CN111951985A - 一种模块化空间核反应堆发电单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化空间核反应堆发电单元，包括发电腔室，发电腔室包括模块化堆芯区，模块化堆芯区的两端分别设置有小型透平和压气机，小型透平连接有小型发电机，压气机、小型透平和小型发电机均位于发电腔室内；发电腔室的首尾两端设置有卫星外接端口，卫星外接端口与发电腔室之间分别设置有第一发电单元总控制室和第二发电单元总控制室；发电腔室连接有热交换器，热交换器连接有空间热辐射散热器热管母管，空间热辐射散热器热管母管上设置有空间热辐射散热器小型热管。本发明由于在堆芯采用多热管进行热功率的传导，避免了单根热管失效带来的反应堆紧急停堆的影响，符合核反应堆安全的冗余原则，有利于提高堆芯传热的可靠性。

Description

一种模块化空间核反应堆发电单元

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体来说，涉及一种模块化空间核反应堆发电单元。

背景技术

空间核反应堆电源相比于以化学能为基础的燃料电池和以光能为基础的太阳能电池板电源具有功率密度大、结构紧凑、全天候供电、空间环境适应性强、大功率供电持续时间长、寿命长等特点，因此，核反应堆电源尤其适合于作为深空探测、行星勘探、探月工程、星际航行等的首选电源。国内外对空间核反应堆电源的设计进行了大量的概念性研究，下面对三个典型的核反应堆电源设计方案进行简单介绍。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的David I. Poston在文献“The Heat pipe-Operated Mars Exploration Reactor (HOMER)”中写到，美国在2000-2006年开展了HOMER反应堆电源系列的设计研究，用于提供25-250KW范围的电能。该方案采用UN燃料组件，热管冷却堆芯，转鼓控制堆芯反应性的设计方案，热管将燃料元件释放的热量导出至堆外的能量转换系统，能量转换系统可采用热电偶、热离子、布雷顿循环等将热能转化为电能。

美国新墨西哥大学的Mohamed S. EI-Genk等人在文献“Conceptual Design ofHP-STMCs Space Reactor Power System for 110kWe”中提出一种空间快中子核反应堆电源系统HP-STMCS的设计概念，该系统采用Li热管冷却堆芯，并采用多级热电偶进行热电转换，钾热管辐射器散热，该系统的核功率为1.82MW，电功率为110kW。HP-STMCS的堆芯采用一根热管周围连接3根燃料棒的设计方案作为单个热管模块的设计。

中国专利CN 109192329A公开了一种热管型双模式空间核反应堆堆芯的设计方案，该反应堆堆芯采用轴向燃料棒与轴向热管连接，并有多个氢气流道自上而下贯穿控制鼓、径向反射层、燃料元件等，从而在推进模式下氢气穿过堆芯后从堆芯底部排出，而堆芯余热则通过热管导出到堆外斯特林发电机或静态温差发电装置产生电能。

以上三种空间核反应堆电源设计方案均采用轴向燃料棒与热管并行整堆布置，调节反应性的平衡鼓周向布置在堆芯的外围，该种布置方案在反应堆径向会出现功率峰，即靠近控制鼓的堆芯外围的燃料元件功率低，靠近中轴线的燃料元件功率高，从而不利于堆芯径向功率平坦高效输出，更进一步，该类堆芯中子经济性也不好，堆芯寿命相对较短；另外，该种布置方案在堆芯输出功率大范围调节上受到限制，而在实际的载人星际旅行以及行星表面科学勘探过程中，生活和生产所需的电功率有很大的差别，综上，该类核反应堆堆芯设计方案存在一定的局限性。为解决所述问题，采用模块化堆芯设计方案，一方面有利于单个堆芯模块功率输出更为平坦高效且燃耗加深，另一方面也利于大范围调节输出功率，再者，单个堆芯模块燃料耗尽或出现事故后，可将该模块通过反应性控制板关闭，由其它模块进行功率输出。同时，本专利也对空间散热器做了一定的改进创新，采用多模块空间辐射散热器，提高了散热器的可靠性。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种模块化空间核反应堆发电单元，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种模块化空间核反应堆发电单元，包括发电腔室，所述发电腔室包括模块化堆芯区，所述模块化堆芯区的两端分别设置有小型透平和压气机，所述小型透平连接有小型发电机，所述压气机、所述小型透平和所述小型发电机均位于所述发电腔室内；所述发电腔室的首尾两端设置有卫星外接端口，所述卫星外接端口与所述发电腔室之间分别设置有第一发电单元总控制室和第二发电单元总控制室；所述发电腔室连接有热交换器，所述热交换器连接有空间热辐射散热器热管母管，所述空间热辐射散热器热管母管上设置有空间热辐射散热器小型热管；

