[发明专利]一种基于双层结构的温差核电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双层结构的温差核电池，可用于将放射性同位素的衰变能转换为电能，属于核能应用与热电转换领域。

背景技术

1954年，美国芒德实验室研制出第一个以放射性同位素为热源的温差发电器SNAP-3。1956年，美国提出核辅助能源系统计划，开展温差核电池的各项研制。由于目前各类温差发电器发电效率均偏低，并且发电功率极低，因此，开发出一种较高效率的温差发电器将具有深刻意义，同时，基于放射性同位素温差发电器各方面的优越性，提高该类温差发电器的效率及功率对社会各方面都具有重要影响。

现有的温差核电池大多数采用单层的结构，即：在放射源盒表面直接进行传热，源盒热面接触温差材料热端，温差材料的冷端直接接触外界环境。这种结构不利于对于热源的充分利用，放射性热源的能量转换效率差强人意。

随着温差核电池在航天探测器、深海探测、极地探测等领域的大量应用，提高热源利用率对探测器用电设备的长期工作具有重要意义。而现有的核电池对于热源的利用率较低，难以投入实际应用。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种基于双层结构的温差核电池，其为了解决温差核电池温差材料铺设困难，热源利用率低的问题，采用双层结构，并设计了一种温差材料的铺设方法，能够全面提升电池的热源利用率、输出性能以及利用价值。

本发明采用如下技术方案：一种基于双层结构的温差核电池，所述基于双层结构的温差核电池包括有放射源、放射性源盒、外壳、温差材料、凹槽、密封盖及散热装置，所述凹槽设置于所述放射性源盒的外部与所述外壳的外部，所述凹槽中均放置温差材料，所述放射源装填入放射性源盒内部，所述放射性源盒套入外壳内，在所述电池顶部加设密封盖，外部放置散热装置使其成为一个密闭整体，所述放射源、放射性源盒、温差材料、凹槽组成内部结构，所述外壳、温差材料、凹槽、密封盖、散热装置组成外部结构。

所述凹槽开凿在放射性源盒外表面及外壳外表面上。

所述放射源为具有衰变热效应的放射源。

所述放射源为α放射源或者β放射源。

所述双层结构为放射性源盒外层为一层，所述外壳与散热装置为一层所组成的双层结构。

所述放射性源盒由导热系数大于200W/m·K的金属材料制成，所述放射性源盒的高度小于外壳，所述放射性源盒的形状为六面体、圆柱体、六棱柱或者多棱柱形状。

所述外壳由导热系数小于1W/m·K的无机或有机材料制成，所述外壳的高度高于放射性源盒，所述外壳的形状为空心的六面体、圆柱体、六棱柱或者多棱柱形状，所述外壳的内表面与所述放射性源盒的外表面之间具有充分的传热空间。

所述密封盖与外壳的材料相同。

所述温差材料的形状为矩形片状、圆柱片状或者多边形片状，所述温差材料的连接方式为串联，并联或串并联结合。

所述散热装置为散热肋片、水冷装置或者风冷装置。

本发明具有如下有益效果：

（1）.本发明中的双层结构能对热源进行充分多次利用，以此能有效提升热源的利用率，同时增大了电池的输出性能，相比于传统结构的温差核电池，热源利用率可提升60%-80%；

（2）.本发明中的双层结构能通过放射性源盒以及外壳对放射性元素进行二次保护，减少了放射性同位素的泄露风险；

（3）.本发明的基于双层结构的温差核电池，其使用了长寿命的放射性同位素源，保证了电池能够长时间工作；

（4）.本发明的基于双层结构的温差核电池具有寿命长，热源利用率高，使用安全等特点，可用于将衰变能直接转换为电能，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明基于双层结构的温差核电池的主视图。

图2为本发明基于双层结构的温差核电池的横剖面图。

图3为本发明基于双层结构的温差核电池的纵剖面图。

其中：

1-放射源；2-放射性源盒；3-外壳；4-温差材料；5-凹槽；6-密封盖；7-散热装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。