[發明專利]一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置

在審

• 申請號: 202310471487.0
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號: CN116591853A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 田文喜;李潘瀟;王成龍;蘇光輝;郭凱倫;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/053;F02G1/055
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，涉及核能利用領域，包括：雙端對置自由活塞式斯特林電機、空間用扇形液滴輻射散熱系統、斯特林膨脹腔、钚?238燃料環、絕熱層、屏蔽層、控制及電力輸配系統、環形翅片、液滴發射級、輻射散熱腔體、液滴收集級、管束通道、電磁泵；本發明利用钚?238燃料產生的衰變熱作為熱源，通過雙端對置自由活塞式斯特林電機將衰變熱轉化為電能，利用空間用扇形液滴輻射散熱系統將廢熱導出，利用動態斯特林轉換器提升熱源的利用效率。通過斯特林轉換器對置布置降低噪音及振動，通過扇形液滴輻射散熱系統提供高效緊湊的廢熱排出，進一步保障系統的效率，減小整體的體積，滿足太空作業任務對更高功率及效率能源供給的需求。

技術領域

本發明涉及核能利用技術領域，具體涉及一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置。

背景技術

核電池是利用放射性同位素衰變放出載能粒子(如α粒子、β粒子和γ射線)并將其能量轉換為電能的裝置，已成功地用作航天器的電源、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。核電池在衰變時放出的能量大小、速度，不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場等的影響，因此,它可以在很大的溫度范圍和惡劣的環境中工作。

自由活塞斯特林發動機是斯特林發動機的一種結構形式，它取消了傳統斯特林發動機的曲軸結構，具有熱電轉換效率高、結構緊湊、熱源適應性好、高可靠、長壽命等特點，在空間電源、水下動力、新能源領域和分布式供電等方面有著廣泛的應用前景。

目前的核電池幾乎都是“靜態熱電型”溫差發電器，熱電轉換效率較低，需要消耗大量昂貴的放射性同位素燃料，目前空間斯特林轉換器主要與核反應堆相結合，通過復雜的堿金屬回路或是高溫熱管將反應堆的熱量導出并傳遞至斯特林轉換器，反應堆系統控制復雜，與斯特林系統間存在復雜的耦合效應，這給反應堆-斯特林發電系統的安全運行帶來了極大的挑戰，對于中低功率需求的太空任務，亟需一套控制簡單、安全可靠的電力供給系統。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，克服上述缺陷。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種空間用衰變熱斯特林轉換裝置，包括：雙端對置自由活塞式斯特林電機1、空間用扇形液滴輻射散熱系統2、斯特林膨脹腔3、钚-238燃料環4、絕熱層5、屏蔽層6、控制及電力輸配系統7；所述雙端對置自由活塞式斯特林電機1為兩個，將兩臺斯特林轉換器對置布置，兩個雙端對置自由活塞式斯特林電機1共用一個斯特林膨脹腔3，且通過控制及電力輸配系統7控制兩臺斯特林轉換器活塞有相同的運行狀態，以最大程度的消除斯特林轉換器運行時的振動，降低運行噪音；為斯特林熱電轉換裝置提供足夠的裕量，即使單臺斯特林轉換器失效依舊能夠通過另外一臺穩定工作；空間用扇形液滴輻射散熱系統2設置在雙端對置自由活塞式斯特林電機1的冷卻器上將廢熱導出，钚-238燃料環4布置在斯特林膨脹腔3外側，絕熱層5布置在钚-238燃料環4外側，屏蔽層6布置在絕熱層5外側；

所述雙端對置自由活塞式斯特林電機1，用于吸收钚-238燃料環4產生的衰變熱，將衰變熱高效地轉換為電能；

所述空間用扇形液滴輻射散熱系統2，用于導出雙端對置自由活塞式斯特林電機1產生的廢熱，保障熱電轉換效率；

所述斯特林膨脹腔3與钚-238燃料環4連接，做功工質在斯特林膨脹腔3受熱膨脹；

所述钚-238燃料環4，用于源源不斷地產生熱量；

所述絕熱層5，用于降低钚-238燃料環4的散熱損失；

所述屏蔽層6，用于輻射防護，防止周圍的工作人員和公眾受到放射性輻射的危害；

所述控制及電力輸配系統7，用于雙端對置自由活塞式斯特林電機1及空間用扇形液滴輻射散熱系統2的控制及系統電力儲存輸配；