷凝器出口与蒸发器淡水出口汇合连通后与淡水引出管道相连通，蒸发器浓盐水出口与浓盐水引出管道相连通，海水冷却器高温侧出口与预冷器低温侧入口相连通，预冷器低温侧出口分别与中间冷却器低温侧入口和海水预热器高温侧出口管道汇合处相连通，中间冷却器低温侧、蒸发器软化水侧和海水预热器高温侧依次相连通，海水预热器高温侧出口与预冷器低温侧出口通过连接管道汇合后与所述海水冷却器高温侧入口相连通，海水淡化子系统的其余回路以舷外原料海水为工质。
所述的预冷器低温侧、中间冷却器低温侧、蒸发器软化水侧、海水预热器高温侧和海水冷却器低温侧依次连通。
所述的推进装置包括双级齿轮减速器和螺旋桨，双级齿轮减速器分别与高压透平和低压透平通过轴系相连接，螺旋桨与双级齿轮减速器通过轴系相连接。
有益效果：
(1)本发明所提出的新型船舰动力系统中，由于作为热源的高温气冷堆堆芯冷却剂运行参数水平较高，与基于分流再压缩、结合内冷和一次再热模式的超临界二氧化碳动力循环结合时，可充分发挥该循环在较高参数条件下相比其他循环形式的高效率优势，达到比压水堆蒸汽循环船舰动力装置高15％～20％的循环净效率，船舰整体性能得到提升。
(2)本发明将以超临界二氧化碳为工质的动力循环系统作为船舰动力装置的二次回路系统，系统结构紧凑，设备规模较小，仅约为同等工况下蒸汽设备的1/30，船舰有效载荷得到显著提升，提高了特殊船舰的作战性能，建设周期及成本降低，经济性优异。
(3)本发明通过预冷器和中间冷却器将超临界二氧化碳动力循环系统与低温多效海水淡化子系统精确耦合，实现能量梯级利用，在保证超临界二氧化碳动力循环系统高效率运行的同时，显著降低了低温多效海水淡化系统的能耗，满足长期巡航的大型船舰的淡水需求；该子系统采用软化水为中间媒介工质，在循环系统两级冷却器通道内吸热后进入海水淡化系统，避免海水杂质阻塞管道，确保了系统设备的安全和使用寿命。
(4)本发明的船舰动力系统内的推进装置采用直接推进方式，推进装置的质量和尺寸相对较小，进一步增强了动力系统的紧凑性；且由于中间损耗较低，其效率较高；同时其安全性良好，使本系统应用于需执行作战任务的特殊船舰的适用性得到提升。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括由高温气冷堆系统构成的堆舱、超临界二氧化碳动力循环系统及低温多效海水淡化子系统构成的机舱和推进装置。采用高温气冷堆2为热源，以基于分流再压缩、结合内冷和一次再热模式的超临界二氧化碳循环提供船舰推进动力及设备电力，并联合低温多效海水蒸馏系统作为辅助装置供给全船所需淡水，以采取直接推进方式的推进装置驱动船舰航行。
高温气冷堆系统所构成的堆舱包括屏蔽壳1、高温气冷堆2、反应堆堆芯3、一级中间换热器4和二级中间换热器5。其中，屏蔽壳1内设有高温气冷堆2、一级中间换热器4和二级中间换热器5，一级中间换热器4位于高温气冷堆2右侧，二级中间换热器5位于高温气冷堆2左侧，高温气冷堆2内设有反应堆堆芯3。一级中间换热器4和二级中间换热器5分别包括高温侧和低温侧，并由以氦气为工质的堆芯冷却剂构成的内部自然循环回路吸收堆芯热量。一级中间换热器4及二级中间换热器5的高温侧入口分别与堆芯冷却剂流出口相连通，形成中间换热循环回路。超临界二氧化碳动力循环系统与高温气冷堆系统通过一级中间换热器4及二级中间换热器5相耦合。
机舱内的超临界二氧化碳动力循环系统包括发电透平6、发电机21、高压透平7、低压透平8、高温回热器9、低温回热器10、预冷器11、低压压缩机12、中间冷却器13、高压压缩机14和再压缩机15。高温回热器9、低温回热器10、预冷器11和中间冷却器13分别包括高温侧和低温侧。一级中间换热器4的低温侧出口分别与发电透平6入口和高压透平7入口相连通；二级中间换热器5的低温侧入口分别与发电透平6出口和高压透平7出口相连通。二级中间换热器5低温侧、低压透平8、高温回热器9高温侧、低温回热器10高温侧沿着超临界二氧化碳工质流动方向依次相连通；低温回热器10高温侧出口与预冷器11高温侧入口和再压缩机15入口分别相连通；预冷器11高温侧、低压压缩机12、中间冷却器13高温侧、高压压缩机14和低温回热器10低温侧依次相连通。低温回热器10低温侧出口与再压缩机15出口通过连接管道汇合后与高温回热器9的低温侧入口相连通，高温回热器9低温侧出口与一级中间换热器4低温侧入口相连通，发电透平6与发电机21相连通。低温多效海水淡化子系统与超临界二氧化碳动力循环系统通过预冷器11和中间冷却器13相耦合。
