[发明专利]一种热管堆耦合超临界CO2

说明书

本发明公开了一种热管堆耦合超临界CO₂循环的核动力装置及其使用方法，该装置包括：热管型反应堆堆芯、热管、热管换热器和超临界二氧化碳循环系统；热管一端与热管型反应堆堆芯连接，另一端与热管换热器连接，热管换热器与超临界二氧化碳循环系统连接；该装置的使用方法为：热管将热管型反应堆堆芯产生的热能非能动的载入热管换热器中，在热管换热器中二氧化碳吸收热量，升温，升温后的超临界二氧化碳进入超临界二氧化碳循环系统中，进行能量循环交换。本发明公开的一种热管堆耦合超临界CO₂循环的核动力装置结构紧凑，安全可靠性高，运行维护相对简单、节能和环保，实现了热能到电能的转换，可为水下无人潜航器提供足够的动力，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于核动力领域，具体涉及一种热管堆耦合超临界CO₂循环的核动力装置及其使用方法。

背景技术

深海蕴藏着人类社会未来发展所需的各种战略资源，是21世纪人类可持续发展的新疆域。大型无人潜航器是深海和两极冰下水文调查、资源勘测及开发的有效工具，可长期在水下自主航行。但是现有的常规能源无法满足大型无人潜航器长时间、大范围自主作业的要求，能源动力不足已经成为制约无人潜行器发展的关键因素。而核动力装置具有能量密度高、寿期长、不依赖空气等特征，是大型无人潜航器动力源的理想选择。

受制于水下宝贵的舱内空间资源、复杂水下环境以及无人条件，应用于无人潜航器的核动力装置必须具有固有安全、轻质紧凑、简单可靠、抗摇摆等特点。传统水下核动力装置采用“压水堆+蒸汽朗肯循环”系统，这种装置存在设备结构复杂、循环效率低、振动噪声高、运行维护困难的问题；新型水下核动力装置采用“铅基反应堆+超临界二氧化碳循环”系统，该装置存在剧毒Po-210造成设备维修困难，铅基反应堆材料具有腐蚀性等问题，且铅基反应堆中铅的熔点较高，为了维持反应堆解冻及液态状态都需要在装置中添加相应的功能模块，增加了装置的复杂性；还有一种核动力装置采用“钠冷快堆+蒸汽朗肯循环”的系统，在反应堆启动时需解冻金属，且二次侧钠与水发生反应的风险也较高，因此这些问题的存在也限制了该装置在水下环境中的应用。

因此，亟需一种结构简单、安全可靠的且适应水下环境的新型核动力装置为无人潜航器提供足够的动力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种结构简单、安全可靠、体积较小、效率较高的一种热管堆耦合超临界CO₂循环的核动力装置及其使用方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种热管堆耦合超临界CO₂循环的核动力装置，其特征在于：所述装置包括：

热管型反应堆堆芯；

热管，所述热管一端与热管型反应堆堆芯连接；

热管换热器，所述热管换热器与热管的另一端连接；

超临界二氧化碳循环系统，所述超临界二氧化碳循环系统与热管换热器连接。

优选的，所述超临界二氧化碳循环系统包括：

透平，透平与热管换热器连接；

压缩机，所述压缩机转轴与透平转轴连接，透平转轴带动压缩机的转轴同步转动；

发电机，所述发电机转轴与压缩机转轴连接，压缩机转轴带动发电机转轴同步转动；

冷却器，所述冷却器出气口与压缩机的进气口连接；

回热器，沿气体流动方向，透平的出气口与所述回热器的第一进气口连接；回热器的第一出气口与冷却器的进气口连接；压缩机的出气口与回热器的第二进气口连接；回热器的第二出气口和热管换热器连接。

优选的，所述热管型反应堆堆芯为全固态堆芯。