所述卫星外接端口呈圆台形，用于将该单元与其它卫星单元连接固定，并通过该端口进行控制信号传递与电能输送；

所述第一发电单元总控制室和所述第二发电单元总控制室用于控制堆芯可第一可移动舱盖或第二可移动舱盖的开启与关闭，并通过控制堆芯反应性控制板来达到控制堆芯反应性的目的；

所述压气机整体为圆柱形结构，用于为氢气或氦气工质提供循环动力；

所述反应堆堆芯区整体为圆柱形结构，用于将核裂变产生的原子能转化为热能输出；

所述小型透平与所述小型发电机均为圆柱形结构，所述小型透平用于将工质的焓膨胀做功转化为机械能，所述小型发电机与所述小型透平同轴连接，用于将机械能进一步转化为电能；

所述热交换器由四根螺旋管或蛇形管构成，用于将工质的余热传递给所述空间热辐射散热器热管母管和所述空间热辐射散热器小型热管从而辐射入太空；

所述反应堆堆芯区由固定舱盖、可第一可移动舱盖 、第二可移动舱盖、反应堆堆芯热管、反应堆堆芯热管母管翅片、钨基含碳弥散体板状铀燃料、中子反射层、中子吸收层和绝热层组成。

进一步的，所述的发电单元总控制室中部中轴线处有多个串联的转轴，每个转轴控制所述第一可移动舱盖和/或所述第二可移动舱盖的开闭，可所述第一可移动舱盖和/或所述第二可移动舱盖通过舱盖移动头实现周向移动；舱盖移动头靠近发电单元外表面处安装有滑轮与滑轨，以实现完全开启后可所述第一可移动舱盖和/或所述第二可移动舱盖时，所述第一可移动舱盖进入可第一移动舱盖操作空间，而第二可移动舱盖进入第二可移动舱盖操作空间，且所述固定舱盖和所述第一可移动舱盖和/或所述第二可移动舱盖的几何中心在发电单元径向的同一条直线上；由于所述第一可移动舱盖和/或所述第二可移动舱盖的移动路径上有所述热交换器的换热管阻挡，因此在舱盖上开出两个路径槽；且所述第一发电单元总控制室和所述第二发电单元总控制室中每个转轴与舱盖移动头之间拥有弹簧装置，以使得舱盖可以在开闭过程中出现必要的径向位移。

进一步的，所述压气机由转轴 、隔热屏蔽层和压气机叶片区组成，所述隔热屏蔽层采用铅与碳化硼混合的方式进行中子与γ射线的屏蔽，且采用真空隔热板进行隔热；压气机叶片由耐高温含铬合金或者涂有隔热涂层的陶瓷型叶片构成，所述小型透平中的叶片采用耐高温含铬合金或者涂有隔热涂层的陶瓷型叶片构成。

进一步的，所述反应堆堆芯区为热中子反应堆堆芯；所述钨基含碳弥散体板状铀燃料在堆芯径向呈扇形分布且在轴向呈筒形分布；所述固定舱盖、所述第一可移动舱盖和所述第二可移动舱盖内表面涂有氧化铍涂层，作为反应堆正常运行工况下的反射层；反应性控制板为板状，通过旋转反应性控制板以控制反应性，反应性控制板的两侧面由中子反射层和中子吸收层组成，所述中子反射层材料为氧化铍，所述中子吸收层材料为碳化硼，且反应性控制板将多个燃料块隔离成多个模块。

