[發明專利]一種機動式微小型核動力系統

在審

• 申請號: 202110852316.3
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113593734A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王成龍;李潘瀟;田文喜;張大林;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C15/257
• 分類號: G21C15/257;G21C15/18
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 龍濤

本發明公開了一種機動式微小型核動力系統，涉及反應堆設計技術領域。包括微型熱管反應堆主體和能量轉換系統；微型熱管反應堆主體包括高強度反應堆壓力容器；高強度反應堆壓力容器內并排設置有反應堆堆芯和二次側腔室；還包括多個高溫堿金屬熱管；高溫堿金屬熱管蒸發段插入反應堆堆芯；高溫堿金屬熱管冷凝段插入二次側腔室；所述能量轉換系統為超臨界二氧化碳布雷頓循環系統。本發明大大增加了輪式作戰單位的續航時間，擺脫燃料攜帶量對其的限制；利用高溫熱管代替傳統反應堆復雜的回路式結構，突破反應堆小型化難題，使得反應堆可被集裝箱容納并通過卡車運輸，大大增強了核動力系統的機動性。

技術領域

本發明涉及反應堆設計技術領域，特別是涉及一種機動式微小型核動力系統。

背景技術

輪式地面機動平臺是我國部隊野外作戰的關鍵性裝備，是戰略設施、補給物資輸送及作戰人員運送等的決定性保障。部隊野外作戰往往持續時間長，補給需求大，對地面機動平臺的動力系統提出了高功率、長續航的需求。車載核電源技術能滿足陸軍機動作戰條件下大功率持續供電的特殊需求，突破性地延長裝備續航與作戰能力。

部隊裝備的新型雷達系統、光電系統耗電量巨大，在高強度對抗情況下，要維持其正常運行將耗費海量的電力資源，而激光、電磁炮等高能武器更是用電大戶。目前軍用特種能源動力主要為柴油機和混合動力，其中柴油機體積龐大，產生的噪聲較大；而混合動力中的蓄電池存在氫儲問題，會導致重量和體積的增大。傳統的化石能源系統已經無法滿足未來新型戰略武器對長續航、高功率密度能源動力的需求，嚴重制約未來新型戰略武器作戰能力及作戰范圍。核動力由于其功率密度大、使用時間長、無需助燃劑等優點，成為各種裝置能源供給方式的重要選項。然而傳統核反應堆動力系統具有復雜的回路，小型化極為困難。較大的噪聲不利于輪式作戰單位的隱蔽性，降低了部隊的生存能力。

發明內容

本發明主要目的在于提供一種機動式微小型核動力系統，以解決上述問題。

為達上述目的，本發明提供一種機動式微小型核動力系統，包括微型熱管反應堆主體和能量轉換系統；所述微型熱管反應堆主體包括高強度反應堆壓力容器；所述高強度反應堆壓力容器內并排設置有反應堆堆芯和二次側腔室；還包括多個高溫堿金屬熱管；所述高溫堿金屬熱管蒸發段插入反應堆堆芯；所述高溫堿金屬熱管冷凝段插入二次側腔室；所述反應堆堆芯外部包設有反射層；所述反射層外部包設有屏蔽層；所述反射層內設有控制轉鼓；所述控制轉鼓通過驅動機構控制；所述反應堆堆芯中心設有緊急停堆裝置；

進一步的，所述能量轉換系統為超臨界二氧化碳布雷頓循環系統；所述微型熱管反應堆主體及能量轉換系統均裝載于集裝箱內，并通過卡車運輸。

進一步的，所述高溫堿金屬熱管以高純鉀為工質；所述高溫堿金屬熱管管材為鉬錸合金。所述高溫堿金屬熱管內燒結有70％孔隙率鉬錸合金吸液芯。

進一步的，所述反射層采用BeO。

進一步的，所述控制轉鼓及緊急停堆裝置使用B₄C作為控制毒物。

進一步的，所述反應堆堆芯為快中子譜一體化固態堆芯，采用六邊形鈮鋯合金基體；所述六邊形鈮鋯合金基體與高溫堿金屬熱管及燃料元件形成一個整體。

進一步的，所述燃料元件為富集度的19.95％的UN燃料；所述燃料直接填充于六邊形鈮鋯合金基體對應的圓形孔隙中；所述燃料與孔隙間填充導熱性良好的氦氣。

進一步的，所述能量轉換系統包括渦輪機、回熱器、壓縮機、微型空冷器；所述微型熱管反應堆主體的出口與渦輪機的入口管路連接，所述渦輪機的出口與回熱器的放熱側入口管路連接，所述回熱器的放熱側出口與微型空冷器的入口管路連接，所述微型空冷器的出口與壓縮機的入口管路連接，所述壓縮機的出口與回熱器的吸熱側入口管路連接，所述回熱器的吸熱側出口與微型熱管反應堆主體的入口管路連接，形成完整回路；以超臨界二氧化碳為工質，循環流動。