[发明专利]铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统

说明书

本发明公开了一种铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统，包括铅冷快堆及其一回路系统构成的堆舱、可切换式超临界二氧化碳动力循环二回路系统构成的机舱和推进装置；采用铅冷快中子堆为热源，以结合一次再热、中间冷却压缩与分流再压缩流程的超临界二氧化碳动力循环输出船舰推进动力及设备电力，通过闸阀开闭操作实现不同运行需求下内冷模式与部分冷却模式的超临界二氧化碳循环的有效切换，并联合直接推进装置驱动船舰航行。本发明的能量转换效率显著提升，动力装置的紧凑度及船舰有效载荷大幅升高，船舰的低能耗及高性能运行得到满足，为超临界二氧化碳循环在核动力船舰领域的应用提供了新思路。

技术领域

本发明涉及船舰动力系统，特别是涉及一种铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统。

背景技术

大型船舰动力系统的装备研发与技术升级是海防发展的重中之重，以核反应堆为其提供动力是未来的明确发展方向。目前，大型船舰普遍采用的压水堆结合蒸汽循环的动力装置所存在的热效率较低(约33％)，且其进一步提升受限、设备规模较大。因此，积极发展高效、紧凑的新型动力装置对提升船舰整体性能、引领技术变革具有重大意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统，通过闸阀开闭操作实现不同运行环境下超临界二氧化碳动力循环模式的有效切换，精准满足动力系统低能耗与高性能的需求，综合实现船舰动力系统的高效、紧凑化，为超临界二氧化碳循环在核动力船舰领域的应用提供新的思路。

技术方案：本发明的铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统，该系统包括铅冷快堆及其一回路系统构成的堆舱、可切换式超临界二氧化碳动力循环二回路系统构成的机舱和推进装置。

该船舰动力系统采用铅冷快中子堆为热源，以结合一次再热、中间冷却压缩与分流再压缩流程的超临界二氧化碳循环输出船舰推进动力及设备电力，通过闸阀开闭操作实现不同运行需求下内冷模式与部分冷却模式的超临界二氧化碳循环的有效切换，联合直接推进装置驱动船舰航行。

铅冷快中子堆作为第四代先进核能系统中的典型核反应堆堆型，兼具优越的固有安全性、可持续性、经济性和防扩散性，且曾成功装备至核潜艇动力系统中；相比于常规动力装置，其具有能量密度高、续航能力强、机动性及隐蔽性优异、运行特性稳定等突出优势，应用于大型船舰极具潜力、前景广阔。

以超临界二氧化碳为工质的闭式动力循环在铅冷快堆冷却剂出口温度范围内，能量转换效率较高、系统结构紧凑、设备规模较小，且安全性高、噪声小、建设周期较短，同时，通过闸阀开闭操作实现多种模式的超临界二氧化碳循环的有效切换，能适应船舰动力装置在不同运行环境下的输出需求，在提高系统机动性的基础上，确保了船舰的低能耗和高性能运行。因此，将超临界二氧化碳循环应用于船舰核动力装置，能促进其高效紧凑化，整体系统效率提升潜力较大，大型船舰的高综合性能运行得到有力保障。

其中，铅冷快堆及其一回路系统所构成的堆舱包括屏蔽壳、铅冷快中子堆、反应堆堆芯、一级中间换热器和二级中间换热器，一级中间换热器和二级中间换热器均设有高温侧和低温侧；由堆芯液态铅冷却剂构成的核反应堆内部自然循环回路吸收堆芯反应产生的热量，一级中间换热器和二级中间换热器的高温侧与堆芯冷却剂通道相连通，形成换热循环回路。超临界二氧化碳动力循环二回路系统与铅冷快堆及其一回路系统通过一级中间换热器和二级中间换热器相耦合。