CN115234330A - 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法 - Google Patents

一种高效安全的空间核电源***及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115234330A
CN115234330A CN202211048914.6A CN202211048914A CN115234330A CN 115234330 A CN115234330 A CN 115234330A CN 202211048914 A CN202211048914 A CN 202211048914A CN 115234330 A CN115234330 A CN 115234330A
Authority
CN
China
Prior art keywords
trap
phase
heat
outlet
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211048914.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115234330B (zh
Inventor
周毓佳
张一帆
李红智
姚明宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd filed Critical Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority to CN202211048914.6A priority Critical patent/CN115234330B/zh
Publication of CN115234330A publication Critical patent/CN115234330A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115234330B publication Critical patent/CN115234330B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G21D1/02—Arrangements of auxiliary equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高效安全的空间核电源***及其工作方法，能够实现热电转换的高效性，实用性强，同时避免了核反应堆电源的单一热阱丧失，保证废热排出的安全性。包括反应堆本体、超临界二氧化碳布雷顿循环***、双热阱散热***和循环工质供给***；超临界二氧化碳布雷顿循环***包括并联的发电透平与拖动透平以及依次连接的回热器、辐射热阱前阀、辐射热阱中间换热器、相变热阱前阀、相变热阱中间换热器和压缩机，辐射热阱前阀并联有辐射热阱旁路阀，相变热阱前阀并联有相变热阱旁路阀；双热阱散热***包括辐射散热单元和相变散热单元；循环工质供给***包括依次连接的第二调节阀、循环工质储罐、循环泵和第一调节阀。

Description

一种高效安全的空间核电源***及其工作方法
技术领域
本发明涉及高效核能发电技术领域，具体为一种高效安全的空间核电源***及其工作方法。
背景技术
出于对太阳、海王星、近彗星等遥远空间星体的探测需求，核反应堆电源相比于较为成熟的化学电池和太阳能电池能具备能量密度大、机动性高、环境适应力强的优点，使得探测器能够长时间运行，是航天探索的理想电源。核反应堆电源主要包括反应堆本体、能量转换***和散热***，其中，能量转换***和散热***成为限制电源热电转换效率和体积质量的关键。
能量转换***主要包括静态转换***和动态转换***，其中多种类型的静态转换***如热电偶和热离子转换***的热电转换效率小于10％，而动态转换***如斯特林循环***、布雷顿循环***和朗肯循环***则能适应大功率反应堆本体的应用场景，达到更高的热电转换效率。散热***主要包括散热器和循环泵，其中散热器在深空环境中主要利用辐射实现废热排出。辐射散热器决定了整体核反应堆电源的体积和质量大小，因此，为了减少核反应堆电源的携带质量保证其能成功发射和运行，辐射散热器的尺寸受到限制。依靠辐射这种散热方式以及采用较小的辐射器散热面积都将导致能量转换***中的能力不足，从而造成能量转换***中循环工质的最低温度无法降至理想温度。
在主气温度较高的情况下，工质为超临界二氧化碳的地面常规布雷顿循环相比于斯特林循环和朗肯循环具有更高的热电转换效率、更简单的结构、更轻量的设备。但是针对深空探测应用背景的核反应堆电源，如果采用工质为超临界二氧化碳的布雷顿循环作为能量转换***，并采用辐射散热器作为散热***的主要设备，则会出现压缩机入口的超临界二氧化碳无法降低至接近临界温度的情况，这会大大降低布雷顿循环的热电转换效率。如专利“基于柔性可循环使用材料的空间消耗型散热工质回收方法”(201710639656.1)和专利“一种空间微孔膜蒸发高效散热装置”(201811569699.8)中均提及一种不依赖辐射散热的相变散热装置和可回收方法，能实现大功率***的高效散热，但其并未在具有大功率的核反应堆电源中得到应用，实现方面存在技术难点。