CN105679384A - 小型核电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小型核电站，具体地，不使用冷却水冷却蒸汽，而是使用冷凝器上端部配备的加压器加压冷凝器内部而进行冷凝的小型核电站。本发明的小型核电站包括：使核燃料核裂变而发生高温热量的反应堆；由通过从所述蒸汽发生器发生的蒸汽旋转的蒸汽涡轮机，与所述蒸汽涡轮机轴连接而一同旋转发电的发电机组成的涡轮机和发电机；以及将使所述蒸汽涡轮机旋转而发生的蒸汽用高压还原蒸汽温度的水后重新供应给所述蒸汽发生器的冷凝器。本发明采用冷凝器上端部具备的加压器加压冷凝器进行冷凝而不需要冷却水，因此在沙漠等地方也可以建设核电站之外，也可以制作小型核能发动机。

Description

小型核电站

技术领域

本发明涉及小型核电站，具体地，不是使用冷却水冷却蒸汽，而是使用冷凝器上端部配备的加压器加压冷凝器内部而进行冷凝的小型核电站。

背景技术

核电站的核能发电原料一般使用铀（U）。

该铀的原子量为235和238，其中铀235在核裂变时会发生庞大的能量。

对此可以通过爱因斯坦的质能等价理论加以理解。铀235裂变时质量会稍微减少同时发生与该减少质量相应的能量。

如此，将质量转换为能量，则可以从极少物质获得庞大的能量。

因此使铀235连续发生核裂变，则可以持续获取大量的热量，并使用该热量生产出蒸汽用来发电。

如此产电的发电站叫做核电站，而且所述核电站至今从经济性或安全性和环保性等方面，与水力发电站或火力发电站相比所发挥运转性能更佳，从而成为重要的产电手段。

这种核能发电，如果核裂变物质在核裂变过程中发生的放射性物质异常外泄，则可能会引发一场大灾难，因此核电站的安全始终作为第一首要问题受到关注。

为此，反应堆等主要结构设置在反应堆围阻体内，使作为冷却剂使用的水（下称“第一水”）和用于蒸汽的水（下称“第二水”）分开通过不同的通道循环，对此下面结合图1进一步详述。

图1是显示传统核电站结构的示意图。

如图1所示，韩国国内采用的压水堆(PressurizedWaterReactor,PWR)模式的核电站的组成大体上包括：反应堆2；加压器4、蒸汽发生器6；涡轮机和发电机7和冷凝器8，其中反应堆2、加压器4和蒸汽发生器6是为了安全位于反应堆围阻体1内部。

所述反应堆2通过使核燃料核裂变而发生热量来高温加热第一水。

反应堆2的控制棒3是用易吸收热中子的材料形成，并以在反应堆2堆芯里插拔的方式调节核燃料的反应。

加压器4是使持续核裂变的反应堆2内部始终处于高压状态，以免温度上升（避免断反应堆内的第一水），发挥冷却剂（第一水）的缓冲罐作用，在正常运行状态下为反应堆冷却剂提供膨胀和冷凝空间，保持恒压，进而在状态过度时抑制压力浮动。

蒸汽发生器6是使高温高压的第一水与第二水进行换热而使蒸汽发生。

涡轮机和发电机7是，通过从蒸汽发生器发生的蒸汽使涡轮机7a旋转，使连接于涡轮机轴的发电机7b之轴一起旋转而产电。

冷凝器8是使产完电的蒸汽通过与冷却水（海水或河水）换热的方式冷却以后还原为第二水，然后重新输送到蒸汽发生器6。

进一步说明第一水和第二水的流动就是，第一水是通过冷却剂泵5通过反应堆2后按顺时针方向循环着流过从加压器4和蒸汽发生器6下端。

一般水温超过100℃即可变成蒸汽，为避免这一现象，通过加压器4施加高压而使第一水无法变成蒸汽，而是流动至蒸汽发生器6。

沿着配管进入蒸汽发生器6下方入口的高温高压第一水是与蒸汽发生器6内的第二水分离并通过换热方式加热而使第二水变成蒸汽。

如此，在压水堆中，通过反应堆2的带有辐射能的第一水与蒸汽发生器6的第二水分离，因此即使发生事故，也可以使带有辐射能的第一水停留在反应堆围阻体1内而确保安全。

另一方面，从蒸汽发生器6发生的蒸汽是沿着管移动至涡轮机7a后使发电机7b转动而产出电能。

然后使涡轮机7a转动而发生的蒸汽是移动至冷凝器8，冷凝器8内的蒸汽是被从外部通过冷却水泵9进入的冷却水流动的冷却管11重新变成第二水后，通过主给水泵10重新进入蒸汽发生器6而循环。

就是说，传统技术结构是，冷凝器8冷凝蒸汽时蒸汽从冷却管11通过而被冷凝，但目前的核电站所需冷却水量较大，因此大部分都安排在海边或者河附近，其安装场所比较有限，而且反应堆2的控制棒3和涡轮机7a以及冷却功能同时发生故障时，若不能有效应对，则很可能造成一场大灾难。