进一步的，所述的热交换器管壁材料采用钨铼合金或含有钽、钼与铌的合金材料；所述热交换器的蛇形或螺旋形传热管每隔度在卫星的周向进行布置，共布置根，且每根传热管与多个模块的空间热辐射散热器热管母管连接。

进一步的，所述小型透平和所述小型发电机之间设置有隔热密封层，所述隔热密封层采用气封和迷宫密封相结合的方式进行密封，同时可采用真空隔热板进行隔热。

进一步的，所述空间热辐射散热器热管母管上设置有多个所述空间热辐射散热器小型热管，所述空间热辐射散热器热管母管和所述空间热辐射散热器小型热管呈T型。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元，通过将反应堆堆芯进行模块化设计，可以实现反应堆功率输出的大范围调节，且有利于加深反应堆燃料燃耗，具有中子经济性，可灵活处理事故工况的特点。

（2）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元，由于每个核燃料模块的大小可以根据需要进行设计调节，有利于减小反应堆运行过程中的功率峰因子，有利于反应性控制；且当某个燃料模块燃料耗尽或发生事故时，可采用其它模块填补功率不足。

（3）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元，由于在堆芯采用多热管进行热功率的传导，因此在高效传热的基础上，还避免了单根热管失效带来的反应堆紧急停堆的影响，符合核反应堆安全的冗余原则，有利于提高堆芯传热的可靠性。

（4）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元，由于空间热辐射散热器采用模块化的设计理念，若单个空间热辐射散热器热管母管破裂失效，该母管导出的热量可被分配给其它热管母管，且若散热器母管上连接的几根小型散热热管出现破损，辐射散热器母管需要导出的热量也可分配到其它小型热管，因此这两种情况均不影响发电单元的正常运行，符合核反应堆安全的冗余原则，有利于提高散热器散热的可靠性。

（5）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元，由于有四根换热器传热管且每根换热器传热管上连接有多个空间热辐射散热器模块，因此若某根换热器传热管管壁发生破损，氢气或氦气工质会流入某根散热器母管直至充满母管，这只会损失一部分氢气或氦气工质，该发电单元仍可继续运行，符合核反应堆安全的纵深防御原则，有利于换热过程的可靠性。

（6）本发明提供的模块化空间核反应堆发电单元适用范围广，不仅可用于卫星或空间站供电，还可用于行星勘探、探月工程等的陆地供电系统。该发电单元的设计也不只限于热中子反应堆堆芯，快中子反应堆堆芯也可采用与本专利相同的设计结构与理念。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明一种优选实施方式的空间核反应堆发电单元的纵剖面结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的空间核反应堆发电单元的横剖面结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的空间核反应堆发电单元在图一截面A处的四分之一核反应堆热管传热堆芯横剖面示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的空间核反应堆发电单元在图一截面A处的四分之一核反应堆翅片传热堆芯横剖面示意图；

