一种核反应堆发电系统的制作方法

1.本技术涉及核能利用技术领域，尤其涉及一种核反应堆发电系统。


背景技术：

2.随着人们对环境保护的不断重视，人们对清洁能源的关注度越来越高。由于核能发电不会像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染，核能发电越来越受到人们的重视。
3.由于一些地区地理位置偏远、气候条件复杂，对于能源的需求较为多元化，能够提供多种能源形式的核反应堆已经成为本领域技术人员研究重点。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种核反应堆发电系统，该核反应堆发电系统具有制冷和供热功能，有利于满足用户对多种形式的能源需求。
5.为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案：
6.本技术提供一种核反应堆发电系统，该核反应堆发电系统包括核反应堆、供热模块、发电模块和制冷模块，核反应堆用于对第一换热介质加热；供热模块包括连通的第一换热器和供热装置，第一换热器与第一换热介质换热，第一换热器中的第二换热介质在第一换热器和供热装置之间循环流动；发电模块，所述发电模块包括第一发电模块和第二发电模块，所述第一发电模块中的第三换热介质能够与所述第一换热介质换热，带动第一发电模块发电；所述第二发电模块中的第四换热介质能够与所述第三换热介质换热，带动第二发电模块发电；制冷模块包括第三换热器、换热组件和制冷组件，第三换热器连通于换热组件，换热组件的输入端连通于第一发电模块，换热组件的输出端连通于第二换热器，第一发电模块流出的第三换热介质能够依次流经换热组件、第三换热器后流回第二换热器，换热组件用于对第三换热介质进行冷却，制冷组件中的至少部分冷却介质通过第三换热器与第三换热介质换热，制冷组件用于制冷。
7.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，第一发电模块包括第二换热器、第一涡轮和第一发电机，第三换热介质通过第二换热器与第一换热介质换热，第一涡轮的转轴与第一发电机的转轴传动连接，第二换热器与第一涡轮连通，第三换热介质用于带动第一涡轮转动并流回第二换热器。
8.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，发电模块还包括第二发电模块，第二发电模块包括第四换热器、第二涡轮和第二发电机，第二涡轮的转轴与第二发电机的转轴传动连接，第四换热器与第一涡轮和换热组件连通，第四换热器中的第四换热介质用于带动第二涡轮转动并流回第四换热器。
9.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，还包括第三发电模块，第三发电模块包括第五换热器、第三涡轮和第三发电机，第五换热器与第一换热介质换热，第三涡轮的转轴与第三发电机的转轴传动连接，第三涡轮与第四换热器连通，第五换热器与第一涡
轮和第三涡轮连通，第三换热介质通过第五换热器与第一换热介质换热后带动第三涡轮转动并流向第四换热器。
10.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，换热组件包括换热器组和冷却器，换热器组的热侧连通于第四换热器和冷却器之间，第三换热器连通于冷却器和换热器组的冷侧，换热器组的冷侧与第二换热器连通。
11.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，制冷模块还包括第一加压组件，第一加压组件包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机连通于冷却器，第三换热器连通于第一压缩机和第二压缩机之间，第二压缩机连通于换热器组的冷侧。
12.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，制冷模块还包括第三压缩机，第三压缩机的进口连通于冷却器的进口，第三压缩机的出口连通于换热器组的冷侧。
