[发明专利]一种液态燃料空间堆

说明书

本发明公开了一种液态燃料空间堆，包括活性区、第一泵、第二泵、蒸汽发生器以及动力转换系统；第一泵和第二泵分别设置在活性区和蒸汽发生器之间的不同路径上；上述组成部分均通过管道进行连接；动力转换系统包括汽轮机、发电机、励磁机、凝汽器、凝结水泵和加热器。本发明提出的用于深海探索的液态燃料空间堆比现有的普通空间堆设计具备更高的安全性，不仅采用可耐高压的液态燃料，还能够在深海压力超过空间堆自身的最大承受压力时，利用非能动的浮力与重力之差来减小下潜的深度从而避免空间堆造成巨大的损坏，具有非能动的外压控制能力。

技术领域

本发明涉及核工程领域，尤其涉及一种液态燃料空间堆。

背景技术

深海探索工程一般分为三个阶段，第一个阶段为开展小型深海空间站实验艇的测试，例如“蛟龙一号”是我国第一艘载人潜水器，其最大下潜深度超过了七千米；第二个阶段为小型深海移动工作站的测试，该工作站不仅需要测试其下潜深度，还需要验证其海底移动性能；第三个阶段为大型深海空间站，可供较大型科研团队在深海长时间工作，因此需要较大规模的稳定动力源，而核动力则成为深海空间站的理想能量来源。这是因为深海空间站需要大量的高能量密度动力，而1g质量的²³⁵U完全裂变所放出的能量超过八万兆焦耳，相当于2.8吨标准煤完全燃烧所释放出的热能，因此发明出能够应用于深海探索的深海空间堆非常有意义。

发明内容

本发明的目的在于克服深海巨大压力而导致核反应堆中固态燃料元件容易失效的缺点，提供一种液态燃料空间堆。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种液态燃料空间堆，包括活性区、第一泵、第二泵、蒸汽发生器以及动力转换系统；第一泵和第二泵分别设置在活性区和蒸汽发生器之间的不同路径上；上述组成部分均通过管道进行连接；

动力转换系统包括汽轮机、发电机、励磁机、凝汽器、凝结水泵和加热器。

具体地，所述活性区的截面积大于管道的横截面积，因此单位高度的活性区体积要大于单位高度的管道体积，活性区将慢慢堆积高温燃料盐。

具体地，液态燃料空间堆的工作过程为：将铀粉末和盐粉末混合装入第一泵和活性区之间的密封的管道中，使用加热器对管道进行加温，达到混合物熔点后，燃料溶解在燃料盐中，铀在燃料盐内部和中子发生核裂变反应；

启动第一泵，将高温燃料盐引入活性区，当活性区的燃料质量超过临界质量后，活性区内部发生可自持的链式裂变反应，中子与燃料发生核裂变产生的热量释放到燃料盐中，并随着燃料盐的流动，热量被从带出活性区；

被带出活性区的燃料盐达到蒸汽发生器的一次侧，并与蒸汽发生器的二次侧工质发生热量交换，把热量传递给二次侧工质。一次侧燃料盐在传递完热量后，通过第二泵提供的动能，返回活性区，二次侧工质在蒸汽发生器内产生蒸汽，并由蒸汽推动动力转换系统的汽轮机，由汽轮机带动电动机发电，这些电力将为深海空间站提供长期动力。

具体地，所述二次侧工质为水，一次侧工质为被带出活性区的高温燃料盐。

更进一步地，动力转换系统的工作过程为：二次侧工质在蒸汽发生器内产生水蒸汽，水蒸汽将进入动力转换系统的汽轮机，推动汽轮机做功并带动电动机发电，励磁机将给发电机的转子提供转子电源，汽轮机的出口的乏汽进入凝汽器，之后由凝结水泵送入加热器，又返回蒸汽发生器。

具体地，在所述液态燃料空间堆的活性区外部设置反射层，在反射层与压力容器之间设置单向逆止阀，反射层与压力容器之间的燃料在正常运行时给活性区提供燃料补充，在深海压力超过空间堆所能承受的最大压力时，单向逆止阀就会打开，自动排除一部分的燃料，从而依靠海水的浮力上升，使得空间堆的压力小于其最大承受压力，避免深海空间站因外部过大而失效。反射层和压力容器之的燃料，会在堆芯的上方集合，燃料流入管道，然后再流回堆芯底部，然后在活性区发生核反应之后，又会流出堆芯顶部，从而无限循环。