CN110310751A - 一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，包括堆芯、两组热管、两组屏蔽体和两组发电部件；在堆芯两侧，对称布置了两组屏蔽体和发电部件，两组热管的一端分别从堆芯的两侧插入堆芯中，另一端分别插入两组发电部件中，屏蔽体设置在堆芯与发电部件间，热管穿过屏蔽体，屏蔽体保护发电部件不受到来自反应堆堆芯的辐射损伤；发电部件采用静默式温差热电转换技术，包括相间隔布置的热电偶转换元件和冷却通道，热管加热热电偶转换元件一侧，另一侧被冷却通道中的工质冷却，在热电偶转换元件两侧形成温差，并产生热电势，从而将热能转换为电能，可供多种用途的设备与系统使用；本发明在堆芯两端布置两组发电部件，以达到提高能量利用率的目的。

Description

一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源
技术领域
本发明涉及核反应堆设计技术领域，具体涉及一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源。
背景技术
随着科学技术的进步，多种复杂用途的设备系统对灵活部署、且具备高续航能力的电源提出了重大的需求。当前，化学电源续航能力十分有限，蓄电池、燃料电池等难以满足数月甚至数年连续使用的需求；内燃机以来源源不断的燃料补充；太阳能系统占地面积较大，难以灵活部署；同位素电源虽然续航持久，但输出功率太低。
热管式核反应堆电源是灵活部署、大功率、高续航电源的重要候选方案之一，当前现有的采用热管冷却式堆芯的核反应堆电源，热管均从堆芯的一侧插入，热电转换装置结构布置的空间限制较为严苛，热电转换元件数目通常较少，电源的输出电功率和能量利用率较低。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，为多种特种装备与系统提供电力供应，在大幅提高功率输出水平与续航时间的同时，相比于传统的热管堆电源，本发明中，发电部件和热电转换元件数目更多，能量利用率更高。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，包括堆芯1、两组热管2、两组屏蔽体3和和两组发电部件4，所述两组热管2的一端分别从堆芯1的两侧插入堆芯1中，另一端分别插入发电部件4中，屏蔽体3设置在堆芯1与发电部件4之间，热管2穿过屏蔽体3，屏蔽体3保护发电部件4不受到来自堆芯1的辐射损伤；所述发电部件4采用静默式温差热电转换技术，包括相间隔设置的热电偶转换元件41和冷却通道42，热管2插入发电部件4中，使得热电偶转换元件41的一侧为热管2，另一侧为冷却通道42，热管2加热热电偶转换元件41一侧，另一侧被冷却通道42中的工质冷却，在热电偶转换元件41两侧形成温差并产生热电势，从而将热能转换为电能，可供多种用途的设备与系统使用。在堆芯两端同时布置两组发电部件，以达到提高能量利用率的目的。
所述堆芯1采用热管冷却快中子反应堆，其内部的核燃料11采用60-80％高富集度的铀燃料。
所述热管2中的工质为碱金属或碱金属合金。
所述屏蔽体3分为轻、重两层复合屏蔽，靠近堆芯1的一侧为轻屏蔽，靠近发电部件4的一侧为重屏蔽；重屏蔽材料为金属铅或钨，轻屏蔽材料为水、氢化锂或碳化硼。
所述热电偶转换元件41的热电转换材料采用碲化铅或硅锗合金。
所述冷却通道42内的工质为水。
所述热管双向插入堆芯的核反应堆电源的直径小于1米，全长小于3米，总重小于5吨，能够通过车辆、船舶、航天器等方式运输，为多种设备系统提供电力。
本发明采用热管冷却、静默式温差发电、热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其能量密度、输出功率、续航时间显著大于传统化学电源；环境适应性强，可在高低温、真空、辐射、冲击和震动等恶劣环境下正常工作；增加了发电元件数目，在移动式供电、多种复杂特殊用途设备与系统的动力等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明热管双向插入堆芯的核反应堆电源布置图。
图中：1-堆芯；2-热管；3-屏蔽体；4-发电部件；11-核燃料；41-热电偶转换元件；42-冷却通道。
具体实施方式
为更好地说明本发明，现结合附图对本发明工作原理作以描述。
如图1所示，本发明热管双向插入堆芯的核反应堆电源布置图，包括堆芯1、两组热管2、屏蔽体3和两组发电部件4，所述两组热管2的一端分别从堆芯1的两侧插入堆芯1中，另一端分别插入发电部件4中，屏蔽体3设置在堆芯1与发电部件4之间，热管2穿过屏蔽体3，屏蔽体3保护发电部件4不受到来自堆芯1的辐射损伤。所述发电部件4采用静默式温差热电转换技术，包括相间隔设置的热电偶转换元件41和冷却通道42，热管2插入发电部件4中，使得热电偶转换元件41的一侧为热管2，另一侧为冷却通道42，热管2加热热电偶转换元件41一侧，另一侧被冷却通道42中的工质冷却，在热电偶转换元件41两侧形成温差，并产生热电势，从而将热能转换为电能。
作为本发明的优选实施方式，所述堆芯1采用热管冷却快中子反应堆，其内部的核燃料11采用60-80％高富集度的铀燃料。
作为本发明的优选实施方式，所述热管2中的工质为碱金属，即锂、钠或钾，或碱金属合金，如钠钾合金。
作为本发明的优选实施方式，所述屏蔽体3分为轻、重两层复合屏蔽，靠近堆芯1的一侧为轻屏蔽，靠近发电部件4的一侧为重屏蔽；重屏蔽材料为金属铅或钨，轻屏蔽材料为水、氢化锂或碳化硼。
作为本发明的优选实施方式，所述热电偶转换元件41的热电转换材料采用碲化铅或硅锗合金。
作为本发明的优选实施方式，所述冷却通道42内的工质为水。
作为本发明的优选实施方式，所述热管双向插入堆芯的核反应堆电源布置图的直径小于1米，全长小于3米，总重小于5吨，能够通过车辆、船舶、航天器等方式运输，为多种设备系统提供电力。
本发明电源的工作原理为：堆芯1中的核燃料11发生核裂变产生热量，热量传递至热管2使之温度升高。热管2能够将热量传导至发电部件4。热管2在发电部件4中加热了热电偶转换元件41的一端，冷却通道42中的水冷却了热电偶转换元件41的另一端。热电偶转换元件41利用两端的温差产生电势，将热能转换为电能。
本发明未详尽描述的内容均为常规技术内容。

