[發(fā)明專利]一種深海核電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711414720.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN108122623B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳宜燦;何梅生;劉超;周濤;王明煌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G21D7/04
• 分類號(hào): G21D7/04;G21C1/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;鄧治平

本發(fā)明公開了一種深海核電裝置，包括反應(yīng)堆、熱電轉(zhuǎn)換模塊、二回路、二回路驅(qū)動(dòng)泵、流道夾層、壓力腔和輔助系統(tǒng)組成。其中，所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊為靜態(tài)熱電轉(zhuǎn)換模塊，將反應(yīng)堆提供熱量轉(zhuǎn)化為電能，廢熱通過二回路經(jīng)壓力腔排放至深海環(huán)境中。本發(fā)明無動(dòng)部件，可突破傳統(tǒng)核電裝置的連續(xù)運(yùn)行限制；靜態(tài)熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與反應(yīng)堆直接換熱，提高系統(tǒng)整體效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核能工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深海核電裝置。

背景技術(shù)

海洋占據(jù)地球表面71％的面積，蘊(yùn)含豐富的自然資源。由于近海資源的過度開發(fā)、環(huán)境的污染，海洋資源的利用向著遠(yuǎn)海和深海發(fā)展。常規(guī)的潛水器使用電池作為能源，只能實(shí)現(xiàn)短時(shí)運(yùn)行，嚴(yán)重限制了工作范圍。核能系統(tǒng)能量密度高，可以從量級(jí)上提高深海水下能源的續(xù)航能力與航速，極大的推動(dòng)深海的研究工作。

日本在深海核電源的領(lǐng)域做了大量的研究，在船用堆的基礎(chǔ)上發(fā)展深海小型反應(yīng)堆DRX、水下探測(cè)器用小型潛水反應(yīng)堆SCR，以及深海快堆DSFR。美國(guó)NR-1反應(yīng)堆可達(dá)到水下1500米的深度。現(xiàn)有的深海核電系統(tǒng)普遍采用動(dòng)態(tài)熱力循環(huán)來進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換，其動(dòng)部件需要經(jīng)常的進(jìn)行維護(hù)和更換，極大的限制了深海核電系統(tǒng)的工作時(shí)間。目前汽輪機(jī)的泵和閥門等部件的維護(hù)通常不超過2年。而深海資源開發(fā)平臺(tái)或深海空間站需要10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的供能，大量動(dòng)部件的應(yīng)用無法滿足其要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種深海核電裝置，目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊合理，發(fā)電效率高，輻照損傷小，可以長(zhǎng)時(shí)間無需維護(hù)的核電裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種深海核電裝置，包括反應(yīng)堆1、熱電轉(zhuǎn)換模塊3、二回路4、二回路驅(qū)動(dòng)泵5、流道夾層6、壓力腔7和輔助系統(tǒng)8。所述的反應(yīng)堆1包容堆芯2，用于為系統(tǒng)提供熱能，堆芯2位于反應(yīng)堆1的下部；所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊3包容在反應(yīng)堆1內(nèi)，反應(yīng)堆1內(nèi)的冷卻工質(zhì)在堆芯2和熱電轉(zhuǎn)換模塊3之間循環(huán)，將熱量從堆芯2轉(zhuǎn)移到熱電轉(zhuǎn)換模塊3，隨后熱電轉(zhuǎn)換模塊3將熱能轉(zhuǎn)化為電能；所述的二回路4管道內(nèi)的冷卻工質(zhì)由二回路驅(qū)動(dòng)泵5驅(qū)動(dòng)循環(huán)，將熱電轉(zhuǎn)換模塊3未能轉(zhuǎn)化成電能的熱量排出，通過流道夾層6將熱量傳遞給壓力腔7，通過壓力腔7的壁面向外界低溫海水進(jìn)行散熱。

所述的反應(yīng)堆1為液態(tài)金屬反應(yīng)堆。液態(tài)金屬反應(yīng)堆具有良好的中子性能。液態(tài)金屬在反應(yīng)堆堆芯2內(nèi)接受輻照后，不易產(chǎn)生高活化物質(zhì)；對(duì)堆芯進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠帘危梢杂行p少熱電轉(zhuǎn)換模塊3所遭受的輻照。

所述的堆芯2為反應(yīng)堆的核心部分，核裂變反應(yīng)發(fā)生在堆芯2中。堆芯2負(fù)責(zé)為整個(gè)深海核電裝置提供熱能。

所述的熱電轉(zhuǎn)換模塊3采用靜態(tài)熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，將熱能轉(zhuǎn)換為電能。熱電轉(zhuǎn)換模塊3為夾層式結(jié)構(gòu)，位于堆芯冷卻劑工質(zhì)和二回路冷卻劑工質(zhì)之間。熱電轉(zhuǎn)換模塊3安裝在比堆芯2的水平高度高的部位，反應(yīng)堆1內(nèi)的冷卻劑，由于堆芯2和熱電轉(zhuǎn)換模塊3之間的高度差和溫度差進(jìn)行自發(fā)循環(huán)。

優(yōu)選地，所述的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為靜態(tài)熱電偶發(fā)電；

優(yōu)選地，所述的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為靜態(tài)熱離子發(fā)電。

所述的二回路4和二回路驅(qū)動(dòng)泵5將廢熱從反應(yīng)堆1內(nèi)帶出，傳遞到流道夾層6。所述的二回路4內(nèi)循環(huán)冷卻劑為油冷卻劑。油冷卻劑的循環(huán)在常壓下即可運(yùn)行在高壓下。

所述壓力腔7為圓形球體，為整個(gè)深海核電裝置抵抗來自深海的壓力。同時(shí)反應(yīng)堆1的重心較低，壓力腔7的圓形結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)深海核電裝置在海洋流體擾動(dòng)的外部環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自平衡。所述的壓力腔7內(nèi)填充惰性保護(hù)氣體，可以避免油冷卻劑火災(zāi)的可能性。

所述的輔助系統(tǒng)8為反應(yīng)堆的正常運(yùn)行提供氣體保護(hù)、工質(zhì)維護(hù)和自動(dòng)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的深海核電裝置，反應(yīng)堆采用自然循環(huán)，靜態(tài)熱電轉(zhuǎn)換的方式，無能動(dòng)部件，能夠突破現(xiàn)有深海資源開發(fā)和探測(cè)用電源續(xù)航能力的限制。