13.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，第一压缩机的输入轴和第二压缩机的输入轴传动连接于第三涡轮的转轴，第三压缩机的输入轴传动连接于第一涡轮的转轴。
14.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，制冷组件包括射流器、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，至少部分冷却介质依次流经射流器、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
15.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，制冷模块还包括冷却介质泵，冷却介质泵的进口连通于冷凝器的出口，冷却介质泵的出口连通于第三换热器的冷侧。
16.本技术一些实施例所提供的核反应堆发电系统，第二发电模块还包括第四换热介质泵，第四换热介质泵连通于第二涡轮和第四换热器之间。
17.本技术上述任一技术方案所提供的核反应堆发电系统还包括热池，第一换热介质通入热池中，第一换热器、第二换热器均位于热池中与第一换热介质换热。
18.在本技术上述任一技术方案所提供的核反应堆发电系统中，供热装置包括工艺供热装置和用户供热装置，工艺供热装置连通于第一换热器的出口和用户供热装置之间，用户供热装置与第一换热器的进口连通。
19.本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
20.本技术提供一种核反应堆发电系统，该核反应堆发电系统包括核反应堆、供热模块、发电模块和制冷模块，核反应堆对第一换热介质加热，第一换热介质与供热模块、发电模块换热，供热模块中的供热装置向用户供热，发电模块中第一发电模块中的第三换热介质和第二发电模块中的第四换热介质均能够与第三换热介质换热，分别进行发电，制冷模块中的冷却介质通过第三换热器与做功后的第三换热介质换热，实现制冷，使得该核反应堆发电系统在进行发电的同时还能进行制冷和供热，能够为用户提供多种形式的能源，有利于满足用户对多种形式的能源需求，提高用户体验。
附图说明
21.下面将参考附图来描述本技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
22.图1是本技术具体实施方式所提供的核反应堆发电系统的结构示意图。
23.在附图中，相同的符号标示相同的元件，其中，1、核反应堆；2、第一换热器；3、供热装置；31、工艺供热装置；32、用户供热装置；4、热池；5、第二换热器；6、第一涡轮；7、第一发电机；8、第三换热器；9、射流器；10、冷凝器；11、膨胀阀；12、蒸发器；13、第四换热器；14、第
二涡轮；15、第二发电机；16、第四换热介质泵；17、第四换热介质冷凝器；18、第五换热器；19、第三涡轮；20、第三发电机；21、换热器组；211、高温换热器；212、低温换热器；22、冷却器；23、第一加压组件；231、第一压缩机；232、第二压缩机；24、第三压缩机；25、冷却介质泵。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本技术的原理，但不能用来限制本技术的范围，即本技术不限于所描述的优选实施例，本技术的范围由权利要求书限定。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.为了更好地理解本技术，下面通过图1对根据本技术实施例所提供的核反应堆发电系统进行详细描述。
28.如图1所示，本技术实施例提供一种核反应堆发电系统，该核反应堆发电系统包括核反应堆1、供热模块、发电模块和制冷模块，核反应堆1用于对第一换热介质加热，供热模块包括连通的第一换热器2和供热装置3，第一换热器2与第一换热介质换热，第一换热器2中第二换热介质在第一换热器2和供热装置3之间循环流动，发电模块包括第一发电模块和第二发电模块，第一发电模块中的第三换热介质能够与第一换热介质换热，带动第一发电模块发电；第二发电模块中的第四换热介质能够与第三换热介质换热，带动第二发电模块发电；
29.包括第二换热器5、第一涡轮6和第一发电机7，第二换热器5与第一换热介质换热，第一涡轮6的转轴与第一发电机7的转轴传动连接，第二换热器5与第一涡轮6连通，第二换热器5中的第三换热介质用于带动第一涡轮6转动并流回第二换热器5，制冷模块包括第三换热器8、换热组件和制冷组件，第三换热器8连通于换热组件，换热组件的输入端连通于发电模块，换热组件的输出端连通于第二换热器5，第一发电模块流出的第三换热介质能够依次流经换热组件、第三换热器8后流回第二换热器5，换热组件用于对第三换热介质进行冷却，制冷组件中的至少部分冷却介质通过第三换热器8与第三换热介质换热，制冷组件用于制冷。
30.制冷组件包括射流器9、冷凝器10、膨胀阀11和蒸发器12，至少部分冷却介质通过第三换热器8与第三换热介质换热并依次流经射流器9、冷凝器10、膨胀阀11和蒸发器12。
31.核反应堆1可以指氟盐冷却高温堆，氟盐冷却高温堆作为热源对第一换热介质进行加热。氟盐冷却高温堆融合了熔盐堆、高温气冷堆和钠冷快堆等第四代先进核反应堆1的
优点，具有高温低压运行、无水冷却、固有安全、结构紧凑等特点；同时，氟盐冷却高温堆建成后具有体积小、轻量化、低成本的优点，模块化的小型氟盐冷却高温堆可以在干旱地区实现高效发电。
32.第一换热介质可以是氟锂钠钾熔盐，作为换热工质向核反应堆1外输送热能。
33.在本技术的一些实施例中，核反应堆发电系统还包括热池4，第一换热介质通入热池4中，第一换热器2、第二换热器5和第三换热器8均位于热池4中与第一换热介质换热，加热后的第一换热介质通入热池4中，第一换热器2和第二换热器5设置于热池4中，便于第一换热器2、第二换热器5和第三换热器8从第一换热介质中取热。
34.第三换热介质可以是超临界二氧化碳，使该核反应堆发电系统进行超临界二氧化碳布雷顿循环实现发电，该种动力转换技术具有系统简化、效率高、体积小、易于实现的优点。
35.第一换热器2设置于热池4中与第一换热介质换热，其中的第二换热介质在第一换热器2和供热装置3之间循环流动，将热量不断送至供热装置3。
36.在本技术的一些实施例中，供热装置3包括工艺供热装置31和用户供热装置32，工艺供热装置31连通于第一换热器2的出口和用户供热装置32之间，用户供热装置32与第一换热器2的进口连通。
37.工艺供热装置31的进口连通于第一换热器2的出口，工艺供热装置31的出口连通于用户供热装置32的进口，户换热器32的出口连通于第一换热器2的进口，第二换热介质从第一换热器2流出后先进入工艺供热装置31，工艺供热装置31能够输出700℃以上高温工艺热，可用于高温制氢、盐水淡化、矿藏开采等，能够与多用途、多层次的能源需求契合；第二换热介质经工艺供热装置31后流入用户供热装置32，其温度有所降低，能够作为热源为用户提供供暖热量。
38.第三换热器8的热侧连通于第一涡轮6和二换热器之间，第三换热器8冷侧中的冷却介质通过第三换热器8与第三换热介质换热后至少部分依次流经射流器9、冷凝器10、膨胀阀11和蒸发器12，通过蒸发器12对用户制冷，利用射流器9进行射流制冷循环，使得冷却介质中的热量通过冷凝器10充分放出，能够降低了该核反应堆发电系统的排放，提高工作效率。
39.通过上述结构，该核反应堆发电系统能够通过供热装置3向用户提供热能，通过第一发电机7向用户提供电能，通过蒸发器12为用户制冷，该核反应堆发电系统在进行发电的同时还能进行制冷和供热，能够为用户提供多种形式的能源，有利于满足用户对多种形式的能源需求，提高用户体验。
40.在本技术的一些实施例中，第一发电模块包括第二换热器5、第一涡轮6和第一发电机7，第三换热介质通过第二换热器5与第一换热介质换热，第一涡轮6的转轴与第一发电机7的转轴传动连接，第二换热器5与第一涡轮6连通，第三换热介质用于带动第一涡轮6转动并流回第二换热器5。