此外，目前研究的核反应堆电源仅具备单一辐射散热***，然而，深空环境中陨石撞击等情况可能会造成核反应堆电源的单一热阱丧失，现有技术未考虑到散热***的冗余安全性问题，对反应堆本体的可靠性和安全性造成隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高效安全的空间核电源***及其工作方法，能够实现热电转换的高效性，实用性强，同时避免了核反应堆电源的单一热阱丧失，保证废热排出的安全性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高效安全的空间核电源***，包括首尾依次连接的反应堆本体和超临界二氧化碳布雷顿循环***，超临界二氧化碳布雷顿循环***连接有双热阱散热***和循环工质供给***；
所述超临界二氧化碳布雷顿循环***包括并联的发电透平与拖动透平以及依次连接的回热器、辐射热阱前阀、辐射热阱中间换热器、相变热阱前阀、相变热阱中间换热器和压缩机，所述辐射热阱前阀并联有辐射热阱旁路阀，所述相变热阱前阀并联有相变热阱旁路阀；
所述双热阱散热***包括辐射散热单元和相变散热单元，辐射散热单元包括依次连接的辐射式散热器和辐射热阱循环泵，相变散热单元包括依次连接的相变式散热器和相变热阱循环泵；
所述循环工质供给***连接至相变热阱中间换热器与压缩机之间的管路上，循环工质供给***包括依次连接的第二调节阀、循环工质储罐、循环泵和第一调节阀。
优选地，其特征在于，所述发电透平的供电端连接有发电机，所述反应堆本体的出口分别与发电透平的入口和拖动透平的入口连接，所述发电透平的出口和拖动透平的出口汇流至主管路后与回热器热侧入口连通。
优选地，其特征在于，所述回热器热侧出口分别与辐射热阱前阀的入口和辐射热阱旁路阀的入口连通，辐射热阱前阀的出口与辐射热阱中间换热器热侧入口连通，辐射热阱中间换热器热侧出口和辐射热阱旁路阀出口的汇流至主管路后分别与相变热阱前阀的入口和相变热阱旁路阀的入口连通，相变热阱前阀的出口与相变热阱中间换热器热侧入口连通，相变热阱中间换热器的出口与相变热阱旁路阀的出口汇流至主管路后与压缩机的入口连通，压缩机的出口与回热器冷侧入口连通，回热器冷侧出口与反应堆本体的入口连通。
优选地，其特征在于，所述辐射热阱中间换热器冷侧出口与辐射式散热器的入口连通，辐射式散热器的出口与辐射热阱循环泵的入口连通，辐射热阱循环泵的出口与辐射热阱中间换热器冷侧入口连通。
优选地，其特征在于，所述相变热阱中间换热器冷侧出口与相变式散热器的入口连通，相变式散热器的出口与相变热阱循环泵的入口连通，相变热阱循环泵的出口与相变热阱中间换热器冷侧入口连通。
优选地，其特征在于，所述循环工质储罐的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与第一调节阀的入口连通，第一调节阀的出口与相变热阱中间换热器热侧出口及相变热阱旁路阀的出口汇流至主管路相连接，下游汇流至主管路后与第二调节阀的入口相连接，第二调节阀的出口与循环工质储罐的入口连通。
优选地，其特征在于，所述反应堆本体和超临界二氧化碳布雷顿循环***采用同一循环工质。
优选地，其特征在于，所述拖动透平和压缩机同轴布置，所述发电透平和发电机同轴布置。
优选地，其特征在于，所述辐射式散热器采用热管辐射式散热器、液滴辐射式散热器或者回路辐射式散热器；
所述相变式散热器采用柔性可循环使用材料回收工质制作的微孔膜蒸发相变式散热器。
一种高效安全的空间核电源***的工作方法，包括如下步骤：
超临界二氧化碳工质经反应堆本体升温后，进入发电透平和拖动透平膨胀做功，随后通过回热器热侧降温，降温后的超临界二氧化碳工质依次通过辐射热阱前阀、辐射热阱中间换热器热侧、相变热阱前阀、相变热阱中间换热器热侧降温，降温后进入压缩机升压，升压后返回至回热器冷侧升温，升温后的超临界二氧化碳工质返回至反应堆本体，实现空间核电源***的高效发电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高效安全的空间核电源***，通过超临界二氧化碳布雷顿循环***中发电透平将来自反应堆本体中的超临界二氧化碳热能转换为机械功用于拖动发电机发电，拖动透平将所做机械功直接用于拖动压缩机转动。同时通过使用具备可靠辐射及高效相变两种散热方式的双热阱散热***，确保压缩机入口温度降至接近临界温度点，实现超临界二氧化碳直接入堆的布雷顿循环的高效发电。并且循环工质供给***为反应堆本体和超临界二氧化碳布雷顿循环***提供超临界二氧化碳循环工质，通过调节第一调节阀和第二调节阀可控制工质流量以适应不同深空探测任务的功率调节。此外，在出现单一热阱丧失事故时，通过使用两个具备旁路的串联热阱，能够确保空间核电源***废热的有效导出，保证核反应堆的冗余安全性。
进一步地，所述双热阱散热***22通过调节辐射热阱前阀5、辐射热阱旁路阀7、相变热阱前阀8、相变热阱旁路阀10的开关状态，在完全丧失某个单一热阱时为空间核电源***提供可靠的冷却源。
附图说明
图1是本发明空间核电源***的整体***示意图。
