专利名称:外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置的制作方法
技术领域：
本发明属于核电能源技术领域：
，具体涉及一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置。
背景技术：
以美国为首的发达国家早在上世纪60年代就开始研制适用于空间领域的小型模块化反应堆，并取得一定进展。目前的实验堆型大多以SPlOO等早期堆型为模板，以液态钠为冷却剂的快中子堆，其裂变产生的热量通过插入堆芯的热管传递给热管另一端的热离子发电装置。热离子发电装置加热后产生热离子，进而产生电能。该系统结构复杂，体积庞大，功率低，管道数量多，维修及不方便。而且由于没有支撑装置，该系统仅适用于外太空飞行器，不适用于在外星球表面安装。随着碱金属热电转换器的问世，使得可安装在外星球表面的小型高功率一体化反应堆成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，该装置使用热开关式热管作为非能动热量传输及余热排出系统，小型一体化，使用周期不小于5年，适用于外星球的开发。
一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，吊篮2置于堆芯1底部，压力容器3位于吊篮2侧部，压力容器3外侧上部设有第一环状腔室4，第一环状腔室4外侧下部设有第一下降通道5，第一下降通道5下部设有第二环状腔室6，第二环状腔室6内侧设有第二下降通道7，第二下降通道7下部设有第三环状腔室8，第三环状腔室8外侧下部设有第三下降通道9，第三下降通道9下部设有第四环状腔室10，第四环状腔室10与吊篮2相通，外罩18套在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的外围，碱金属热电转换器11嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8中，热开关式热管12贯穿压力容器3顶部并伸入压力容器3内的上半部分，堆芯1内设置控制棒19和正六边形燃料组件20。
所述碱金属热电转换器(11)以碱金属为工质，其第二底座(14)上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座(1 上的β “ -Al2O3固体电解质管(1 的壁面到达多孔介质冷凝器(17)进而冷凝，再通过多孔吸液芯(16)回流到第二底座(14)，完成一个循环。
所述正六边形燃料组件20内装有氮化铀陶瓷燃料。
所述外罩18的材质为Nb-Ur合金。
所述旋转式控制棒19材质为氧化铍和碳化硼。
本发明的有益效果本发明整个装置由二个相互插入的筒体组成的模块化设备构成，结构简单，不需要管道连接，依靠自然循环，无需泵和各种阀门、开关，极大的提高了设备的可靠性，可避免各类事故的发生。热开关式热管作为余热排出系统，正常工况下不会启动，保证堆芯热量不损失，热管具有优良的导热性，及时导出堆芯多余热量，保证堆芯安全。装置为一体化设计，装置简单，运输和安装方便，安全可靠，无需维护。
图1是本发明快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置结构图；
图2是本发明快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置截面A-A图；
图3是本发明碱金属热电转换器正视图；
图4是本发明碱金属热电转换器俯视图；
图5是本发明碱金属热电转换器侧视图；
图6是本发明快中子反应堆堆芯；
图中1-堆芯，2-吊篮，3-压力容器，4-第一环状腔室，5-第一下降通道，6_第二环状腔室，7-第二下降通道，8-第三环状腔室，9-第三下降通道，10-第四环状腔室，11-碱金属热电转换器，12-热开关式热管，13-第一底座，14-第二底座，15-β “ -Al2O3固体电解质管，16-多孔吸液芯，17-多孔介质冷凝器，18-外罩，19-旋转式控制棒，20-正六边形燃料组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置(图1- ，吊篮2置于堆芯1底部，压力容器3位于吊篮2侧部，压力容器3外侧上部设有第一环状腔室4，第一环状腔室4外侧下部设有第一下降通道5，第一下降通道5下部设有第二环状腔室6，第二环状腔室6内侧设有第二下降通道7，第二下降通道7下部设有第三环状腔室8，第三环状腔室8外侧下部设有第三下降通道9，第三下降通道9下部设有第四环状腔室10，第四环状腔室10与吊篮2相通，外罩18套在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的外围，碱金属热电转换器11嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8中，热开关式热管12贯穿压力容器3顶部并伸入压力容器3内的上半部分，堆芯1内设置控制棒19和正六边形燃料组件20 ；正六边形燃料组件20内装有氮化铀陶瓷燃料；外罩18的材质为Nb-I^ 合金；所述旋转式控制棒19材质为氧化铍和碳化硼；堆芯1为快中子反应堆堆芯(如图6所示)，堆芯热功率5MW，电功率1. 15MW。
