[发明专利]基于液态金属自蒸发磁流体发电的核梯级利用系统及方法

权利要求书

1.一种基于液态金属自蒸发磁流体发电的核能梯级利用系统，其特征在于：由惰性气体载热循环加热子系统、自蒸发液态金属磁流体发电子系统、电解水制氢子系统和热水子系统组成；

所述惰性气体载热循环加热子系统由核反应堆热源（1）、风机（12）、液态金属受热蒸发器（11）及循环管路组成，其中所述核反应堆热源（1）的氦气出口和风机（12）氦气入口连接，风机（12）氦气出口和液态金属受热蒸发器（11）氦气入口（a）连接，液态金属受热蒸发器（11）氦气出口（b）和核反应堆热源（1）氦气入口连接；

所述自蒸发液态金属磁流体发电子系统由上述惰性气体载热循环加热子系统中的液态金属受热蒸发器（11），以及磁流体发电通道（6）、冷凝器（9）、磁流体泵（10）及循环管路组成，其中所述液态金属受热蒸发器（11）的金属气液两相流出口（d）和磁流体发电通道（6）金属气液两相流入口连接，磁流体发电通道（6）金属气液两相流出口和冷凝器（9）金属气液两相流入口（e）连接，冷凝器（9）液态金属出口（f）和磁流体泵（10）液态金属入口连接，磁流体泵（10）液态金属出口和液态金属受热蒸发器（11）液态金属入口（c）连接；

所述电解水制氢子系统由上述自蒸发液态金属磁流体发电子系统中的磁流体发电通道（6），以及石墨棒（2）、隔膜（3）、铜棒（4）、电解槽（5）组成；隔膜（3）将电解槽（5）分成两部分，石墨棒（2）和铜棒（4）分别浸入电解槽（5）两侧的电解液中；其中所述磁流体发电通道（6）电势高的一侧（i）和石墨棒（2）导线连接，磁流体发电通道（6）电势低的一侧（j）和铜棒（4）导线连接；

所述热水子系统由上述自蒸发液态金属磁流体发电子系统中的冷凝器（9），以及冷却水输入管道（8）、热水输出管道（7）组成，其中所述冷却水输入管道（8）和冷凝器（9）入口（g）连接，冷凝器（9）出口（h）与热水输出管道（7）连接。

2.如权利要求书1所述的基于液态金属自蒸发磁流体发电的核能梯级利用系统的工作方法，其包括如下步骤：

步骤一：氦气作为核反应堆热源（1）的冷却剂，吸收核反应堆热源（1）释放的热量，经风机（12）加压驱动至液态金属受热蒸发器（11），在液态金属受热蒸发器（11）中释放热量，使液态金属受热蒸发器（11）维持在某一高温，释放热量后重新进入核反应堆热源（1）吸热；

步骤二：液态金属在流经液态金属受热蒸发器（11）时，吸热温度升高，达到金属沸点后发生部分汽化，体积迅速膨胀推动金属气液两相流体快速进入磁流体发电通道（6），通道内流动的液态金属在磁场作用下产生阻力，使流体压力沿通道下降，气体在压降下继续膨胀，进一步推动液态金属切割磁感线发电，之后金属气液两相流进入冷凝器（9）被冷却水冷凝成液态金属，经磁流体泵（10）加压进入液态金属受热蒸发器（11）再次被加热汽化；

步骤三：液态金属流经磁流体发电通道（6）时，在发电通道（6）的上下两侧产生电动势，电动势高的一侧（i）和石墨棒（2）导线相连，电势低的一侧（j）和铜棒（4）导线相连，石墨棒（2）和铜棒（4）分别浸入由隔膜（3）分隔的电解槽（5）两侧的电解液中，石墨棒（2）产生氧气，铜棒（4）产生氢气；

步骤四：冷却水从冷却水输入管道（8）进入冷凝器（9）与高温金属气液两相流体热交换后温度升高成为热水，经热水输出管道（7）输出，提供的冷却水可以是自来水，加热温度升高后可作为副产品——生活热水。