熔融盐核反应堆以及基于熔融盐核反应堆的机载动力系统技术方案

一种熔融盐核反应堆以及机载动力系统，该熔融盐核反应堆包括石墨堆壳、化学盐处理罐、熔盐排放罐和用于反应堆冷却与核热能传递的反应堆冷却器，石墨堆壳内设有石墨结构和熔融盐腔，该反应堆冷却器的受热段伸入到石墨堆壳中，反应堆冷却器的放热段位于外保温层的外部；该机载动力系统包括上述的熔融盐核反应堆、若干级热力机组、与该热力机组配套连接的冷却系统和与该热力机组传动连接的动力平衡系统，熔融盐核反应堆中反应堆冷却器的放热段通过高温加热器与热力机组的热源段进行热量交换，熔融盐核反应堆、热力机组、冷却系统与动力平衡系统均与控制调节装置控制连接。本发明专利技术具有能量转换效率高、安全性好、体积小、结构简单且易于实现的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核热能与动力转换
，尤其涉及一种熔融盐核反应堆以及基于熔融盐核反应堆的机载动力系统。
技术介绍
当前热机主要采用汽油、柴油、天然气、煤气或者煤炭等高质量化石燃料，且随着社会建设的发展，各个工业领域对化石燃料的需求不断，尤其是以化石燃料为直接动力的汽车，全球当前汽车保有量突破12亿辆，其碳排放量巨大，已经带来了严重的温室效应和光化学污染，且成为城市空气污染的主要因素。化石能源属于不可再生资源，现有石油和天然气探明储量仅可供人类使用半个世纪左右，越来越多的化石燃料消耗不仅带来了资源的严重浪费，还引起了更为严重的能源危机；人们正迫切开发各种新能源来摆脱对化石能源的依赖，这使得新能源技术得到了长足的发展与进步。核能是最有潜力取代现有化石能源的新能源，在核能利用率较高的国家，其核能发电量占全国75%以上；但核电厂采用的是丰度较高的铀基燃料棒，核反应堆设备庞大，安全等级要求高，难以用于机载动力机；且一般采用适合商业规模应用的压水堆，它采用水作为工质的热力系统，结构复杂，压力等级高，凝汽器庞大，也不适用于小型动力机。为了解决化石燃料汽车的污染问题，目前各个国家都在大力推进电动汽车的发展，而我国80%电能来源于燃煤电厂，现有采用电力作为能源的汽车本质依然消耗煤炭等化石能源。采用燃油作为能源的汽车航程较短，一次加油一般不超过700公里；而受限于电池等技术瓶颈，电动汽车一次充电一般不超过300公里。因此，电动汽车的发展难以从根本上解决化石燃料的消耗与其带来的污染问题。探月、火星等航天项目中的勘探车辆动力系统采用太阳能电池板供电，核能仅用于车辆内部保温，勘探车辆受限于昼夜而交替工作，工作效率低。月球、火星等其他星球的外表面温度非常低，若采用水作为动力系统的载热工质则存在全系统结冰而无法工作的问题。因此，在能源危机日益迫近的今天，将核反应堆适用于汽车等的小型化技术不仅能极大缓解能源危机，对日益严重的环境问题也具有重大的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种熔融盐核反应堆以及基于熔融盐核反应堆的机载动力系统，它具有能量转换效率高、安全性好、体积小、结构简单且易于实现的优点。本专利技术是这样来实现的，一种熔融盐核反应堆，它包括石墨堆壳、化学盐处理罐、熔盐排放罐以及从内向外依次包裹在石墨堆壳外周的合金壳、内保温层、钢制外壳和外保温层，其结构是，它还包括用于反应堆冷却与核热能传递的反应堆冷却器，所述石墨堆壳内设有石墨结构以及容纳熔融盐堆芯的熔融盐腔，该反应堆冷却器的受热段伸入到石墨堆壳中，反应堆冷却器的放热段位于外保温层的外部；所述化学盐处理罐和熔盐排放罐均与熔融盐腔连通，且熔盐排放罐与熔融盐腔之间还设有冷冻阀。所述石墨堆壳内设有与熔融盐腔连通的熔融盐冷却通道，熔融盐冷却通道上设有熔盐泵，所述反应堆冷却器的受热段嵌合在石墨堆壳中并盘绕在熔融盐冷却通道外周，反应堆冷却器的放热段位于外保温层的外部。所述石墨堆壳内的石墨结构为石墨柱，若干石墨柱围绕成熔融盐腔，石墨柱与石墨堆壳内壁之间构成冷却腔，冷却腔包绕在熔融盐腔外部且与熔融盐腔相连通；所述反应堆冷却器的受热段包括相互连通的埋设在石墨堆壳与石墨柱内的盘管。所述石墨堆壳内的石墨结构是截面为半圆形结构的石墨棒，熔融盐腔以及位于熔融盐腔内的熔融盐堆芯均位于两个石墨棒构成的笼型空间内，石墨棒与石墨堆壳内壁之间构成冷却腔；所述反应堆冷却器的受热段包括相互连通的分别埋设在石墨堆壳与石墨棒中的外盘管和内盘管，相邻外盘管和内盘管构成环绕冷却腔的腰圆结构；所述熔融盐核反应堆还包括位于外保温层外部的排气管和加盐管，所述排气管和加盐管均与熔融盐堆芯连通。