1.本发明涉及包括核能领域在内的能源领域以及机械设备领域，具体是指一种利用太阳能辅助提升核电厂安全性的核反应堆发电系统。
背景技术：2.随着人类经济社会的发展，在可预计的未来，世界对能源的需求会不断增加，而其中新能源与可再生能源的开发和利用将显得十分重要。优化产业结构和能源结构。推动煤炭清洁高效利用，大力发展新能源，在确保安全的前提下积极有序发展核电。太阳能是一种极为理想的可再生能源，具有廉价、资源丰富、开发和利用过程清洁无污染等优点，有效利用太阳能是解决未来能源可持续发展的重要方向。太阳能光热发电是一种将太阳光收集并用于产生蒸汽，利用蒸汽带动汽轮机发电的技术。然而，由于太阳能具有波动性和不稳定性，其发电效率和对于功率的控制较差，无法稳定运行。
3.核能是一种高效清洁的能源，基于中国大量的能源需求，提高核电在电力装机规模中的比重将成为实现能源可持续发展的另一重要方向。因此核能和太阳能的联合利用是具有广发前景的。中国专利申请号cn201810962441.8公开了一种核反应堆联合风力和太阳能光伏并网发电系统。该系统包括核反应堆模块、风力发电模块、太阳能光伏发电模块，通过变压器变压后输送给电网。但该方法中核反应堆的功率需要不断调节，降低了经济性和安全性。专利申请号201821041426.1公开了一种核能和槽式太阳能光热联合发电系统。该系统包括核能加热回路、太阳能加热回路及发电回路，利用熔盐与水进行换热。但由于给水温度不高，熔盐区域在换热系统中存在凝固的风险。
4.因此，将核能与太阳能相结合，所发明的一种利用太阳能辅助提升核电厂安全性的综合系统，既能提高核电厂发电能力，还增强了反应堆一回路冷却剂的自然循环能力，提高反应堆的安全性。
技术实现要素：5.针对现有技术的不足，本发明提供一种利用太阳能辅助核反应堆发电系统，提高核电厂的整体安全性。
6.本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，包括：反应堆模块，包括反应堆本体结构、水箱、稳压器、蒸汽发生器、热管、热管换热器以及颗粒脱除装置；反应堆本体结构的进水口连接所述水箱，反应堆本体结构的冷却剂入口与蒸汽发生器的冷却剂出口相连，蒸汽发生器的冷却剂入口连接所述颗粒脱除装置，所述稳压器连接在所述蒸汽发生器与颗粒脱除装置的连接管路上；在反应堆本体结构的冷却剂与核燃料换热处通过所述热管连接所述热管换热器；太阳能模块，包括太阳能集热装置、导热管及太阳能储热装置，所述太阳能集热装置通过导热管与储热装置连接；太阳能储热装置用于存储所述太阳能集热装置吸收的热
量；发电模块，包括汽轮机、发电机、凝汽器以及循环水泵；所述反应堆模块的颗粒脱除装置连接至所述太阳能模块的太阳能储热装置的冷却剂出口；反应堆本体结构的冷却剂出口与储热装置的冷却剂入口相连；储热装置的蒸汽出口连接所述汽轮机的蒸汽入口，所述汽轮机的气体出口经所述凝汽器连接至所述蒸汽发生器的二次侧入口端；所述蒸汽发生器的冷却剂出口与所述反应堆本体结构、储热装置的冷却剂进口以及颗粒脱除装置形成第一回路；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与储热装置的蒸汽进口、汽轮机以及凝汽器形成第二回路。
7.本发明从反应堆堆芯冷却剂通道中引出一条管线用于吸收储热装置的热量，并从蒸汽发生器新蒸汽出口管路引出一条管线也用于吸收储热装置的热量，以此增强蒸汽做功能力。同时，在反应堆事故工况下利用储热装置的热量来提高堆芯冷却剂出口温度，在一定范围内增大反应堆冷却剂进出口的压力差，以此增强冷却剂自然循环的能力，加快堆芯散热。除此之外，储热装置的热量还用于提高颗粒脱除装置的流体入口温度，提高颗粒热泳效应，从而提升颗粒物沉积率，使核电站更好的实现安全运行。
8.所述带有储热装置的太阳能集热回路有利于缓解太阳辐射的波动及不稳定性引起的蒸汽出口温度的波动。
