CN113567879A - 一种动静态转换小型核电源实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种动静态转换小型核电源实验装置，包括底座、真空罩、封盖、分水器、温差发电器、高性能换热器、左侧传热铜块、堆芯传热铜块、大功率加热棒、高温热管、右侧传热铜块、斯特林电机、斯特林电机安装座。大功率加热棒与高温热管在堆芯传热体中交叉排列，部分高温热管的一端自堆芯传热体的左侧伸出嵌入左侧传热铜块中，热量自高温热管传递至左侧传热铜块后便可到达温差发电器；部分高温热管的一端自堆芯传热体的右侧伸出嵌入右侧传热铜块中，热量经高温热管导出后，通过右侧传热铜块后，便可传递至斯特林电机中。本发明温差发电器的热电转换为静态转换，斯特林电机的热电转换为动态转换，动静态转换相结合，从而可以应用于多种工作环境。

Description

一种动静态转换小型核电源实验装置
技术领域
本发明涉及先进反应堆设计分析领域，具体涉及一种在微型核反应堆及其他应用领域中具有广泛应用前景的动静态转换小型核电源实验装置。
背景技术
高温热管具有运行温度高、传热效率高、等温性好、安全可靠等优点，温差发电器是一种基于塞贝克效应的静态热电转换器件，具有可靠性高、静态无噪声、绿色无污染等优点。斯特林电机是一种基于自由活塞式的动态热电转换器件，实际循环效率较高，具有排气中有害成分较少，噪声较低，无需气门机构，运行平稳等优点。在反应堆热工水力设计技术领域，针对现有能源系统存在着续航时间段、动力不足等技术短板，设计出一种动静态转换小型核电源实验装置来满足特殊装备对能源系统的实际要求。
针对动静态转换小型核电源实验装置的研究还未有相关现有技术见诸报道或公开。
发明内容
为避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可应用于多种领域动静态转换小型核电源实验装置，满足应用于多种领域的微型核电源实验研究的需要。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：包括底座1，设置在底座1上的真空罩2、设置在真空罩2顶部的封盖3，设置在真空罩2与封盖3内的分水器4、温差发电器5、高性能换热器6、左侧传热铜块7、堆芯传热铜块8、大功率加热棒9、高温热管10、右侧传热铜块11、斯特林电机12和斯特林电机安装座13组成实验部件；所述大功率加热棒9为高温热管10提供热量，用于模拟反应堆中燃料元件；所述大功率加热棒9与所述高温热管10在堆芯传热体8中交叉排列，呈三角形分布；部分所述高温热管10的一端自堆芯传热体8的左侧伸出嵌入左侧传热铜块7中，温差发电器5的热端附着于左侧传热铜块7表面上，冷端与高性能换热器6接触，热量自高温热管10传递至温差发电器5；部分所述高温热管10的一端自堆芯传热体8的右侧伸出嵌入右侧传热铜块11中，所述斯特林电机12左侧的加热端嵌入右侧传热铜块11的右表面中，并依靠斯特林电机安装座13固定，热量经高温热管10导出后，通过右侧传热铜块11后，便可传递至斯特林电机12中；分水器4的入口连通真空罩2的进水口，多个出口分别连通高性能换热器6和堆芯左侧传热体7入口，高性能换热器6和堆芯左侧传热体7的出口连通并真空罩2的出水口；冷却水自真空罩2的进水口进入实验装置后，流经分水器4，部分冷却水流经高性能换热器6，对温差发电器5进行冷却，其余的多股冷却水则流经堆芯左侧传热体7，之后所有的冷却水合流后自真空罩2的出水口流出；所述实验部件在实验时均处于真空状态或充满惰性气体状态。
所述高温热管10运行温度在1000℃以上，所述高温热管10内部的吸液芯的材质需在高温运行条件拥有稳定的性能，吸液芯与高温热管管壁采用点焊的压紧方式，吸液芯采用复合吸液芯。
所述大功率加热棒9具有>1500℃的耐高温性能，并且能够提供200kW的热功率。
所述高性能换热器6为纳米涂层强化换热器、微通道强化换热器或翼型印刷电路板式换热器。
所述温差发电器5附着于左侧传热体7的上表面，高性能换热器6的下表面；
所述堆芯传热体8为正六棱柱状。
所述实验装置共使用了37根高温热管10和90根大功率加热棒9。
本发明提供了一种动静态转换小型核电源实验装置，温差发电器5的热电转换为静态转换，斯特林电机12的热电转换为动态转换。动态转换可以实现更高的发电功率，以便在平常状态下进行工作运转；而在一些极端工作环境下，应当使用静态转换，例如静音和无污染的要求；同时两套独立的发电方案能够提高装置的可安全性和冗余性，从而可以应用于多种工作环境。
附图说明
图1为动静态转换小型核电源实验装置示意图
图2为堆芯传热体中高温热管和大功率加热棒的布置示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明包括底座1、真空罩2、封盖3、分水器4、温差发电器5、高性能换热器6、左侧传热体7、堆芯传热体8、大功率加热棒9、高温热管10、右侧传热体11、斯特林电机12、斯特林电机安装座13。所述大功率加热棒9为热管提供热量，用来模拟实际反应堆中的燃料棒；所述大功率加热棒9与所述高温热管10的一端在堆芯传热体8交叉分布；所述实验装置一共使用了37根高温热管10和90根大功率加热棒；部分所述高温热管10的另一端自堆芯传热体8的左侧伸出嵌入左侧传热铜块7中；温差发电器5的热端附着于左侧传热铜块7的上表面上，温差发电器5的冷端与高性能换热器6接触，热量自堆芯传热体8中传递至高温热管10，之后传递至温差发电器5，完成静态热电转换；部分所述高温热管10的另一端自堆芯传热体8的右侧伸出嵌入右侧传热铜块11中，所述斯特林电机12左侧的加热端嵌入右侧传热铜块11的右表面中，并依靠斯特林电机安装座13固定，热量经高温热管10导出后，通过右侧传热铜块11后，便可传递至斯特林电机12中，完成动态热电转换；分水器4的入口连通真空罩2的进水口，多个出口分别连通高性能换热器6和堆芯左侧传热体7入口，高性能换热器6和堆芯左侧传热体7的出口连通并真空罩2的出水口；冷却水自真空罩2的进水口进入实验装置后，流经分水器4，部分冷却水流经高性能换热器6，对温差发电器5进行冷却，其余的多股冷却水则流经堆芯左侧传热体7，之后所有的冷却水合流后自真空罩2的出水口流出；上述实验部件均放置于底座1上，并用真空罩2罩住，为了防止泄露用封盖3进行处理；上述实验部件在实验时均处于真空状态或充满惰性气体状态。
如图2所示，所述大功率加热棒9与所述高温热管10在堆芯传热体中交叉排布，一共使用了37根高温热管10和90根大功率加热棒。高温热管10的一端均与大功率加热棒9在堆芯传热体8中实现热量传递。有20根高温热管10自左侧伸展而出，将热量传递至温差发电器5，实现静态热电转换。有12根高温热管10自右侧伸展而出，将热量传递至斯特林电机12中，实现动态热电转换。剩余的高温热管10用于观察实验。
本发明动静态转换小型核电源实验装置的工作方法为，实验开始前，启动真空罩2，让实验装置处于真空环境中。实验开始前打开真空罩2的进水口，确保冷却水回路畅通，之后，启动大功率加热棒9至实验所需的功率，对高温热管10进行加热，并调整冷却水流量进行实验。所有实验均需记录大功率加热棒9的功率、高温热管10的温度、温差发电器5的温度、斯特林电机12的温度以及冷却水流量等参数。

