[发明专利]一种双层冷却堆芯发电系统

说明书

本发明公开了一种双层冷却堆芯发电系统，包括：堆芯，所述堆芯包括内层堆芯及外层堆芯，所述内层堆芯设置在所述外层堆芯的内部，所述外层堆芯的外部设置有反射层；热管，多个所述热管设置于所述内层堆芯的内部，所述热管上设置有预热器及换热器；预电离模块，所述预电离模块与所述外层堆芯连接；发电模块，所述发电模块与所述预电离模块电性连接；本发明实现了堆芯的紧凑性，又利用气冷堆特点提高了堆芯出口温度，使得出口处氦氙工质可以通过预电离达到非平衡电离状态。

技术领域

本发明涉及核反应堆工程技术领域，更具体的说是涉及一种双层冷却堆芯发电系统。

背景技术

随着深空、深海探索技术的不断发展，能源与动力供应问题制约了相关领域的进一步发展。传统能源与动力供应手段存在各种缺陷，无法在深空、深海等特种环境中开展工程应用，而核反应堆能源动力系统凭借自身不受环境影响、功率大、寿期长等优势成为深空、深海探索任务中理想可靠的能源供应手段。因此，提出紧凑高效的小型、微型反应堆能源动力系统设计对深空、深海探索技术的深入发展至关重要。

磁流体发电是通过流动的导电流体与磁场相互作用而产生电能。磁流体发电是静态热电转换中效率最高的方式，同时其没有运动部件、结构紧凑、尺寸与质量较小，在特种环境中的能源供应具有良好的应用前景。然而，为了保证工质能够电离成导电的离子流，磁流体发电需要工质入口温度达到2000K以上，这对反应堆等其他结构的材料提出很大的挑战。

热管依靠内部工质相变和连续循环实现热量传递，传热效率高、压力损失小、安全可靠且能够增大反应堆堆芯换热面积，现已广泛应用于空间核反应堆设计中。但是受限于热管工质的热物性，其反应堆出口温度难以达到磁流体发电所需温度。

以氦氙为工质的气冷反应堆同样被广泛应用于空间堆的设计研究中，其安全可靠、堆芯出口温度高，与闭式布雷顿能量转换系统相结合可以实现较高的热电转换效率。然而，气体较差的导热性导致反应堆堆芯设计需要更大的尺寸，这不满足小型、微型反应堆系统对尺寸与重量的较高要求。

因此，如何提供一种能够解决上述问题的发电系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够解决上述问题的双层冷却堆芯发电系统，采用锂热管与氦氙混合工质对堆芯双层冷却，既缩减堆芯尺寸，又实现较高的堆芯出口温度以满足磁流体发电设备运行需求，全系统结构紧凑、发电高效、布置方向灵活，可以实现在深空、深海等特种环境的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双层冷却堆芯发电系统，包括：

堆芯，所述堆芯包括内层堆芯及外层堆芯，所述内层堆芯设置在所述外层堆芯的内部，所述外层堆芯的外部设置有反射层；

热管，多个所述热管的一端设置于所述内层堆芯的内部，且所述热管上设置有预热器及换热器；

预电离模块，所述预电离模块与所述外层堆芯电性连接；

发电模块，所述发电模块与所述预电离模块电性连接。

采用上述装置的有益效果为：设置预电离模块可以降低堆芯出口工质温度，能够适当避免磁流体发电需要的超高温工质对反应堆系统及设备工艺挑战性；预电离设备可以理解为联接堆芯出口与磁流体发电设备，通过设置多个热管扩大了堆芯的换热面积，实现了堆芯的紧凑性。

优选的，还包括：第一控制棒，所述第一控制棒设置于所述内层堆芯的内部中心。

优选的，还包括第二控制棒，多个所述第二控制棒设置于所述外层堆芯的内部。

优选的，所述第一控制棒及所述第二控制棒还连接有驱动机构。