9.太阳能集热器所导出并储存在储热装置中的热量可以用来与反应堆联合发电；可以用来在一定程度上提高冷却剂出口温度，增加冷却剂流体密度差，从而增大压力差，增强反应堆冷却剂的自然循环能力，使得反应堆安全性提高；还可以用来在一定程度上提升颗粒物脱除装置进口流体的温度，增加冷却剂与装置壁面的温度差，从而提高热泳力，使得冷却剂中的细颗粒物沉积率提升，为核电厂的安全运行提供更好的保障。
10.太阳能集热器的结构可根据所需温度来进行选择，包括槽式、塔式、碟式集热器等。
11.导热管中用于换热的介质包括各种熔盐、矿物油、合成油、液态金属和水等等。
12.系统带有颗粒物脱除装置，用于对冷却剂管路中的细颗粒物进行强力脱除，避免因颗粒物沉积而对管路造成破坏。
13.颗粒物脱除装置内壁设有凸起的吸附层，在一定程度上提高冷却剂的湍流效应，使得冷却剂中的细颗粒物更好的沉积。
14.颗粒物脱除装置带有脱除出口，用于处理吸附在吸附层上的颗粒物。
15.一回路和二回路的控制阀由控制系统进行控制，控制系统通过神经网络等智能算法学习控制参数经验，实现整个系统的综合调控。
16.系统带有非能动安注箱，当反应堆发生冷却剂丧失事故时可及时冷却堆芯，防止堆芯熔化。
17.本发明的有益效果：1.增加反应堆冷却剂的冷热流体密度差，增强冷却剂自然循环能力。
18.2.提高核电厂的整体安全性和可靠性。
19.3.提高核电厂发电能力。
20.4.促进太阳能与核能相利用的发展。
21.5.利用太阳能来提高反应堆冷却剂的自然循环能力、提高颗粒脱除装置的脱除能
力，同时提高反应堆管路内蒸汽的做功能力。
附图说明
22.图1为一种利用太阳能辅助提升核电厂安全性的综合系统结构示意图：图2为所述颗粒物脱除装置脱除区域的横截面示意图。
23.图中：太阳能集热器1、导热管2、变频泵3、储热装置4、水箱5、反应堆本体结构6、稳压器7、蒸汽发生器8、汽轮机9、凝汽器10、循环水泵11、控制阀12-16、隔离阀17-18、第一热阱19和第二热阱23、热管21、热管换热器22、颗粒脱除装置24、发电机20、吸附层25、冷却剂通道26。
具体实施方式
24.下面结合附图1和实施方式对本发明作更进一步的详细说明。
25.本发明的提供的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，包括太阳能模块、反应堆模块以及发电模块，该方案是一种利用自然循环原理的系统，利用太阳能提高堆芯冷却剂的自然循环能力，提升颗粒物脱除装置的脱除能力，并增加蒸汽发生器蒸汽出口温度，具有安全可靠的特点。
26.反应堆模块，包括反应堆本体结构6、水箱5、稳压器7、蒸汽发生器8、热管21、热管换热器22以及颗粒脱除装置24；反应堆本体结构6的进水口连接水箱5，反应堆本体结构6的冷却剂入口与蒸汽发生器8的冷却剂出口相连，蒸汽发生器8的冷却剂入口连接颗粒脱除装置24，稳压器7连接在蒸汽发生器8与颗粒脱除装置24的连接管路上；在反应堆本体结构6的冷却剂与核燃料换热处通过热管21连接热管换热器22；太阳能模块，包括太阳能集热装置1、导热管2、变频泵3及太阳能储热装置4，太阳能集热装置1通过导热管2与储热装置4连接；太阳能储热装置4用于存储太阳能集热装置1吸收的热量；发电模块，包括汽轮机9、发电机20、凝汽器10以及循环水泵11；反应堆模块的颗粒脱除装置24连接至太阳能模块的太阳能储热装置4的冷却剂出口；反应堆本体结构6的冷却剂出口与储热装置4的冷却剂入口相连；储热装置4的蒸汽出口连接汽轮机9的蒸汽入口，汽轮机9的气体出口经凝汽器10连接至蒸汽发生器8的二次侧入口端；蒸汽发生器8的冷却剂出口与反应堆本体结构6、储热装置4的冷却剂进口以及颗粒脱除装置24形成第一回路；蒸汽发生器8的蒸汽出口与储热装置4的蒸汽进口、汽轮机9以及凝汽器10形成第二回路。
27.太阳能集热器的结构可根据所需温度来进行选择，包括槽式、塔式、碟式集热器。
28.导热管内的导热介质经过太阳能集热器吸收热量，再将热量储存至储热装置中。
29.储热装置采用显热式蓄热，其蓄热原理较为简单，成本较低。
30.蓄热介质主要包括各种熔盐、矿物油、合成油、液态金属和水等等。
