[发明专利]一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统

权利要求书

1.一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，包括模块化小型氟盐冷却高温堆本体、非能动余热排出系统和布雷顿循环能量转换系统；所述模块化小型氟盐冷却高温堆本体包括压力容器(7)以及位于压力容器(7)内的氟盐冷却高温堆堆芯，插入氟盐冷却高温堆堆芯中的控制棒驱动机构(1)，氟盐冷却高温堆堆芯包括堆芯组件(12)、堆芯组件(12)外围的上反射层(10)、径向反射层(11)和下反射层(13)、堆芯围筒(9)以及位于堆芯围筒(9)和压力容器(7)之间的下降环腔(8)；所述非能动余热排出系统包括位于压力容器(7)内的熔盐换热器(4)，压力容器(7)外空冷塔(6)内的空气换热器(5)以及熔盐换热器(4)与空气换热器(5)相连的管道，空冷塔(6)与布雷顿循环能量转换系统共用；所述布雷顿循环能量转换系统包括位于压力容器(7)内的主换热器(3)、位于主换热器(3)顶部的泵(2)、二氧化碳捕集系统(22)以及位于二氧化碳捕集系统(22)内的透平(14)、发电机(15)、高温回热器(16)、低温回热器(17)、空气冷却器(18)、主压缩机(19)、辅压缩机(20)和电动机(21)；所述主换热器(3)的高温工质出口与透平(14)入口连通，工质依次经过高温回热器(16)和低温回热器(17)热侧，离开低温回热器(17)后，一部分进入空气冷却器(18)进行冷却，冷却后的低温工质经主压缩机(19)压缩后进入低温回热器(17)冷侧入口,另一部分工质直接进入辅压缩机(20)进行压缩，之后两部分工质在高温回热器(16)冷侧入口汇集，最终经高温回热器(16)冷侧出口离开，进入主换热器(3)入口，主压缩机(19)、电动机(21)与辅压缩机(20)同轴连接，透平(14)与发电机(15)同轴连接。

2.如权利要求1所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，所述压力容器(7)内设置三台主换热器(3)和三台熔盐换热器(4)；氟盐冷却高温堆堆芯上方堆芯围筒(9)和压力容器(7)之间沿周向等角度位置布置三台主换热器(3)，在主换热器(3)每个间隙各设置一台熔盐换热器(4),泵(2)整体安装在主换热器(3)的顶部，用于驱动压力容器(7)内冷却剂流动。

3.如权利要求2所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，所述主换热器(3)为印刷电路板式换热器，其结构紧凑，更有利于模块化小型氟盐冷却高温堆本体的一体化布局，更大的传热面积也使得传热效率得到提升。

4.如权利要求1所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，氟盐冷却高温堆堆芯包括19个堆芯组件(12)，呈六边形排布；所述堆芯组件(12)包括呈六边形布置的84个燃料元件(23)和7个控制棒(24)，燃料元件(23)和控制棒(24)间的冷却剂通道(25)以及包覆燃料元件(23)、控制棒(24)和冷却剂通道(25)的石墨层(26)，燃料元件(23)均为螺旋十字型。

5.如权利要求1所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，氟盐冷却高温堆堆芯冷却剂盐为FLiBe，FLiBe由LiF和BeF₂以2:1的摩尔比混合而成；熔盐换热器(4)二次侧盐为FLiNaK，FLiNaK为LiF、NaF和KF的混合物,LiF：NaF：KF＝46.5:11.5:42mol％。

6.如权利要求1所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，所述上反射层(10)、径向反射层(11)以及下反射层(13)材料均为石墨。

7.如权利要求1所述的一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，其特征在于，所述模块化小型氟盐冷却高温堆本体与布雷顿循环能量转换系统通过主换热器(3)进行热量交换，布雷顿循环能量转换系统的循环工质为超临界二氧化碳，循环热效率达到45％以上。