[發明專利]采用多級換熱功率屏蔽換熱器的空間核電系統及循環方法

有效

• 申請號: 202111151398.5
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113871038B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 鹿鵬;楊沁山;閆曉蝶;魏劍;葉啟航;黃護林
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G21C15/28
• 分類號: G21C15/28;G21C15/14;G21C15/12;G21C15/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

1.一種采用多級換熱功率屏蔽換熱器的空間核電系統，包括一、二回路，液態金屬鋰經一回路循環作業，氦氣經二回路循環作業，其特征在于，還包括多級換熱功率屏蔽換熱器(4)，其熱流體通道屬于一回路，冷流體通道屬于二回路，一回路中的液態金屬和二回路中的氦氣在多級換熱功率屏蔽換熱器(4)內進行熱量交換；

所述多級換熱功率屏蔽換熱器(4)包括前后兩級換熱，其熱流體通道貫穿兩級換熱，兩級換熱各有一個冷流體通道，前一級換熱的冷流體通道出口(f)、后一級換熱的冷流體通道進口(e)以及所述二回路的入口通過三向旋塞閥(13)連接，三向旋塞閥(13)與所述二回路的入口之間設置第一隔離閥(12)，后一級換熱的冷流體通道出口(c)與所述二回路的入口之間設置第二隔離閥(11)；

所述前一級換熱為管殼式換熱，包括若干根屏蔽金屬換熱管(19)，屏蔽金屬換熱管(19)的材料采用具有屏蔽性能的鎢錸合金；

所述后一級換熱為板式換熱，包括若干個屏蔽金屬換熱板片(20)，屏蔽金屬換熱板片(20)的材料采用具有屏蔽性能的鎢錸合金；所述屏蔽金屬換熱板片(20)包括液態金屬鋰通道(26)和氦氣通道(27)，所述液態金屬鋰通道(26)與所述屏蔽金屬換熱管(19)連通，所述氦氣通道(27)即后一級換熱的冷流體通道；

所述一回路包括核反應堆(1)、壓力緩沖裝置(2)、氣液分離器(3)、多級換熱功率屏蔽換熱器(4)、電磁泵(14)；液態金屬依次流經核反應堆(1)的出口、壓力緩沖裝置(2)、氣液分離器(3)、多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的熱流體通道、電磁泵(14)和流經核反應堆(1)的進口；

所述二回路包括多級換熱功率屏蔽換熱器(4)、回熱器(5)、冷卻器(6)、輻射散熱器(7)、壓縮機(8)、發電機(9)、渦輪機(10)、第一隔離閥(12)、第二隔離閥(11)、三向旋塞閥(13)；氦氣依次經過多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的前一級換熱的冷流體通道出口(f)或后一級換熱的冷流體通道出口(c)、第一隔離閥(12)或第二隔離閥(11)、渦輪機(10)、回熱器(5)的熱流體通道、冷卻器(6)、壓縮機(8)、回熱器(5)的冷介質通道、多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的前一級換熱的冷流體通道的進口(b)。

2.根據權利要求1所述的一種采用多級換熱功率屏蔽換熱器的空間核電系統，其特征在于，所述屏蔽金屬換熱管(19)的外側沿程設置若干個折流板(18)。

3.基于權利要求1所述的空間核電系統的循環方法，其特征在于，包括如下步驟：

前一級換熱：液態金屬鋰從多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的液態金屬鋰入口(a)進入與氦氣進行熱量交換，然后從多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的熱流體出口(d)流出，氦氣從多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的前一級換熱的冷流體通道的進口(b)進入，與屏蔽金屬換熱管(19)中液態鋰進行熱量交換；氦氣從多級換熱功率屏蔽換熱器的前一級換熱的冷流體通道出口(f)流出，調節三向旋塞閥(13)使氦氣不流回多級換熱功率屏蔽換熱器(4)，第一隔離閥(12)打開，第二隔離閥(11)關閉；

后一級換熱：若進行第二階段的換熱，則從多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的前一級換熱的冷流體通道出口(f)流出，此時第一隔離閥(12)關閉，第二隔離閥(11)打開，通過三向旋塞閥(13)流入多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的后一級換熱的冷流體通道進口(e)，與液態鋰通過屏蔽金屬換熱板片進行熱量交換，然后從多級換熱功率屏蔽換熱器(4)的后一級換熱的冷流體通道出口(c)流出。