机舱内的低温多效海水淡化子系统包括循环水泵16、海水冷却器17、海水预热器18、蒸发器19和冷凝器20，其中，海水冷却器17和海水预热器18分别包括高温侧和低温侧。循环水泵16出口分别与海水冷却器17低温侧入口及海水预热器18低温侧入口相连通，海水冷却器17低温侧出口与舷外海域相连通，海水预热器18低温侧出口与蒸发器19海水入口相连通，蒸发器19蒸汽出口与冷凝器20入口相连通，冷凝器20出口与蒸发器19淡水出口汇合连通后与淡水引出管道相连通，蒸发器19浓盐水出口与浓盐水引出管道相连通，海水冷却器17高温侧出口与预冷器11低温侧入口相连通，预冷器11低温侧出口分别与中间冷却器13低温侧入口和海水预热器18高温侧出口管道汇合处相连通，中间冷却器13低温侧、蒸发器19软化水侧和海水预热器18高温侧依次相连通，海水预热器18高温侧出口与预冷器11低温侧出口通过连接管道汇合后与海水冷却器17高温侧入口相连通。预冷器11低温侧、中间冷却器13低温侧、蒸发器19软化水侧、海水预热器18高温侧和海水冷却器17低温侧依次相连通，形成以软化水为工质的循环回路，机舱内低温多效海水淡化子系统其余回路以舷外原料海水为工质。
推进装置包括双级齿轮减速器22和螺旋桨23，双级齿轮减速器22分别与高压透平7及低压透平8通过轴系相连接，螺旋桨23与双级齿轮减速器22通过轴系相连接。
该船舰动力系统中高温气冷堆2的堆芯冷却剂工质为氦气。超临界二氧化碳动力循环系统以处于临界点(31.08℃，7.38MPa)以上的二氧化碳为循环工质，预冷器11和中间冷却器13均采用软化水冷却。低温多效海水淡化子系统以软化水为中间媒介工质，舷外海水为处理原料。
本发明的工作原理为：堆舱中高温气冷堆内的氦气堆芯冷却剂经内部自然循环回路吸收堆芯核裂变反应产生的热量后，分别通过外置式一级中间换热器和外置式二级中间换热器将一回路内的热量传递至机舱内超临界二氧化碳动力循环系统。外置式换热器的选型切合高温气冷堆的结构特点，采用双回路结构的核动力装置杜绝了机舱内放射性物质的存在，确保了船舰的稳定运行与船员的安全。
超临界二氧化碳动力循环系统中的超临界二氧化碳工质经一级中间换热器加热后，分别流入发电透平和高压透平膨胀做功，发电透平带动发电机发电，输出动力系统相关设备所需电能；两透平出口的超临界二氧化碳工质汇流后进入二级中间换热器一次再热，经再热的超临界二氧化碳工质进入低压透平做功后，依次流入高温回热器高温侧和低温回热器高温侧回收大量热量，并在低温回热器高温侧出口分成两股，一股进入再压缩机压缩，另一股依次流经预冷器高温侧、低压压缩机、中间冷却器高温侧、高压压缩机两级冷却与压缩，再进入低温回热器低温侧吸收热量后与再压缩机出口的超临界二氧化碳工质汇合，其后依次进入高温回热器低温侧和一级中间换热器低温侧加热，形成闭式循环回路。二回路系统中的分流再压缩设计可有效避免换热器“夹点”问题，增设的内冷及一次再热环节可分别通过降低压缩功耗和提高透平输出功以提升系统总体循环热效率，实现系统性能的强化。
耦合于超临界二氧化碳动力循环系统的低温多效海水淡化子系统内，舷外原料海水由循环水泵抽取后分流为两股，一股进入海水冷却器低温侧吸热后引出至舷外海域，另一股经海水预热器低温侧加热后进入蒸发器蒸馏，形成海水蒸汽、淡水和浓盐水三种产物，浓盐水经蒸发器浓盐水出口和浓盐水管道引出，海水蒸汽自蒸发器蒸汽出口进入冷凝器冷凝至液态后，与自蒸发器淡水出口流出的淡水汇合，由淡水管道供给至船体。软化水工质在海水冷却器高温侧冷却后流入预冷器低温侧吸热，经初步加热后的软化水分流成两股，一股工质依次进入中间冷却器低温侧、蒸发器软化水侧和海水预热器高温侧释放热量后，在海水预热器高温侧与另一股工质合流进入海水冷却器高温侧，构成软化水循环回路，冷却水能量得到梯级利用，综合实现了超临界二氧化碳动力循环系统的高效率和海水淡化子系统的低能耗运行。
推进装置内双级齿轮减速器将高速转动的高压透平和低压透平所输出的动力转速降低后，驱动螺旋桨以正常转速推动船舰运行，采用直接推进方式驱动船舰兼具安全性和装置紧凑性。
本发明堆舱内的堆芯冷却剂将高温气冷堆产生的热量传递给超临界二氧化碳动力循环系统，循环系统将热能转化为机械能和电能输出；低温多效海水淡化子系统梯级利用循环系统两级冷却器的能量，实现舷外原料海水的淡化；推进装置与循环系统的透平同轴传动，驱动船舰航行。详述如下：
高温气冷堆系统构成的堆舱中，以热功率为250MW的高温气冷堆2堆芯核裂变反应释放的热量为热源，运行压力为7MPa的氦气堆芯冷却剂吸收堆芯热量后达到830℃，分别流入外置式一级中间换热器4高温侧和外置式二级中间换热器5高温侧，将热量传递至机舱内超临界二氧化碳动力循环系统，一级中间换热器4高温侧出口和二级中间换热器5高温侧出口的氦气冷却剂再次吸收堆芯热量，构成高温气冷堆内部自然循环回路。
超临界二氧化碳动力循环系统及低温多效海水淡化子系统构成的机舱中，一级中间换热器4出口参数为650℃、20MPa的超临界二氧化碳工质以50％的比例分别进入发电透平6及高压透平7膨胀做功，发电透平6带动发电机21并输出电能，两透平出口的超临界二氧化碳工质汇流后经二级中间换热器5再热至650℃后推动低压透平8做功。做功后的工质依次流入高温回热器9高温侧和低温回热器10高温侧回收热量后，在低温回热器10高温侧出口分流，约38％的超临界二氧化碳工质进入再压缩机15压缩；其余62％的工质经预冷器11冷却至32℃、7.7MPa后由低压压缩机12压缩至中间压力，再由中间冷却器13冷却至32℃后进入高压压缩机14压缩至20.15MPa。高压压缩机14出口的超临界二氧化碳工质经低温回热器10低温侧加热后与再压缩机15出口工质汇合，其后依次进入高温回热器9低温侧和一级中间换热器4低温侧加热至650℃，形成闭式超临界二氧化碳循环回路。
超临界二氧化碳动力循环系统及低温多效海水淡化子系统构成的机舱中，低温多效海水淡化子系统的最优蒸馏效数可据具体情况确定，环境温度下的舷外原料海水由循环水泵16抽取后分流为两股，一股进入海水冷却器17低温侧吸热后引出至舷外海域，另一股经海水预热器18低温侧加热后进入蒸发器19蒸馏，形成海水蒸汽、淡水和浓盐水三种产物，浓盐水经蒸发器19浓盐水出口和浓盐水管道引出，海水蒸汽自蒸发器19蒸汽出口进入冷凝器20冷凝至液态后，与自蒸发器19淡水出口流出的淡水汇合，由淡水管道供给至船体。软化水工质在海水冷却器17高温侧冷却后流入预冷器11低温侧吸热，经初步加热后的软化水分流成两股，一股工质由中间冷却器13低温侧加热至55℃～65℃后，依次流入蒸发器19软化水侧和海水预热器18高温侧释放热量，再于海水预热器18高温侧与另一股工质合流进入海水冷却器17高温侧，构成软化水循环回路。
推进装置中，双级齿轮减速器22将高速转动的高压透平7和低压透平8所输出的动力转速降低后，驱动螺旋桨23以正常转速推动船舰航行。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，包括堆舱、机舱和推进装置，所述的堆舱包括高温气冷堆系统，所述的机舱包括超临界二氧化碳动力循环系统和海水淡化子系统，所述的高温气冷堆系统包括高温气冷堆(2)，高温气冷堆(2)的两侧分别设有一级中间换热器(4)及二级中间换热器(5)；所述的超临界二氧化碳动力循环系统分别通过一级中间换热器(4)及二级中间换热器(5)与高温气冷堆系统相耦合；所述的海水淡化子系统通过预冷器(11)和中间冷却器(13)与超临界二氧化碳动力循环系统相耦合；所述的推进装置与超临界二氧化碳动力循环系统连接。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的一级中间换热器(4)及二级中间换热器(5)均包括高温侧和低温侧，其中，一级中间换热器(4)和二级中间换热器(5)的高温侧与高温气冷堆(2)内部的反应堆堆芯(3)冷却剂的低温侧回路相连通。
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述反应堆堆芯(3)的冷却剂工质为氦气。
4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的高温气冷堆(2)、一级中间换热器(4)及二级中间换热器(5)放置在屏蔽壳(1)内。