附图标号说明：

0’-堆芯冷却剂通道，1’-反应堆堆芯模块1’，2’-反应堆堆芯模块2’，3’-反应堆堆芯模块3’，4’-反应堆堆芯模块4’，5’-反应堆堆芯模块5’，6’-反应堆堆芯模块6’，7’-反应堆堆芯模块7’，8’-反应堆堆芯模块8’，1-空间热辐射散热器小型热管，2-空间热辐射散热器热管母管，3-热交换器，4-卫星外接端口，5-可移动舱盖移动头，6-第一发电单元总控制室，7-转轴，8-隔热屏蔽层，9-固定舱盖，10-压气机叶轮区，11-反应堆堆芯区，12-小型透平，13-隔热密封层，14-小型发电机区，15-第二发电单元总控制室，16-第一可移动舱盖，17-第二可移动舱盖，18-换热器传热管外空间保护区，19-第一可移动舱盖操作空间，20-第二可移动舱盖操作空间，21-反应堆堆芯热管，22-钨基含碳弥散体板状铀燃料，23-中子反射层，24-中子吸收层，25-绝热层，26-氢气或氦气工质流动方向，27-反应堆堆芯热管母管翅片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，如图1-图4所示。该发电单元由卫星外接端口4、第一发电单元总控制室6、第二发电单元总控制室15、压气机、反应堆堆芯区11、小型透平12、小型发电机14、热交换器3、模块化空间热辐射散热器组成；其中，卫星外接端口4位于该发电单元首尾部分，第一发电单元总控制室6和第二发电单元总控制室15分别位于发电腔室与一侧外接端口4间，压气机、模块化堆芯区11、小型透平12与发电机14均位于发电腔室内，热交换器3连接模块化空间热辐射散热器与发电腔室；反应堆堆芯区11由固定舱盖9、第一可移动舱盖16、第二可移动舱盖17、热管21或导热翅片27、钨基含碳弥散体板状铀燃料22、控制板反射层23、控制板吸收层24和绝热板25组成；压气机由转轴7、隔热屏蔽层8和压气机叶轮区10组成；模块化空间热辐射散热器由空间热辐射散热器小型热管1和空间热辐射散热器热管母管2组成。

在根据本发明的一种优选实施方式中，如图1所示，卫星外接端口4中包含将该发电单元与其它卫星单元相连接与紧固的机械部件，同时还包含信号传输装置和电能输送装置如电缆与电线，若该发电单元在太空中完成对接，则可以考虑采用电磁铁驱动的方式完成各个电力部件的连接。

在根据本发明的一种优选实施方式中，第一发电单元总控制室6和第二发电单元总控制室15中轴线处由多段可旋转圆柱体部件串联而成，每个旋转部件操控两块相对的可移动舱盖的开闭，如图1中所示的可移动舱盖16，若可移动舱盖16需要开启以降低或停止反应堆模块6’的核反应，则与可移动舱盖16相对应的堆芯8’模块左下侧的可移动舱盖也应随着可移动舱盖16同时同步开启。每个旋转部件操控两块相对的可移动舱盖目的是减少旋转部件个数，从而简化控制系统，以保证需要紧急停堆的情况下能可靠快速的开启第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17，是以反应堆安全为重进行设计；如果以反应堆经济为重进行设计，可采用每个旋转部件仅控制一个可移动舱盖，从而如果模块化堆芯6’需要紧急停堆，则开启第一可移动舱盖16的同时不会影响堆芯8’的正常运行。第一可移动舱盖16轴向两端连接可移动头5，可移动头5主体结构可为正方体，且靠近发电单元总控室舱盖侧可移动头5上安装有滑轮与滑轨装置，以使第一可移动舱盖16可在发电单元周向进行移动；可移动头5与处于中轴线的旋转部件依靠弹簧连接，目的是当第一可移动舱盖16需要开启时，可通过旋转与径向的移动在固定舱盖9的内侧的可移动舱盖操作空间19中运动，最终在径向与固定舱盖9形成串列关系，达到第一可移动舱盖16的完全开启状态。在第一发电单元总控制室6和第二发电单元总控制室15中，除了与第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17有关的控制部件，还有操纵反应性控制板的旋转部件、压气机与发电机14的开关，且在总控室靠近发电腔室侧安装有二次射线屏蔽板，材料由铅组成。

在根据本发明的一种优选实施方式中，与固定舱盖9相同，第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17在舱盖内壁涂有氧化铍涂层，以在反应堆正常运行过程中将一部分中子反射入堆芯，减少中子泄露量。第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17存在两道换热器传热管3的路径槽，以避免第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17在开启和关闭过程中与换热器传热管3碰撞。若对第一发电单元总控制室6和第二发电单元总控制室15的密封有着非常严格的要求，则第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17可变更为旋转式舱盖，即第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17靠近固定舱盖9的一侧安装有转轴，在需要开启或关闭第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17时，只需在第一发电单元总控制室6或第二发电单元总控制室15中操纵转轴即可。

在根据本发明的一种优选实施方式中，压气机中的叶片区10内的叶片和小型透平12中的叶片采用同种耐高温含铬合金或者涂有隔热涂层的陶瓷材料。隔热屏蔽层8可采用真空腔室隔热板，在隔热板的内表面涂上高热辐射反射率材料，从而在对流、热辐射换热方面实现最大限度的隔热；屏蔽层位于真空腔室隔热板之后，采用碳化硼和铅掺杂材料，用以屏蔽中子和γ射线。隔热密封层13采用真空腔室隔热板进行隔热，采用气封与迷宫密封相结合的方式进行密封。转轴7贯穿压气机区10、模块化堆芯区11、小型透平区12和小型发电机区14，由于转轴7途径多个极端环境条件区，因此可将转轴7拆分为多段转轴，每两段转轴间采用联轴器连接，压气机叶轮区10与小型透平区12的转子可采用34CrNi3Mo材料，反应堆堆芯区11转子可采用铼钼钨合金材料，小型发电机区14转子材料可采用Cr-Mo系列钢材。为提高该发电单元的效率，压气机可改为多级压气机，且可在两级压气机中间设置回热器，以提高布雷顿循环的效率。

在根据本发明的一种优选实施方式中，换热器传热管3、空间热辐射散热器热管母管2和散热器小型热管1管壁均采用钨铼合金或者含有钽、钼与铌的合金材料，换热器传热管3共有4根，分别布置在发电单元横截面的四个象限点处；为了保证换热器传热管3的可靠性，除了与热管母管2中的Li工质相接触的管壁外，其余部分的管壁应适当加厚。热管母管2和小型热管1中均可采用液态锂工质，小型热管1也可以考虑使用翅片进行替换。

在根据本发明的一种优选实施方式中，模块化空间热辐射散热器中由多根热管母管2组成，单根换热器传热管3被多根热管母管2中的工质锂完全浸没，且靠近卫星外接端口4两侧的热管母管2管径相对于中部的热管母管管径小，目的是两侧的热管母管2更易于被空间不明物质撞击而损坏。安装多根热管母管2与小型热管1的目的是出于核安全的冗余原则，若其中一根或几根热管母管2与小型热管1发生破损，它们传导的热量能够分配给其它热管；且若换热器传热管3的螺旋段或蛇形段管壁出现破损，氢气或氦气工质在充满单根T型热管母管2后变不再泄露，虽然反应堆工质压力会稍有下降，但是对模块化堆芯11的热量导出并无太大影响，发电单元还可正常运行，体现了纵深防御原则，从而保证该发电单元反应堆的安全。

在根据本发明的一种优选实施方式中，模块化反应堆堆芯11优选钨基含碳弥散体板状铀燃料22作为核燃料，也可采用钨基板状铀燃料与板状碳层相间排列的方法进行布置实施，也可选用钚239与钍232作为核裂变原料。板状铀燃料22表面应涂有钨铼合金或含有钽、钼与铌的合金材料，以与反应堆堆芯热管21的管壁或反应堆堆芯热管母管翅片27相容。为增强裂变热的高效导出，单个堆芯模块径向上可采用多根反应堆堆芯热管21或反应堆堆芯热管母管翅片27，若以反应堆堆芯安全为主，则采用多根反应堆堆芯热管母管翅片27的形式进行热量导出，以避免因为堆芯热管21的管壁破裂导致单根热管无法使用，若以堆芯热量高效导出即输出功率为主，则采用径向布置多根反应堆堆芯热管21的方式进行热量导出。反应堆堆芯11轴向上分布有多根热管母管，以避免单管失效带来的传热恶化，且反应堆堆芯热管21采用带有吸液芯的热管，吸液芯的材料为泡沫金属或纳米级金属。绝热层25的材料采用耐高温隔热材料如硅化物纤维材料，且绝热层25包裹着高温高压氢气或氦气工质26的流动。