上述外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置工作过程如下
反应堆冷却剂穿过吊篮2底部经过堆芯1吸收热量后，由压力容器3顶端流入位于压力容器3外侧上部的第一环状腔室4内，然后通过位于第一环状腔室4外侧的第一下降通道5进入第二环状腔室6内，再经过位于第二环状腔室6内侧的第二下降通道7流入第三环状腔室8内，再经过位于第三环状腔室8外侧的第三下降通道9进入下第四环状腔室10内，最后经过吊篮2和压力容器3之间的下降通道流进吊篮2底部，完成一个循环。
碱金属热电转换器11 (如图3-5)以碱金属为工质，其第二底座14上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座13上的β “ -Al2O3固体电解质管15的壁面到达多孔介质冷凝器17进而冷凝，再通过多孔吸液芯16回流到第二底座14，完成一个循环，β" -Al2O3固体电解质管15内外壁将产生电势差。
反应堆冷却剂在第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8内流动时，将加热嵌入第一环状腔室4、第二环状腔室6和第三环状腔室8的碱金属热电转换器11的第二底座14，从而将热量传递给碱金属热电转换器11内的碱金属工质；反应堆冷却剂和碱金属热电转换器11内的工质是分开的，具有独立的循环方式，它们只存在能量的交换；每个环状腔室的上下壁面均嵌入多个碱金属热电转换器11。
热开关式热管12组成的余热排除系统贯穿压力容器顶部并伸入压力容器内的上半部分，当堆内的温度升高至热开关的设定温度后，热管才会启动，并将热量传输到堆外，以降低堆内温度，保证堆芯不被融化。
权利要求
1.一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置，其特征在于，吊篮 (2)置于堆芯(1)底部，压力容器(3)位于吊篮(2)侧部，压力容器(3)外侧上部设有第一环状腔室G)，第一环状腔室(4)外侧下部设有第一下降通道(5)，第一下降通道( 下部设有第二环状腔室(6)，第二环状腔室(6)内侧设有第二下降通道(7)，第二下降通道(7) 下部设有第三环状腔室(8)，第三环状腔室(8)外侧下部设有第三下降通道(9)，第三下降通道(9)下部设有第四环状腔室(10)，第四环状腔室(10)与吊篮( 相通，外罩(18)套在第一环状腔室G)、第二环状腔室(6)和第三环状腔室(8)的外围，碱金属热电转换器(11) 嵌入第一环状腔室G)、第二环状腔室(6)和第三环状腔室(8)中，热开关式热管(1 贯穿压力容器(3)顶部并伸入压力容器(3)内的上半部分，堆芯(1)内设置控制棒(19)和正六边形燃料组件00)。
2.根据权利要求
1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置， 其特征在于，所述碱金属热电转换器(11)以碱金属为工质，其第二底座(14)上的液态碱金属吸热后将蒸发，碱金属蒸汽透过第一底座(13)上的β “ -Al2O3固体电解质管(15)的壁面到达多孔介质冷凝器(17)进而冷凝，再通过多孔吸液芯(16)回流到第二底座(14)，完成一个循环。
3.根据权利要求
1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置， 其特征在于，所述正六边形燃料组件00)内装有氮化铀陶瓷燃料。
4.根据权利要求
1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置， 其特征在于，所述外罩(18)的材质为Nb-1Zr合金。
5.根据权利要求
1所述一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置， 其特征在于，所述旋转式控制棒(19)材质为氧化铍和碳化硼。
专利摘要
本发明公开了属于核电能源技术领域：
的一种外星球用快中子反应堆和碱金属热电转换器一体化装置。本发明整个装置将碱金属快中子反应堆和碱金属热电转换器相结合，由二个相互插入的筒体组成的模块化设备构成，结构简单，不需要管道连接，依靠自然循环，无需泵和各种阀门、开关，极大的提高了设备的可靠性，可避免各类事故的发生。热开关式热管作为余热排出系统，正常工况下不会启动，保证堆芯热量不损失，热管具有优良的导热性，及时导出堆芯多余热量，保证堆芯安全。该装置能够安放在月球或其他星球以提供日常生活用电或大型设备用电，同时也能为人员稀少地区提供持续电力。
文档编号G21C15/18GKCN102568623SQ201210048456
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月28日
发明者张勋, 施文博, 肖扬, 陆道纲 申请人:华北电力大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan