CN108122623B - 一种深海核电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深海核电装置，包括反应堆、热电转换模块、二回路、二回路驱动泵、流道夹层、压力腔和辅助***组成。其中，所述的热电转换模块为静态热电转换模块，将反应堆提供热量转化为电能，废热通过二回路经压力腔排放至深海环境中。本发明无动部件，可突破传统核电装置的连续运行限制；静态热电转换***与反应堆直接换热，提高***整体效率。

Description

一种深海核电装置
技术领域
本发明涉及核能工程技术领域，具体涉及一种深海核电装置。
背景技术
海洋占据地球表面71％的面积，蕴含丰富的自然资源。由于近海资源的过度开发、环境的污染，海洋资源的利用向着远海和深海发展。常规的潜水器使用电池作为能源，只能实现短时运行，严重限制了工作范围。核能***能量密度高，可以从量级上提高深海水下能源的续航能力与航速，极大的推动深海的研究工作。
日本在深海核电源的领域做了大量的研究，在船用堆的基础上发展深海小型反应堆DRX、水下探测器用小型潜水反应堆SCR，以及深海快堆DSFR。美国NR-1反应堆可达到水下1500米的深度。现有的深海核电***普遍采用动态热力循环来进行热电转换，其动部件需要经常的进行维护和更换，极大的限制了深海核电***的工作时间。目前汽轮机的泵和阀门等部件的维护通常不超过2年。而深海资源开发平台或深海空间站需要10年甚至更长时间的供能，大量动部件的应用无法满足其要求。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种深海核电装置，目的在于提供一种结构紧凑合理，发电效率高，辐照损伤小，可以长时间无需维护的核电装置。
本发明采用的技术方案为：一种深海核电装置，包括反应堆1、热电转换模块3、二回路4、二回路驱动泵5、流道夹层6、压力腔7和辅助***8。所述的反应堆1包容堆芯2，用于为***提供热能，堆芯2位于反应堆1的下部；所述的热电转换模块3包容在反应堆1内，反应堆1内的冷却工质在堆芯2和热电转换模块3之间循环，将热量从堆芯2转移到热电转换模块3，随后热电转换模块3将热能转化为电能；所述的二回路4管道内的冷却工质由二回路驱动泵5驱动循环，将热电转换模块3未能转化成电能的热量排出，通过流道夹层6将热量传递给压力腔7，通过压力腔7的壁面向外界低温海水进行散热。
所述的反应堆1为液态金属反应堆。液态金属反应堆具有良好的中子性能。液态金属在反应堆堆芯2内接受辐照后，不易产生高活化物质；对堆芯进行适当的屏蔽，可以有效减少热电转换模块3所遭受的辐照。
所述的堆芯2为反应堆的核心部分，核裂变反应发生在堆芯2中。堆芯2负责为整个深海核电装置提供热能。
所述的热电转换模块3采用静态热电转换技术，将热能转换为电能。热电转换模块3为夹层式结构，位于堆芯冷却剂工质和二回路冷却剂工质之间。热电转换模块3安装在比堆芯2的水平高度高的部位，反应堆1内的冷却剂，由于堆芯2和热电转换模块3之间的高度差和温度差进行自发循环。
优选地，所述的热电转换***为静态热电偶发电；
优选地，所述的热电转换***为静态热离子发电。
所述的二回路4和二回路驱动泵5将废热从反应堆1内带出，传递到流道夹层6。所述的二回路4内循环冷却剂为油冷却剂。油冷却剂的循环在常压下即可运行在高压下。
所述压力腔7为圆形球体，为整个深海核电装置抵抗来自深海的压力。同时反应堆1的重心较低，压力腔7的圆形结构能够实现整个深海核电装置在海洋流体扰动的外部环境下实现自平衡。所述的压力腔7内填充惰性保护气体，可以避免油冷却剂火灾的可能性。
所述的辅助***8为反应堆的正常运行提供气体保护、工质维护和自动控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的深海核电装置，反应堆采用自然循环，静态热电转换的方式，无能动部件，能够突破现有深海资源开发和探测用电源续航能力的限制。
2、本发明提供的深海核电装置，反应堆采用液态金属冷却的反应堆，降低冷却剂活化，使得热电转换模块能够布置在反应堆内部，提高热电转换模块的效率，达到可利用水平。
3、本发明提供的深海核电装置，二回路冷却剂采用油冷工质，***结构简单，无需压力调节，能够实现快速的功率调节。
4、本发明提供的深海核电装置，压力腔为球形结构，冷却器安装在压力腔内，压力腔无贯穿，具有更好的承压性能。
5、本发明提供的深海核电装置，通过压力腔几何形状和低重心的设计，能够有效抵御外部扰动环境，在晃动和倾斜条件下自行恢复平衡。
附图说明
图1为深海核电装置剖面图；
图2为反应堆横截面图；
图3为***流程图；
图4为热电转换模块板片局部剖面图。
图中附图标记含义为：1为反应堆，3为热电转换模块，4为二回路，5为二回路驱动泵，6为流道夹层，7为压力腔，8为辅助***，9为一次侧管，10为二次侧管，11为下降管，12为小型热电转换单元。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，所述的深海核电装置包括反应堆1、热电转换模块3、二回路4、二回路驱动泵5、流道夹层6、压力腔7和辅助***8。
所述的反应堆1为液态金属反应堆，采用液态金属循环流动进行传热。反应堆1包括堆芯2，堆芯2和热电转换模块3提供冷却剂循环的边界。液态金属在受核辐照后，中子活化低，对于热电转换模块3的辐照小，因此允许热电转换模块布置于反应堆1内部。反应堆1位于压力腔7的下部，降低深海核电装置重心。
所述的堆芯2为反应堆的核心部分，核裂变反应发生在堆芯2中。堆芯2负责为整个深海核电装置提供热能。
所述的热电转换模块3采用静态热电转换技术，将热能转换为电能。热电转换模块3为夹层式结构，位于堆芯冷却剂工质和二回路冷却剂工质之间。热电转换模块3沿径向环绕在堆芯2的***，高于堆芯2的水平位置，通过冷却剂在流动通道中的密度差，驱动冷却剂自行循环。
优选地，所述的热电转换***为静态热电偶发电；
优选地，所述的热电转换***为静态热离子发电。
所述的二回路4为有机油冷循环回路。有机油可在常压下工作于0～300℃的高温，从热电转换模块3的另一侧，将热量带出。
所述的二回路驱动泵5驱动有机油工质在二回路中进行循环，将热量从热电转换模块3传递到流道夹层6。
所述的流道夹层6，由紧贴压力腔7的球形结构形成，使冷却剂沿压力腔7内表面流动。二回路4的热量最终通过压力腔7的导热传递到外部水体内。
所述压力腔7为圆球形厚壁结构，包容深海核电装置所有***，抵抗深海的外压力；同时压力腔7采用高强度，高导热材料制造，可将深海核电装置的废热从壁面导出。所述的压力腔7内填充惰性保护气体，可以避免油冷却剂火灾的可能性。反应堆1的重心较低，压力腔7的圆形结构能够实现整个深海核电装置在海洋流体扰动的外部环境下实现自平衡。
所述的辅助***8为反应堆的正常运行提供气体保护、工质维护和自动控制。
如图2所示，反应堆1内的堆芯2为圆形结构，热电转换模块3位于堆芯2的***。热电转换模块3为板式结构，板片沿反应堆1的径向安装布置。
如图3所示，反应堆1内冷却剂在堆芯2和热电转换模块3之间进行循环，将堆芯2热量带出到热电转换模块3；二回路冷却剂在热电转换模块3和流道夹层6之间通过二回路驱动泵5进行循环，将热电转换模块3的废热传递到流道夹层6，再通过压力腔7的壁面将热量排向海水。
如图4所示，热电转换模块3的板片采用夹层结构，从外向内分别为，一次侧管9、二次侧管10、下降管11。一回路工质，沿一次侧管9向下流动。二回路工质从下降管11注入，在下降管11底部，经二次侧管10和下降管11之间的通道向上流出。小型热电转换单元12位于一次侧管9和二次侧管10之间，通过一回路和二回路之间的温度差进行发电。

