一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置，是在高溫氣冷堆的周圍布置多組斯特林發(fā)電機(jī)和相同數(shù)量的換熱器。一個(gè)換熱器經(jīng)一根氦氣回路管連通高溫氣冷堆，一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)換熱器內(nèi)，一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)海水蒸發(fā)罐內(nèi)，發(fā)電機(jī)置于熱量流出端中央的二級(jí)密封腔內(nèi)。一個(gè)淡水冷凝器安在一個(gè)海水蒸發(fā)罐上。構(gòu)成了多組能獨(dú)立運(yùn)行的斯特林發(fā)電機(jī)組。電、淡水、海鹽聯(lián)產(chǎn)，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)電廠、一個(gè)海水淡化廠、一個(gè)曬鹽場(chǎng)三位一體。沒(méi)有任何排放，資源利用率高，經(jīng)濟(jì)安全環(huán)保。
【專利說(shuō)明】一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核發(fā)電及海水淡化裝置，具體為一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡
化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺、水源枯竭、環(huán)境污染已成全人類共同關(guān)注的熱點(diǎn)，開(kāi)發(fā)清潔能源淡化海水是解決能源水源問(wèn)題和保護(hù)環(huán)境的必由之路。除了太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水能等可再生能源之外，在保證安全的前提下，核能是一種清潔能源。第四代核能系統(tǒng)高溫氣冷堆是很安全的熱核反應(yīng)堆。但是，將反應(yīng)堆熱能轉(zhuǎn)化成電能一直使用蒸汽輪發(fā)電機(jī)。高溫氣冷堆溫度高達(dá)1600°C，一回路氦氣出口溫度在700°C以上。目前還沒(méi)有直接利用如此高的溫度發(fā)電的熱機(jī)，唯有斯特林發(fā)電機(jī)具有高效利用如此高的溫度發(fā)電的潛在能力。
[0003]斯特林發(fā)電機(jī)能充分利用高溫氣冷堆溫度高的優(yōu)勢(shì)，是因?yàn)樗固亓职l(fā)電機(jī)的熱源溫度越高熱機(jī)效率越高，而且在海水冷卻熱量流出端時(shí)得到淡水。中國(guó)專利一種利用余熱淡化海水的斯特林發(fā)電機(jī)(2014100264527)提供了高效利用高溫氣冷堆熱能發(fā)電和分離海水的技術(shù)。
[0004]斯特林發(fā)電機(jī)取代蒸汽輪發(fā)電機(jī)不是簡(jiǎn)單的熱機(jī)替換，而是一次技術(shù)飛躍，最大限度地利用了核能和海水資源。這種高溫氣冷堆與斯特林發(fā)電機(jī)的組合相當(dāng)于一個(gè)發(fā)電廠、一個(gè)海水淡化廠、一個(gè)曬鹽場(chǎng)三位一體。有利于環(huán)境保護(hù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是利用高溫氣冷堆直接向斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端供給熱量，利用海水在斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端吸收熱量，發(fā)電的同時(shí)，海水分離成淡水和鹽。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是:其結(jié)構(gòu)包括高溫氣冷堆、換熱器、氦氣回路管、斯特林發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、海水蒸發(fā)罐、淡水冷凝器、海水流入管、海鹽排出閥、淡水流出管。其特征在于:所述高溫氣冷堆的周圍分布多組斯特林發(fā)電機(jī)和相同數(shù)量的換熱器。一個(gè)換熱器經(jīng)一根氦氣回路管連通高溫氣冷堆；一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)換熱器內(nèi)；一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)海水蒸發(fā)罐內(nèi)；發(fā)電機(jī)置于熱量流出端中央的二級(jí)密封腔內(nèi)。一個(gè)淡水冷凝器安在一個(gè)海水蒸發(fā)罐上。淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口在淡水冷凝器上部中心，淡水冷凝器風(fēng)道出風(fēng)口在淡水冷凝器上部呈環(huán)形。一個(gè)淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)和一根海水流入管，一個(gè)淡水冷凝器底安一根淡水流出管。一個(gè)海水蒸發(fā)罐底安裝一個(gè)海鹽排出閥。構(gòu)成多組能獨(dú)立運(yùn)行的斯特林發(fā)電機(jī)組。
[0007]所述高溫氣冷堆包括反應(yīng)堆主體及其控制系統(tǒng)。
