【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核反应堆工程，具体涉及一种释热-储热一体化核能系统及其工作方法。
技术介绍
1、反应堆通过核裂变释放大量热量，这些热量需要及时从堆芯带出以避免温度过高发生堆芯融化事故。传统的核能系统需要通过换热器将堆芯释放的热量传递给二回路，再通过二回路工质循环做功进行能量转换。换热器既作为连接一二回路的边界，也承担一二回路热量传递的功能，其结构采用的都是一些导热系数大，结构强度高的材料，本身并无太多的蓄热容量。这虽然利于传热，反过来也会将二回路的负荷波动快速传递到堆芯，进而影响到反应堆的稳定运行。因此，降低反应堆与能量转换回路之间的强耦合性，在快速负荷变化和二回路故障条件下减缓能量转换系统对反应堆的扰动，对简化反应堆运行操作和提高核能系统总体安全性具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种释热-储热一体化核能系统及其工作方法，系统中能量转换回路采用超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环，通过储热换热器与热管反应堆相连。其中储热换热器与传统换热器有所不同，储热换热器内部填充熔盐，熔盐本身的潜热能够大大增加换热器的热容，使得换热器在换热的同时，本身也具有一定的储热能力。这样设计可以使得储热换热器在停堆和事故工况下大量吸热，同时在热管冷却反应堆与能量转换回路之间建立起热阻尼，降低能量转换回路对反应堆产生的扰动，进而提高了反应堆的安全性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种释热-储热一体化核能系统，采用超临界二氧化碳
4、所述储热换热器7的内部填充了高导热的泡沫金属和大潜热的熔盐，与热管6的紧密贴合的孔道孔径大于用于超临界二氧化碳流动换热的孔道孔径；超临界二氧化碳从储热换热器7内区孔道向堆芯方向流入，并沿储热换热器7外区流出，储热换热器作为整个系统的关键部分，通过热管6接收来自反应堆部分的热量，同时将热量传递到超临界二氧化碳中去，在这个过程中，储热换热器内的熔盐可以吸收堆芯多余的热量储存起来，并在能量转换部分需要热量时释放出去，在为反应堆与能量转换部分建立起热惯性的同时，自身结构还能储存一定的能量，由此起到释热-储热的作用。
5、所述大潜热的熔盐采用氟化物(lif、naf、caf2、mgf2等)中的一种、碳酸盐(na2co3、k2co3等)中的一种或它们的混合物，混合物可以调整其中不同组分的配比来改变其熔点，以满足不同的工作温度或寻求更高的相变潜热。
6、所述能量转换部分以超临界二氧化碳作为冷却剂工质，储热换热器7的超临界二氧化碳工质压力为19.5±0.5mpa,入口温度和出口温度分别为400±25℃和550±20℃，质量流量为17.5±1.5kg/s。
7、所述反射层2在轴向两端存在热管6的孔道，所有的孔道在轴向上贯穿反射层2并同时贯穿燃料区1。
8、所述的透平8、主压缩机12、再压缩机13和发电单元14共用同一主轴15。
9、与现有技术相比，本专利技术有如下突出优点：
10、1.本专利技术将熔盐储热与热管冷却反应堆结合起来，利用熔盐大热惯性的特点，在反应堆与能量转换回路之间建立起阻尼，降低能量转换回路对反应堆产生的扰动，进而提高了反应堆的安全性。
11、2.储热换热器内的熔盐具有很大的相变潜热，在停堆时，能够吸收大量的堆芯衰变热，降低了余热排出的压力。在能量转换回路中超临界二氧化碳泄漏和失流时，能够充当临时热阱，吸收反应堆产生的热量，提高了事故时的安全控制能力。
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1.一种释热-储热一体化核能系统，采用超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环，整个系统包括作为热源的反应堆部分、储热换热器部分和能量转换部分，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述储热换热器(7)的内部填充了高导热的泡沫金属和大潜热的熔盐，与热管(6)的紧密贴合的孔道孔径大于用于超临界二氧化碳流动换热的孔道孔径；超临界二氧化碳从储热换热器(7)内区孔道向堆芯方向流入，并沿储热换热器(7)外区流出。
3.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述大潜热的熔盐采用氟化物、碳酸盐或它们的混合物，混合物通过调整其中不同组分的配比来改变其熔点，以满足不同的工作温度或寻求更高的相变潜热。
4.根据权利要求3所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述氟化物为LiF、NaF、CaF2或MgF2，所述碳酸盐为Na2CO3或K2CO3。
