[发明专利]一种热管双向插入堆芯的核反应堆电源

说明书

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。

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。