CN105225715A - 一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，包括：堆芯，控制鼓驱动机构，斯特林直线发电机，余热废热排出装置，电压调节器，电力输出装置以及壳体。该装置通过将直线斯特林发动机的热腔置于堆芯燃料中心，加热斯特林直线发电机内热腔工质带走堆芯热量；经过加热后的工质推动斯特林发动机做功，再驱动斯特林发动机热腔和冷腔之间的直线反复运动，连杆的运动带动直线发电机进行发电。堆芯产生的废热通过热管导出与布置在外面的热管散热板连接，通过热管散热板进行散热，布置在热管散热板上的外电源驱动风扇可以增加对流散热。该发明利用核能能够更持久，更稳定为斯特林热腔提供热源，系统可以长期运行，性能可靠，体积小，质量轻，可移动性能强，功率质量比高。

Description

一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置

技术领域

本发明属于核能发电装置技术领域，特别涉及了一种行李箱式核能发电装置。

背景技术

作为一种经济、安全、可靠、清洁的新能源，核能发电是未来人类取得清洁能源的重要途径之一，同时在军事上也有非常好的应用前景。微型反应堆的发展起源于美国和前苏联在军事战略上的支持和发展。上个世纪50年代，美国和前苏联对空间核反应堆电源都非常重视，投入大量的研究经费支持多项设备研发，并应用到卫星等设备上去。同时，微型反应堆技术也得到了迅速的发展。

相比较于传统的大型核反应堆，微型反应堆具有体积小，质量轻，操作简单的特点，采用先进的堆芯控制方式，热传输方式和热电转换方式。在偏远地区以及户外大规模探索，微型反应堆都能提供充足的电力需求。此外，在未来的城市建设中，能源的需求越来越大，由于大城市中地点的限制，无法建设大规模的电站，而核能发电又是未来清洁能源的最佳选择之一，所以微型反应堆的发展也是很有前景的。同时，随着人类对外太空探索的深入，对能源供给的需求也不断增大，微型反应堆是满足这方面需求的最佳选择之一。

斯特林发动机具有能量适应性广，对能量等级要求低的优点。由于是外燃机，可使用多种燃料，从煤炭、薪柴、余热到太阳能等均可利用。只要将燃烧器适当改进后便可利用许多热源，这是内燃机难以办到的，如国外已用于太阳能发电和带动水泵。所以斯特林发动机是一种不错的选择。斯特林发动机理论上效率是最接近于卡诺循环效率，只取决于热端和冷端温度，实际效率也可达40％。用核反应堆与斯特林发动机相结合，作为热源的核反应堆能够提供尽可能高的热端温度，从而效率也会得到大幅度的提高。

发明内容

本发明要的目的是提供一种行李箱式核能发电装置，体积小，重量轻，可移动性强，功率质量比高，能够满足偏远地区和大型户外探索提供电力需求。

为了达到上述目标，本发明所采用的技术方案为：一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，包括：堆芯，控制鼓驱动机构，斯特林直线发电机，余热废热排出装置，电压调节器，电力输出装置以及壳体，所述的堆芯包括燃料，热管通道，控制鼓和反射层，控制鼓均匀的布置在反射层内，可在控制鼓驱动机构的驱动下转动，所述的斯特林直线发电机包括斯特林直线发动机和直线发电机，所述的斯特林直线发动机包括热腔、冷腔、热腔活塞、冷腔活塞，热腔连杆和冷腔连杆，热腔布置在堆芯中心，热腔活塞和冷腔活塞分别位于热腔和冷腔内，所述的直线发电机包括永磁铁和线圈，热腔连杆的两端分别连接热腔活塞和永磁铁，冷腔连杆的两端分别连接冷腔活塞和线圈，热腔与冷腔间管路连通，热腔与冷腔间的连通管路中接有回热器，所述的余热废热排出装置包括外电源装置，风扇，热管和热管散射板，热管由堆芯中的热管通道引出穿过壳体与热管散热板相连接。

进一步的，所述的斯特林直线发动机内做功工质选用氦气，所述的直线发电机采用圆筒型永磁直线发电机。

进一步的，所述的外电源装置采用能充放电的蓄电池。

本发明的有益效果：本发明提供了的发电装置，采用的热源是核反应堆，用来驱动斯特林直线发电机进行发电。相比较于其他热源，核能能够更长久，更持续稳定的提供热量，相对于化石燃料，核能更清洁，能够减少环境的污染，同时也降低了发电成本。装置能够长时间稳定运行，投资相对较小，具有很好的市场推广效果。

附图说明

图1为一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置的结构示意图。

图2为一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置堆芯的结构示意图。

图中标号：1-堆芯；2-控制鼓驱动机构；3-热腔；4-热腔活塞；5-热腔连杆；6-回热器；7-永磁铁；8-线圈；9-冷端连杆；10-冷腔；11-冷腔活塞；12-电压调节器；13-电力输出装置；14-外电源装置；15-风扇；16-热管；17-热管散热板；18-壳体；19-燃料；20-热管通道；21-控制鼓；22-反射层。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，包括：堆芯1，控制鼓驱动机构2，斯特林直线发电机，余热废热排出装置，电压调节器12，电力输出装置13以及壳体18，所述的堆芯包括燃料19，热管通道20，控制鼓21和反射层22，控制鼓21均匀的布置在反射层22内，可在控制鼓驱动机构2的驱动下转动，所述的斯特林直线发电机包括斯特林直线发动机和直线发电机，所述的斯特林直线发动机包括热腔3、冷腔10、热腔活塞4、冷腔活塞11，热腔连杆5和冷腔连杆9，热腔3布置在堆芯1中心，热腔活塞4和冷腔活塞11分别位于热腔3和冷腔10内，所述的直线发电机包括永磁铁7和线圈8，热腔连杆5的两端分别连接热腔活塞4和永磁铁7，冷腔连杆9的两端分别连接冷腔活塞11和线圈8，热腔3与冷腔10间管路连通，热腔3与冷腔10间的连通管路中接有回热器6，所述的余热废热排出装置包括外电源装置14，风扇15，热管16和热管散射板17，热管16由堆芯1中的热管通道20引出穿过壳体18与热管散热板17相连接。

该装置为行李箱大小，构成一个达到临界的反应堆能量系统，可以布置在任何可移动载体上，随时随地即可使用。本实例中斯特林发动机热腔3布置在堆芯燃料19区域中，通过热腔连杆5将热腔活塞4和直线发电机永磁铁7连接，通过冷腔连杆9将冷腔活塞11和直线发电机线圈8相连，直线发电机布置在热腔3和冷腔6之间；热腔3和冷腔6之间有管路相连，管路上接有回路器6；热管14由热管通道20引出穿过壳体18之后与布置壳体上的热管散热板17连接；壳体18与热管散热板17之间留有一定的通道，控制驱动机构2布置在堆芯右边，穿过反射层与控制鼓17连接，通过控制驱动机构2带动控制鼓17的旋转。

堆芯中燃料19作用所产生的热能，加热热腔3内的做工工质，热腔3内的工质受热膨胀，驱使热腔活塞4向冷腔6方向运动，在热腔活塞4运动至上止点，冷腔6被压缩至体积最小，定容放热；然后热腔活塞4向热腔3方向运动，压缩热腔3，等温压缩；热腔活塞4运动至下止点，热腔3吸收堆芯燃料19产生的热量，定容吸热，之后膨胀做功，完成一个循环；热腔活塞4和冷腔活塞11的运动带动热腔连杆5和冷腔连杆9的反复运动，从而带动连接在热腔连杆5和冷腔连杆9的直线发电机永磁铁7和线圈8的反复运动发电。

当行李箱式核能发电装置到达需要的区域时，然后通过控制驱动机构2控制控制鼓21的旋转则可使反应堆达到临界状态。一套控制驱动机构2只能调节一个控制鼓21，控制鼓21布置在径向反射层中。利用布置在堆芯燃料区域热管通道中的热管16将废热导出，与布置在行李箱外面的热管散热板17连接进行散热，布置在热管散热板17下方的风扇15可以通过壳体18和热管散热器17之间的通道加速热管散热板17和空气之间对流换热，确保堆芯冷却。风扇15由外电源装置14提供电源，外电源装置14为蓄电池，在正常运行状态下可利用该装置自身进行充电。

Claims (3)

1.一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，包括：核反应堆，斯特林直线发电机，余热排出装置，电力传输装置以及壳体(18)，其特征在于，所述的核反应堆包括燃料(19)，热管通道(20)，控制鼓(21)，控制鼓驱动机构(2)和反射层(22)，控制鼓(21)均匀的布置在反射层(22)内，可在控制鼓驱动机构(2)的驱动下转动，所述的斯特林直线发电机包括斯特林直线发动机和直线发电机，所述的斯特林直线发动机包括热腔(3)、冷腔(10)、热腔活塞(4)、冷腔活塞(11)，热腔连杆(5)和冷腔连杆(9)，热腔(3)布置在堆芯(1)中心，热腔活塞(4)和冷腔活塞(11)分别位于热腔(3)和冷腔(10)内，所述的直线发电机包括永磁铁(7)和线圈(8)，热腔连杆(5)的两端分别连接热腔活塞(4)和永磁铁(7)，冷腔连杆(9)的两端分别连接冷腔活塞(11)和线圈(8)，热腔(3)与冷腔(10)间管路连通，热腔(3)与冷腔(10)间的连通管路中接有回热器(6)，所述的余热排出装置包括外电源装置(14)，风扇(15)，热管(16)和热管散热板(17)，热管(16)由堆芯(1)中的热管通道(20)引出穿过壳体(18)与热管散热板(17)相连接，热管散热板(17)布置在壳体(18)的外面，并与壳体(18)之间留有通道，风扇(15)和外电源装置(14)布置在壳体(18)和热管散热板(17)之间通道的下方，所述的电力传输装置包括电压调节器(12)，电力输出端口(13)。

2.根据权利要求1所述的一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，其特征在于，所述的斯特林直线发动机热腔(3)内做功工质选用氦气，所述的直线发电机采用圆筒型永磁直线发电机。

3.根据权利要求1所述的一种基于斯特林循环的行李箱式核能发电装置，其特征在于，所述的外电源装置(14)采用能充放电的蓄电池。