一种反应堆核电源及具有其的移动载具制造技术

本发明专利技术涉及一种反应堆核电源及具有其的移动载具，反应堆核电源包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。本发明专利技术利用液态金属反应堆出口温度高的特点，将二回路工质发电余热综合利用，可进行供热供汽、淡水制造等，符合多场合、多元化能源利用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种反应堆核电源及具有其的移动载具
本专利技术涉及先进核能发电与能量综合利用
，具体涉及一种反应堆核电源及具有其的移动载具。
技术介绍
随着国民经济和国防建设的不断发展，对于超小型、高功率、长续航电源以及多用途能源供给系统的需求日益攀升。面向国民经济发展，在突发公共事件救援，重大基础设施建设等陆上非固定复杂多变的多场景、多元化能源供给具有迫切需求；面向国防建设，小型移动式能源系统将大幅提升新型装备的作战效能。小型移动式核电站能以很低的运行成本实现一天24小时连续发电，相较于常规化石燃料或可再生能源，小型移动式核电站更加符合公共事件救援、重大基础设施建设期间高功率供电供热供汽供水，以及沙漠戈壁、高原山区、远海岛礁等偏远地区供电要求。然而，传统核电站的轻水堆系统庞杂，尤其是其累加冗余的安全设计理念无法适用于陆上移动式对于小型、灵活、安全的设计需求，此外，传统轻水堆的高压设计，也使得二回路工质易受放射性污染而无法直接排放。综上所述，亟待一种超小型可移动的反应堆核电源，来解决传统核电在小型化、安全性方面不适用于陆基移动式核电源的突出问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种反应堆核电源及具有其的移动载具。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种反应堆核电源，包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。本专利技术的有益效果是：本专利技术的反应堆核电源，一回路反应堆采用常压或低压运行的液态金属反应堆，二回路采用高压空气布雷顿循环。运行时，一回路压力低于二回路，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气。二回路空气工质的放射性清洁，使其可以直接排放至大气中，不需要冷却器，显著减小了电源系统体积，实现了核电源系统的小型化可移动。本专利技术利用液态金属反应堆出口温度高的特点，将二回路工质发电余热综合利用，可进行供热供汽、淡水制造等，符合多场合、多元化能源利用需求。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述反应堆模块外侧设有非能动余热排出环腔，所述开式空气布雷顿循环发电模块通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通。采用上述进一步方案的有益效果是：正常运行时，发电模块的入口通过反应堆池外侧的非能动余热排出环腔与大气连通，使空气进行初级预热。进一步，所述开式空气布雷顿循环发电模块包括压缩机和透平，所述压缩机通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通，所述换热器通过换热管路与所述透平连接，使经过换热器加热的空气进入透平做工。采用上述进一步方案的有益效果是：所述的反应堆模块与开式空气布雷顿循环发电模块通过管路连接，空气压力不低于500kPa，高于反应堆运行压力，确保换热器一次侧堆内放射性物质不会进入二次侧空气，空气经过换热器加热再进入透平做功后直接连通大气，或接入能量综合利用模块后连通大气；所述电源控制模块用于供配电和控制；电源控制模块的启动电源采用外部电源或移动载具取力供电。进一步，所述能量综合利用模块包括回热器、热交换器和多效蒸发系统中的一种或几种。采用上述进一步方案的有益效果是：可采用回热器预热压缩空气，或采用内含水的热交换器用于供热或供汽，或采用多效蒸发系统用于淡水制造。进一步，所述换热器中含有中子吸收材料，所述中子吸收材料涂覆在所述换热器表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中；所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中包括，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器。采用上述进一步方案的有益效果是：可有效防止换热器活化。进一步，所述液态金属反应堆采用一体化池式结构，所述换热器垂直安装于堆池内，所述反应堆模块内设有堆芯和屏蔽结构，所述堆芯位于所述屏蔽结构内，所述换热器位于所述屏蔽结构外。采用上述进一步方案的有益效果是：液态金属反应堆可选用铅铋冷却反应堆作为热源，铅铋冷却反应堆为一体化池式结构，堆芯热源、反应堆性控制系统、热传输系统设备和结构件均一体化池式集成，堆芯位于堆池中心，换热器等热传输设备环绕堆芯垂直装配入堆并对称布置，该布置方案可实现反应堆小型紧凑化。堆芯中子被堆内一体化屏蔽体屏蔽，确保换热器内二次侧工质不会被中子活化。进一步，所述换热器采用含热中子吸收元素铁基结构材料，所述屏蔽结构采用陶瓷和金属基复合材料。采用上述进一步方案的有益效果是：所述换热器可选用Gd2O3钢材料，一体化屏蔽结构可选用B4C陶瓷和Gd2O3钢复合材料，材料中的Gd2O3和B4C陶瓷均为优良的中子吸收体，可屏蔽来自于堆芯泄露的中子，防止换热器二次侧工质中子活化。所述的液态金属冷却反应堆运行压力为0～300kPa，堆芯铅铋冷却剂出口温度为650℃。进一步，所述液态金属反应堆还包括内层容器、并排独立布置的设备池和堆芯池，所述设备池和堆芯池上端连通且其上端设有顶盖，所述内层容器分别安装在所述设备池和堆芯池内，所述内层容器与所述设备池之间预留有第一隔腔，所述内层容器与所述堆芯池之间预留有第二隔腔，并将所述设备池和堆芯池上端的连通腔分隔成上连通腔和下连通腔；位于所述堆芯池中的内层容器中安装有堆芯，位于所述设备池中的内层容器上安装有主泵和换热器；所述堆芯池与所述设备池之间设有屏蔽体。采用上述进一步方案的有益效果是：将堆芯和主设备分别布置在堆芯池和设备池中，使堆芯和主设备分开布置，采用连通腔将堆芯池和设备池连通，使冷却剂可以利用上腔体和下腔体在堆芯池和设备池中形成池内循环回路，以长度换宽度，显著降低容器直径，方便车辆装载运输。可以有效解决反应堆车载运输尺寸大、质量重的难题，同时还能确保反应堆安全性。进一步，所述液态金属反应堆还包括反应堆容器以及分别设置在所述反应堆容器内的堆芯、堆芯围筒、堆内屏蔽体和主泵，所述堆芯设置在所述堆芯围筒内，所述堆内屏蔽体环设在所述堆芯围筒周侧，所述堆内屏蔽体与所述反应堆容器之间预留有用于填充冷却剂的间隔，所述换热器和主泵分别设置在所述堆内屏蔽体内且分别与间隔连通，所述换热器和所述主泵中分别含有中子吸收材料。采用上述进一步方案的有益效果是：利用堆芯围筒内的堆芯发热，然后利用主泵将冷却剂上下流动，使堆芯热量传递给换热器，再利用工质将换热器的热量传递出去；通过在换热器和主泵中设置中子吸收材料，在不改变换热器和主泵正常功能的前提下，提高换热器和主泵的屏蔽性能，减少堆芯产生的中心向外泄漏，降低反应堆容器的辐照损伤；将换热器和主泵设置在堆内屏蔽体中，在堆芯内填充堆内屏蔽体，可以减少对外屏蔽体的体积，有利于反应堆的减重，使一体化屏蔽反应堆做到小型轻量化。一种移动载具，包括可移动的载具以及所述的反应堆核电源，所述反应堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应堆核电源，其特征在于，包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与所述开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。/n