所述反应堆冷却器是以液压油、氟化盐或钾钠合金为工质的耐辐射合金制换热器，该反应堆冷却器的放热段包括并联的放热回路与预热旁路，预热旁路内的工质经预热器换热后与放热回路中放热后的工质汇合，被循环泵泵回反应堆冷却器的受热段。一种基于熔融盐核反应堆的机载动力系统，其结构是，它包括上述的熔融盐核反应堆，它还包括若干级热力机组、与该热力机组配套连接的冷却系统以及与该热力机组传动连接的动力平衡系统，熔融盐核反应堆中反应堆冷却器的放热段通过高温加热器与热力机组的热源段进行热量交换，所述熔融盐核反应堆、热力机组、冷却系统与动力平衡系统均与控制调节装置控制连接。所述热力机组包括膨胀动力机、热力机组回热器、热力机组循环主泵、储液罐和气液分离增压器，热力机组中经热源段处吸热后的高温工质依次经过膨胀动力机和热力机组回热器放热，低温工质在气液分离增压器中进行增压气液分离，液态工质被存储到储液罐中，再由热力机组循环主泵泵入热力机组回热器进行预热，最后被输送到热力机组中经热源段处循环吸热。所述冷却系统包括热力机组冷却器、冷却机风扇和冷风风道，热力机组冷却器与气液分离增压器并联。所述动力平衡系统包括电机、电力逆变器和蓄电池，所述电机与膨胀动力机传动连接。优选的是:所述机载动力系统的工质是用于朗肯循环和三边闪蒸热力循环的芳香烃、烷烃、氟烃或有机硅油，以及用于布雷顿循环的二氧化碳、氮气或氦气。本专利技术的有益效果为:本专利技术采用的熔融盐核反应堆具有功率密度大、体积小，核泄露风险小，易于控制等优点。将熔融盐核反应堆用于车载动力系统，它具有转换效率高、安全性好、体积小、结构简单且易于实现的特点，其动力输出可自由调节，能够为陆地行驶车辆、船舶和大型航空器提供驱动动力，也可在其他领域替代内燃机。本专利技术为推动新能源的发展应用以及环境污染的解决提出了一个易于实现的技术方案。【附图说明】图1为本专利技术基于熔融盐核反应堆的机载动力系统的一种实施例的结构示意图。图2为本专利技术熔融盐反应堆一个实施例的结构剖面图。图3为本专利技术熔融盐反应堆另一个实施例的结构剖面图。图4为本专利技术机载动力系统采用二级热力机组的部分结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。如图1-3所示，本专利技术是这样实现的，一种熔融盐核反应堆1，它包括石墨堆壳4、化学盐处理罐8、熔盐排放罐10以及从内向外依次包裹在石墨堆壳4外周的合金壳7、内保温层11、钢制外壳12和外保温层13，其结构是，它还包括用于反应堆冷却与核热能传递的反应堆冷却器14，所述石墨堆壳4内设有石墨结构3以及容纳熔融盐堆芯的熔融盐腔2，该反应堆冷却器14的受热段伸入到石墨堆壳4中，反应堆冷却器14的放热段位于外保温层13的外部；反应堆冷却器14用于吸收核反应释放的热量，一方面控制核反应温度，另一方面将核反应热量传递到反应堆外部，以作为驱动能量。所述化学盐处理罐8和熔盐排放罐10均与熔融盐腔2连通，且熔盐排放罐10与熔融盐腔2之间还设有冷冻阀9 ;冷冻阀9在熔融氟化盐超温时融化，使熔盐流入熔盐排当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融盐核反应堆，该熔融盐核反应堆(1)包括石墨堆壳(4)、化学盐处理罐(8)、熔盐排放罐(10)以及从内向外依次包裹在石墨堆壳(4)外周的合金壳(7)、内保温层(11)、钢制外壳(12)和外保温层(13)，其特征在于，它还包括用于反应堆冷却与核热能传递的反应堆冷却器(14)，所述石墨堆壳(4)内设有石墨结构(3)以及容纳熔融盐堆芯的熔融盐腔(2)，该反应堆冷却器14的受热段伸入到石墨堆壳(4)中，反应堆冷却器(14)的放热段位于外保温层(13)的外部；所述化学盐处理罐(8)和熔盐排放罐(10)均与熔融盐腔(2)连通，且熔盐排放罐(10)与熔融盐腔(2)之间还设有冷冻阀(9)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫广，张骐，郭伟杰，宋建元，程建坤，谷战生，李志新，杨文宏，吕学海，
申请(专利权)人：河北华热工程设计有限公司，闫广，
类型：发明
国别省市：北京;11