Claims (7)

1.一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：包括底座(1)，设置在底座(1)上的真空罩(2)、设置在真空罩(2)顶部的封盖(3)，设置在真空罩(2)与封盖(3)内的分水器(4)、温差发电器(5)、高性能换热器(6)、左侧传热铜块(7)、堆芯传热铜块(8)、大功率加热棒(9)、高温热管(10)、右侧传热铜块(11)、斯特林电机(12)和斯特林电机安装座(13)组成实验部件；所述大功率加热棒(9)为高温热管(10)提供热量，用于模拟反应堆中燃料元件；所述大功率加热棒(9)与所述高温热管(10)在堆芯传热体(8)中交叉排列，呈三角形分布；部分所述高温热管(10)的一端自堆芯传热体(8)的左侧伸出嵌入左侧传热铜块(7)中，温差发电器(5)的热端附着于左侧传热铜块(7)表面上，冷端与高性能换热器(6)接触，热量自高温热管(10)传递至温差发电器(5)；部分所述高温热管(10)的一端自堆芯传热体(8)的右侧伸出嵌入右侧传热铜块(11)中，所述斯特林电机(12)左侧的加热端嵌入右侧传热铜块(11)的右表面中，并依靠斯特林电机安装座(13)固定，热量经高温热管(10)导出后，通过右侧传热铜块(11)后，便传递至斯特林电机(12)中；分水器(4)的入口连通真空罩(2)的进水口，多个出口分别连通高性能换热器(6)和堆芯左侧传热体(7)入口，高性能换热器(6)和堆芯左侧传热体(7)的出口连通并真空罩(2)的出水口；冷却水自真空罩(2)的进水口进入实验装置后，流经分水器(4)，部分冷却水流经高性能换热器(6)，对温差发电器(5)进行冷却，其余的多股冷却水则流经堆芯左侧传热体(7)，之后所有的冷却水合流后自真空罩(2)的出水口流出；温差发电器(5)的热电转换为静态转换，斯特林电机(12)的热电转换为动态转换，动态转换能够实现更高的发电功率；所述实验部件在实验时均处于真空状态或充满惰性气体状态。
2.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述高温热管(10)运行温度在1000℃以上，所述高温热管(10)内部的吸液芯的材质需在高温运行条件拥有稳定的性能，吸液芯与高温热管管壁采用点焊的压紧方式，吸液芯采用复合吸液芯。
3.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述大功率加热棒(9)具有>1500℃的耐高温性能，并且能够提供200kW的热功率。
4.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述高性能换热器(6)为纳米涂层强化换热器、微通道强化换热器或翼型印刷电路板式换热器。
5.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述温差发电器(5)附着于左侧传热体(7)的上表面，高性能换热器(6)的下表面。
6.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述堆芯传热体(8)为正六棱柱状。
7.根据权利要求1所述一种动静态转换小型核电源实验装置，其特征在于：所述实验装置共使用了37根高温热管(10)和90根大功率加热棒(9)。
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