【技术特征摘要】
20210305 CN 20211024632621.一种反应堆核电源，其特征在于，包括反应堆模块、开式空气布雷顿循环发电模块以及用于供配电控制的电源控制模块，所述反应堆模块以液态金属反应堆作为热源，所述液态金属反应堆内设有换热器，所述换热器与所述开式空气布雷顿循环发电模块通过换热管路连接，空气经过换热器加热后再通过换热管路进入开式空气布雷顿循环发电模块做工后连通大气或接入能量综合利用模块。


2.根据权利要求1所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述反应堆模块外侧设有非能动余热排出环腔，所述开式空气布雷顿循环发电模块通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通。


3.根据权利要求2所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述开式空气布雷顿循环发电模块包括压缩机和透平，所述压缩机通过预热管路与所述非能动余热排出环腔连通，所述换热器通过换热管路与所述透平连接，使经过换热器加热的空气进入透平做工。


4.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述能量综合利用模块包括回热器、热交换器和多效蒸发系统中的一种或几种。


5.根据权利要求1至3任一项所述一种反应堆核电源，其特征在于，所述换热器中含有中子吸收材料，所述中子吸收材料涂覆在所述换热器表面，或所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中；所述中子吸收材料添加在所述换热器的结构材料中包括，选取中子吸收材料粉末和结构材料粉末进行混合，混合后的粉末研磨后置于模具中进行烧结和后处理得到所述换热器。


6.根据权利要求1至3任...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：国科中子能青岛研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37