阅读说明：本技术 一种多用途双模式核反应堆电源 (Multipurpose dual-mode nuclear reactor power supply ) 是由 张大林 代智文 秋穗正 田文喜 苏光辉 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多用途双模式核反应堆电源,多个热管一端插入热管堆堆芯,另一端穿过屏蔽体插入换热器,多个热管插入热管堆堆芯中的部分包覆有热离子转换器,斯特林热电转换装置的热端与换热器相连,冷端与水冷夹套连接,最终将废热传入水冷夹套中的冷却水中；核燃料裂变产生的热量由热管堆堆芯传导至热离子转换器,再由热管将热量导入换热器,热离子转换器内外形成温差,静态做功产生电能；换热器将热量均匀传递给斯特林热电转换装置热端,冷端被水冷夹套冷却,换热器与水冷夹套在斯特林热电转换装置两端形成温差,动态做功产生电能；采用静态、动态热电转换的双模式提高了电源的可靠性,增加了电源的输出功率,供多种用途的装备与系统使用。(The invention discloses a multipurpose dual-mode nuclear reactor power supply, wherein one end of a plurality of heat pipes is inserted into a heat pipe reactor core, the other end of the plurality of heat pipes penetrates through a shielding body and is inserted into a heat exchanger, parts of the plurality of heat pipes inserted into the heat pipe reactor core are covered with a thermionic converter, the hot end of a Stirling thermoelectric conversion device is connected with the heat exchanger, the cold end of the Stirling thermoelectric conversion device is connected with a water-cooling jacket, and finally waste heat is transmitted into cooling water in; the heat generated by fission of the nuclear fuel is conducted to the thermionic converter by the reactor core of the heat pipe reactor, and then is guided into the heat exchanger by the heat pipe, and the thermionic converter forms temperature difference inside and outside and generates electric energy by static acting; the heat exchanger uniformly transfers heat to the hot end of the Stirling thermoelectric conversion device, the cold end of the Stirling thermoelectric conversion device is cooled by the water-cooling jacket, the heat exchanger and the water-cooling jacket form temperature difference at two ends of the Stirling thermoelectric conversion device, and dynamic work is performed to generate electric energy; the dual modes of static and dynamic thermoelectric conversion are adopted, so that the reliability of the power supply is improved, the output power of the power supply is increased, and the power supply can be used for equipment and systems with multiple purposes.)

一种多用途双模式核反应堆电源

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种多用途双模式核反应堆电源

背景技术

随着空间探索的发展，航天装备系统对空间核反应堆电源提出了重大需求，可靠、安全的空间核反应堆电源是未来空间探索的主要方向。

当前，空间核反应堆电源多单用静态或动态转化设计，静态转换效率低且质量比功率高，难以满足未来航天需求；动态转换装置转换效率高，但由于具有运动部件，在恶劣太空环境下长时间运行容易失效。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了多用途双模式核反应堆电源，可供多种用途的装备与系统使用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多用途双转换模式核反应堆电源，包括热管堆堆芯1、热离子转换器2、多个热管3、辐射屏蔽4、换热器5、斯特林热电转换装置6和水冷夹套7；所述多个热管3一端插入热管堆堆芯1，另一端穿过屏蔽体4插入换热器5，多个热管3插入热管堆堆芯1中的部分包覆有热离子转换器2，即热管堆堆芯1与热管3通过热离子转换器2隔开，斯特林热电转换装置6的热端与换热器5相连，冷端与水冷夹套7连接，通过水冷夹套7中的冷却水进行冷却，最终将废热传入冷却水中；核燃料裂变产生的热量由热管堆堆芯1传导至热离子转换器2，再由热管3将热量导入换热器5，热离子转换器2内外形成温差，静态做功产生电能；换热器5将热量均匀传递给斯特林热电转换装置6热端，冷端被水冷夹套7冷却，换热器5与水冷夹套7在斯特林热电转换装置6两端形成温差，动态做功产生电能；采用静态热电转换、动态热电转换的双模式提高了电源的可靠性，增加了电源的输出功率，供多种用途的装备与系统使用。

所述热管3中的工质为碱金属。

所述换热器5材料为高导热率金属。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

传统热离子空间核反应堆电源核燃料位于热离子转换器内部，热离子转换器外部采用液态金属冷却，结构复杂且安全性低，易发生冷却剂泄露以及单点失效问题，本发明利用利用热管堆的优势，将核燃料放置在热离子转换器外部，将冷却用的热管放置于热离子转换器内部，结构更简单，冷却介质采用热管避免了单点失效问题，提高了电源的可靠性。

本发明利用热离子转换器工作温度高的特点(热端工作温度2000K，冷端工作温度1000K)，在第一级静态转换器——热离子转换器后加入第二级动态转换器——斯特林转化器(转换效率25％)，解决了单纯热离子转化效率低(<7％)的缺点，提高了电源的转换效率。

在热管3与斯特林转换器6中间加入换热器5。传统热管堆将热管直接接入斯特林热端，当某个热管或热离子转换器失效时，与之相连接的斯特林转换器也会失效，大大的降低了电源的输出功率，本发明在热离子转换器2与热管3失效情况下，不会损失斯特林转换器6，可以通过控制反应堆功率来控制热管3的温度，以重新调节换热器5温度达到最优输出功率。

附图说明

图1为一种动静态转化空间核反应堆电源结构图。

图中：1-热管堆堆芯；2-热离子转换器；3-热管；4-屏蔽体；5-换热器；6-斯特林热电转换装置；7-水冷夹套。

具体实施方式

为更好地说明本发明，现结合附图对本发明工作原理作以描述。

如图1所示，一种多用途双转换模式核反应堆电源，包括热管堆堆芯1、热离子转换器2、多个热管3、辐射屏蔽4、换热器5、斯特林热电转换装置6和水冷夹套7；所述多个热管3一端插入热管堆堆芯1，另一端穿过屏蔽体4插入换热器5，多个热管3插入热管堆堆芯1中的部分包覆有热离子转换器2，即热管堆堆芯1与热管3通过热离子转换器2隔开，斯特林热电转换装置6的热端与换热器5相连，冷端与水冷夹套7连接，通过水冷夹套7中的冷却水进行冷却，最终将废热传入冷却水中；核燃料裂变产生的热量由热管堆堆芯1传导至热离子转换器2，再由热管3将热量导入换热器5，热离子转换器2内外形成温差，静态做功产生电能；换热器5将热量均匀传递给斯特林热电转换装置6热端，冷端被水冷夹套7冷却，换热器5与水冷夹套7在斯特林热电转换装置6两端形成温差，动态做功产生电能；采用静态热电转换、动态热电转换的双模式提高了电源的可靠性，增加了电源的输出功率，供多种用途的装备与系统使用。

作为本发明的优选实施方式，所述热离子转换器2处于热管堆堆芯1与热管3中间，采用热管堆堆芯及热管冷却，避免了电源的单点失效问题。

作为本发明的优选实施方式，所述热管3中的工质为碱金属，可满足热管3工作温度。。

作为本发明的优选实施方式，所述换热器5材料为高导热率金属，将热管3的热量均匀的传递给斯特林转换器热端，当热离子转换器2或热管3出现的失效问题时，不会导致某个斯特林转换器失效，降低电源输出功率。