Claims (7)

1.一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：包括堆芯(1)、两组热管(2)、两组屏蔽体(3)和两组发电部件(4)；所述两组热管(2)的一端分别从堆芯(1)的两侧插入堆芯(1)中，另一端分别插入发电部件(4)中，屏蔽体(3)设置在堆芯(1)与发电部件(4)间，热管(2)穿过屏蔽体(3)，屏蔽体(3)保护发电部件(4)不受到来自堆芯(1)的辐射损伤；所述发电部件(4)采用静默式温差热电转换技术，包括相间隔设置的热电偶转换元件(41)和冷却通道(42)，热管(2)插入发电部件(4)中，使得热电偶转换元件(41)的一侧为热管(2)，另一侧为冷却通道(42)，热管(2)加热热电偶转换元件(41)一侧，另一侧被冷却通道(42)中的工质冷却，在热电偶转换元件(41)两侧形成温差并产生热电势，从而将热能转换为电能，供多种用途的设备与系统使用；在堆芯两端同时布置两组发电部件，以达到提高能量利用率的目的。
2.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述堆芯(1)采用热管冷却快中子反应堆，其内部的核燃料(11)采用60-80％高富集度的铀燃料。
3.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述热管(2)中的工质为碱金属或碱金属合金。
4.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述屏蔽体(3)分为轻、重两层复合屏蔽，靠近堆芯(1)的一侧为轻屏蔽，靠近发电部件(4)的一侧为重屏蔽；重屏蔽材料为金属铅或钨，轻屏蔽材料为水、氢化锂或碳化硼。
5.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述热电偶转换元件(41)的热电转换材料采用碲化铅或硅锗合金。
6.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述冷却通道(42)内的工质为水。
7.根据权利要求1所述的一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源，其特征在于：所述热管双向插入堆芯的核反应堆电源的直径小于1米，全长小于3米，总重小于5吨，能够通过车辆、船舶、航天器等方式运输，为多种设备系统提供电力。
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