[发明专利]小型氟盐冷却高温堆自适应布雷顿循环能量转换系统

权利要求书

1.小型氟盐冷却高温堆自适应布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：包括反应堆本体系统(1)、熔盐储能系统(2)和布雷顿动力循环系统(3)；

所述反应堆本体系统(1)作为自适应布雷顿循环能量转换系统的热源，其内部包括分流装置(1-1)、第一熔盐泵(1-2)、第二熔盐泵(1-5)、紧凑式熔盐-布雷顿系统换热器(1-3)、紧凑式熔盐-熔盐换热器(1-6)以及合流装置(1-4)；堆芯出口连接至分流装置(1-1)，热熔盐首先流入分流装置(1-1)，随后按照分流模式决定流向第一出口下游的第一熔盐泵(1-2)或第二出口下游的第二熔盐泵(1-5)；若不采取分流则同时流向第一熔盐泵(1-2)和第二熔盐泵(1-5)；第一熔盐泵(1-2)的出口连接紧凑式熔盐-布雷顿系统换热器(1-3)热侧入口，第二熔盐泵(1-5)出口连接紧凑式熔盐-熔盐换热器(1-6)热侧入口，紧凑式熔盐-布雷顿系统换热器(1-3)的热侧出口与合流装置(1-4)的第一入口连接，紧凑式熔盐-熔盐换热器(1-6)的热侧出口与合流装置(1-4)的第二入口连接，换热后的冷熔盐流经合流装置(1-4)后进入堆芯吸热，完成堆芯循环；

所述熔盐储能系统(2)作为自适应布雷顿循环能量转换系统的储能和中间输热子系统，包括熔盐泵(2-1)、熔盐池(2-2)和浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)；熔盐泵(2-1)与熔盐池(2-2)连接，吸入熔盐池(2-2)出口的冷熔盐并将其输送至反应堆本体系统(1)的紧凑式熔盐-熔盐换热器(1-6)冷侧吸收热量；紧凑式熔盐 - 熔盐 换热器(1-6)冷侧出口与熔盐池(2-2)入口连接，吸热后的热熔盐进入熔盐池(2-2)，一部分流经浸没在熔盐池内的浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)的两个并联热侧，向布雷顿动力循环系统(3)释放热量，随后流出浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)并与另一部分未流经浸没式紧凑熔盐- 布雷顿系统换热器的熔盐合流，再被熔盐泵(2-1)吸入，完成输热循环；

所述布雷顿动力循环系统(3)包括第一合流装置(3-1)、第二合流装置(3-3)、第三合流装置(3-7)、第一分流装置(3-5)、第二分流装置(3-8)、第三分流装置(3-9)、一体式涡轮系统(3-2)、组合式回热器(3-4)和自适应空冷换热器(3-6)；组合式回热器(3-4)内部包含至少一组紧凑式高温换热器芯体(3-4-1)和至少一组紧凑式低温换热器芯体(3-4-2)；一体式涡轮系统(3-2)内部的转子包括高压透平(3-2-2)、低压透平(3-2-1)、主压缩机(3-2-4)和辅压缩机(3-2-3)各一台；各部件连接关系为：在组合式回热器(3-4)中，热侧入口与第二合流装置(3-3)的出口连接、热侧出口与第一分流装置(3-5)的入口连接、冷侧入口与主压缩机(3-2-4)的出口连接、冷侧出口与第二分流装置(3-8)的入口连接；在一体式涡轮系统(3-2)中，高压透平(3-2-2)入口与第一合流装置(3-1)的出口连接、出口与第二合流装置(3-3)的第一入口连接，低压透平(3-2-1)入口与熔盐储能系统(2)的浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)连接、出口与第三分流装置(3-9)的入口连接，主压缩机(3-2-4)入口与自适应空冷换热器(3-6)出口连接、出口与组合式回热器(3-4)的紧凑式低温换热器芯体(3-4-2)冷侧入口连接，辅压缩机(3-2-3)入口与第一分流装置(3-5)的第二出口连接、出口与第三合流装置(3-7)的第一入口连接；第二合流装置(3-3)的第二入口和第三分流装置(3-9)的第二出口连接；第一合流装置(3-1)的第一入口与反应堆本体系统(1)的紧凑式熔盐-布雷顿系统换热器(1-3)冷侧出口连接、第二入口与熔盐储能系统(2)的浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)第一冷侧出口连接；第二分流装置(3-8)的第一出口与熔盐储能系统(2)的浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)第二冷侧入口连接、第二出口与反应堆本体系统(1)的紧凑式熔盐-布雷顿系统换热器(1-3)冷侧入口连接；第三分流装置(3-9)的第一出口与熔盐储能系统(2)的浸没式紧凑熔盐-布雷顿系统换热器(2-3)第一冷侧入口连接；调节布雷顿动力循环系统(3)的合流装置和分流装置开关状态，能够改变布雷顿动力循环系统冷端和热端构型，进而形成不同的布雷顿动力循环系统(3)方案；