[0008]所述換熱器內(nèi)有氦氣風(fēng)機(jī)、熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管。
[0009]所述氦氣回路管具有氦氣流入高溫氣冷堆和氦氣流出高溫氣冷堆形成回路的通道。[0010]所述斯特林發(fā)電機(jī)是斯特林可逆熱機(jī)作發(fā)電機(jī)，回?zé)崞鞑捎脫Q熱式回?zé)崞鳎刂葡到y(tǒng)采用工作腔增壓的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，工作腔連接采用多環(huán)連接方式。
[0011 ] 所述斯特林發(fā)電機(jī)工質(zhì)為氦氣。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:一是電、淡水、海鹽聯(lián)產(chǎn)，沒(méi)有任何排放，資源利用率高，經(jīng)濟(jì)安全環(huán)保；二是海水冷卻斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱量流出端的冷卻效果好、溫度低，熱機(jī)強(qiáng)化程度高，熱機(jī)效率高；三是斯特林發(fā)電機(jī)比蒸汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造成本和運(yùn)行費(fèi)用降低；四是氦氣取代水作工質(zhì)，取消了水處理設(shè)備，設(shè)備可靠性提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0014]圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明特征結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明熱力學(xué)計(jì)算截圖。
[0017]圖2中，1、控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，2、高溫氣冷堆，3、氦氣回路管，4、換熱器，5、海鹽排出閥，6、海水蒸發(fā)罐，7、淡水流出管，8、淡水冷凝器風(fēng)道出風(fēng)口，9、淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口，
10、風(fēng)機(jī)電機(jī)，11、淡水冷凝器，12、海水流入管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)施例是用清華大`學(xué)研發(fā)的IOMW高溫氣冷堆作熱源，配置四組六工作腔雙環(huán)連接的斯特林發(fā)電機(jī)，組成一套高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置。四組六工作腔雙環(huán)連接的斯特林發(fā)電機(jī)對(duì)稱分布在高溫氣冷堆周圍。一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)換熱器內(nèi)；一個(gè)換熱器經(jīng)一根氦氣回路管連通高溫氣冷堆；一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)海水蒸發(fā)罐內(nèi)；一個(gè)淡水冷凝器安在一個(gè)海水蒸發(fā)罐上。圖1是總體結(jié)構(gòu)示意圖。因?yàn)樗慕M斯特林發(fā)電機(jī)完全相同。選取其中一組斯特林發(fā)電機(jī)與高溫氣冷堆的配合說(shuō)明即可。
[0019]圖2表明了這種配合的特征結(jié)構(gòu)。高溫氣冷堆2上有控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I。換熱器4由氦氣回路管3連通高溫氣冷堆2。斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于換熱器4內(nèi)；斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于海水蒸發(fā)罐6內(nèi)；發(fā)電機(jī)置于熱量流出端中央的二級(jí)密封腔內(nèi)。淡水冷凝器11安在海水蒸發(fā)罐6上。淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口 9安裝風(fēng)機(jī)電機(jī)10和海水流入管12，淡水冷凝器11底安淡水流出管7。淡水冷凝器風(fēng)道出風(fēng)口 8呈環(huán)形，位于淡水冷凝器11上部。海鹽排出閥5安裝在海水蒸發(fā)罐6底部。
[0020]清華大學(xué)研發(fā)的10麗高溫氣冷堆技術(shù)參數(shù):熱功率10MW，氦氣回路壓力3MPa，氦氣入口溫度250/300°C，氦氣出口溫度700/900°C，燃料球數(shù)目27000個(gè)。按照35%的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苡?jì)算，電功率為3.5麗。用四組斯特林發(fā)電機(jī)，每組電功率在0.8麗到0.9麗之間。設(shè)定工作參數(shù):最高工作壓力P2為9MPa，熱機(jī)效率為0.3，熱量流入端溫度T2為973.15K，熱量流出端溫度T1為353.15K，轉(zhuǎn)速N為900轉(zhuǎn)/分。確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù):缸徑0.2m、沖程
