[发明专利]一种斯特林循环反应堆系统演示实验装置

说明书

本发明提供一种斯特林循环反应堆系统演示实验装置，支架通过铝型材搭建，加热装置分为控制装置和侵入式加热器；导热装置分为柱状容器、导热介质、测温设备、套筒、隔热层。支架通过接触限制和支撑装置其余部分，侵入式加热器焊接于法兰上，柱状容器左端面开口，通过螺栓连接侵入式加热器，所述柱状容器右端面封闭，在中心处钻孔并与套筒焊接，所述斯特林发动机的加热端完全嵌入套筒内部，实现与所述导热装置的传热。本发明提供了一种结构简单、价格低廉、演示验证工况范围广、控制速度快、控制功率范围宽、温度范围广、导热性能优良的紧凑式小型模块化斯特林循环反应堆演示验证装置，填补我国斯特林循环反应堆系统演示验证方面的空白。

技术领域

本发明涉及一种斯特林循环反应堆系统演示实验装置，主要涉及到传热学、流体力学、核物理、工程热力学等技术领域。

背景技术

目前世界各工业强国均在加紧小型特种核反应堆电源系统的开发，其中美国、俄罗斯均成功发射使用同位素电源的卫星。美国在2015年提出了基于斯特林循环的热管空间反应堆Kilopower电源，相关设计简单、设备性能优异，对特种堆型的设计具有颠覆性意义。而我国相关工作启动较晚，且目前大多集中于高校和科研院所对空间核反应堆电源系统的概念设计和数值计算，或针对某些零件独立的研究，如兰州空间技术物理研究所对空间斯特林发动机的研究和西北核技术研究所对热管空间堆的概念设计。反应堆的建造需要首先建立原型堆，尤其是应用于特殊场景(如太空或深海)的堆型，需要建立地面原型堆对其设计进行验证。目前我国尚未出现地面原型堆的相关报道，演示验证领域的空白也可能在一定程度上影响我国未来特种堆的研发进度。本发明提供的一种斯特林循环的反应堆系统演示实验装置，可以通过装置参数的调节模拟不同工况(如启、停堆和稳定工作)下反应堆工作情况，以验证相关概念设计的可行性，为建立地面原型堆提供实验基础。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、价格低廉、演示验证工况范围广、控制速度快、控制功率范围宽、温度范围广、导热性能优良的紧凑式小型模块化斯特林循环反应堆演示验证装置，填补我国斯特林循环反应堆系统演示验证方面的空白。

本发明的目的是这样实现的：包括支架、加热装置、导热装置和斯特林发动机，所述支架通过铝型材搭建，所述加热装置分为控制装置和侵入式加热器；所述导热装置分为柱状容器、导热介质、测温设备、套筒、隔热层。所述支架通过接触限制和支撑装置其余部分，所述侵入式加热器焊接于法兰上，所述柱状容器左端面开口，通过螺栓连接侵入式加热器，所述柱状容器右端面封闭，在中心处钻孔并与套筒焊接，所述斯特林发动机的加热端完全嵌入套筒内部，实现与所述导热装置的传热。

优选地，所述套筒为圆柱形，一端面封闭与所述导热介质接触，一端敞开便于所述斯特林发动机加热端进入。

优选地，所述柱状容器分别在上下侧面钻孔，并焊接外螺纹平台。

优选地，所述柱状容器上侧面外螺纹平台为进料口，靠近所述柱状容器左端面。所述柱状容器下侧面外螺纹平台为出料口，靠近所述柱状容器右端面。

优选地，所述导热介质为铅铋合金或钠钾合金或铅金属或熔盐，通过所述进料口进入所述柱状容器，通过所述出料口离开所述柱状容器。

可选地，所述柱状容器左端面通过垫块升高，便于所述导热介质通过所述出料口完全排出。

可选地，所述侵入式加热器与所述控制装置相连，所述控制装置通过调节所述侵入式加热器的功率参数间接调节装置温度，在响应时间(100ms)内实现功率输出，在5min实现对导热装置内部整体温度分布的调节。通过控制装置对功率参数的调节，本发明可以模拟不同工况(如启堆、停堆和稳定运行等)下反应堆工作情况，功率范围覆盖满功率的0％～200％，涵盖反应堆所有的运行功率范围。

优选地，所述隔热层采用陶瓷纤维材料(传导系数约0.1W/(mk))，完全覆盖于所述柱状容器侧面和右侧面除套筒外区域。