5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的超临界二氧化碳动力循环系统包括发电透平(6)、发电机(21)、高压透平(7)、低压透平(8)、高温回热器(9)、低温回热器(10)、预冷器(11)、低压压缩机(12)、中间冷却器(13)、高压压缩机(14)和再压缩机(15)，所述的高温回热器(9)、低温回热器(10)、预冷器(11)和中间冷却器(13)分别包括高温侧和低温侧；一级中间换热器(4)低温侧出口分别与发电透平(6)入口和高压透平(7)入口相连通，二级中间换热器(5)低温侧入口分别与发电透平(6)出口和高压透平(7)出口相连通，二级中间换热器(5)低温侧、低压透平(8)、高温回热器(9)高温侧、低温回热器(10)高温侧沿超临界二氧化碳工质流动方向依次相连通，所述低温回热器(10)高温侧出口与预冷器(11)高温侧入口和再压缩机(15)入口分别相连通，所述预冷器(11)高温侧、低压压缩机(12)、中间冷却器(13)高温侧、高压压缩机(14)和低温回热器(10)低温侧依次相连通，所述低温回热器(10)低温侧出口与再压缩机(15)出口通过连接管道汇合后与所述高温回热器(9)低温侧入口相连通，所述高温回热器(9)低温侧出口与一级中间换热器(4)低温侧入口相连通。
6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的发电透平(6)与发电机(21)相连通。
7.根据权利要求1或5所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的预冷器(11)和中间冷却器(13)均采用软化水冷却。
8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的海水淡化子系统包括循环水泵(16)、海水冷却器(17)、海水预热器(18)、蒸发器(19)和冷凝器(20)，其中，海水冷却器(17)和海水预热器(18)分别包括高温侧和低温侧；所述循环水泵(16)出口分别与海水冷却器(17)低温侧入口和海水预热器(18)低温侧入口相连通，所述海水冷却器(17)低温侧出口与舷外海域相连通，所述海水预热器(18)低温侧出口与蒸发器(19)海水入口相连通，所述蒸发器(19)蒸汽出口与冷凝器(20)入口相连通，所述冷凝器(20)出口与蒸发器(19)淡水出口汇合连通后与淡水引出管道相连通，所述蒸发器(19)浓盐水出口与浓盐水引出管道相连通，所述海水冷却器(17)高温侧出口与预冷器(11)低温侧入口相连通，所述预冷器(11)低温侧出口分别与中间冷却器(13)低温侧入口和海水预热器(18)高温侧出口管道汇合处相连通，所述中间冷却器(13)低温侧、蒸发器(19)软化水侧和海水预热器(18)高温侧依次相连通，所述海水预热器(18)高温侧出口与预冷器(11)低温侧出口通过连接管道汇合后与海水冷却器(17)高温侧入口相连通，海水淡化子系统的其余回路以舷外原料海水为工质。
9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的预冷器(11)低温侧、中间冷却器(13)低温侧、蒸发器(19)软化水侧、海水预热器(18)高温侧和海水冷却器(17)低温侧依次连通。
10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环与海水淡化耦合的船舰核动力系统，其特征在于，所述的推进装置包括双级齿轮减速器(22)和螺旋桨(23)，所述双级齿轮减速器(22)分别与高压透平(7)和低压透平(8)通过轴系相连接，所述螺旋桨(23)与双级齿轮减速器(22)通过轴系相连接。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113086945A (zh) * 2021-04-14 2021-07-09 中核能源科技有限公司 高温气冷堆电氢水热联产系统
CN114110440A (zh) * 2021-12-01 2022-03-01 中国核动力研究设计院 一种超临界二氧化碳装置泄漏回收系统及方法
US11311818B1 (en) 2021-09-28 2022-04-26 King Abdulaziz University Brayton cycle adsorption desalination system
WO2022166185A1 (zh) * 2021-02-07 2022-08-11 西安热工研究院有限公司 一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统和方法
CN115083635A (zh) * 2022-06-28 2022-09-20 华能核能技术研究院有限公司 气冷堆热传输系统
