[发明专利]利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统及方法

权利要求书

1.一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统，其特征在于：所述系统是基于核动力系统中的堆芯余热为热源来构建，由堆芯余热模块(1)、温差发电回路模块(2)、性能提升器模块(3)、热阱模块(4)及相关管道和仪表组成；

所述温差发电回路模块(2)包括第一换热器(201)、分离器(202)、泄压阀(203)、汽轮机(204)、发电机(205)、吸收器(206)、冷凝器(207)、小型电动泵(208)、氨储液罐(209)、氨泵(210)、第一回热器(211)和第二回热器(212)；堆芯余热模块(1)的冷却水出口连接第一换热器(201)管侧入口，冷却水在堆芯余热模块(1)中被加热，经过管道流进下游的第一换热器 (201)管侧，第一换热器(201)的壳侧入口与第二回热器(212)的管侧出口相连，壳侧出口与分离器(202)的入口相连；分离器(202)的氨气出口通过泄压阀(203)与汽轮机(204)相连，推动汽轮机(204)做功，贫氨溶液出口与第一回热器(211)壳侧贫氨溶液入口相连，贫氨溶液进入第一回热器(211)，加热从氨储液罐(209)来的基本溶液；汽轮机(204)产生的机械能进而传递给发电机(205)，实现机械能到电能的转化；汽轮机(204)的氨气出口与第二回热器(212)壳侧氨气入口相连，汽轮机(204)的乏汽出口、第二回热器(212)壳侧氨气出口以及第一回热器(211)壳侧贫氨溶液出口均与吸收器(206)的入口相连，吸收器(206)的出口与冷凝器(207)的入口相连，冷凝器(207)出口与氨储液罐(209)入口相连，氨储液罐(209)出口通过氨泵(210)与第一回热器(211)管侧入口相连，第一回热器(211)管侧出口与第二回热器(212)管侧入口相连，第二回热器(212)管侧出口与第一换热器(201)壳侧入口相连；

所述性能提升器模块(3)包括电动泵(301)，和电动泵(301)并联的止回阀(302)；所述热阱模块(4)第二换热器(401)和冷却水箱(402)；第一换热器(201)管侧冷却水出口与电动泵(301)冷却水入口相连，冷却水在电动泵(301)中加压，来克服回路中的重力差和摩擦阻力，从而促进回路内水的循环流动和换热；在发生卡泵事故时，止回阀(302)用来防止回路内流动的停止；电动泵(301)冷却水出口与第二换热器(401)管侧冷却水入口相连，第二换热器(401)管侧冷却水出口与堆芯余热模块(1)的冷却水入口相连，第二换热器(401)壳侧与冷却水箱(402)相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统，其特征在于：所述温差发电回路模块(2)中所用工质为氨-水混合物，使氨-水混合工质变温蒸发，使得气化过程与放热过程更好的匹配，从而减小回路内部的传热温差，减小热量损失，降低换热过程的不可逆损失，从而提高整个循环回路的循环效率。

3.根据权利要求1所述的一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统，其特征在于：经由泄压阀(203)的氨气推动下游汽轮机(204)旋转，将热能转换为机械能，后续汽轮机(204)再连接发电机(205)，产生电能。

4.根据权利要求1所述的一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统，其特征在于：所述温差发电回路模块(2)中通过第一回热器(211)和第二回热器(212)采用了贫氨溶液回热循环和氨气回热循环，减少了循环过程中的热量损失。

5.根据权利要求1所述的一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统，其特征在于：第一回热器(211)在第二回热器(212)的上游，使基本溶液更多的吸收贫氨溶液的热量，节省下来的氨气更多的通过汽轮机(204) 做功，使回路的效率得到提高。

6.根据权利要求1所述的一种利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统及方法，其特征在于：整个系统中涉及到的能动设备，小型电动泵(208)、氨泵(210)和电动泵(301)均由发电机(205)提供电能。

7.权利要求1至6任一项所述的利用堆芯余热提高核动力系统自然循环能力的系统的运行方法，其特征在于：冷却水在堆芯余热模块(1)中经加热，随后通过管道流经下游温差发电回路模块(2)中的第一换热器(201)管侧，第一换热器(201)将管侧热量传递给壳侧中的氨—水混合物工作介质，混合工质在第一换热器(201)壳侧中加热，加热后的混合物在下游的分离器(202)中进行分离，氨气在分离器(202)腔室内积累，使得腔室内压力持续上升；当蒸汽压力达到第一换热器(201)壳侧的压力设定值时，分离器(202)下游的泄压阀(203)打开，产生的蒸汽进入下游的汽轮机(204)，推动汽轮机(204)的运转，汽轮机(204)连接的发电机(205)产生电能；其中一部分氨气从汽轮机(204)中出来经过下游的第二回热器(212)将基本溶液加热到饱和；从分离器(202)中出来的贫氨溶液，在下游的第一回热器(211)中加热从氨储液罐(209)来的基本溶液；

从汽轮机(204)出来的乏汽、第二回热器(212)出来的氨气以及第一回热器(211)出来的贫氨溶液都流进吸收器(206)，得到汇集；汇集之后流入下游的冷凝器(207)，在冷凝器(207)中被冷却水经过小型电动泵(208)升压冷凝，从冷凝器(207)出来的基本溶液流入下游的氨储液罐(209)中，经过下游的氨泵(210)加压，依次经过第一回热器(211)、第二回热器(212)后，流入第一换热器(201)壳侧完成循环；

从第一换热器(201)管侧出来的冷却水经过下游的电动泵(301)，电动泵(301)提供额外的驱动力来克服回路中的重力差和摩擦阻力，从而促进回路内水的循环流动和换热，同时，考虑到系统可靠性的问题，在性能提升器模块(3)内设置了一个并联于电动泵(301)的止回阀(302)，在发生卡泵事故时，用来防止回路内流动的停止；下游的第二换热器(401)将管侧中的剩余热量通过壳侧中低温冷却水排到冷却水箱(402)，冷却水箱(402)充当回路热阱作用，从第二换热器(401)管侧出来的冷却水又重新回到堆芯余热模块(1)，如此反复，完成循环。