以上内容引用现有韩国专利文献：公开编号第10-2014-0103273号(公开日期2014年08月26日)。

发明内容

技术问题

为解决所述问题，本发明提供一种不需利用冷却水冷却蒸汽，而是使用冷凝器上端部具备的加压器加压冷凝器内部进行冷凝而不需要冷却水，进而在沙漠等地方也可以建设核电站，并使用小型原子能发动机也可以制作的小型核电站。

此外本发明还提供一种使用蒸汽发生器围住反应堆周围而减少热量损失，进而延缓反应堆达到超高温，在一个反应堆里组成多个涡轮机而进一步加强稳定性的小型核电站。

技术方案

本发明提供一种小型核电站的组成，包括：

能够使核燃料核裂变而发生高温热量的反应堆；

通过从所述反应堆发生的高温热量使内部水变为蒸汽的蒸汽发生器；

由通过从所述蒸汽发生器发生的蒸汽旋转的蒸汽涡轮机和，与所述蒸汽涡轮机轴连接而一同旋转发电的发电机组成的涡轮机和发电机；以及

使所述蒸汽涡轮机旋转而发生的蒸汽通过两个以上的加压器加压而还原为水，并将水重新供应给所述蒸汽发生器的冷凝器，且冷凝器的材料采用Ti或Ti合金材料；

所述蒸汽发生器以能够围住反应堆周围地组成；

所述蒸汽涡轮机具有多个，每个蒸汽涡轮机分别通过蒸汽管道连接于蒸汽发生器，与所述蒸汽管道连接的蒸汽发生器的各出口具备开闭装置。

所述反应堆、蒸汽发生器、蒸汽涡轮机、冷凝器和蒸汽管道的外部露出的外壁是以隔既定间隔形成的双重外壁，进而使双重外壁之间的空间形成真空层。

所述冷凝器是采用加压器提高密封冷凝器的内部压力之后，使蒸汽强制流入冷凝器内部而还原为水，或者蒸汽流入部位于冷凝器上部而蒸汽流入冷凝器内部以后用加压器加压冷凝器内部而使蒸汽还原为水。

有益效果

根据本发明，其有益效果在于，不是使用冷却水冷却蒸汽，而是用冷凝器上端部具备的加压器加压冷凝器进行冷凝而不需要冷却水，因此在沙漠等地方也可以建设核电站之外，也可以制作小型核能发动机。

用蒸汽发生器围住反应堆周围而减少热量流失，进而延缓反应堆温度过高，在一个反应堆上可以组成多个涡轮机而进一步加强稳定性。

附图说明

图1是显示传统核电站组成的示意图；

图2是概略显示本发明实施例的小型核电站组成的侧视图；

图3是显示图2中图示的结构概念的框图。

图中：

100：核电站；110：反应堆；

120：蒸汽发生器；130：涡轮机和发电机；

130a：蒸汽涡轮机；130b：发电机；

140：冷凝器；150：开闭装置；

160：加压器；170：蒸汽管道。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明实施例的结构和作用。

图中同一个构件是即使显示于不同的图面，但尽量用同一个参照编号和符号表示。

下面说明本发明时，若对有关的公知功能或者结构的具体说明使本发明宗旨变得模糊则省略该说明。

而且叙述某一部分“包括”某一构件时，在没有特别相反的叙述的前提下，意味着还可以包括其它构件，并不是排除其它构件。

图2是概略显示本发明实施例的小型核电站组成的侧视图；图3是显示图2中图示的结构概念的框图。

如图所示，小型核电站的组成包括：反应堆110、蒸汽发生器120、涡轮机和发电机130、冷凝器140和加压器160。

反应堆110是使铀235等核燃料发生核裂变而发生高温热量。

蒸汽发生器120以围住所述反应堆110周围的形态组成，通过由反应堆110发生的高温热量将内部水制成蒸汽后送到涡轮机和发电机130的蒸汽涡轮机130a。

所述蒸汽发生器120的外壁如图2的圆形放大图所示，隔既定间隔，由第一外壁120a和第二外壁120b双重形成，使其之间空间122成为真空状态，形成真空层，从而最大限度减少热量流失到外部。

所述蒸汽涡轮机130a通过所述蒸汽发生器120和蒸汽管道170连接，并通过由蒸汽发生器120发生的蒸汽旋转，且与蒸汽涡轮机130a轴连接的发电机130b的轴一同旋转而在发电机130b制电。

此时蒸汽发生器120和蒸汽管道170的连接部（蒸汽发生器排出口侧）具备开闭装置150而阻断蒸汽涡轮机130a发生故障或进行维修时发生的蒸汽。

所述蒸汽涡轮机130a由多个组成，各蒸汽涡轮机130a的轴连接于各发电机130b的轴。

如上所述，之所以蒸汽涡轮机130a由两个以上的多个组成是因为蒸汽涡轮机发生故障时将一台正常运行以防止反应堆110的温度过高，进一步，蒸汽涡轮机发生故障时可以避免其它蒸汽涡轮机的事故或者发电问题。

