[发明专利]一种海洋应用斯特林发电核反应堆电源系统

说明书

本发明公开了一种海洋应用斯特林发电核反应堆电源系统,属于核反应堆工程技术领域，包括堆芯、导热热管、斯特林发动机、散热热管、耐压壳体和保护容器；堆芯和斯特林发动机对应设置，并设置于耐压壳体内；堆芯外侧包覆有屏蔽层；导热热管分为蒸发端和冷凝端，导热热管穿过屏蔽层插入堆芯内部部分设定为蒸发端，插入斯特林发动机的热端部分设定为冷凝端；散热热管设置于斯特林发动机冷端与耐压壳体之间；保护容器套设于耐压壳体外侧形成环形流道，保护容器顶端设置有海水出口，海水出口与环形流道连通。本发明提供了一种应用于海洋环境的、能够提供长期水下电力供应的核反应堆电源系统，可以提高深远海装备的研发水平和缩短研制周期。

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及一种海洋应用斯特林发电核反应堆电源系统。

背景技术

我国幅员辽阔，海洋资源尤为丰富，但随着我国海洋战略逐渐从浅海走向深海，对能源需求量的加大以及现有能源在深海环境下的局限性已成为影响我国海洋装备发展的重要因素。核裂变不需要氧气，能量密度高，可以长期运行，是深海、深空探测的理想能源选择。目前，国内外针对空间应用提出了多种小型反应堆设计方案，但针对海洋应用特别是深海环境下使用的小型核电源系统，相关研究还很少。

斯特林发动机是通过气缸内工作介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，能量转换的效率可以达到30％以上。而且，斯特林发动机是一种外燃发动机，可以使用多种燃料作为能源，如工厂余热、地热、太阳能、核能等。

根据海洋环境应用特性，结合核能以及斯特林热机的高效能量转换系统，可为深海装备提供长时间电力供应的发电系统。

发明内容

本发明提出一种能够根据海洋环境应用特性并结合核能以及斯特林热机的高效能量转换系统、且可为深海装备提供长时间电力供应的发电系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种海洋应用斯特林发电核反应堆电源系统，包括堆芯、导热热管、斯特林发动机、散热热管、耐压壳体和保护容器；

所述堆芯和所述斯特林发动机对应设置，并设置于所述耐压壳体内；

所述堆芯外侧包覆有屏蔽层，用于保护所述斯特林发动机和海洋环境免受所述堆芯的辐射损伤；

所述导热热管分为蒸发端和冷凝端，所述导热热管穿过所述屏蔽层插入堆芯内部部分设定为蒸发端，插入斯特林发动机的热端部分设定为冷凝端，用于将所述堆芯产生的热量传递给斯特林发动机；

所述散热热管设置于所述斯特林发动机冷端与所述耐压壳体之间，用于将述斯特林发动机冷端的热量导出至所述耐压壳体的壁面，以保证所述斯特林发动机冷端温度恒定；

所述保护容器套设于所述耐压壳体外侧并形成环形流道，所述保护容器顶端设置有海水出口，所述海水出口与所述环形流道连通。

进一步地，所述环形流道内设置有散热翅片，所述散热翅片将所述环形流道划分为多个独立流道，用于提高海水的自然循环能力和增大所述耐压壳体壁面的换热面积。

进一步地，所述散热翅片的数量和布置方式根据堆芯的最大功率、斯特林发动机能量转换效率、散热热管的工作温度以及海水温度确定。

进一步地，所述堆芯为热管冷却快中子反应堆；所述堆芯包括堆芯燃料，所述堆芯燃料采用氮化铀。

进一步地，所述导热热管中的工质为液态金属钠。

进一步地，所述斯特林发动机为自由活塞式斯特林发动机，其运行工质为氦气，工作过程中利用氦气的体积随温度的反复变化，推动活塞，带动发电机发电。

进一步地，所述散热热管的工质为钾。

进一步地，所述海水出口管道的高度根据冷却海水或空气流量计算。