[發明專利]一種核能與堿金屬熱電轉換裝置聯合發電裝置

有效

• 申請號: 200910072671.8
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101630931A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 周春良;鄭洪濤;潘賢德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;F28D20/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種動力能源領域的能量利用系統，具體地說是一種用核反應堆放出的熱量作為堿金屬熱電直接轉換器的熱源，兩者集成的一種發電裝置。

(二)背景技術

核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規?？煽刂屏炎冩準椒磻难b置。核反應堆的工作原理是這樣的：原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2到3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核+熱載體。但是只有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機會；核反應堆要依人的意愿決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設施+防護裝置。

根據用途，核反應堆可以分為以下幾種類型①將中子束用于實驗或利用中子束的核反應，包括研究堆、材料實驗等。②生產放射性同位素的核反應堆。③生產核裂變物質的核反應堆，稱為生產堆。④提供取暖、海水淡化、化工等用的熱量的核反應堆，比如多目的堆。⑤為發電而發生熱量的核反應，稱為發電堆。⑥用于推進船舶、飛機、火箭等到的核反應堆，稱為推進堆。另外，核反應堆根據燃料類型分為天然氣鈾堆、濃縮鈾堆、釷堆；根據中子能量分為快中子堆和熱中子堆；根據冷卻劑(載熱劑)材料分為水冷堆、氣冷堆、有機液冷堆、液態金屬冷堆；根據慢化劑(減速劑)分為石墨堆、重水堆、壓水堆、沸水堆、有機堆、熔鹽堆、鈹堆；根據中子通量分為高通量堆和一般能量堆；根據熱工狀態分為沸騰堆、非沸騰堆、壓水堆；根據運行方式分為脈沖堆和穩態堆，等等。核反應堆概念上可有900多種設計，但現實上非常有限。

堿金屬熱電轉換裝置(the?Alkali?Metal?Thermal?to?Electric?converter)簡寫為AMTEC，是一種新型能量轉換技術，它以液態堿金屬或氣態堿金屬(鋰、鉀、鈉)為工質，β″-Al₂O₃固體電解質(BASE)為離子選擇性滲透膜，這種陶瓷材料對離子是良導體，而對電子幾乎是絕緣體，這構成了堿金屬熱電轉換器工作的基礎。理論上，熱電轉換效率可達30％-40％。AMTEC可直接將太陽能、外部燃燒、放射性同位素、反應器熱源和余熱產生的熱能轉換成電能。堿金屬工質(液態或氣態)在封閉循環系統中運行，其轉換過程特點為等溫膨脹/壓縮，等壓加熱，因此可獲得高效率。AMTEC具有很多優點：潔凈無噪聲、設備結構緊湊、維護量小、適合分散布置等。

核反應堆堆芯核裂變時產生巨大的熱能，這些能量足夠保證AMTEC工作的需求，因此可以用來作為AMTEC的熱源。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種利用核反應堆堆芯核裂變放出的巨大能量為堿金屬熱點直接轉換器提供熱量使其工作產生電能的一種核能與堿金屬熱電轉換裝置聯合發電裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

從核反應堆的蒸汽發生器二回路側的給水，通過蒸汽發生器的大量U型管管壁，吸收了一回路堿金屬工質從反應堆帶出來的熱量，在蒸汽發生器里變為蒸汽，蒸汽從發生器頂部的出口通過主蒸汽管流出核反應堆安全殼后流經附加蒸汽管進入處于高溫相變蓄熱器內部的熱交換器，熱交換器的外壁傳熱材料將熱量傳遞給高溫相變蓄熱器內的蓄熱材料，蓄熱材料的吸收熱量到達蓄熱器的熱輸出接口，堿金屬熱電直接轉換器通過其熱輸入接口和蓄熱器的熱輸出接口相連接，熱量進入堿金屬熱電直接轉換器內部使其工作產生電能供給負載，流過熱交換器的蒸汽在熱量被蓄熱器內的蓄熱材料吸收以后流出蓄熱器進入冷凝器冷凝，在冷凝水泵的作用下進入除氧器除氧，然后在給水泵的作用下進入高壓加熱器進行加熱最后由核反應堆一回路側的蒸汽發生器給水口重新進入蒸汽發生器吸收熱量進行循環。

所述熱交換器和高溫相變蓄熱器之間有絕熱密封裝置。

主蒸汽管和附加蒸汽管之間采用連接體進行連接，附加蒸汽管外有保溫層。