布雷顿动力循环系统(3)的冷端构型包括组合式回热器(3-4)、分流装置(3-5)、自适应空冷换热器(3-6)、一体式涡轮系统(3-2)中的主压缩机(3-2-4)和辅压缩机(3-2-3 )和合流装置(3-7)；布雷顿动力循环系统冷端构型的不同构型方案如下：

1)第一分流装置(3-5)的第二出口关闭、第一出口开启，第三合流装置(3-7)的第一入口关闭、第二入口开启，构成冷端原始循环；

2)第一分流装置(3-5)和第三合流装置(3-7)全开，构成冷端分流再压缩循环；

布雷顿动力循环系统(3)的热端构型包括一体式涡轮系统(3-2)中的高压透平(3-2-2)和低压透平(3-2-1)、第一合流装置(3-1)和第二合流装置(3-3)、第二分流装置(3-8)和第三分流装置(3-9)、熔盐储能系统(2)和反应堆本体系统(1)；布雷顿动力循环系统热端构型的不同构型方案如下：

1)分流装置(1-1)的第一出口开启、第二出口关闭，合流装置(1-4)的第一入口开启、第二入口关闭，第一合流装置(3-1)的第二入口关闭、第一入口开启，第二合流装置(3-3)的第二入口关闭、第一入口开启，其余合流、分流装置全闭，第二熔盐泵(1-5)和熔盐泵(2-1)关闭，熔盐储能系统(2)停止工作并保温，此时构成热端原始堆芯加热循环；

2)分流装置(1-1)的第一出口关闭、第二出口开启，合流装置(1-4)的第一入口关闭、第二入口开启，第一合流装置(3-1)全闭，第三分流装置(3-9)的第一出口关闭、第二出口开启，第二合流装置(3-3)的第一入口关闭、第二入口开启，第二分流装置(3-8)的第二出口关闭、第一出口开启，构成热端原始熔池加热循环；

3)分流装置(1-1)和合流装置(1-4)全开，第一合流装置(3-1)的第二入口关闭、第一入口开启，第三分流装置(3-9)的第一出口关闭、第二出口开启，第二分流装置(3-8)和第二合流装置(3-3)全开，构成热端原始复合加热循环；

4)分流装置(1-1)的第一出口关闭、第二出口开启，合流装置(1-4)的第一入口关闭、第二入口开启，第一合流装置(3-1)的第一入口关闭、第二入口开启，第三分流装置(3-9)的第二出口关闭、第一出口开启，第二合流装置(3-3)的第二入口关闭、第一入口开启，第二分流装置(3-8)的第二出口关闭、第一出口开启，构成热端再热循环。

2.根据权利要求1所述的小型氟盐冷却高温堆自适应布雷顿循环能量转换系统，其特征在于：反应堆本体系统(1)的反应堆容器高度不超过15米，直径不超过5米，堆芯热功率在300MW以下，根据任务需求情况决定是否使用熔盐储能系统(2)，熔盐池体积不大于反应堆容器体积；布雷顿动力循环系统(3)的组合式回热器(3-4)内部采用多紧凑式换热器串、并联方式布置，总体积不大于10m³。