[发明专利]双层绝缘套管、其制造方法及热离子能量转换器

说明书

本发明提供了一种双层绝缘套管，该双层绝缘套管包括：内管；以及外管，其与内管同轴地设置在内管的外部，其中，在内管的外壁与外管的内壁之间设置有嵌置组件，嵌置组件使得内管与外管同轴地设置在一起并且保持两者之间的绝缘关系。根据本发明制造的双层绝缘套管通过外管与内管之间的嵌置组件实现了内管与外管的牢固间隔定位，即使在长时间的高温状态下，也不会因为内管的变形而使内管与外管发生接触，由此保证了两者之间的绝缘性，相应地，大大延长了采用该双层绝缘套管的热离子能量转换器的使用寿命。还提供了一种包括该双层绝缘套管的热离子能量转换器以及双层绝缘套管的制造方法。

技术领域

本发明涉及高温绝缘领域，更具体地，涉及一种能够在高温状态下保持绝缘的双层套管，还涉及这种套管的制造方法以及包含这种套管的热离子能量转换器。

背景技术

现有核电站一般通过燃料堆的堆芯反应产生热量，通过多级换热系统将堆芯的热量传递至蒸汽发生器，用于在蒸汽发生器中产生蒸汽，通过蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，从而进行发电。因此，现有核电站从热能到电能的转化过程中存在较长的能量转化链，而这种能量转化的过程越长则会带来越大的能量损失，相应地，降低了能量转化率。

热离子能量转换器是一种将热能直接转化为电能的器件，其无需进行上述过程中的各种能量的传递和转化，因此具有较高的能量转化率。热离子能量转换器通常为双层套管结构，其中，内层套管作为热离子能量转换器的发射极，外层套管作为其接收极，通常情况下，内层套管的长度大于外层套管的长度。作为发射极的内层套管和作为接收极的外层套管均由高温合金材料加工而成，两个套管之间的间隙约为0.5mm，通过内层套管和外层套管以及两者的端部的其他零部件在两者之间形成真空环境的电极间隙空间。热离子能量转换器利用核燃料的核裂变产生的热能加热作为发射极的内层套管，使内层套管产生热电子发射出去，热电子通过电极间隙发射至作为接收极的外层套管，并最终被外层套管接收，内衬套管和外层套管与外部电路负载形成闭合回路，以便为外部电路负载供给电能。内层套管在长期工作过程中受到核燃料的燃料芯块的膨胀压力和高温蠕变的作用，容易发生变形，导致内层套管与外层套管发生接触，由此引起能量转换器的短路，导致其失效。因此需要提供一种能够保证内层套管和外层套管在高温工作过程中始终保持分离状态，以避免发生短路的双层套管结构，以便提高采用这种双层套管的能量转换器的使用寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种双层绝缘套管，该双层绝缘套管包括：内管；以及外管，所述外管与所述内管同轴地设置在所述内管的外部，其中，在所述内管的外壁与所述外管的内壁之间设置有嵌置组件，所述嵌置组件使得所述内管与所述外管同轴地设置在一起并且保持两者之间的绝缘关系。

根据本发明的双层绝缘套管的一个优选的实施例，所述嵌置组件包括相对固定地设置在所述外管的内壁中的定位环和设置在所述定位环上的绝缘间隔件。

在根据本发明的双层绝缘套管的另一个优选的实施例中，在所述外管的内壁中均匀间隔地设置有多个定位槽，所述定位环固定地设置在所述定位槽中。

根据本发明的双层绝缘套管的再一个优选的实施例，在所述定位环中设置有多个定位孔，所述绝缘间隔件设置在所述定位孔中。

在根据本发明的双层绝缘套管的又一个优选的实施例中，所述定位环在圆周上包括开口，以使所述定位环具有弹性。

根据本发明的双层绝缘套管的还一个优选的实施例，所述定位环由铌材料制成。

在根据本发明的双层绝缘套管的另一个优选的实施例中，所述绝缘间隔件由陶瓷材料制成。

根据本发明的双层绝缘套管的再一个优选的实施例，所述陶瓷材料包括氧化钪。

本发明还提供了一种热离子能量转换器，该热离子能量转换器包括：燃料组件和如上所述的任一种双层绝缘套管，其中，所述燃料组件设置在所述双层绝缘套管的内管内。