图中，1为反应堆本体，2为发电透平，3为拖动透平，4为回热器，5为辐射热阱前阀，6为辐射热阱中间换热器，7为辐射热阱旁路阀，8为相变热阱前阀，9为相变热阱中间换热器，10为相变热阱旁路阀，11为压缩机，12为电机，13为辐射式散热器，14为辐射热阱循环泵，15为相变式散热器，16为相变热阱循环泵，17为循环工质储罐，18为循环泵，19为第一调节阀，20为第二调节阀，21为超临界二氧化碳布雷顿循环***，22为双热阱散热***，23为循环工质供给***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和特征做进一步的详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一种高效安全的空间核电源***，如图1所示，包括反应堆本体1、超临界二氧化碳布雷顿循环***21、双热阱散热***22、循环工质供给***23。
其中，所述超临界二氧化碳布雷顿循环***21具体包括发电透平2、拖动透平3、回热器4、辐射热阱前阀5、辐射热阱中间换热器6、辐射热阱旁路阀7、相变热阱前阀8、相变热阱中间换热器9、相变热阱旁路阀10、压缩机11、发电机12。
所述超临界二氧化碳布雷顿循环***21中的具体连接关系为：反应堆本体1出口分别与发电透平2和拖动透平3入口连通，发电透平2出口与拖动透平3出口的汇流主管路与回热器4热侧入口连通，回热器4热侧出口分别与辐射热阱前阀5入口和辐射热阱旁路阀7入口连通，辐射热阱前阀5出口与辐射热阱中间换热器6热侧入口连通，辐射热阱中间换热器6热侧出口和辐射热阱旁路阀7出口的汇流主管路分别与相变热阱前阀8入口和相变热阱旁路阀10入口连通，相变热阱前阀8出口与相变热阱中间换热器9热侧入口连通，相变热阱中间换热器9出口与相变热阱旁路阀10出口的汇流主管路与压缩机11入口连通，压缩机11出口与回热器4冷侧入口连通，回热器4冷侧出口与反应堆本体1入口连通。
其中，所述双热阱散热***22具体包括辐射式散热器13、辐射热阱循环泵14、相变式散热器15、相变热阱循环泵16。
所述双热阱散热***22中的具体连接关系为：辐射热阱中间换热器6冷侧出口与辐射式散热器13入口连通，辐射式散热器13出口与辐射热阱循环泵14入口连通，辐射热阱循环泵14出口与辐射热阱中间换热器6冷侧入口连通；相变热阱中间换热器9冷侧出口与相变式散热器15入口连通，相变式散热器15出口与相变热阱循环泵16入口连通，相变热阱循环泵16出口与相变热阱中间换热器9冷侧入口连通。
其中，所述循环工质供给***23具体包括循环工质储罐17、循环泵18、第一调节阀19和第二调节阀20。
所述循环工质供给***23中的具体连接关系为：循环工质储罐17出口与循环泵18入口连通，循环泵18出口与第一调节阀19入口连通，第一调节阀19出口与相变热阱中间换热器9热侧出口及相变热阱旁路阀10出口的汇流主管路相连接，下游汇流主管路与第二调节阀20入口相连接，第二调节阀20出口与循环工质储罐17入口连通。
本发明设计了一种高效安全的空间核电源***，通过超临界二氧化碳布雷顿循环***21中发电透平2将来自反应堆本体1中的超临界二氧化碳热能转换为机械功用于拖动发电机12发电，拖动透平3将所做机械功直接用于拖动压缩机11转动。同时通过使用具备可靠辐射及高效相变两种散热方式的双热阱散热***22，确保压缩机11入口温度降至接近临界温度点，实现超临界二氧化碳直接入堆的布雷顿循环的高效发电。并且循环工质供给***23为反应堆本体1和超临界二氧化碳布雷顿循环***21提供超临界二氧化碳循环工质，通过调节第一调节阀19和第二调节阀20可控制工质流量以适应不同深空探测任务的功率调节。此外，在出现单一热阱丧失事故时，通过使用两个具备旁路的串联热阱，能够确保空间核电源***废热的有效导出，保证核反应堆的冗余安全性。
进一步地，所述双热阱散热***22通过调节辐射热阱前阀5、辐射热阱旁路阀7、相变热阱前阀8、相变热阱旁路阀10的开关状态，在完全丧失某个单一热阱时为空间核电源***提供可靠的冷却源。
优选地，所述拖动透平3和压缩机11同轴布置，所述发电透平2和发电机12同轴布置。
优选地，辐射式散热器13为热管辐射式散热器、液滴辐射式散热器、回路辐射式散热器。相变式散热器15为基于柔性可循环使用材料回收工质的微孔膜蒸发相变式散热器。
作为本发明的优选实施方式，所述回热器4、辐射热阱中间换热器6、相变热阱中间换热器8采用印刷电路板式换热器(PCHE)，以实现大换热量条件下超临界二氧化碳布雷顿循环换热器的紧凑、低阻和高效。
所述压缩机11工作在二氧化碳临界点附近，确保超临界二氧化碳布雷顿循环拥有较高的循环效率。
本发明所述的高效安全的空间核电源***，其具体工作过程及工作原理如下：
超临界二氧化碳通过循环泵18将其从循环工质储罐17中泵送至第一调节阀17入口，通过控制第一调节阀19的开度来控制进入主路的超临界二氧化碳流量，通过控制第二调节阀20的开度来控制从主路返回至循环工质储罐17的超临界二氧化碳流量，从而实现不同深空探测任务的功率调节。
空间核电源***在正常工作时，超临界二氧化碳经过反应堆本体1升温后，进入发电透平2和拖动透平3膨胀做功，随后通过回热器4热侧降温，降温后的超临界二氧化碳依次通过辐射热阱前阀5、辐射热阱中间换热器6热侧、相变热阱前阀8、相变热阱中间换热器9热侧降温，随后进入压缩机11升压，然后通过回热器4冷侧升温，升温后的超临界二氧化碳返回至反应堆本体1。
空间核电源***在发生单一热阱完全丧失事故时：
若丧失辐射热阱，则关闭辐射热阱循环泵14，关闭辐射热阱前阀5，开启辐射热阱旁路阀7；
若丧失相变热阱，则关闭相变热阱循环泵16、关闭相变热阱前阀8，开启相变热阱旁路阀10。