例如，运行四个蒸汽涡轮机130a的过程中，一个蒸汽涡轮机130a发生故障时，可以阻断面向该故障蒸汽涡轮机的蒸汽管道170的开闭装置150，阻断蒸汽供应而使该发生故障的蒸汽涡轮机130a停止运行。

发电热量过高时，可以用反应堆110上具备的控制棒调节核能发电量即可。

使所述蒸汽涡轮机130a旋转而发生的蒸汽被供应到冷凝器140。

所述冷凝器140上部具备多个加压器160，通过该加压器160进行加压，提高冷凝器内部压力而使蒸汽还原为水。

所述加压器160所发挥功能与图1中图示的传统加压器4相同，因此使冷凝器140内部保持高压而使蒸汽还原为水。

例如，随着蒸汽涡轮机130a的旋转产生的蒸汽在100气压下达到250℃时，用加压器160给冷凝器140加压，使冷凝器140内部压力达到200气压即可还原为250℃的（忽略随着时间的推移自然降温的情况）水。

所述蒸汽涡轮机130a可以通过两种方式给冷凝器140供应蒸汽，进而进行冷凝。

第一种是，通过加压器160提高密封冷凝器140的内部压力以后，使蒸汽强制流入冷凝器140内部而还原为水。

第二种是，蒸汽流入部位于冷凝器140上端而蒸汽流入冷凝器内部以后通过加压器160加压而还原为水。

所述第二种方式是加压时不妨碍蒸汽流入冷凝器140内部时使用。

如上所述，通过冷凝器140还原的水重新流入蒸汽发生器120而循环。

此时，将水向蒸汽发生器120侧排出的冷凝器140的排出口侧还具备测定冷凝器内部温度的温度计（无图示），以及通过涡轮机和发电机130的旋转发生的传递于温度计的振动减少部件（无图示），从而预防温度计在高振动下破损。

所述冷凝器140可以由既轻且因表面形成的Ti02氧化膜化学稳定性而耐蚀性超强的Ti或Ti合金材料形成。

如上所述，上端具备加压器160的冷凝器140也可以适用于火力发电站。

所述反应堆110、蒸汽涡轮机130a、冷凝器140、蒸汽管道170等露在外部的外壁是如图2中图示的蒸汽发生器120，形成双重外壁，在双重外壁之间形成真空层而减少热量流失。

所述的小型核电站100是在地下100m深的地方安装，使用电线等装置只将由涡轮机和发电机130发生的电输送到地上而防止辐射泄漏。

如上所述，给冷凝器140内部加压，使蒸汽还原为200℃以上的水以后，重新供应到蒸汽发生器120，则其热能保存效率远高于使用海水（冷却水）冷却60℃水的传统技术，也不需要冷却水，因此使超小型核能发电站的建设变得可能，而且在沙漠上也可以建设。

就是说，通过加压将200℃以上的水供应给蒸汽发生器120，则与冷却为60℃水后供应给蒸汽发生器120的传统技术相比，在蒸汽发生器120上可以用更少的热能发生蒸汽，进而提高热能的保存效率。

而且，应用所述加压冷凝的原理实施小型化即可成为核能发动机。

以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行变形或模仿；而这些变形或者模仿，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种小型核电站，其特征在于，包括：

能够使核燃料核裂变而发生高温热量的反应堆；

通过从所述反应堆发生的高温热量使内部水变为蒸汽的蒸汽发生器；

由通过从所述蒸汽发生器发生的蒸汽旋转的蒸汽涡轮机和，与所述蒸汽涡轮机轴连接而一同旋转发电的发电机组成的涡轮机和发电机；以及

使所述蒸汽涡轮机旋转而发生的蒸汽通过两个以上的加压器加压而还原为水，并将水重新供应给所述蒸汽发生器的冷凝器，且冷凝器的材料采用Ti或Ti合金材料；

所述蒸汽发生器以能够围住反应堆周围地组成；

所述蒸汽涡轮机具有多个，每个蒸汽涡轮机分别通过蒸汽管道连接于蒸汽发生器，与所述蒸汽管道连接的蒸汽发生器的各出口具备开闭装置。

2.根据权利要求1所述的小型核电站，其特征在于，

所述反应堆、蒸汽发生器、蒸汽涡轮机、冷凝器和蒸汽管道的外部露出的外壁是以隔既定间隔形成的双重外壁，进而使双重外壁之间的空间形成真空层。

3.根据权利要求1所述的小型核电站，其特征在于，

所述冷凝器是采用加压器提高密封冷凝器的内部压力之后，使蒸汽强制流入冷凝器内部而还原为水，或者蒸汽流入部位于冷凝器上部而蒸汽流入冷凝器内部以后用加压器加压冷凝器内部而使蒸汽还原为水。