5.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述能量转换部分以超临界二氧化碳作为冷却剂工质，储热换热器(7)的超临界二氧化碳
6.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述反射层(2)在轴向两端存在热管(6)的孔道，所有的孔道在轴向上贯穿反射层(2)并同时贯穿燃料区(1)。
7.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述的透平(8)、主压缩机(12)、再压缩机(13)和发电单元(14)共用同一主轴(15)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种释热-储热一体化核能系统的工作方法，其特征在于：系统正常运行时，由反应堆外的控制转鼓驱动机构(4)驱动控制转鼓(3)来控制反应堆的功率大小，热管(6)将燃料区(1)产生大量热量通过非能动的方式导入储热换热器(7)中，储热换热器(7)一边从热管(6)吸热，一边加热流过其孔道的超临界二氧化碳，储热换热器(7)内部的熔盐由于内部温差会同时存在固态和液态，超临界二氧化碳经过高温回热器(9)回热后成为压力为19.2±0.5MPa，温度为400±20℃的中高温冷却剂，该中高温冷却剂首先流过储热换热器(7)并被定压加热至550±30℃，接着进入透平(8)膨胀做功，透平(8)通过主轴(15)连带着主压缩机(12)，再压缩机(13)和发电单元(14)一起运行，超临界二氧化碳在透平(8)中绝热膨胀为压力7.7±0.2MPa，温度为450±20℃的中温中压冷却剂，然后经过高温回热器(9)定压冷却到200±20℃，紧接着再经过低温回热器(10)定压冷却到70±20℃，然后一部分超临界二氧化碳直接进入再压缩机(13)绝热压缩到压力19.2±0.5MPa，温度为150±20℃，另一部分超临界二氧化碳则经过预冷器(11)定压冷却到压力7.59±0.1MPa，温度为25±5℃，然后进入主压缩机(12)绝热压缩到压力19.2±0.5MPa，温度为45±15℃，再经过低温回热器(10)定压加热到150±20℃，此时两部分超临界二氧化碳重新汇合进入高温回热器(9)定压加热到400±20℃，完成整个系统的热力学循环。
...【技术特征摘要】
1.一种释热-储热一体化核能系统，采用超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环，整个系统包括作为热源的反应堆部分、储热换热器部分和能量转换部分，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述储热换热器(7)的内部填充了高导热的泡沫金属和大潜热的熔盐，与热管(6)的紧密贴合的孔道孔径大于用于超临界二氧化碳流动换热的孔道孔径；超临界二氧化碳从储热换热器(7)内区孔道向堆芯方向流入，并沿储热换热器(7)外区流出。
3.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述大潜热的熔盐采用氟化物、碳酸盐或它们的混合物，混合物通过调整其中不同组分的配比来改变其熔点，以满足不同的工作温度或寻求更高的相变潜热。
4.根据权利要求3所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述氟化物为lif、naf、caf2或mgf2，所述碳酸盐为na2co3或k2co3。
5.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述能量转换部分以超临界二氧化碳作为冷却剂工质，储热换热器(7)的超临界二氧化碳工质压力为19.5±0.5mpa，入口温度和出口温度分别为400±25℃和550±20℃，质量流量为17.5±1.5kg/s。
6.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述反射层(2)在轴向两端存在热管(6)的孔道，所有的孔道在轴向上贯穿反射层(2)并同时贯穿燃料区(1)。
7.根据权利要求1所述的一种释热-储热一体化核能系统，其特征在于：所述的透平(8)、主压缩机(...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑友琦，黄冬，吴宏春，李凡琛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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