[发明专利]一种核能与碱金属热电转换装置联合发电装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种动力能源领域的能量利用系统，具体地说是一种用核反应堆放出的热量作为碱金属热电直接转换器的热源，两者集成的一种发电装置。

(二)背景技术

核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。核反应堆的工作原理是这样的：原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与中子组成。当铀235的原子核受到外来中子轰击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出2到3个中子。这裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核，引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气。由此可知，核反应堆最基本的组成是裂变原子核+热载体。但是只有这两项是不能工作的。因为，高速中子会大量飞散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会；核反应堆要依人的意愿决定工作状态，这就要有控制设施；铀及裂变产物都有强放射性，会对人造成伤害，因此必须有可靠的防护措施。综上所述，核反应堆的合理结构应该是：核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置。

根据用途，核反应堆可以分为以下几种类型①将中子束用于实验或利用中子束的核反应，包括研究堆、材料实验等。②生产放射性同位素的核反应堆。③生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。④提供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆，比如多目的堆。⑤为发电而发生热量的核反应，称为发电堆。⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核反应堆，称为推进堆。另外，核反应堆根据燃料类型分为天然气铀堆、浓缩铀堆、钍堆；根据中子能量分为快中子堆和热中子堆；根据冷却剂(载热剂)材料分为水冷堆、气冷堆、有机液冷堆、液态金属冷堆；根据慢化剂(减速剂)分为石墨堆、重水堆、压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆；根据中子通量分为高通量堆和一般能量堆；根据热工状态分为沸腾堆、非沸腾堆、压水堆；根据运行方式分为脉冲堆和稳态堆，等等。核反应堆概念上可有900多种设计，但现实上非常有限。

碱金属热电转换装置(the Alkali Metal Thermal to Electric converter)简写为AMTEC，是一种新型能量转换技术，它以液态碱金属或气态碱金属(锂、钾、钠)为工质，β″-Al₂O₃固体电解质(BASE)为离子选择性渗透膜，这种陶瓷材料对离子是良导体，而对电子几乎是绝缘体，这构成了碱金属热电转换器工作的基础。理论上，热电转换效率可达30％-40％。AMTEC可直接将太阳能、外部燃烧、放射性同位素、反应器热源和余热产生的热能转换成电能。碱金属工质(液态或气态)在封闭循环系统中运行，其转换过程特点为等温膨胀/压缩，等压加热，因此可获得高效率。AMTEC具有很多优点：洁净无噪声、设备结构紧凑、维护量小、适合分散布置等。

核反应堆堆芯核裂变时产生巨大的热能，这些能量足够保证AMTEC工作的需求，因此可以用来作为AMTEC的热源。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种利用核反应堆堆芯核裂变放出的巨大能量为碱金属热点直接转换器提供热量使其工作产生电能的一种核能与碱金属热电转换装置联合发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

从核反应堆的蒸汽发生器二回路侧的给水，通过蒸汽发生器的大量U型管管壁，吸收了一回路碱金属工质从反应堆带出来的热量，在蒸汽发生器里变为蒸汽，蒸汽从发生器顶部的出口通过主蒸汽管流出核反应堆安全壳后流经附加蒸汽管进入处于高温相变蓄热器内部的热交换器，热交换器的外壁传热材料将热量传递给高温相变蓄热器内的蓄热材料，蓄热材料的吸收热量到达蓄热器的热输出接口，碱金属热电直接转换器通过其热输入接口和蓄热器的热输出接口相连接，热量进入碱金属热电直接转换器内部使其工作产生电能供给负载，流过热交换器的蒸汽在热量被蓄热器内的蓄热材料吸收以后流出蓄热器进入冷凝器冷凝，在冷凝水泵的作用下进入除氧器除氧，然后在给水泵的作用下进入高压加热器进行加热最后由核反应堆一回路侧的蒸汽发生器给水口重新进入蒸汽发生器吸收热量进行循环。

所述热交换器和高温相变蓄热器之间有绝热密封装置。

主蒸汽管和附加蒸汽管之间采用连接体进行连接，附加蒸汽管外有保温层。