本发明通过两个具备旁路的串联热阱，能够确保空间核电源***废热的有效导出，保证了核反应堆的冗余安全性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，包括首尾依次连接的反应堆本体(1)和超临界二氧化碳布雷顿循环***(21)，超临界二氧化碳布雷顿循环***(21)连接有双热阱散热***(22)和循环工质供给***(23)；
所述超临界二氧化碳布雷顿循环***(21)包括并联的发电透平(2)与拖动透平(3)以及依次连接的回热器(4)、辐射热阱前阀(5)、辐射热阱中间换热器(6)、相变热阱前阀(8)、相变热阱中间换热器(9)和压缩机(11)，所述辐射热阱前阀(5)并联有辐射热阱旁路阀(7)，所述相变热阱前阀(8)并联有相变热阱旁路阀(10)；
所述双热阱散热***(22)包括辐射散热单元和相变散热单元，辐射散热单元包括依次连接的辐射式散热器(13)和辐射热阱循环泵(14)，相变散热单元包括依次连接的相变式散热器(15)和相变热阱循环泵(16)；
所述循环工质供给***(23)连接至相变热阱中间换热器(9)与压缩机(11)之间的管路上，循环工质供给***(23)包括依次连接的第二调节阀(20)、循环工质储罐(17)、循环泵(18)和第一调节阀(19)。
2.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述发电透平(2)的供电端连接有发电机(12)，所述反应堆本体(1)的出口分别与发电透平(2)的入口和拖动透平(3)的入口连接，所述发电透平(2)的出口和拖动透平(3)的出口汇流至主管路后与回热器(4)热侧入口连通。
3.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述回热器(4)热侧出口分别与辐射热阱前阀(5)的入口和辐射热阱旁路阀(7)的入口连通，辐射热阱前阀(5)的出口与辐射热阱中间换热器(6)热侧入口连通，辐射热阱中间换热器(6)热侧出口和辐射热阱旁路阀(7)出口的汇流至主管路后分别与相变热阱前阀(8)的入口和相变热阱旁路阀(10)的入口连通，相变热阱前阀(8)的出口与相变热阱中间换热器(9)热侧入口连通，相变热阱中间换热器(9)的出口与相变热阱旁路阀(10)的出口汇流至主管路后与压缩机(11)的入口连通，压缩机(11)的出口与回热器(4)冷侧入口连通，回热器(4)冷侧出口与反应堆本体(1)的入口连通。
4.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述辐射热阱中间换热器(6)冷侧出口与辐射式散热器(13)的入口连通，辐射式散热器(13)的出口与辐射热阱循环泵(14)的入口连通，辐射热阱循环泵(14)的出口与辐射热阱中间换热器(6)冷侧入口连通。
5.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述相变热阱中间换热器(9)冷侧出口与相变式散热器(15)的入口连通，相变式散热器(15)的出口与相变热阱循环泵(16)的入口连通，相变热阱循环泵(16)的出口与相变热阱中间换热器(9)冷侧入口连通。
6.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述循环工质储罐(17)的出口与循环泵(18)的入口连通，循环泵(18)的出口与第一调节阀(19)的入口连通，第一调节阀(19)的出口与相变热阱中间换热器(9)热侧出口及相变热阱旁路阀(10)的出口汇流至主管路相连接，下游汇流至主管路后与第二调节阀(20)的入口相连接，第二调节阀(20)的出口与循环工质储罐(17)的入口连通。
7.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述反应堆本体(1)和超临界二氧化碳布雷顿循环***(21)采用同一循环工质。
8.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述拖动透平(3)和压缩机(11)同轴布置，所述发电透平(2)和发电机(12)同轴布置。
9.根据权利要求1所述的一种高效安全的空间核电源***，其特征在于，所述辐射式散热器(11)采用热管辐射式散热器、液滴辐射式散热器或者回路辐射式散热器；
所述相变式散热器(13)采用柔性可循环使用材料回收工质制作的微孔膜蒸发相变式散热器。
10.一种高效安全的空间核电源***的工作方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的一种高效安全的空间核电源***，包括如下步骤：
超临界二氧化碳工质经反应堆本体(1)升温后，进入发电透平(2)和拖动透平(3)膨胀做功，随后通过回热器(4)热侧降温，降温后的超临界二氧化碳工质依次通过辐射热阱前阀(5)、辐射热阱中间换热器(6)热侧、相变热阱前阀(8)、相变热阱中间换热器(9)热侧降温，降温后进入压缩机(11)升压，升压后返回至回热器(4)冷侧升温，升温后的超临界二氧化碳工质返回至反应堆本体(1)，实现空间核电源***的高效发电。
