[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

说明书

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，该系统基于核动力系统中利用自然循环来带走余热(堆芯燃料余热、乏燃料余热等)的思路，在原本的自然循环系统弱驱动力、低动力转换效率的基础上，不引入外部能源，通过使用设计的温差发电回路模块来回收热源多余热量并产生电能，再用产生的电能来驱动回路中的电动泵来进一步推动回路中流体流动，从而大大加强了系统的自然循环能力；该系统的运行依赖于自然循环系统本身的能量，在没有改变自然循环系统非能动特性的前提下，提高自然循环系统的冷却能力。

技术领域

本发明涉及核动力系统中自然循环能力研究技术领域，具体涉及到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。

背景技术

自然循环系统不需要外部能量，依靠自身的重力差就可以将热源的热能转移到热阱。由于有着这一特点，自然循环系统被用来在事故后场外电源丧失情况下排出堆芯的余热。然而，自然循环系统一个主要缺陷就是弱驱动力。弱驱动力将会导致低的传热能力、系统设计方面的约束和功能失效。在事故情况下，堆芯的余热，例如乏燃料水池中的衰变热，如果仅依靠于原有的弱自然循环能力来排除水池中的热量是远远不足的，乏燃料释放的衰变热将在乏燃料水池内积累，乏燃料水池温度升高，然而水池温度必须符合核电厂技术规范限值，任何情况下乏燃料水池水温不能超过60℃。

弱驱动力是自然循环系统的一个主要缺陷，故而很多设计工作都是基于这一点开展的。例如，在自然循环系统的设计中，通常会要求采取措施来减小流动阻力，如减小水平管道的长度，以保证回路的流量。由于弱驱动力，自然循环系统的流量通常较低，因此换热系数和单通道换热功率也较低。为保证系统的换热量，自然循环系统换热部件的体积通常较大，造成空间设计上的问题。此外，研究人员还提出了一些措施来改善系统的换热能力，如增加回路高度差、增大换热器的换热面积。这些方法重心放在修正物理回路的几何结构，因此，这些方法在实际中会在一定程度上被空间的可用性所限制。自然循环系统的性能不能从根本上得到改善。

现有的改善方法都是着眼于自然循环系统的现象、几何结构和物性参数，却没有将目光放在能量利用方面。采用一些设计改进措施，确实可以从一定程度上来改善系统的流动、换热、所允许的最大功率等性能但是，自然循环系统弱驱动力的问题没有得到根本上的解决。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供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，来从提高能量利用的角度增强自然循环系统的驱动力，从而提高自然循环系统能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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；