專利名稱：操作核電站的方法及核電站的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力的產生。更具體地講，涉及一種操作核電站的方法以及核電站。本發明還涉及一種貯存罐。
背景技術：
在一個使用氦作為工作流體并且具有連接在一個閉環電力產生電路中的一個核反應堆和電力轉換系統的核電站中，產生的電力與通過反應堆芯的氦的質量流速成正比。
為了使產生的電力能夠改變，使用了一種氦存量控制系統，它構造為能夠將氦從電力產生電路中抽出并且能將氦引入電力產生電路，從而允許在電力產生電路中進行氦庫存，并因此能調節通過反應堆的質量流量。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種操作核電站的方法，核電站具有一個利用氦作為工作流體的閉環電力產生電路，和一個具有至少一個氦貯存罐的氦存量控制系統，所述氦貯存罐可以通過流量傳輸的方式連接到閉環電力產生電路，以允許將氦引入到電力產生電路和從其抽出，該方法包括限制由于氦引入到至少一個貯存罐和從至少一個貯存罐抽出氦而導致的至少一個貯存罐中溫度變化的步驟。
氦存量控制系統一般包括多個貯存罐，其中的壓力從低壓罐到高壓罐變化，從而該方法包括限制每個貯存罐內的溫度變化。
最好使一個貯存罐或每個貯存罐內保持等溫條件，因為這將使貯存罐的設計能夠達到最佳。但是，這是不實際的，因此，希望能在節約成本的情況下將貯存罐內保持的條件盡可能接近等溫條件。該方法可以包括將由于將氦引入或抽出貯存罐使一個貯存罐或每個貯存罐內的溫度變化限制到20℃。
可以被動地完成限制溫度變化。為此，該方法可以包括在一個或每個貯存罐中提供一個散熱器。
根據本發明的另一方面，提供了一個核電站，該核電站包括一個利用氦作為工作流體的閉環電力產生電路；和一個氦存量控制系統，氦存量控制系統包括至少一個可以通過流量傳輸的方式連接到電力產生電路，以允許將氦引入到電力產生電路和從其抽出的氦貯存罐，和用于限制由于氦引入到至少一個貯存罐和從至少一個貯存罐抽出而引起的至少一個貯存罐中溫度變化的裝置。
氦存量控制系統可以包括多個氦貯存罐和用于限制每個貯存罐中溫度變化的裝置。
電站可以包括一個高壓接點和一個低壓接點，從而使氦存量控制系統能夠有選擇地連接到電力產生電路。
這種方案可以使氦從高壓點抽出和在低壓點引入到電力產生電路，而不需要外部壓氣機。
電力產生電路可以使用一種改進的布雷頓(Brayton)循環作為熱力學變換循環。電力產生電路可以包括兩個單軸渦輪機/壓縮機組，和一個動力渦輪機，該動力渦輪機具有直接耦合的發電機、分別位于一個逆流換熱器的熱或低壓側與低壓壓縮機之間以及低壓壓縮機與高壓壓縮機之間的一個預冷器和一個中間冷卻器。
可以被動地完成限制氦貯存罐中的溫度變化。為此，可以把每個貯存罐設計為具有高的熱慣性。這可以通過在一個貯存罐或每個貯存罐中提供一個散熱器來實現。
當然，散熱器可以根據需要和制造限制因素改變。
散熱器可以是用鋼制造的，并且具有每立方米貯存罐貯存容量180kg至300kg之間的質量。
散熱器具有每立方米貯存罐貯存容量400至500m2之間的熱傳導表面積。
散熱器可以包括多個散熱片，散熱片之間的間隔為散熱片厚度的25至40倍。
根據本發明的又一方面，提供了一種適合于在核電站的氦存量控制系統中使用的貯存罐，該貯存罐包括一個容器；和位于容器中的至少一個散熱器。
散熱器可以具有每立方米容器存儲容量80kJ/K至140kJ/K的熱容量。