CN202211048914.6A 2022-08-30 2022-08-30 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法 Active CN115234330B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211048914.6A CN115234330B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211048914.6A CN115234330B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115234330A true CN115234330A (zh) 2022-10-25
CN115234330B CN115234330B (zh) 2024-05-07

Family

ID=83681616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211048914.6A Active CN115234330B (zh) 2022-08-30 2022-08-30 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115234330B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10325686A (ja) * 1997-05-22 1998-12-08 Toshiba Corp 復水器およびその起動方法
US20110206173A1 (en) * 2010-02-22 2011-08-25 Advanced Reactor Concetps LLC Small, fast neutron spectrum nuclear power plant with a long refueling interval
CN103903657A (zh) * 2013-12-17 2014-07-02 中广核核电运营有限公司 核电厂非能动最终热阱冷却***及方法
CN104577818A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 贵州天能电力高科技有限公司 一种具备冗余电源的旋转式无功补偿箱
CN106448774A (zh) * 2016-12-12 2017-02-22 中广核工程有限公司 核电厂最终热阱***
CN107515969A (zh) * 2017-07-31 2017-12-26 北京空间飞行器总体设计部 基于柔性可循环使用材料的空间消耗型散热工质回收方法
CN108347860A (zh) * 2017-01-22 2018-07-31 中国科学院空间应用工程与技术中心 相变冷板和基于相变材料的空间散热装置
CN108661731A (zh) * 2018-07-04 2018-10-16 西安热工研究院有限公司 一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法
CN109677639A (zh) * 2018-12-30 2019-04-26 上海空间推进研究所 基于闭式布雷顿循环的空间大功率核动力***
DE202021105183U1 (de) * 2021-03-30 2021-10-07 Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd Hocheffizientes überkritisches Kohlendioxid-Stromerzeugungssystem mit einem natriumgekühlten schnellen Reaktor und einer zweistufigen Verzweigung
KR20220020586A (ko) * 2020-08-12 2022-02-21 한국과학기술원 열에너지 저장 시스템을 활용한 원자력 부하대응 발전 시스템
CN114439558A (zh) * 2022-01-07 2022-05-06 哈尔滨工业大学 一种基于混合工质超临界再压缩布雷顿-朗肯联合循环的空间核动力***
CN114698338A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 西北大学 一种空间环境被动自循环相变散热***及其工作方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10325686A (ja) * 1997-05-22 1998-12-08 Toshiba Corp 復水器およびその起動方法
US20110206173A1 (en) * 2010-02-22 2011-08-25 Advanced Reactor Concetps LLC Small, fast neutron spectrum nuclear power plant with a long refueling interval
CN103903657A (zh) * 2013-12-17 2014-07-02 中广核核电运营有限公司 核电厂非能动最终热阱冷却***及方法
CN104577818A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 贵州天能电力高科技有限公司 一种具备冗余电源的旋转式无功补偿箱