0.15m。
[0021]圖3是一個(gè)工作腔的熱力學(xué)計(jì)算，輸出電功率Power為0.142麗，吸熱功率Ph為0.4734MW,散熱功率Pc為0.3314MW,最低工作壓力P1為3.244MPa。
[0022]一組機(jī)組共有六個(gè)工作腔，輸出電功率為0.852麗，總吸熱功率2.8404MW,總散熱功率1.9884MW。共有四組斯特林發(fā)電機(jī)，整套裝置輸出電功率為3.408麗、散熱功率為
1.3256MW。
[0023]本發(fā)明的工作過(guò)程是:高溫氣冷堆2控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I控制堆芯發(fā)熱功率。換熱器4內(nèi)的氦氣風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，形成換熱器4內(nèi)氦氣經(jīng)氦氣回路管3到高溫氣冷堆2堆芯，再經(jīng)氦氣回路管3回到換熱器4的回路，將熱量輸運(yùn)到換熱器4內(nèi)加熱熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管。熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管內(nèi)的氦氣吸熱，完成了高溫氣冷堆2到斯特林發(fā)電機(jī)的熱交換。斯特林發(fā)電機(jī)六個(gè)工作腔按斯特林循環(huán)工作，熱機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管內(nèi)氦氣因壓縮放熱，海水由海水流入管12進(jìn)入海水蒸發(fā)罐6內(nèi)，冷卻熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管。啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)10，空氣從淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口 9通入海水蒸發(fā)罐6內(nèi)海水液面以下，將水 蒸氣帶到淡水冷凝器凝結(jié)成水后，經(jīng)淡水冷凝器風(fēng)道出風(fēng)口 8吹向淡水冷凝器散熱片。冷凝水由淡水冷凝器11底的淡水流出管7流出。不斷補(bǔ)充海水，使海水蒸發(fā)罐6內(nèi)海水液面保持穩(wěn)定。隨著海水不斷濃縮，鹽分在海水蒸發(fā)罐6底部結(jié)晶析出達(dá)到一定量時(shí)，打開(kāi)海鹽排出閥5排出海鹽。四組斯特林發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，IOMW高溫氣冷堆滿負(fù)荷運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置，包括高溫氣冷堆、換熱器、氦氣回路管、斯特林發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、海水蒸發(fā)罐、淡水冷凝器、海水流入管、海鹽排出閥、淡水流出管，其特征在于:所述高溫氣冷堆的周圍分布多組斯特林發(fā)電機(jī)和相同數(shù)量的換熱器，一個(gè)換熱器經(jīng)一根氦氣回路管連通高溫氣冷堆，一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)換熱器內(nèi)，一組斯特林發(fā)電機(jī)的熱量流出端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管置于同一個(gè)海水蒸發(fā)罐內(nèi)，發(fā)電機(jī)置于熱量流出端中央的二級(jí)密封腔內(nèi)，一個(gè)淡水冷凝器安在一個(gè)海水蒸發(fā)罐上，淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口在淡水冷凝器上部中心，淡水冷凝器風(fēng)道出風(fēng)口在淡水冷凝器上部呈環(huán)形，一個(gè)淡水冷凝器風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)和一根海水流入管，一個(gè)淡水冷凝器底安一根淡水流出管，一個(gè)海水蒸發(fā)罐底安裝一個(gè)海鹽排出閥，構(gòu)成多組能獨(dú)立運(yùn)行的斯特林發(fā)電機(jī)組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置，其特征在于:所述高溫氣冷堆包括反應(yīng)堆主體及其控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置，其特征在于:所述換熱器內(nèi)有氦氣風(fēng)機(jī)、熱量流入端氣缸及氣缸與回?zé)崞鬟B接管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆核發(fā)電及海水淡化裝置，其特征在于:所述氦氣回路管具有氦 氣流入高溫氣冷堆和氦氣流出高溫氣冷堆形成回路的通道。
【文檔編號(hào)】C02F1/16GK103818978SQ201410075887
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】孔令斌 申請(qǐng)人:孔令斌