31.在一个实施例中，水箱5采用非能动安注水箱。
32.反应堆模块基本结构如下：反应堆本体结构6、水箱5、稳压器7、蒸汽发生器8一次侧、热管21、热管换热器22、颗粒脱除装置24、第一热阱19以及第二热阱23。
33.冷却剂经过堆芯，带走堆芯热量后，通过控制阀13流经储热装置再次加热，以此增
加冷热流体密度差，提高冷却剂自然循环能力。再次加热后的冷却剂经过稳压器后进蒸汽发生器一次侧，与蒸汽发生器二次侧进行换热。
34.稳压器作用是为了稳定一回路压力，避免压力过高或过低对反应堆造成不利影响。
35.当发生冷却剂丧失事故时，控制阀12打开，非能动安注水箱内的冷流体注入堆芯，防止堆芯熔化。同时隔离阀17和隔离阀18打开，热管换热器22投入使用，热管换热器内的工质从堆芯吸收热量，经过第二热阱23排出热量，完成自然循环，从而加快堆芯余热排出。隔离阀皆为“失效-安全”阀，当核电厂发生冷却剂失流、电源失效等事故时阀门自动打开。
36.当核电厂正常运行时，隔离阀17-18处于关闭状态，流经堆芯的冷却剂能带走堆芯所产生的热量；当反应堆停堆或发生冷却剂失流等事故时，隔离阀17-18打开，高温热管21与热管换热器22投入使用，堆芯热量可由该环路排至热阱23。
37.第一热阱19和第二热阱23的作用是用于快速吸收事故工况下流出堆芯的冷却剂的热量。
38.颗粒物脱除装置24，在热泳力、离心力、湍流力等综合力学作用下对冷却剂中的细颗粒物进行脱除，避免因颗粒物沉积而对管路造成破坏。具体分为监测区域i、脱除区域和监测区域ii。流出蒸汽发生器的冷却剂首先通过监测区域i，检测其中颗粒物浓度及流动状态，然后脱除区域进行颗粒脱除，随后进入监测区域ii，再次检测冷却剂中的颗粒物浓度及流动状态，完成整个脱除过程。
39.冷却剂在进入颗粒脱除装置前，先经过储热装置的再次加热，增加冷却剂与颗粒脱除装置壁面的温度差，提高了热泳力，从而提高了冷却剂中颗粒物的沉积率。同时，颗粒脱除装置内壁设有带凸起的吸附层，提高冷却剂的湍流效应，进一步提高颗粒物的沉积率。除此之外，装置带有脱除出口，用于处理吸附在吸附层上的细颗粒物，避免沉积的颗粒物堆积在脱除装置中，造成二次危害。
40.发电模块基本结构如下：蒸汽发生器8二次侧、汽轮机9、凝汽器10、循环水泵11、发电机20。
41.蒸汽发生器产生的蒸汽通过控制阀14来控制流量，新蒸汽流经储热装置再次吸热后进入汽轮机做功，做完功的乏汽经过凝汽器放热，通过循环水泵再次进入蒸汽发生器与一回路冷却剂换热。二回路工质经过储热装置后，温度上升，做功能力上升，从而提高二回路的发电能力。
技术特征：1.一种利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，包括：反应堆模块，包括反应堆本体结构（6）、水箱（5）、稳压器（7）、蒸汽发生器（8）、热管（21）、热管换热器（22）以及颗粒脱除装置（24）；反应堆本体结构（6）的进水口连接所述水箱（5），反应堆本体结构（6）的冷却剂入口与蒸汽发生器（8）的冷却剂出口相连，蒸汽发生器（8）的冷却剂入口连接所述颗粒脱除装置（24），所述稳压器（7）连接在所述蒸汽发生器（8）与颗粒脱除装置（24）的连接管路上；在反应堆本体结构（6）的冷却剂与核燃料换热处通过所述热管（21）连接所述热管换热器（22）；太阳能模块，包括太阳能集热装置（1）、导热管（2）及太阳能储热装置（4），所述太阳能集热装置（1）通过导热管（2）与储热装置（4）连接；太阳能储热装置（4）用于存储所述太阳能集热装置（1）吸收的热量；发电模块，包括汽轮机（9）、发电机（20）、凝汽器（10）以及循环水泵（11）；所述反应堆模块的颗粒脱除装置（24）连接至所述太阳能模块的太阳能储热装置（4）的冷却剂出口；反应堆本体结构（6）的冷却剂出口与储热装置（4）的冷却剂入口相连；储热装置（4）的蒸汽出口连接所述汽轮机（9）的蒸汽入口，所述汽轮机（9）的气体出口经所述凝汽器（10）连接至所述蒸汽发生器（8）的二次侧入口端；所述蒸汽发生器（8）的冷却剂出口与所述反应堆本体结构（6）、储热装置（4）的冷却剂进口以及颗粒脱除装置（24）形成第一回路；所述蒸汽发生器（8）的蒸汽出口与储热装置（4）的蒸汽进口、汽轮机（9）以及凝汽器（10）形成第二回路。