[發(fā)明專利]雙層絕緣套管、其制造方法及熱離子能量轉(zhuǎn)換器

在審

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111681800A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜瑋;鄭劍平;王振東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: G21H1/10
• 分類號: G21H1/10
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 張成新

本發(fā)明提供了一種雙層絕緣套管，該雙層絕緣套管包括：內(nèi)管；以及外管，其與內(nèi)管同軸地設(shè)置在內(nèi)管的外部，其中，在內(nèi)管的外壁與外管的內(nèi)壁之間設(shè)置有嵌置組件，嵌置組件使得內(nèi)管與外管同軸地設(shè)置在一起并且保持兩者之間的絕緣關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明制造的雙層絕緣套管通過外管與內(nèi)管之間的嵌置組件實現(xiàn)了內(nèi)管與外管的牢固間隔定位，即使在長時間的高溫狀態(tài)下，也不會因為內(nèi)管的變形而使內(nèi)管與外管發(fā)生接觸，由此保證了兩者之間的絕緣性，相應(yīng)地，大大延長了采用該雙層絕緣套管的熱離子能量轉(zhuǎn)換器的使用壽命。還提供了一種包括該雙層絕緣套管的熱離子能量轉(zhuǎn)換器以及雙層絕緣套管的制造方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫絕緣領(lǐng)域，更具體地，涉及一種能夠在高溫狀態(tài)下保持絕緣的雙層套管，還涉及這種套管的制造方法以及包含這種套管的熱離子能量轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

現(xiàn)有核電站一般通過燃料堆的堆芯反應(yīng)產(chǎn)生熱量，通過多級換熱系統(tǒng)將堆芯的熱量傳遞至蒸汽發(fā)生器，用于在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)，從而進行發(fā)電。因此，現(xiàn)有核電站從熱能到電能的轉(zhuǎn)化過程中存在較長的能量轉(zhuǎn)化鏈，而這種能量轉(zhuǎn)化的過程越長則會帶來越大的能量損失，相應(yīng)地，降低了能量轉(zhuǎn)化率。

熱離子能量轉(zhuǎn)換器是一種將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，其無需進行上述過程中的各種能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，因此具有較高的能量轉(zhuǎn)化率。熱離子能量轉(zhuǎn)換器通常為雙層套管結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)層套管作為熱離子能量轉(zhuǎn)換器的發(fā)射極，外層套管作為其接收極，通常情況下，內(nèi)層套管的長度大于外層套管的長度。作為發(fā)射極的內(nèi)層套管和作為接收極的外層套管均由高溫合金材料加工而成，兩個套管之間的間隙約為0.5mm，通過內(nèi)層套管和外層套管以及兩者的端部的其他零部件在兩者之間形成真空環(huán)境的電極間隙空間。熱離子能量轉(zhuǎn)換器利用核燃料的核裂變產(chǎn)生的熱能加熱作為發(fā)射極的內(nèi)層套管，使內(nèi)層套管產(chǎn)生熱電子發(fā)射出去，熱電子通過電極間隙發(fā)射至作為接收極的外層套管，并最終被外層套管接收，內(nèi)襯套管和外層套管與外部電路負載形成閉合回路，以便為外部電路負載供給電能。內(nèi)層套管在長期工作過程中受到核燃料的燃料芯塊的膨脹壓力和高溫蠕變的作用，容易發(fā)生變形，導(dǎo)致內(nèi)層套管與外層套管發(fā)生接觸，由此引起能量轉(zhuǎn)換器的短路，導(dǎo)致其失效。因此需要提供一種能夠保證內(nèi)層套管和外層套管在高溫工作過程中始終保持分離狀態(tài)，以避免發(fā)生短路的雙層套管結(jié)構(gòu)，以便提高采用這種雙層套管的能量轉(zhuǎn)換器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題中的至少一個方面，本發(fā)明的實施例提供了一種雙層絕緣套管，該雙層絕緣套管包括：內(nèi)管；以及外管，所述外管與所述內(nèi)管同軸地設(shè)置在所述內(nèi)管的外部，其中，在所述內(nèi)管的外壁與所述外管的內(nèi)壁之間設(shè)置有嵌置組件，所述嵌置組件使得所述內(nèi)管與所述外管同軸地設(shè)置在一起并且保持兩者之間的絕緣關(guān)系。

根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的一個優(yōu)選的實施例，所述嵌置組件包括相對固定地設(shè)置在所述外管的內(nèi)壁中的定位環(huán)和設(shè)置在所述定位環(huán)上的絕緣間隔件。

在根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的另一個優(yōu)選的實施例中，在所述外管的內(nèi)壁中均勻間隔地設(shè)置有多個定位槽，所述定位環(huán)固定地設(shè)置在所述定位槽中。

根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的再一個優(yōu)選的實施例，在所述定位環(huán)中設(shè)置有多個定位孔，所述絕緣間隔件設(shè)置在所述定位孔中。

在根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的又一個優(yōu)選的實施例中，所述定位環(huán)在圓周上包括開口，以使所述定位環(huán)具有彈性。

根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的還一個優(yōu)選的實施例，所述定位環(huán)由鈮材料制成。

在根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的另一個優(yōu)選的實施例中，所述絕緣間隔件由陶瓷材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的雙層絕緣套管的再一個優(yōu)選的實施例，所述陶瓷材料包括氧化鈧。

本發(fā)明還提供了一種熱離子能量轉(zhuǎn)換器，該熱離子能量轉(zhuǎn)換器包括：燃料組件和如上所述的任一種雙層絕緣套管，其中，所述燃料組件設(shè)置在所述雙層絕緣套管的內(nèi)管內(nèi)。