紧凑式开式空气布雷顿循环系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，包括压气机、透平、备用压气机、启发一体电机、备用电机和蓄电池；启发一体电机、压气机和透平依次同轴连接；启发一体电机和备用电机均由蓄电池供电；启发一体电机作为电动机运行时，通过压气机和透平带走核反应堆换热器热量，进行透平排气；启发一体电机作为发电机运行时，对外供电或为蓄电池进行充电；启发一体电机停止运行，备用电机运行时，备用电机带动备用压气机直接带走核反应堆换热器中停堆后热量，通过核反应堆换热器的排气口进行排气。本发明专利技术提供的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，采用开式循环系统设置可有效避免工质泄漏影响循环系统效率的问题。系统效率的问题。系统效率的问题。

【技术实现步骤摘要】
紧凑式开式空气布雷顿循环系统及方法


[0001]本专利技术属于移动式核电源
，具体涉及一种应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统及方法。

技术介绍

[0002]移动式核电源应用于具有临时用电需求的场景，主要包括灾区现场、无人海岛等特殊场景。该部分场景具有物资缺乏、地处偏远等特点。
[0003]移动式核电源为集成式核电源，采用核反应堆作为热源，整个反应堆及动力系统集成于集装箱中，具有可移动、启动迅速等特点。
[0004]在常规核动力系统中，一般采用闭式的循环系统，工质在热源处进行吸热，在透平中膨胀做功，在冷源处放热冷凝或冷却，工质并不与外界相通。因此在移动核电源中应用常规工质存在泄漏风险，并且移动式核电源应用场景特殊，工质泄露后并不能保证可以及时补充，工质泄露会严重影响移动核电源的运行可靠性。
[0005]在常规核动力系统中，一般应用水蒸气作为循环系统的工质，工质选择性单一，特别是其安全系统，需要大量水源来冷却反应堆，因此常规核动力系统在缺水地区的应用受限。
[0006]在常规核动力系统中，系统设计较为复杂、设备多、设备的辅助要求多导致辅助系统较为繁杂，装置整体尺寸大、重量大，且难以或不具备移动性能。
[0007]在常规核动力系统中，因系统繁杂，启停周期较长，启停阶段准备工作较多，通常难以快速启动和停堆。
[0008]因此，对于移动式核电源，常规动力系统并不适用。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统。本专利技术为移动式核电源提供安全可靠的动力系统。
[0010]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0011]应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，包括压气机、透平、备用压气机、启发一体电机、备用电机和蓄电池；
[0012]其中，所述启发一体电机、压气机和透平依次同轴连接；所述启发一体电机和所述备用电机均由所述蓄电池供电；
[0013]所述启发一体电机作为电动机运行时，通过所述压气机和透平带走核反应堆换热器热量，进行透平排气；
[0014]所述启发一体电机作为发电机运行时，对外供电或为所述蓄电池进行充电；
[0015]所述启发一体电机停止运行，所述备用电机运行时，所述备用电机带动所述备用压气机直接带走核反应堆换热器中停堆后热量，通过所述核反应堆换热器的排气口进行排气。
[0016]优选的，本专利技术的系统采用的运行工质为空气。
[0017]优选的，本专利技术的系统适用于空气温度为
‑
15℃～55℃，海拔范围为0～5000m的工作场景。
[0018]优选的，本专利技术的系统还包括滤网；
[0019]所述滤网设置在所述压气机的工质入口，将运行工质过滤后输入至所述压气机中进行压缩。
[0020]优选的，本专利技术的系统还包括消音装置；
[0021]所述消音装置设置在所述透平的排气口，用于消除所述透平的排气噪声。
[0022]优选的，本专利技术的系统还包括集装箱；
[0023]所述系统的各部件集成布置在所述集装箱内。
[0024]优选的，本专利技术的启发一体电机、压气机和透平通过联轴器或直联方式实现轴连接。
[0025]优选的，本专利技术的系统与核反应堆换热器之间还设置有屏蔽结构，用于防止空气活化。
[0026]第二方面，本专利技术还提出了基于上述应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统的方法(正常运行)，包括：
[0027]系统启动时，反应堆还未启动，此时所述启发一体电机作为电动机运行，带动所述压气机启动，所述压气机吸入空气并对其进行压缩，压缩空气经换热器进入所述透平进行膨胀做功并排出；
[0028]随着反应堆启动及功率不断提升，进入所述透平中空气温度不断提升，当所述透平输出功大于所述压气机消耗功时，所述启发一体电机转为发电机运行，将轴功转换为电能对外供电或为所述蓄电池进行充电；