2.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，在所述蒸汽发生器（8）与颗粒脱除装置（24）的连接管路上设置有第一热阱（19）；在所述热管换热器（22）上连接有第二热阱（23）。3.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，所述水箱为非能动安注水箱；所述反应堆模块为压水堆或热管反应堆。4.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，在所述储热装置（4）内设有蓄热介质；蓄热介质包括熔融盐。5.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，其特征在于：所述太阳能集热器（1）的结构可根据所需温度来进行选择，包括槽式、塔式或碟式集热器。6.根据权利要求1所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，所述导热管（2）中用于换热的介质包括各种熔盐、矿物油、合成油、液态金属和水；所述热管（21）的种类为高温热管，管内工质为液态金属，包括锂、纳及钾。7.根据权利要求2所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，所述第二热阱（19）的进口、水箱（5）的出口、反应堆本体结构（6）的冷却剂出口、储热装置（4）的冷却剂出口端、蒸汽发生器（8）的蒸汽出口处设有控制阀。8.根据权利要求2所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，其特征在于：冷却剂在流经颗粒脱除装置（24）前，先利用储热装置（4）提高冷却剂的入口温度，增大热泳力，从而提高颗粒物沉积率。9.根据权利要求2所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，所述颗粒脱除装置24包括监测区域i、脱除区域和监测区域ii；流出所述蒸汽发生器的冷却剂首先通过
监测区域i，检测其中颗粒物浓度及流动状态，然后脱除区域进行颗粒脱除，随后进入监测区域ii，再次检测冷却剂中的颗粒物浓度及流动状态；所述颗粒脱除装置（24）内壁设有用于吸附颗粒物的吸附层。10.根据权利要求7所述的利用太阳能辅助核反应堆发电系统，其特征在于，所述一回路和二回路的控制阀由控制系统进行控制，所述控制系统通过神经网络等智能算法学习控制参数经验，实现整个系统的综合调控；所述热管换热器（22）的热段和冷段设有隔离阀，隔离阀在反应堆停堆、发生冷却剂失流或电源丧失等事故时，能动安全系统无法有效投入使用时自动打开。
技术总结本发明公开了一种利用太阳能辅助核反应堆发电系统，包括：反应堆模块，包括反应堆本体结构、水箱、稳压器、蒸汽发生器、热管、热管换热器以及颗粒脱除装置；太阳能模块，包括太阳能集热装置、导热管及太阳能储热装置；发电模块，包括汽轮机、发电机、凝汽器以及循环水泵；反应堆模块的颗粒脱除装置连接至太阳能储热装置的冷却剂出口；反应堆本体结构的冷却剂出口与储热装置的冷却剂入口相连；储热装置的蒸汽出口连接汽轮机的蒸汽入口，汽轮机的气体出口经凝汽器连接至蒸汽发生器的二次侧入口端。本发明通过利用太阳能的储热和放热来提高反应堆冷却剂的自然循环能力，降低反应堆事故工况下的危险性，提高了核电厂的总体安全性。提高了核电厂的总体安全性。提高了核电厂的总体安全性。
技术研发人员：周涛 卢怀畅 高天宇
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.02.16
技术公布日：2022/7/5