散熱器可以是用鋼制造的，并且具有每立方米容器存儲容量180kg至300kg的質量。
散熱器可以具有每立方米容器存儲容量400m2至500m2的表面積。
容器可以具有100m3的存儲容量，散熱器可以是用鋼制造的并且具有30000kg的質量和40000至50000m2之間的表面積。
散熱器可以是用鋁制造的，并且具有每立方米容器存儲容量90kg至150kg之間的質量。
散熱器可以是用其上具有多個波紋的片材形成的，每個波紋具有片材厚度的20至40倍的高度。
散熱器可以包括多個平行的片材，波紋起到使相鄰片材相互間隔的作用，從而使氦能夠在片材之間流動。
散熱器可以是形成為螺旋形的金屬片形式。
金屬片上可以具有多個波紋。
每個波紋的高度是金屬片厚度的20至40倍。
材料可以具有0.1至0.3mm之間的厚度。
散熱器可以包括多個管狀元件。
可以將散熱器形成為金屬絲網。
以下通過示例并參考
本發明。
在附圖中圖1示出了根據本發明的核電站的一部分的示意圖；圖2示出了形成根據本發明的核電站的一部分的氦存量控制系統的示意圖；圖3示出了根據本發明的氦存量控制系統的貯存罐的一部分的剖視圖；圖4以放大的尺寸示出了根據本發明的另一個貯存罐的橫截面剖視圖；和圖5是根據本發明的又一個貯存罐的一部分的剖視圖。
具體實施例方式
在圖1中，參考號10總體地代表根據本發明的核電站的一部分。核電站10包括一個核反應堆12，以及和由參考號16總體指示的閉環電力產生電路連接在一起的由參考號14總體指示的電力轉換系統。
現在還參考圖2，核電站10包括一個由參考號18總體代表的氦存量控制系統，它可以如下面更詳細地說明的那樣有選擇地連接到電力產生電路16和從電力產生電路16斷開。
電力產生電路16包括一個高壓單軸渦輪壓縮機組20、一個低壓單軸渦輪壓縮機組22、以及一個傳動連接到發電機26的動力渦輪機24。
高壓渦輪壓縮機組20包括一個傳動連接到高壓壓縮機30的高壓渦輪機28。同樣地，低壓渦輪壓縮機組22包括一個傳動連接到低壓壓縮機34的低壓渦輪機32。
電力產生電路16進一步包括一個逆流換熱器36、一個預冷器38和一個中間冷卻器40。預冷器38位于換熱器36的熱或低壓側與低壓壓縮機34之間。中間冷卻器40位于低壓壓縮機34和高壓壓縮機30之間。
氦存量控制系統18包括八個貯存罐42至56，以及一個增壓罐58。
罐42至56中的壓力是變化的，罐42中的壓力最低，罐56中的壓力最高，并且罐44至54中的壓力在中間壓力范圍。
當希望把氦注入到電力產生電路16中時，在一個由圖1中參考號60代表的低壓注入點，從具有最低壓力的罐將氦提供到電力產生電路16中。當要從電力產生電路16抽出氦時，從圖1中參考號62指示的一個高壓抽出點將氦抽出，并且提供到具有接收氦的容量的最高壓力的罐中。
現在參考圖3，每個罐42至58包括一個容器64，和一個位于容器64中的散熱器66。
散熱器66可以構造為具有足夠高的熱慣性，以便不管是將氦注入到罐中還是從罐中抽出氦，溫度變化都相對較小，也就是最大溫度變化不超過20℃，從而在罐內獲得大致的等溫條件。
在圖3中，散熱器66包括多個排列成柵格的相對薄的平行散熱片68。散熱片上的波紋起到間隔它們的作用，并且使得氦能夠在它們之間流動。