[0029]系统停止，反应堆逐渐停堆，初期通过所述压气机和透平带走反应堆换热器热量，当所述透平输出功小于所述压气机消耗功时，所述蓄电池带动所述备用电机使所述备用压气机运行，直接带走核反应堆换热器中停堆后热量，通过核反应堆换热器的排气口排气；
[0030]所述备用压气机可持续运行，直至核反应堆换热器的热量降至预设水平，之后所述备用电机和备用压气机停止运行。
[0031]第三方面，本专利技术还提出了基于上述应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统的方法(紧急情况)，包括：
[0032]在核反应堆紧急停堆时，前期通过所述压气机和透平配合带走核反应堆换热器的主要热量；
[0033]当所述压气机和透平不能自持时通过所述蓄电池带动所述备用电机使所述备用压气机带走核反应堆换热器中剩余热量，直至核反应堆停堆结束。
[0034]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0035]1、本专利技术提供的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，采用开式循环系统设置可有效避免工质泄漏影响循环系统效率的问题。
[0036]2、本专利技术采用空气作为循环系统工质，适用范围广泛，解决了移动式核电源移动过程中的工质输运及工质储存问题，减少了设备输运重量。
[0037]3、本专利技术采用小型设备及紧凑式布置可配合移动式核电源，可集成于集装箱中，
具有快速移动的功能，可为移动式核电源提供配套的动力系统实现电力供应。
[0038]4、本专利技术辅助系统及装置少且辅助系统简单，可实现空气布雷顿系统的快速启停。
[0039]5、本专利技术设置有备用压气机，可为移动式核电源反应堆提供稳定的冷却空气，保证了反应堆的安全启停。
[0040]6、本专利技术与反应堆间设置有良好的屏蔽，可避免空气活化。
附图说明
[0041]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0042]图1为本专利技术的系统结构示意图。
[0043]附图中标记及对应的零部件名称：
[0044]1‑
压气机，2
‑
透平，3
‑
备用压气机，4
‑
启发一体电机，5
‑
备用电机，6
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蓄电池，7
‑
滤网，8
‑
消音装置，9
‑
屏蔽结构，10
‑
换热器，11
‑
排气口。
具体实施方式
[0045]在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，包括压气机(1)、透平(2)、备用压气机(3)、启发一体电机(4)、备用电机(5)和蓄电池(6)；其中，所述启发一体电机(4)、压气机(1)和透平(2)依次同轴连接；所述启发一体电机(4)和所述备用电机(5)均由所述蓄电池(6)供电；所述启发一体电机(4)作为电动机运行时，通过所述压气机(1)和透平(2)带走核反应堆换热器(10)热量，进行透平排气；所述启发一体电机(4)作为发电机运行时，对外供电或为所述蓄电池(6)进行充电；所述启发一体电机(4)停止运行，所述备用电机(5)运行时，所述备用电机(5)带动所述备用压气机(3)直接带走核反应堆换热器(10)中停堆后热量，通过所述核反应堆换热器(10)的排气口(11)进行排气。2.根据权利要求1所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，该系统采用的运行工质为空气。3.根据权利要求1所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，该系统适用于空气温度为
‑
15℃～55℃，海拔范围为0～5000m的工作场景。4.根据权利要求1所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，还包括滤网(7)；所述滤网(7)设置在所述压气机(1)的工质入口，将运行工质过滤后输入至所述压气机(1)中进行压缩。5.根据权利要求3所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，还包括消音装置(8)；所述消音装置(8)设置在所述透平(2)的排气口，用于消除所述透平(2)的排气噪声。6.根据权利要求1所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，还包括集装箱；所述系统的各部件集成布置在所述集装箱内。7.根据权利要求1所述的应用于移动式核电源的紧凑式开式空气布雷顿循环系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄聚伟，易经纬，柴晓明，李磊，曾畅，方华伟，王昌朔，李洋，张晓玉，严思伟，梁铁波，廖先伟，黄捷，吴舸，颉利东，何迅，王艺，叶竹，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：