[发明专利]一种空间用衰变热斯特林转换装置

说明书

本发明公开了一种空间用衰变热斯特林转换装置，涉及核能利用领域，包括：双端对置自由活塞式斯特林电机、空间用扇形液滴辐射散热系统、斯特林膨胀腔、钚‑238燃料环、绝热层、屏蔽层、控制及电力输配系统、环形翅片、液滴发射级、辐射散热腔体、液滴收集级、管束通道、电磁泵；本发明利用钚‑238燃料产生的衰变热作为热源，通过双端对置自由活塞式斯特林电机将衰变热转化为电能，利用空间用扇形液滴辐射散热系统将废热导出，利用动态斯特林转换器提升热源的利用效率。通过斯特林转换器对置布置降低噪音及振动，通过扇形液滴辐射散热系统提供高效紧凑的废热排出，进一步保障系统的效率，减小整体的体积，满足太空作业任务对更高功率及效率能源供给的需求。

技术领域

本发明涉及核能利用技术领域，具体涉及一种空间用衰变热斯特林转换装置。

背景技术

核电池是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)并将其能量转换为电能的装置，已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和一些特殊军事用途。核电池在衰变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场等的影响，因此,它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。

自由活塞斯特林发动机是斯特林发动机的一种结构形式，它取消了传统斯特林发动机的曲轴结构，具有热电转换效率高、结构紧凑、热源适应性好、高可靠、长寿命等特点，在空间电源、水下动力、新能源领域和分布式供电等方面有着广泛的应用前景。

目前的核电池几乎都是“静态热电型”温差发电器，热电转换效率较低，需要消耗大量昂贵的放射性同位素燃料，目前空间斯特林转换器主要与核反应堆相结合，通过复杂的碱金属回路或是高温热管将反应堆的热量导出并传递至斯特林转换器，反应堆系统控制复杂，与斯特林系统间存在复杂的耦合效应，这给反应堆-斯特林发电系统的安全运行带来了极大的挑战，对于中低功率需求的太空任务，亟需一套控制简单、安全可靠的电力供给系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空间用衰变热斯特林转换装置，克服上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种空间用衰变热斯特林转换装置，包括：双端对置自由活塞式斯特林电机1、空间用扇形液滴辐射散热系统2、斯特林膨胀腔3、钚-238燃料环4、绝热层5、屏蔽层6、控制及电力输配系统7；所述双端对置自由活塞式斯特林电机1为两个，将两台斯特林转换器对置布置，两个双端对置自由活塞式斯特林电机1共用一个斯特林膨胀腔3，且通过控制及电力输配系统7控制两台斯特林转换器活塞有相同的运行状态，以最大程度的消除斯特林转换器运行时的振动，降低运行噪音；为斯特林热电转换装置提供足够的裕量，即使单台斯特林转换器失效依旧能够通过另外一台稳定工作；空间用扇形液滴辐射散热系统2设置在双端对置自由活塞式斯特林电机1的冷却器上将废热导出，钚-238燃料环4布置在斯特林膨胀腔3外侧，绝热层5布置在钚-238燃料环4外侧，屏蔽层6布置在绝热层5外侧；

所述双端对置自由活塞式斯特林电机1，用于吸收钚-238燃料环4产生的衰变热，将衰变热高效地转换为电能；

所述空间用扇形液滴辐射散热系统2，用于导出双端对置自由活塞式斯特林电机1产生的废热，保障热电转换效率；

所述斯特林膨胀腔3与钚-238燃料环4连接，做功工质在斯特林膨胀腔3受热膨胀；

所述钚-238燃料环4，用于源源不断地产生热量；

所述绝热层5，用于降低钚-238燃料环4的散热损失；

所述屏蔽层6，用于辐射防护，防止周围的工作人员和公众受到放射性辐射的危害；

所述控制及电力输配系统7，用于双端对置自由活塞式斯特林电机1及空间用扇形液滴辐射散热系统2的控制及系统电力储存输配；