Claims (4)

1.一种深海核电装置，其特征在于：所述的深海核电装置包括反应堆（1）、热电转换模块（3）、二回路（4）、二回路驱动泵（5）、流道夹层（6）、压力腔（7）和辅助***（8）；所述的反应堆（1）包括堆芯（2），用于为装置提供热能，堆芯（2）位于反应堆（1）的下部；所述的热电转换模块（3）包容在反应堆（1）内，反应堆（1）内的冷却剂在堆芯（2）和热电转换模块（3）之间循环，将热量从堆芯（2）转移到热电转换模块（3），随后热电转换模块（3）将热能转化为电能，热电转换模块（3）安装在比堆芯（2）水平高度高的部位，反应堆（1）内的液态金属冷却剂，由于堆芯（2）和热电转换模块（3）之间的高度差和温度差进行自发循环；所述的二回路（4）管道内的冷却工质由二回路驱动泵（5）驱动循环，将热电转换模块（3）未能转化成电能的热量排出，通过流道夹层（6）将热量传递给压力腔（7），通过压力腔（7）的壁面向外界低温海水进行散热。
2.如权利要求1所述的一种深海核电装置，其特征在于：所述的热电转换模块（3）采用温差或热离子发电的静态热电转换技术。
3.如权利要求1所述的一种深海核电装置，其特征在于：所述的二回路（4）采用油冷工质进行循环。
4.如权利要求1所述的一种深海核电装置，其特征在于：所述的压力腔（7）为圆球形结构，内部填充惰性保护气体。
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