CN117128062A (zh) * 2023-07-14 2023-11-28 中国核动力研究设计院 无水冷却发电系统及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08338892A (ja) * 1995-06-14 1996-12-24 Japan Atom Energy Res Inst ヘリウム冷却高温ガス炉
CN101668928A (zh) * 2006-07-31 2010-03-10 技术学校公司 用于使发电站高效且低排放地运行以及用于储存能量和转换能量的方法和装置
CN108952865A (zh) * 2018-06-04 2018-12-07 东南大学 煤超临界水热燃烧与超临界二氧化碳循环耦合的发电系统
CN110230523A (zh) * 2019-07-01 2019-09-13 西安热工研究院有限公司 一种耦合海水淡化的超临界co2发电系统及方法
CN110344898A (zh) * 2019-08-05 2019-10-18 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 吸收式海水淡化与闭式循环发电系统
CN111473540A (zh) * 2020-05-25 2020-07-31 广东海洋大学 船舶余热驱动co2超临界发电耦合跨临界制冷循环系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08338892A (ja) * 1995-06-14 1996-12-24 Japan Atom Energy Res Inst ヘリウム冷却高温ガス炉
CN101668928A (zh) * 2006-07-31 2010-03-10 技术学校公司 用于使发电站高效且低排放地运行以及用于储存能量和转换能量的方法和装置
CN108952865A (zh) * 2018-06-04 2018-12-07 东南大学 煤超临界水热燃烧与超临界二氧化碳循环耦合的发电系统
CN110230523A (zh) * 2019-07-01 2019-09-13 西安热工研究院有限公司 一种耦合海水淡化的超临界co2发电系统及方法
CN110344898A (zh) * 2019-08-05 2019-10-18 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 吸收式海水淡化与闭式循环发电系统
CN111473540A (zh) * 2020-05-25 2020-07-31 广东海洋大学 船舶余热驱动co2超临界发电耦合跨临界制冷循环系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石明珠 等: "核动力船舰超临界二氧化碳循环系统建模与性能分析", 《东南大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022166185A1 (zh) * 2021-02-07 2022-08-11 西安热工研究院有限公司 一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统和方法
CN113086945A (zh) * 2021-04-14 2021-07-09 中核能源科技有限公司 高温气冷堆电氢水热联产系统
US11311818B1 (en) 2021-09-28 2022-04-26 King Abdulaziz University Brayton cycle adsorption desalination system
CN114110440A (zh) * 2021-12-01 2022-03-01 中国核动力研究设计院 一种超临界二氧化碳装置泄漏回收系统及方法
CN115083635A (zh) * 2022-06-28 2022-09-20 华能核能技术研究院有限公司 气冷堆热传输系统
CN115083635B (zh) * 2022-06-28 2023-08-22 华能核能技术研究院有限公司 气冷堆热传输系统
CN117128062A (zh) * 2023-07-14 2023-11-28 中国核动力研究设计院 无水冷却发电系统及其控制方法
CN117128062B (zh) * 2023-07-14 2024-03-26 中国核动力研究设计院 无水冷却发电系统及其控制方法

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