WO2018108068A1 (zh) * 2016-12-12 2018-06-21 中广核工程有限公司 核电厂最终热阱***
CN106448774A (zh) * 2016-12-12 2017-02-22 中广核工程有限公司 核电厂最终热阱***
CN108347860A (zh) * 2017-01-22 2018-07-31 中国科学院空间应用工程与技术中心 相变冷板和基于相变材料的空间散热装置
CN107515969A (zh) * 2017-07-31 2017-12-26 北京空间飞行器总体设计部 基于柔性可循环使用材料的空间消耗型散热工质回收方法
CN108661731A (zh) * 2018-07-04 2018-10-16 西安热工研究院有限公司 一种带蓄冷的超临界布雷顿循环发电***及方法
CN109677639A (zh) * 2018-12-30 2019-04-26 上海空间推进研究所 基于闭式布雷顿循环的空间大功率核动力***
KR20220020586A (ko) * 2020-08-12 2022-02-21 한국과학기술원 열에너지 저장 시스템을 활용한 원자력 부하대응 발전 시스템
DE202021105183U1 (de) * 2021-03-30 2021-10-07 Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd Hocheffizientes überkritisches Kohlendioxid-Stromerzeugungssystem mit einem natriumgekühlten schnellen Reaktor und einer zweistufigen Verzweigung
CN114439558A (zh) * 2022-01-07 2022-05-06 哈尔滨工业大学 一种基于混合工质超临界再压缩布雷顿-朗肯联合循环的空间核动力***
CN114698338A (zh) * 2022-03-23 2022-07-01 西北大学 一种空间环境被动自循环相变散热***及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115234330B (zh) 2024-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6957536B2 (en) Systems and methods for generating electrical power from solar energy
US7964787B2 (en) Hybrid solar power generator
EP2647841B1 (en) Solar thermal power system
CN109296511B (zh) 一种超临界二氧化碳布雷顿循环塔式太阳能热发电***
WO2011017450A2 (en) Heat pump with integral solar collector
CN102483263A (zh) 用于太阳能蓄热器的传热流体的仅在蒸汽状态下的循环
CN112762424B (zh) 一种基于储热和压缩式热泵相结合的太阳能热电解耦***及其运行方法
Ho et al. High-temperature receiver designs for supercritical CO2 closed-loop Brayton cycles
CN108731303A (zh) 热泵式交替储能供电方法及装置
CN110486241A (zh) 空间太阳热发电***及其发电方法
CN109638312A (zh) 一种燃料电池***循环冷却水装置
CN113540504B (zh) 热泵式-氢能复合储能发电方法及装置
CN109944757B (zh) 一种应用在太空环境中的太阳能热发电***及工作方法
CN115234330A (zh) 一种高效安全的空间核电源***及其工作方法
CN110118147A (zh) 一种将膨胀功转化为液***能输出技术功的方法
CN114439558B (zh) 基于混合工质超临界再压缩布雷顿-朗肯循环核动力***
JPS63183346A (ja) 太陽熱利用蒸気発生システム
CN113756891B (zh) 舰船用一体化氟盐冷却高温堆动力***
CN115306507A (zh) 移动式车载电源***
CN212958972U (zh) 一种带蓄热的双布雷顿联合循环太阳能发电***
Utamura et al. A solar gas turbine cycle with super-critical carbon dioxide as a working fluid
JP2003014316A (ja) ハイブリット型太陽熱温度変換装置
CN113757058A (zh) 一种基于太阳能和相变储热装置的复合型发电***
CN114738069B (zh) 一种储能发电***及储能发电方法
CN114046606B (zh) 移动式小型热管反应堆与太阳能耦合发电***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant