CN106050416A - 基于超临界二氧化碳的核动力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超临界二氧化碳的核动力发动机，包括压气机、堆芯、环形冷却器、主轴、透平、发电机、机壳，堆芯位于环形冷却器的环形空腔内，且堆芯上开设有贯穿堆芯两端的中心孔道；主轴穿设在该中心孔道内，两端伸出堆芯分别连接透平和压气机，发电机与透平相连；环形冷却冷却器与堆芯之间还设置有第一屏蔽层，堆芯的靠近透平的一端与第一屏蔽层密封连接；环形冷却器外包覆有第二屏蔽层，机壳包覆在第二屏蔽层外。核动力发动机采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，简化结构，可以大幅度精简防辐射屏蔽装置，从而实现核动力发动机的微型化，具有重量轻、体积小、安全可靠等优点。

Description

基于超临界二氧化碳的核动力发动机

技术领域

本发明涉及采用发动机技术领域，具体地，涉及基于超临界二氧化碳的核动力发动机。

背景技术

核动力是利用可控核反应来获取能量。利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动涡轮机。涡轮机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。

因为核辐射问题，还需要设计核反应屏蔽装置对反应堆进行屏蔽，而目前的核反应中通常使用冷却水进行能量传递，因此需要设计复杂的管路和阀门来进行控制，因此所需要的屏蔽装置体积大、重量重，整个核动力系统也相应的体积较大、重量轻。

核动力发动机由于采用核反应堆提供能量，也面临着上述问题。如果屏蔽装置和核动力发动机体积太大、重量太重，核动力发动机的应用将受到很大限制，尤其是不能应用于要求发动机体积小、重量轻的场合。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于超临界二氧化碳的核动力发动机，该核动力发动机采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，结构紧凑，能够支持屏蔽装置和发动机减小体积和重量。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

基于超临界二氧化碳的核动力发动机，包括压气机、堆芯、环形冷却器、主轴、透平、发电机、机壳，所述环形冷却器位于机壳内，所述堆芯位于环形冷却器的环形空腔内，且堆芯开设有贯穿堆芯两端的中心孔道，中心孔道的中心轴平行于环形冷却器的中心轴；所述主轴穿设在该中心孔道内，两端伸出堆芯分别连接透平和压气机，所述发电机与透平相连；所述环形冷却冷却器与堆芯之间还设置有第一屏蔽层；所述堆芯的靠近透平的一端与第一屏蔽层密封连接；所述第一屏蔽层与堆芯之间填充有超临界二氧化碳；所述环形冷却器外还包覆有第二屏蔽层，第二屏蔽层将压气机、第一屏蔽层、堆芯、环形冷却器、主轴、透平、发电机密封在其内部；所述机壳包覆在第二屏蔽层外。本技术方案中，核动力发动机采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，简化自身结构，可以大幅度精简防辐射屏蔽装置，从而整体上实现发动机重量轻、体积小、安全可靠的目标，进而实现发动机的微型化。本方案中采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出。此外，超临界二氧化碳有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于整个发动机的结构简化，实现发动机的结构简单紧凑和微型化。超临界二氧化碳性能稳定、密度适中，对温度要求相对较低，能够在较低温度下进入超临界状态，从而其压缩功耗较小，能够使堆芯保持较高的净效率输出。

作为本发明的进一步改进，所述透平和压气机均与第一屏蔽层密封连接，将堆芯密封在第一屏蔽层内。本方案中，堆芯燃料带有的防辐射屏障为其第一道辐射防护屏障；透平、压气机、第一屏蔽层将堆芯进行密封构成第二道辐射防护屏障；第二屏蔽层将发动机内的涉核部件和放射性物质进行密封，起到辐射防护的作用，是发动机的第三道辐射防护屏障，进一步增强发动机的辐射防护效果。此外，透平和压气机均与第一屏蔽层密封连接，能够保障超临界二氧化碳全部压气机进入堆芯，然后全部从透平流出进行做功，使得超临界二氧化碳的做功效果更好，换能更彻底。

进一步，所述压气机、透平、发电机同轴，其中心轴线与主轴的中心轴线重合，使超临界二氧化碳从堆芯流出后垂直于透平的叶片进入透平进行做功。

进一步，所述堆芯的截面呈环形，使整个堆芯更加规则。

进一步，所述第一屏蔽层与堆芯之间具有间隙，该间隙内填充有超临界二氧化碳，便于超临界二氧化碳经由该间隙从堆芯的外壁迅速进入堆芯。

进一步，所述第一屏蔽层呈中空圆筒状，其内壁上具有一个环形凸起，该环形凸起正对堆芯的靠近透平的一端且与堆芯该端密封连接。环形凸起可以阻挡超临界二氧化碳，防止超临界二氧化碳不经堆芯直接进入透平，使得所有超临界二氧化碳都经堆芯加热后进入透平做功，提高发电效率。

进一步，所述环形凸起连接在堆芯的靠近透平的一端的外壁上，使第一屏蔽层与堆芯之间的间隙更长，超临界二氧化碳能够从堆芯更大的面积的外壁进入堆芯。

进一步，所述堆芯的中心孔道的直径不大于120mm，所述第一屏蔽层与堆芯之间的间隙的宽度不大于100mm，以在满足超临界二氧化碳的换热要求下，尽量减小第一屏蔽层以及其外的设备的体积，实现发动机的小型化。

进一步，所述第二屏蔽层呈两端封闭的圆筒状结构，使整个发动机的结构在周向上对称。

进一步，所述堆芯包括围筒、内部支撑筒、上部支撑板、下部支撑板、核燃料组件；所述围筒套设在内部支撑筒外，且二者轴线重合，内部支撑筒与围筒之间构成一个环形空腔；所述下部支撑板和上部支撑板均呈圆环状，分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板和上部支撑板均连接在内部支撑筒和围筒之间；所述核燃料组件安装在所述环形空腔内；所述围筒内壁还设置有一层中子反射层；所述内部支撑筒、围筒、中子反射层上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔。堆芯采用前述结构，结构紧凑、规则，便于布置，减小堆芯自身的体积和重量，支持核动力发动机的体积和重量减小。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明中，基于超临界二氧化碳的核动力发动机采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于整个发动机的结构简化，实现发动机的结构简单紧凑和微型化；核动力发动机采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，简化结构，可以大幅度精简发动机内的防辐射屏蔽装置，从而整体上实现发动机重量轻、体积小的目标，进而实现发动机的微型化，可以应用于陆地、航空、海上对发动机体积有要求的场所；

2、本发明中，核动力发动机采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出；

3、本发明采用超临界二氧化碳作为冷却剂，超临界二氧化碳性能稳定、密度适中，对温度要求相对较低，能够在较低温度下进入超临界状态，从而其压缩功耗较小，能够使堆芯保持较高的净效率输出；

4、本发明的核动力发动机在堆芯外设置的第一屏蔽层和第二屏蔽层构成的防辐射屏蔽装置中具有2道核辐射防护屏蔽层，核辐射防护效果好。

附图说明

图1是本发明的核动力发动机的一个具体实施例的结构示意图；

图2是实施例1中核动力发动机中超临界二氧化碳的流动示意图；

图3是实施例4中的环形冷却器的结构示意图；

图4是实施例4中的环形冷却器的AA'剖面图；

图5是堆芯的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-压气机；2-第一屏蔽层；3-堆芯；4-环形冷却器；5-主轴；6-透平；7-发电机；8-第二屏蔽层；9-机壳；11-第一挡板；12-第二挡板；61-外筒；62-内筒；63-环形端板；64-通孔；67-导流管；100-核燃料组件；101-围筒；102-内部支撑筒；103-下部支撑板；104-上部支撑板；105-中子反射层；106-支撑装置；107-流体通孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，基于超临界二氧化碳的核动力发动机包括压气机1、堆芯3、环形冷却器4、主轴5、透平6、发电机7、机壳9。

所述环形冷却器4位于机壳9内；环形冷却器4是指截面呈环形的冷却器，其可以采用现有技术中的核反应堆中常用的冷却器，其内部具有供冷却剂流动的密闭腔体，且具有供超临界二氧化碳通过的流道。

所述堆芯3位于环形冷却器4的环形空腔内即环形冷却器4套设在堆芯3外，所述环形冷却冷却器4与堆芯3之间还设置有第一屏蔽层2；所述第一屏蔽层2与堆芯3之间具有间隙，该间隙内填充有超临界二氧化碳。

所述堆芯3开设有贯穿堆芯3两端的中心孔道，中心孔道的中心轴平行于环形冷却器4的中心轴，所述堆芯3呈圆筒状，其截面呈环形，环形截面的内径等于中心孔道的直径；所述主轴5穿设在堆芯3的中心孔道内，两端伸出堆芯3分别连接透平6和压气机1，所述发电机7与透平6相连。本实施例中，第一屏蔽层2为环形结构，第一屏蔽层2的腔体内部充满超临界二氧化碳，为堆芯3提供工作空间，压气机1位于环形堆芯3的进气端，透平6和发电机7位于环形堆芯3的出气端。所述中心孔道的直径不大于120mm。本实施例中，所述中心孔道的直径取120mm，以在满足超临界二氧化碳的换热要求下，尽量减小第一屏蔽层以及其外的设备的体积，实现发动机的小型化。本实施例中的压气机1采用本领域常见的压气机，例如但不限于采用专利申请201210208803.7中的压气机，压气机是利用高速旋转的叶轮叶片给空气作功以提高空气压力的部件，一般包括壳体，壳体上具有进口和出口、叶轮、转动轴。透平6是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮，包括透平轴、叶轮、叶片、流体入口、流体出口等机构，本实施例中采用本领域常见的透平机。

所述堆芯3的靠近透平6的一端与第一屏蔽层2密封连接；具体地：所述第一屏蔽层2呈中空圆筒状，其内壁上具有一个环形凸起，环形凸起可以阻挡超临界二氧化碳，防止超临界二氧化碳不经堆芯3直接进入透平6，使得所有超临界二氧化碳都经堆芯3加热后进入透平做功，提高发电效率；环形凸起正对堆芯3的靠近透平6的一端且环形凸起连接在堆芯3的靠近透平6的一端的外壁上，使第一屏蔽层2与堆芯3之间的间隙更长，超临界二氧化碳能够从堆芯3更大面积的外壁进入堆芯。

所述环形冷却器4外还包覆有第二屏蔽层8，该第二屏蔽层8呈两端封闭的圆筒状结构，将压气机1、第一屏蔽层2、堆芯3、环形冷却器4、主轴5、透平6、发电机7密封在其内部；所述机壳9包覆在第二屏蔽层8外，也即堆芯3外沿径向依次布置有第一屏蔽层2、环形冷却器4、第二屏蔽层8和机壳9。第一屏蔽层2的两端与第二屏蔽层8的两端不接触，环形冷却器4的两端均与第二屏蔽层8的两端不接触。

本实施例中，堆芯3是固定于核动力发动机内部的核心部件，其采用设有中心孔道的圆筒形结构，主轴5穿过环形堆芯3的中心孔道，压气机1、透平6、发电机7通过主轴5依次同轴布置，压气机1、透平6、发电机7的中心轴线与主轴5的中心轴线重合，具体地，压气机1的叶轮、透平6的叶轮、发电机7的电枢安装在主轴5上，使压气机1的叶轮、透平6的叶轮、发电机7的电枢同时且随主轴5转动，使超临界二氧化碳从堆芯3流出后垂直于透平6的叶片进入透平6做功，前述结构的设置以及环形冷却器4采用环形结构，使得整个发动机对称设置、非常规则。实际应用中，压气机1的叶轮、透平6的叶轮、发电机7的电枢可以采用不同的轴，但通过联轴器相连；也可以将压气机1的叶轮、透平6的叶轮安装在主轴5上，发电机7的电枢通过联轴器与透平6的叶轮相连实现发电机7与透平6的连接。压气机1、透平6、发电机7的安装为现有技术，本实施例中不再赘述。

本实施例中，第一屏蔽层2的内壁、压气机1的内侧、透平6的内侧之间构成加热腔D，所述加热腔D内填充有超临界二氧化碳；所述压气机1的外侧、第一屏蔽层2的后端面、环形冷却器4的后端面、第二屏蔽层8的后部侧壁和第二屏蔽层8的后端壁构成第一腔体C；所述透平6的外侧、第一屏蔽层2的前端面、环形冷却器4的前端面、第二屏蔽层8的前部侧壁和第二屏蔽层8的前端壁构成第二腔体E；所述压气机1的进口与第一腔体C连通、出口与加热腔D连通；所述透平6的流体入口与加热腔D连通、流体出口与第二腔体E连通；所述环形冷却器4内设置有供超临界二氧化碳流动的流道，该流道与第一腔体C和第二腔体E均连通；所述发电机7位于第二腔体E内。

上述压气机1的外侧的是指压气机1的远离堆芯3的一侧，压气机1的内侧是指压气机1的靠近堆芯3的一侧；上述透平6的外侧的是指透平6的远离堆芯3的一侧，透平6的内侧是指透平6的靠近堆芯3的一侧。

上述环形冷却器4的前端面是指环形冷却器4的靠近透平6的一端的端面，环形冷却器4的后端面是指环形冷却器4的靠近压气机1的一端的端面；在图1中，环形冷却器4的前端面即环形冷却器4的右端面，环形冷却器4的后端面即左端面。

上述第一屏蔽层2的前端面是指第一屏蔽层2靠近透平6的一端的端面，第一屏蔽层2的后端是指第一屏蔽层2靠近压气机1的一端的端面；在图1中，第一屏蔽层2的前端面即第一屏蔽层2的右端面，第一屏蔽层2的后端面即第一屏蔽层2的左端面。

上述第二屏蔽层8的前部侧壁是指第二屏蔽层8的靠近透平6附近的侧壁，第二屏蔽层8的后部侧壁是指第二屏蔽层8的靠近压气机1附近的侧壁；第二屏蔽层8的前端壁是指第二屏蔽层8靠近透平6的一端的端壁，第二屏蔽层8的后端壁是指第二屏蔽层8靠近压气机1的一端的端壁。在图1中，第二屏蔽层8的前部侧壁即第二屏蔽层8的右部侧壁，后部侧壁即左部侧壁；第二屏蔽层8的前端壁即第二屏蔽层8的右端壁，后端壁即左端壁。

本实施例中的核动力发动机的工作基本原理为：堆芯3内部充满核燃料，发生可控的链式核裂变反应，以超临界二氧化碳为冷却剂，采用布雷顿热力循环模式，利用超临界二氧化碳将核燃料中产生的热能带出，工质直接进入透平6做功。

核动力发动机中超临界二氧化碳的流动如图2所示，超临界二氧化碳经压气机1升压后，由堆芯3的外环腔（堆芯3与第一屏蔽层2之间的环形腔体也即上述第一屏蔽层2与堆芯3之间的间隙）沿径向进入堆芯3，经核燃料加热后进入内环腔（堆芯3与主轴5之间的环形腔体），沿轴向进入透平6做功，再进入第二腔体E，透平6带动发电机7发电。超临界二氧化碳进入第二腔体E后再进入布置于外侧的环形冷却器4冷却，流出环形冷却器4后进入第一腔体C，最后再次进入压气机1升压，以此循环做功。

上述堆芯3采用现有技术中常用的堆芯即可，其燃料装载、控制棒布置等技术同现有技术，本实施例中不再赘述。本实施例中，第一屏蔽层2和第二屏蔽层8构成防辐射屏蔽装置，均采用核辐射屏蔽材料制成，例如但不限于采用铅、钨、衰变后的铀等重金属或屏蔽混凝土、硼钢、铅硼聚乙烯等屏蔽复合材料等常用辐射材料。

环形冷却器4位于第一屏蔽层2和第二屏蔽层8之间，覆盖于第一屏蔽层2的外表面，超临界二氧化碳在其内部进行循环流动，多余热量依次通过环形冷却器4、第二屏蔽层8、机壳9被带出核动力发动机。

本实施例中，堆芯3燃料本身带有的防辐射屏障为其第一道辐射防护屏障；第一屏蔽层2构成第二道辐射防护屏障；第二屏蔽层8将核动力发动机内的涉核部件和放射性物质封装起来，起到辐射防护的作用，是核动力发动机的第三道辐射防护屏障。机壳9在最外侧，对核动力发动机其它部件起一定的保护作用。第二屏蔽层8上和机壳9上开设有同输出动力的电缆穿过的通孔，但是穿过这些通孔的管件与第二屏蔽层8之间应进行良好的密封，防止核辐射，这些密封技术可以采用现有核电站中常用的密封技术实现，此处不再详述。

本实施例中的核动力发动机内采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，简化了自身的结构，以此达到大幅度精简防辐射屏蔽装置的目的，从而整体上实现发动机重量轻、体积小、安全可靠的目标，可以应用于陆地、航空、海上对发动机体积和重量有要求（要求发动机体积小、重量轻）的场所。本实施例中的采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出。此外，超临界二氧化碳有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于整个发动机的结构简化，实现发动机的结构简单紧凑和微型化。而超临界二氧化碳性能稳定、密度适中，对温度要求相对较低，能够在较低温度下实现超临界，其作为冷却剂压缩功耗较小，能够使堆芯保持较高的净效率输出。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例中对核动力发动机进行进一步改进：透平6和压气机1均与第一屏蔽层2密封连接，将堆芯3密封在第一屏蔽层2内。

具体地：透平6与第一屏蔽层2之间连接有第一挡板11，压气机1与第一屏蔽层2之间连接有第二挡板12；保障超临界二氧化碳全部从压气机1进入堆芯3，从透平6流出，使得超临界二氧化碳的做功效果更好。

这样，加热腔D由第一屏蔽层2的内壁、压气机1的内侧、透平6的内侧、第一挡板11、第二挡板12合围形成；

第一腔体C由压气机1的外侧、第一屏蔽层2的后端面、环形冷却器4的后端面、第二屏蔽层8的后部侧壁、第二屏蔽层8的后端壁、第二挡板12合围而成；

第二腔体E由透平6的外侧、第一屏蔽层2的前端面、环形冷却器4的前端面、第二屏蔽层8的前部侧壁、第二屏蔽层8的前端壁、第一挡板11合围而成；

进一步地，透平6和第一屏蔽层2与第一挡板11均密封连接，压气机1与第一屏蔽层2与第二挡板12均密封连接，将堆芯3密封在第一屏蔽层2内。

具体地，压气机1的外壳与第二挡板12密封连接，并使压气机1的进口位于第二挡板12的远离堆芯3的一侧、出口位于第二挡板12的靠近堆芯3的一侧。透平6的外壳与第一挡板11密封连接，使透平6的流体入口被密封在第一挡板11的靠近堆芯的一侧、流体出口被密封在第一挡板11的远离堆芯的一侧。

此外，进一步，还可以在压气机1的壳体与主轴5相接触的位置设计动密封结构，防止超临界二氧化碳从主轴5与壳体之间的缝隙通过。同样，透平6的壳体与主轴5相接触的位置也设计有动密封结构。前述动密封机构可以采用现有技术中的旋转轴动密封结构，旋转轴动密封为现有技术，本实施例中不再赘述。

本方案中，堆芯3的燃料带有的防辐射屏障为其第一道辐射防护屏障；透平6、压气机1与第一屏蔽层2密封连接，将堆芯3进行密封，是除核燃料之外的第二道辐射防护屏障，确保放射性物质不发生泄漏；第二屏蔽层8将发动机内的涉核部件和放射性物质进行密封，起到辐射防护的作用，是发动机的第三道辐射防护屏障，进一步增强发动机的辐射防护效果。此外，透平6和压气机1均与第一屏蔽层2密封连接，能够保障超临界二氧化碳全部从压气机1进入堆芯3，从透平6流出，使得超临界二氧化碳的做功效果更好，换能更彻底。

实施例3

在实施例1至实施例2的任一实施例基础上，本实施例对核动力发动机的环形冷却器进行进一步改进：

如图3和图4所示，所述环形冷却器4包括筒身、12根导流管67、2个环形端板63。

所述筒身由内筒62和外筒61构成，所述内筒62包覆在第一屏蔽层2外；所述外筒61位于内筒62外且二者同轴，外筒61的内径大于内筒62的外径；内筒62和外筒61的两端平齐；

所述筒身的两端各连接一个环形端板63，即所述2个环形端板63分别连接在筒身的两端，且环形端板63的内壁面与内筒62密封连接、外壁面与外筒61密封连接；每个环形端板63上开设有12个通孔64，且这12个通孔64绕内筒62的圆周方向均匀分布；

所述内筒62、外筒61和两个环形端板63围成的空腔构成冷却腔，所述冷却腔内填充有冷却水；

所述导流管67位于冷却腔内，导流管67平行于主轴5，且导流管67的两端各与一个环形端板63的通孔密封连接，即所述导流管67穿过冷却腔、两端密封连接在两个环形端板63的通孔64内，这样：所有导流管67均匀分布在内筒62四周；在环形端板63上，每个通孔64连接一个导流管67；这样，内筒62、外筒61、两个环形端板63和导流管67的外壁构成了一个密闭空腔，该密闭空腔内填充有冷却水。导流管67用于超临界二氧化碳通过，超临界二氧化碳通过导流管67时，冷却腔内的冷却水对超临界二氧化碳进行冷却。冷却水将热量传递给外筒61，外筒61再通过第二屏蔽层8、机壳9向外传递。

实际应用中，通孔64、导流管67的数量可以根据使用需要设置，不仅限于本实施例中的12个。

本实施例中的环形冷却器4结构简单、紧凑、规则，在满足超临界二氧化碳的冷却的要求下，支持核动力发动机的结构简化，以减小核动力发动机的体积和重量。

实施例4

在实施例1至实施例2的任一实施例基础上，本实施例对核动力发动机的堆芯3进行进一步改进：

如图5所示，堆芯3包括中空圆筒状的围筒101、中空圆筒状的内部支撑筒102、圆环状的上部支撑板104、圆环状的下部支撑板103、核燃料组件100；

本实施例中，为便于理解，图5所示的堆芯为图1中所示的堆芯旋转90度时的位置，图1中的堆芯水平放置，图5中的堆芯竖直放置时的结构。

所述围筒101套设在内部支撑筒102外，且二者轴线重合，内部支撑筒102与围筒101之间构成一个环形空腔；所述下部支撑板103和上部支撑板104分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板103和上部支撑板104均连接在内部支撑筒102和围筒101之间；

所述核燃料组件100安装在所述环形空腔内；所述围筒101内壁还设置有一层中子反射层105；所述内部支撑筒102、围筒101、中子反射层105上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔107。

本实施例中，中空圆筒状的内部支撑筒102内部的空腔就构成了堆芯3的中心孔道，主轴5就从内部支撑筒102内部的空腔穿过。

进一步地，所述下部支撑板103上设置有支撑装置106，所述核燃料组件100安装在支撑装置106上。本实施例中，支撑装置106采用支撑柱对核燃料组件100进行支撑，实际应用中，支撑装置106也可以采用现有技术中堆芯常用的结构格架、支撑架等。

上述中子反射层105用于反射高速中子，可以采用氧化铝或石墨或不锈钢。

上述堆芯3的燃料装载、控制棒布置等技术同现有技术，本实施例中不再赘述。采用本实施例中的堆芯3，使得堆芯结构更紧凑和规则，便于布置，减小堆芯3自身的体积和重量，支持核动力发动机的体积和重量减小。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，包括压气机（1）、堆芯（3）、环形冷却器（4）、主轴（5）、透平（6）、发电机（7）、机壳（9）；

所述环形冷却器（4）位于机壳（9）内，所述堆芯（3）位于环形冷却器（4）的环形空腔内，且堆芯（3）开设有贯穿堆芯（3）两端的中心孔道，中心孔道的中心轴平行于环形冷却器（4）的中心轴；所述主轴（5）穿设在该中心孔道内，两端伸出堆芯（3）分别连接透平（6）和压气机（1），所述发电机（7）与透平（6）相连；

所述环形冷却冷却器（4）与堆芯（3）之间还设置有第一屏蔽层（2）；所述堆芯（3）的靠近透平（6）的一端与第一屏蔽层（2）密封连接；所述第一屏蔽层（2）与堆芯（3）之间填充有超临界二氧化碳；

所述环形冷却器（4）外还包覆有第二屏蔽层（8），第二屏蔽层（8）将压气机（1）、第一屏蔽层（2）、堆芯（3）、环形冷却器（4）、主轴（5）、透平（6）、发电机（7）密封在其内部；所述机壳（9）包覆在第二屏蔽层（8）外。

2.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述透平（6）和压气机（1）均与第一屏蔽层（2）密封连接，将堆芯（3）密封在第一屏蔽层（2）内。

3.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述压气机（1）、透平（6）、发电机（7）同轴，其中心轴线与主轴（5）的中心轴线重合。

4.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述堆芯（3）的截面呈环形。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述第一屏蔽层（2）与堆芯（3）之间具有间隙，该间隙内填充有超临界二氧化碳。

6.根据权利要求5所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述第一屏蔽层（2）呈中空圆筒状，其内壁上具有一个环形凸起，该环形凸起正对堆芯（3）的靠近透平（6）的一端且与堆芯（3）该端密封连接。

7.根据权利要求6所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述环形凸起连接在堆芯（3）的靠近透平（6）的一端的外壁上。

8.根据权利要求5所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述堆芯（3）的中心孔道的直径不大于120mm，所述第一屏蔽层（2）与堆芯（3）之间的间隙的宽度不大于100mm。

9.根据权利要求1至4任一所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述第二屏蔽层（8）呈两端封闭的圆筒状结构。

10.根据权利要求1至4任一所述的基于超临界二氧化碳的核动力发动机，其特征在于，所述堆芯（3）包括围筒（101）、内部支撑筒（102）、上部支撑板（104）、下部支撑板（103）、核燃料组件（100）；所述围筒（101）套设在内部支撑筒（102）外，且二者轴线重合，内部支撑筒（102）与围筒（101）之间构成一个环形空腔；所述下部支撑板（103）和上部支撑板（104）均呈圆环状，分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板（103）和上部支撑板（104）均连接在内部支撑筒（102）和围筒（101）之间；所述核燃料组件（100）安装在所述环形空腔内；所述围筒（101）内壁还设置有一层中子反射层（105）；所述内部支撑筒（102）、围筒（101）、中子反射层（105）上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔（107）。