散熱片一般具有0.1至0.3mm之間的厚度，并且散熱片之間的間隔一般在散熱片厚度的25至40倍之間。在這方面，發明人相信厚度小于0.1mm的散熱片將難以起作用。此外，具有大于0.3mm厚度的散熱片將減小每單位質量的表面積，從而降低了散熱器與氦之間熱傳導的效率。散熱片之間的間隔一般選擇為能夠在整個容器64中提供均勻的散熱片分布。
當然，散熱器66的熱慣性將根據罐的大小變化。但是，在一個具有100立方米左右存儲容量的罐中，當用鋼制造時，散熱器66將具有大約30000kg的質量，和40000至50000m2之間的表面積。如果用鋁制造散熱器，那么散熱器具有15000kg左右的質量，和40000m2至50000m2之間的表面積。
當然，散熱器66的構造是可以改變的。因此，例如在圖4中，參考號80代表了根據本發明的另一個罐的一部分，并且，除非另有指示，將上面使用的相同的參考號賦予相同的部件。在這個實施例中，散熱器66典型地是螺卷形的。此外，當罐具有100m3左右的存儲容量時，可以用具有9.5m左右寬度和0.1至0.3mm之間的厚度，并且具有提供在其上的大約是散熱片厚度的20至40倍的波紋的金屬片68制造散熱器。螺旋是通過將金屬片形成為總體上為圓形的橫截面的卷構成的。在另一個實施例中，卷的橫截面可以是方形。金屬片上的波紋起到間隔相鄰層的金屬片的作用。可以在一個貯存罐的容器64的軸向上設置一個或更多的這種散熱器66。也可以用金屬絲網取代片狀材料形成散熱器66。
同樣地，在圖5中，參考號90總體指示根據本發明的另一個貯存罐的一部分，并且，除非另有指示，將上面使用的相同的參考號賦予相同的部件。
在本發明的這個實施例中，散熱器66是由多個管92形成的。管92一般沿軸向排列在容器64內。
發明人相信，通過限制貯存罐內的溫度變化，可以使為了滿足核電站的操作條件而存儲足夠的氦所需的存儲體積最小。
權利要求
1.一種操作具有利用氦作為工作流體的閉環電力產生電路和包括至少一個氦貯存罐的氦存量控制系統的核電站的方法，所述氦貯存罐通過流量傳輸的方式連接到閉環電力產生電路，以便能夠將氦引入電力產生電路和從電力產生電路抽出氦，該方法包括限制由于氦引入至少一個貯存罐和從至少一個貯存罐抽出氦而引起的至少一個貯存罐內的溫度變化的步驟。
2.根據權利要求1所述的方法，其中氦存量控制系統包括多個貯存罐，貯存罐中的壓力從低壓罐變化到高壓罐，該方法包括限制每個罐內的溫度變化。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中包括將由于氦引入貯存罐和從貯存罐抽出氦而引起的該貯存罐或每一個貯存罐內的最大溫度變化限制到20℃。
4.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其中限制溫度變化是被動地完成的。
5.根據權利要求4所述的方法，其中包括在該貯存罐或每一個貯存罐中提供一個散熱器。
6.一種核電站，包括一個利用氦作為工作流體的閉環電力產生電路；和一個氦存量控制系統，所述氦存量控制系統包括至少一個通過流量傳輸的方式連接到閉環電力產生電路以便能夠將氦引入電力產生電路和從電力產生電路抽出氦的氦貯存罐，以及用于限制由于氦引入至少一個貯存罐和從至少一個貯存罐抽出氦而引起的至少一個貯存罐內的溫度變化的裝置。
7.根據權利要求6所述的核電站，其中氦存量控制系統包括多個氦貯存罐和用于限制每個貯存罐中的溫度變化的裝置。
8.根據權利要求6或7所述的核電站，其中包括一個高壓接點和一個低壓接點，從而可以有選擇地將氦存量控制系統連接到電力產生電路。