在根据本发明的一种优选实施方式中，模块化反应堆堆芯11采用反应性控制板将钨基含碳弥散体板状铀燃料22分隔出多个堆芯模块，如图2所示，可将堆芯分隔出8个堆芯模块。单个反应性控制板的两面分别为氧化铍反射层23和碳化硼吸收层24，通过旋转反应性控制板即可控制反应堆的反应性。对于低功率供电工况，仅需启动1’、2’、3’和4’中的一个模块即可，其余模块处于控制板的吸收层24向内，反射层23向外的反应性闭锁状态，而启动的模块若需满功率运行，可使该模块内所有控制板的反射层23向内，若需要进行反应性调节，只需使控制板旋转一定角度，达到使一部分中子泄露的目的即可；由于其他闭锁模块的反应性控制板的反射层23向外，吸收层24面向闭锁模块内，即使泄露的中子有一定概率穿过反射层23，也最终会被吸收层24吸收，因此不会影响其余模块的反应性。因此在低功率供电的工况，输出功率也小范围可调。对于中等功率供电，只需按与低功率供电工况同样的方法开启所需的闭锁模块即可。对于满功率供电，此时可使布置在周向的控制板旋转特定角度以使径向堆芯模块可以连通，布置在径向的控制板旋转特定角度以使周向堆芯模块连通，从而使控制板对反应堆内中子的吸收达到最小，反应堆内中子可最大限度地自由移动，增加了反应堆的中子经济性。若单个模块发生事故需要紧急终止其反应性，则采用控制板吸收层24面向该事故模块的方式闭锁该模块反应性，从而实现反应性隔离，其它模块还可以正常运行。若多个模块发生事故需要紧急停堆，则此时应使径向两堆芯模块处于连通状态，周向模块中子通道处于关闭状态，开启需要停堆模块对应的第一可移动舱盖16和第二可移动舱盖17，从而将需停堆模块的中子释放入太空，从而终止其反应性，且由于周向模块的中子通道被关闭，未出现事故的模块仍可正常运行。因此该反应堆堆芯除了高效传热、可调节功率范围广等优势，还有可灵活处理事故工况的特点，提高了反应堆堆芯11的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模块化空间核反应堆发电单元，包括发电腔室，其特征在于，所述发电腔室包括模块化堆芯区(11)，所述模块化堆芯区(11)的两端分别设置有小型透平(12)和压气机，所述小型透平(12)连接有小型发电机(14)，所述压气机、所述小型透平(12)和所述小型发电机(14)均位于所述发电腔室内；所述发电腔室的首尾两端设置有卫星外接端口(4)，所述卫星外接端口(4)与所述发电腔室之间分别设置有第一发电单元总控制室（6）和第二发电单元总控制室（15）；所述发电腔室连接有热交换器(3)，所述热交换器(3)连接有空间热辐射散热器热管母管（2），所述空间热辐射散热器热管母管（2）上设置有空间热辐射散热器小型热管（1）；

所述卫星外接端口(4)呈圆台形，用于将该单元与其它卫星单元连接固定，并通过该端口进行控制信号传递与电能输送；

所述第一发电单元总控制室（6）和所述第二发电单元总控制室（15）用于控制堆芯可第一可移动舱盖(16)或第二可移动舱盖(17)的开启与关闭，并通过控制堆芯反应性控制板来达到控制堆芯反应性的目的；

所述压气机整体为圆柱形结构，用于为氢气或氦气工质提供循环动力；

所述反应堆堆芯区(11)整体为圆柱形结构，用于将核裂变产生的原子能转化为热能输出；

所述小型透平(12)与所述小型发电机(14)均为圆柱形结构，所述小型透平(12)用于将工质的焓膨胀做功转化为机械能，所述小型发电机(14)与所述小型透平(12)同轴连接，用于将机械能进一步转化为电能；