41.第二换热器5设置于热池4中与第一换热介质换热，其中的第三换热介质在第二换热器5、第一涡轮6和第一发电机7之间循环流动，并不断对第一涡轮6做功，带动第一发电机7发电。
42.在本技术的一些实施例中，发电模块还包括第二发电模块，第二发电模块包括第
四换热器13、第二涡轮14和第二发电机15，第二涡轮14的转轴与第二发电机15的转轴传动连接，第四换热器13与第一涡轮6和换热组件连通，第四换热器13中的第四换热介质用于带动第二涡轮14转动并流回第四换热器13。
43.第四换热器13的热侧连通于第一涡轮6和换热组件之间，第四换热器13冷侧中的第四换热介质对第二涡轮14做功，不断带动第二发电机15发电。
44.在本技术的一些实施例中，第二发电模块还包括第四换热介质泵16，第四换热介质泵16连通于第二涡轮14和第四换热器13之间，第四换热介质泵16能够将第四换热介质从第二涡轮14向第四换热器13输送，促进第四换热介质的流动，有利于第四换热介质对第二涡轮14不断做功。
45.可选地，第二发电模块还包括第四换热介质冷凝器17，第四换热介质冷凝器17的热侧连通于第二涡轮14和第四换热介质泵16之间，对第四换热介质进行冷却降温。第四换热介质冷凝器17的冷侧还可以通入冷却剂，以对第四换热介质降温，有利于提高对第四换热介质的降温效率。
46.第四换热介质可以是有机工质，其能够通过第四换热器13与第三换热介质换热，并对第二涡轮14做功，有利于高效换热与做功。第二发电模块中通过进行有机朗肯循环实现发电，有机朗肯循环能够实现中低温度废热的再利用，用于二次发电可大大提高能源的利用效率。
47.在本技术的一些实施例中，核反应堆发电系统还包括第三发电模块，第三发电模块包括第五换热器18、第三涡轮19和第三发电机20，第五换热器18与第一换热介质换热，第三涡轮19的转轴与第三发电机20的转轴传动连接，第三涡轮19与第四换热器13连通，第五换热器18与第一涡轮6和第三涡轮19连通，第三换热介质通过第五换热器18与第一换热介质换热后带动第三涡轮19转动并流向第四换热器13。
48.第五换热器18设置于热池4中与第一换热介质换热，第五换热器18的入口连通于第一涡轮6的出口，第三涡轮19的连通于第五换热器18的出口和第四换热器13的热侧入口之间，使得对第一涡轮6做功后的第三换热介质再次通过第五换热器18加热后对第三涡轮19做功，进而带动第三发电机20发电，在提高对第一换热介质中热能的利用效率的同时还提高了该核反应堆发电系统的发电效率。
49.在本技术的一些实施例中，换热组件包括换热器组21和冷却器22，换热器组21的热侧连通于第四换热器13和冷却器22之间，第三换热器8连通于冷却器22和换热器组21的冷侧，换热器组21的冷侧与第二换热器5连通。
50.在一些实施例中，冷却器22可以配置为与冷却水进行热量交换，有利于提高冷却器22的冷却效率。
51.换热器组21热侧的进口连通于第四换热器13热侧的出口，换热器组21热侧的出口连通于冷却器22的进口，冷却器22的出口连通于第三换热器8的进口，第三换热器8的出口连通于换热器组21冷侧的进口，换热器组21冷侧的出口连通于第二换热器5，第三换热介质经过换热器组21和冷却器22的冷却降温后通过第三换热器8与第三换热介质换热，然后流回换热器组21与未冷却的第三换热介质换热升温，最后再流回第三换热器8，实现第三换热介质的循环流动。
52.换热器组21可以包括高温换热器211和低温换热器212，高温换热器211的热侧和
低温换热器212热侧连通，高温换热器211的热侧位于低温换热器212热侧的上游，高温换热器211的冷侧和低温换热器212冷侧连通，高温换热器211的冷侧位于低温换热器212冷侧的下游。本领域技术人员可以根据实际情况对换热器组21中换热器的数量进行设置。
53.在本技术的一些实施例中，制冷模块还包括第一加压组件23，第一加压组件23包括第一压缩机231和第二压缩机232，第一压缩机231连通于冷却器22，第三换热器8连通于第一压缩机231和第二压缩机232之间，第二压缩机232连通于换热器组21的冷侧。