9.根據權利要求6至8中任意一項所述的核電站，其中將該貯存罐或每個貯存罐設計為具有高的熱慣性。
10.根據權利要求9所述的核電站，其中高的熱慣性是通過在該貯存罐或每個貯存罐中提供一個散熱器得到的。
11.根據權利要求10所述的核電站，其中散熱器是用鋼制造的，并且具有每立方米它所在的貯存罐的存儲容量180kg至300kg之間的質量。
12.根據權利要求10或11所述的核電站，其中散熱器具有每立方米貯存罐的存儲容量400至500m2之間的熱傳導表面積。
13.根據權利要求10至12中任意一項所述的核電站，其中散熱器包括多個散熱片，散熱片之間的間隔在散熱片厚度的25至40倍之間。
14.一種適合于在核電站的氦存量控制系統中使用的貯存罐，該貯存罐包括一個容器；和位于容器中的至少一個散熱器。
15.根據權利要求14所述的貯存罐，其中散熱器具有每立方米容器存儲容量80kJ/K至140kJ/K之間的熱容量。
16.根據權利要求14或15所述的貯存罐，其中散熱器是由鋼制造的，并且具有每立方米容器存儲容量180kg至300kg之間的質量。
17.根據權利要求14至16中任意一項所述的貯存罐，其中散熱器具有每立方米容器存儲容量400m2至500m2之間的表面積。
18.根據權利要求14至17中任意一項所述的貯存罐，其中容器具有100m3的存儲容量，并且散熱器是由鋼制造的，具有30000kg的質量和40000至50000m2之間的表面積。
19.根據權利要求14所述的貯存罐，其中散熱器是由鋁制造的，并且具有每立方米容器存儲容量90kg至150kg之間的質量。
20.根據權利要求14至19中任意一項所述的貯存罐，其中散熱器是由其上具有多個波紋的片材形成的，每個波紋具有片材厚度的20至40倍之間的高度。
21.根據權利要求20所述的貯存罐，其中散熱器包括多個平行片材，波紋起到使相鄰片材相互間隔的作用。
22.根據權利要求14至19中任意一項所述的貯存罐，其中散熱器是形成為螺旋的金屬片形式。
23.根據權利要求22所述的貯存罐，其中金屬片上具有多個波紋。
24.根據權利要求23所述的貯存罐，其中每個波紋的高度在金屬片的厚度的20至40倍之間。
25.根據權利要求20至24中任意一項所述的貯存罐，其中材料具有0.1至0.3mm之間的厚度。
26.根據權利要求14所述的貯存罐，其中散熱器包括多個管狀元件。
27.根據權利要求14所述的貯存罐，其中散熱器由金屬絲網形成。
28.根據權利要求1所述的方法，基本上如本文所描述和圖示。
29.根據權利要求6所述的核電站，基本上如本文所描述和圖示。
30.根據權利要求14所述的貯存罐，基本上如本文所描述和圖示。
31.一種新的方法、站和罐，基本上如本文所述。
全文摘要
一種包括利用氦作為工作流體的閉環電力產生電路的核電站。核電站進一步包括氦存量控制系統，該系統包括多個氦貯存罐，從而可以將氦注入到電力產生電路或從電力產生電路抽出。每個氦貯存罐帶有一個散熱器，以便使貯存罐具有相對高的熱慣性，從而限制由于將氦注入到貯存罐中和/或從貯存罐中抽出而引起的貯存罐內的溫度變化。這將使貯存罐的設計實現優化。
文檔編號F02C1/05GK1502112SQ02807295
公開日2004年6月2日 申請日期2002年2月28日 優先權日2001年3月26日
發明者威蘭姆·艾德瑞安·歐登達爾·克瑞爾, 威蘭姆 艾德瑞安 歐登達爾 克瑞爾, 克里斯蒂安 尼尤烏德特, 邁克爾·克里斯蒂安·尼尤烏德特 申請人:卵石層模反應堆(私人)有限公司