所述热交换器(3)由四根螺旋管或蛇形管构成，用于将工质的余热传递给所述空间热辐射散热器热管母管（2）和所述空间热辐射散热器小型热管（1）从而辐射入太空；

所述反应堆堆芯区(11)由固定舱盖(9)、可第一可移动舱盖(16) 、第二可移动舱盖(17)、反应堆堆芯热管(21)、反应堆堆芯热管母管翅片(27)、钨基含碳弥散体板状铀燃料(22)、中子反射层(23)、中子吸收层(24)和绝热层(25)组成。

2.根据权利要求1所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述的发电单元总控制室(15)中部中轴线处有多个串联的转轴，每个转轴控制所述第一可移动舱盖(16)和/或所述第二可移动舱盖(17)的开闭，可所述第一可移动舱盖(16)和/或所述第二可移动舱盖(17)通过舱盖移动头(5)实现周向移动；舱盖移动头(5)靠近发电单元外表面处安装有滑轮与滑轨，以实现完全开启后可所述第一可移动舱盖(16)和/或所述第二可移动舱盖(17)时，所述第一可移动舱盖(16)进入可第一移动舱盖操作空间(19)，而第二可移动舱盖(17)进入第二可移动舱盖操作空间(20)，且所述固定舱盖(9)和所述第一可移动舱盖(16)和/或所述第二可移动舱盖(17)的几何中心在发电单元径向的同一条直线上；由于所述第一可移动舱盖(16)和/或所述第二可移动舱盖(17)的移动路径上有所述热交换器(3)的换热管阻挡，因此在舱盖上开出两个路径槽；且所述第一发电单元总控制室（6）和所述第二发电单元总控制室（15）中每个转轴与舱盖移动头(5)之间拥有弹簧装置，以使得舱盖可以在开闭过程中出现必要的径向位移。

3.根据权利要求2所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述压气机由转轴 (7)、隔热屏蔽层(8)和压气机叶片区(10)组成，所述隔热屏蔽层(8)采用铅与碳化硼混合的方式进行中子与γ射线的屏蔽，且采用真空隔热板进行隔热；压气机叶片由耐高温含铬合金或者涂有隔热涂层的陶瓷型叶片构成，所述小型透平(12)中的叶片采用耐高温含铬合金或者涂有隔热涂层的陶瓷型叶片构成。

4.根据权利要求3所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述反应堆堆芯区（11）为热中子反应堆堆芯；所述钨基含碳弥散体板状铀燃料(22)在堆芯径向呈扇形分布且在轴向呈筒形分布；所述固定舱盖(9)、所述第一可移动舱盖(16)和所述第二可移动舱盖(17)内表面涂有氧化铍涂层，作为反应堆正常运行工况下的反射层；反应性控制板为板状，通过旋转反应性控制板以控制反应性，反应性控制板的两侧面由中子反射层(23)和中子吸收层(24)组成，所述中子反射层(23)材料为氧化铍，所述中子吸收层(24)材料为碳化硼，且反应性控制板将多个燃料块隔离成多个模块。

5.根据权利要求4所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述的热交换器(3)管壁材料采用钨铼合金或含有钽、钼与铌的合金材料；所述热交换器(3)的蛇形或螺旋形传热管每隔90度在卫星的周向进行布置，共布置4根，且每根传热管与多个模块的空间热辐射散热器热管母管（2）连接。

6.根据权利要求5所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述小型透平(12)和所述小型发电机(14)之间设置有隔热密封层（13），所述隔热密封层(13)采用气封和迷宫密封相结合的方式进行密封，同时可采用真空隔热板进行隔热。

7.根据权利要求6所述的一种模块化空间核反应堆发电单元，其特征在于，所述空间热辐射散热器热管母管（2）上设置有多个所述空间热辐射散热器小型热管（1），所述空间热辐射散热器热管母管（2）和所述空间热辐射散热器小型热管（1）呈T型。

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