54.通过使第三换热器8连通于第一压缩机231和第二压缩机232之间，第三换热器8与流经冷凝器10的第三换热介质进行换热，使得第一压缩机231和第二压缩机232之间的第三换热介质参与制冷。同时，第一压缩机231和第二压缩机232能够对第三换热介质加压，促进第三换热介质的顺畅流动。
55.在本技术的一些实施例中，制冷模块还包括第三压缩机24，第三压缩机24的进口连通于冷却器22的进口，第三压缩机24的出口连通于换热器组21的冷侧。
56.第三压缩机24能够从冷却器22的进口抽取部分第三换热介质并对其加压后输送至换热器组21的冷侧，对流回第二换热器5的第三换热介质机芯能够补液，有利于第三换热介质的循环流动。
57.在本技术的一些实施例中，第一压缩机231的输入轴和第二压缩机232的输入轴传动连接于第三涡轮19的转轴，第三压缩机24的输入轴传动连接于第一涡轮6的转轴。
58.第一压缩机231的输入轴和第二压缩机232的输入轴传动连接于第三涡轮19的转轴，使得第三涡轮19在第三换热介质的作用下还能够带动第一压缩机231和第二压缩机232工作，有利于充分利用第三换热介质的能量。同样地，第三压缩机24的输入轴传动连接于第一涡轮6的转轴，使得第一涡轮6在第三换热介质的作用下还能够带动第三压缩机24工作，有利于充分利用第三换热介质的能量。
59.在本技术的一些实施例中，制冷模块还包括冷却介质泵25，冷却介质泵25的进口连通于冷凝器10的出口，冷却介质泵25的出口连通于第三换热器8的冷侧。
60.可选地，冷却介质泵25的进口连通于冷凝器10的出口，冷却介质泵25的出口连通于第三换热器8冷侧的进口，射流器9的进口连通于第三换热器8冷侧的出口，冷却介质泵25能够从冷凝器10抽取冷却介质，使其流经第三换热器8并输送至射流器9，对射流器9进行补液，有利于维持射流器9的正常工作。
61.下面对该反应堆发电系统的工作过程进行进一步说明。
62.核反应堆1中流出的第一换热介质进入热池4中，第一换热器2中的第二换热介质与第一换热介质换热后，依次流经工艺供热装置31和用户供热装置32，再流回第一换热器2中，工艺供热装置31能够满足用户的工艺热需求，用户供热装置32能够满足用户的取暖需求。
63.第二换热器5中的第三换热介质与第一换热介质换热后，先对第一涡轮6做功，第一涡轮6带动第一发电机7转动发电，然后流入第五换热器18与第一换热介质换热，再流入第三涡轮19做功，使第三涡轮19带动第三发电机20转动发电，然后第三换热介质流入第四换热器13的热侧与第四换热器13冷侧的第四换热介质换热，接着第三换热介质依次流经高温换热器211的热侧、低温换热器212的热侧和冷却器22，此过程中第三换热介质冷却降温，然后第三换热介质流经第一压缩机231被加压后进入第三换热器8的热侧，第三换热介质在
第三换热器8的热侧与第三换热器8冷侧的冷却介质换热，然后再流经第二压缩机232被加压后进入低温换热器212的冷侧；被第三压缩机24抽取加压后的第三换热介质与低温换热器212的冷侧流出的第三换热介质汇合后进入高温换热器211，最终再流入第二换热器5，实现一次循环。
64.第四换热器13冷侧的第四换热介质与第三换热介质换热后进入第二涡轮14，对第二涡轮14做功，带动第二发电机15转动发电，然后依次流经第四换热介质冷凝器17和第四换热介质泵16，并在第四换热介质泵16的输送下流回第四换热器13冷侧，完成一次循环。
65.第三换热器8冷侧中的冷却介质在射流器9的作用下流入冷凝器10，冷凝器10流出的部分冷却介质流经膨胀阀11和蒸发器12流回射流器9的进口，冷凝器10流出的另一部分冷却介质在冷却介质泵25的输送下从第三换热器8冷侧的进口进入第三换热器8，完成一次循环。
66.本技术所描述和说明的实施例对于本技术所保护的内容是说明性的而非限制性的，因此应当理解为，上述实施例仅示出和描述了本技术的优选方案，在权利要求书所限定的范围内的所有修改例和等同配置均属于本技术所保护的内容。而说明书中使用“更好的”、“优选的”、“优选地”或者“更优选的”等词语说明的技术特征并非本技术的必要技术特征，当实施例中缺少该技术特征时，该实施例所保护的内容也属于本技术所保护的范围。