阅读说明：本技术 一种用于水下无人潜器的核电源系统 (Nuclear power supply system for underwater unmanned submersible vehicle ) 是由 夏庚磊 张元东 杜雪 彭敏俊 朱海山 王航 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种用于水下无人潜器的核电源系统,其能够提高反应堆的固有安全性和无人自主控制能力。该系统包括堆芯、高温热管、碱金属热电转换装置、中温热管、蓄电池和耐压壳体；所述高温热管的蒸发段插入堆芯内部,高温热管的冷凝段插入碱金属热电转换装置内部,所述碱金属热电转换装置包括多组热电转换模块,每一个热电转换模块的加热端均与高温热管相连,热电转换模块的冷凝端与中温热管相连；所述中温热管的冷凝段与耐压壳体相连,将废热传导进周围的海水中；所述碱金属热电转换装置还连接有蓄电池,碱金属热电转换装置将热能转换为电能,并将电能存储在所述蓄电池内部。(The invention provides a nuclear power supply system for an underwater unmanned submersible vehicle, which can improve the inherent safety and unmanned autonomous control capability of a reactor. The system comprises a reactor core, a high-temperature heat pipe, an alkali metal thermoelectric conversion device, a medium-temperature heat pipe, a storage battery and a pressure-resistant shell; the evaporation section of the high-temperature heat pipe is inserted into the reactor core, the condensation section of the high-temperature heat pipe is inserted into the alkali metal thermoelectric conversion device, the alkali metal thermoelectric conversion device comprises a plurality of thermoelectric conversion modules, the heating end of each thermoelectric conversion module is connected with the high-temperature heat pipe, and the condensation end of each thermoelectric conversion module is connected with the medium-temperature heat pipe; the condensing section of the medium temperature heat pipe is connected with the pressure-resistant shell, and waste heat is conducted into the surrounding seawater; the alkali metal thermoelectric conversion device is also connected with a storage battery, converts heat energy into electric energy and stores the electric energy in the storage battery.)

一种用于水下无人潜器的核电源系统

技术领域

本发明涉及核反应堆工程技术领域，具体涉及一种完全采用非能动方式运行，适用于水下无人潜器的核电源系统。

背景技术

我国拥有丰富的海洋资源，但是随着我国海洋战略逐渐从浅海走向深海，能源供应不足已经成为深海装备发展的主要技术瓶颈。

核反应堆功率密度高、无需消耗氧气、可全天时自主工作，已成为深海装备动力的一个优先选择，特别是对于深海监测站、载人深潜器和海底钻井平台等需要长期能源供应的基础设施，小型核反应堆电源系统具有不可比拟的优势。

目前，国内外针对空间应用提出了不同的小型反应堆方案，包括金属冷却反应堆，热管冷却反应堆等，但是还没有针对水下无人潜器的小型核电源系统。而且深海复杂环境下的反应堆性能与陆地用和深空用有很大的不同，主要是由于深海环境的重力状态、冷凝条件、小堆热能输出条件等影响。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提出一种用于水下无人潜器的核电源系统，其能够提高反应堆的固有安全性和无人自主控制能力。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于水下无人潜器的核电源系统，包括堆芯、高温热管、碱金属热电转换装置、中温热管、蓄电池和耐压壳体；

所述高温热管的蒸发段***堆芯内部，高温热管的冷凝段***碱金属热电转换装置内部，所述碱金属热电转换装置包括多组热电转换模块，每一个热电转换模块的加热端均与高温热管相连，热电转换模块的冷凝端与中温热管相连；

所述中温热管的冷凝段与耐压壳体相连，将废热传导进周围的海水中；

所述碱金属热电转换装置还连接有蓄电池，碱金属热电转换装置将热能转换为电能，并将电能存储在所述蓄电池内部。

作为一种优选的实施方式，所述堆芯为快中子反应堆，内部采用核燃料的富集度为19.5％的氮化铀。

作为一种优选的实施方式，所述堆芯由燃料棒和金属基体组成，所述堆芯四周包覆有反射层和屏蔽层。

作为一种优选的实施方式，所述高温热管中的工质为钠。

作为一种优选的实施方式，所述中温热管中的工质为钾。

作为一种优选的实施方式，所述耐压壳体的外表面有翅片。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

1、本技术方案的反应堆、能量转换系统以及废热排放系统都是采用的非能动的运行方式，全系统没有泵、阀门等转动部件，提高了反应堆的固有安全性，有利于反应堆无人自主控制的实现。

2、本技术方案实现了利用耐压壳体壁面的废热排放，不需要设置和海水联通的换热器，避免了海水对换热器传热管的腐蚀，同时使得反应堆所有相关部件封闭在耐压壳体内部，反应堆的运行不会受下潜深度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图中：1-堆芯，2-高温热管；3-碱金属热电转换装置；4-中温热管；5-蓄电池；6-耐压壳体；7-燃料棒；8-金属基体；9-反射层；10-屏蔽层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明用于水下无人潜器的核电源系统的一种实施例，其包括堆芯1、高温热管2、碱金属热电转换装置3、中温热管4、蓄电池5和耐压壳体6。堆芯1由燃料棒7和金属基体8组成，堆芯1采用的是快中子反应堆，内部采用核燃料的富集度为19.5％的氮化铀，在堆芯1的四周包覆有反射层9和屏蔽层10。高温热管2中的工质为钠，中温热管4中的工质为钾。

高温热管2的蒸发段***堆芯1的内部，高温热管2的冷凝段***碱金属热电转换装置3内部。碱金属热电转换装置3包括多组热电转换模块，每一个热电转换模块的加热端均与高温热管2相连，热电转换模块的冷凝端与中温热管4相连，基于加热端和冷凝端的温差，形成碱金属工质的两相自然循环流动。

中温热管4的冷凝段与耐压壳体6相连，能够将废热传导进周围的海水中，为了加快热量的传递，在耐压壳体6的外表面还设有若干翅片；所述碱金属热电转换装置3还连接有蓄电池5，碱金属热电转换装置3利用内部β″-Al₂O₃固体电解质材料对电子的选择性通过原理产生电势，将热能转换为电能，并将电能存储在蓄电池5内部。

该实施例的用于水下无人潜器的核电源系统完全采用非能动的运行方式，具有较高的固有安全性，可为水下无人潜器提供百千瓦级的电力。

本发明核电源的原理为：堆芯1中的燃料棒7发生核裂变反应产生热量，堆芯1温度升高。高温热管2将堆芯1热量传递到碱金属热电转换装置3的加热端。其内部的碱金属被加热后变成蒸汽，蒸汽流过β″-Al₂O₃固体电解质形成电势差，热能转换为电能，并被存储在蓄电池5中。碱金属蒸汽在热电转换装置3的冷凝端冷凝，液体在吸液芯的毛细吸力作用下重新流回加热端。冷凝端的热量被中温热管4传递到耐压壳体6壁面，废热最终传递到周围的大海环境中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。