[实用新型]基于铀氢锆燃料和静态热电转换的热管冷却式反应堆电源

说明书

本实用新型涉及一种基于铀氢锆燃料和静态热电转换的热管冷却式反应堆电源，包括热管、设置在屏蔽体内侧的反应堆、布置在屏蔽体外侧的控制鼓驱动机构、换热器和安全棒驱动机构；所述热管一端伸入反应堆的热管孔道，另一端穿过所述屏蔽体插入所述换热器；所述换热器外表设置有温差发电元件；所述控制鼓驱动机构和安全棒驱动机构分别与所述反应堆的控制鼓和安全棒驱动连接。本实用新型的有益效果如下：该方案充分结合了铀氢锆燃料和热管冷却方式的安全性优点，保证在无人监控条件下长期运行的安全性；该方案充分简化系统结构，提高环境适应性和部署灵活性，可以很好地满足各类海洋活动对于十千瓦及以下量级能源的需求。

技术领域

本实用新型属于核电领域，具体涉及一种基于铀氢锆燃料和静态热电转换的热管冷却式反应堆电源。

背景技术

随着海洋战略地位和经济价值的日益凸显，偏远海岛守备、海洋水声监听、海底矿产开发、水文环境监测等军事和民事海洋活动对能源系统提出了越来越高的要求。目前各类海洋活动主要采用的能源装置是内燃机和化学电池，二者都存在一定的固有缺陷：内燃机需要外部持续供给大量化石燃料，且运行时需消耗空气(氧气)；化学电池能量密度不高，续航寿命短，需要反复充电，在低温环境下性能衰减明显。随着任务需求和装备性能的提升，内燃机和化学电池越来越难以满足海洋活动的能源需求，甚至已构成主要的发展瓶颈，迫切需要新型能源装置加以取代。

一类可用于海洋活动的新型能源装置是放射性同位素电源，该装置可将放射性同位素衰变释放的热量转换为电能供海洋活动使用。文献“Radioisotope ThermoelectricGenerators of the U.S.Navy”指出美国海军在20世纪70 年代就已装备了一系列放射性同位素电池，这些装置以放射性同位素钚-238或锶-90为热源，采用半导体温差发电元件将放射性同位素的衰变热转换为电能，输出电功率10-30W，设计运行寿命10-15年，主要用于为海洋水声定位系统、水文环境监测系统和北极地区的次声监测站供电。除放射性同位素电池以外，美国的H.K.McCluer等在文献“Radioisotope Fueled Multi-kilowatt EnergySources for Underwater Applications”中还提出了一种放射性同位素热源与朗肯循环发电相结合的水下电源系统方案，该系统可以使用钚-238、锶-90或钴 -60等多种放射性同位素，放射性衰变的热量由水回路导出，经热交换器传递至导热姆A朗肯循环回路实现发电；系统输出电功率可达5-10kW，设计运行寿命 15年以上。

另一类可用于海洋活动的新型能源装置是回路冷却式核反应堆电源，该装置可将核反应堆燃料裂变释放的能量转换为电能供海洋活动使用。日本的A. Otsubo在文献“Deep-sea Fast Reactors Demanded for Oceanography”中提出了一种基于液态金属冷却快中子反应堆和布雷顿循环发电的深海核反应堆电源系统方案DSFR，该系统中快堆的裂变热由钠-钾回路或铅-铋回路导出，经热交换器传递至氦-氙混合气体布雷顿循环回路实现发电；该方案采取系列化设计，按输出电功率高低分为40kW级、200kW级和500kW级三个子型号，设计运行寿命可达15-20年以上。

以上两种新型能源装置仍存在一定不足之处：放射性同位素电源的制造受到钚-238、锶-90等少数几种放射性同位素产量的严重制约，使用成本极高，难以大规模推广应用；回路冷却式的核反应堆电源系统复杂，需主泵能动冷却，无法从根本上杜绝失流事故(LOFA)和冷却剂丧失事故(LOCA)，需要专设安全装置保障系统安全。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于铀氢锆燃料和静态热电转换的热管冷却式反应堆电源，能够满足十千瓦及以下量级能源需求。

本实用新型的技术方案如下：