熔融鹽核反應堆以及基于熔融鹽核反應堆的機載動力系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核熱能與動力轉換技術領域，尤其涉及一種熔融鹽核反應堆以及基于熔融鹽核反應堆的機載動力系統。
【背景技術】
[0002]當前熱機主要采用汽油、柴油、天然氣、煤氣或者煤炭等高質量化石燃料，且隨著社會建設的發展，各個工業領域對化石燃料的需求不斷，尤其是以化石燃料為直接動力的汽車，全球當前汽車保有量突破12億輛，其碳排放量巨大，已經帶來了嚴重的溫室效應和光化學污染，且成為城市空氣污染的主要因素。
[0003]化石能源屬于不可再生資源，現有石油和天然氣探明儲量僅可供人類使用半個世紀左右，越來越多的化石燃料消耗不僅帶來了資源的嚴重浪費，還引起了更為嚴重的能源危機；人們正迫切開發各種新能源來擺脫對化石能源的依賴，這使得新能源技術得到了長足的發展與進步。
[0004]核能是最有潛力取代現有化石能源的新能源，在核能利用率較高的國家，其核能發電量占全國75%以上；但核電廠采用的是豐度較高的鈾基燃料棒，核反應堆設備龐大，安全等級要求高，難以用于機載動力機；且一般采用適合商業規模應用的壓水堆，它采用水作為工質的熱力系統，結構復雜，壓力等級高，凝汽器龐大，也不適用于小型動力機。
[0005]為了解決化石燃料汽車的污染問題，目前各個國家都在大力推進電動汽車的發展，而我國80%電能來源于燃煤電廠，現有采用電力作為能源的汽車本質依然消耗煤炭等化石能源。采用燃油作為能源的汽車航程較短，一次加油一般不超過700公里；而受限于電池等技術瓶頸，電動汽車一次充電一般不超過300公里。因此，電動汽車的發展難以從根本上解決化石燃料的消耗與其帶來的污染問題。
[0006]探月、火星等航天項目中的勘探車輛動力系統采用太陽能電池板供電，核能僅用于車輛內部保溫，勘探車輛受限于晝夜而交替工作，工作效率低。月球、火星等其他星球的外表面溫度非常低，若采用水作為動力系統的載熱工質則存在全系統結冰而無法工作的問題。
[0007]因此，在能源危機日益迫近的今天，將核反應堆適用于汽車等的小型化技術不僅能極大緩解能源危機，對日益嚴重的環境問題也具有重大的現實意義。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種熔融鹽核反應堆以及基于熔融鹽核反應堆的機載動力系統，它具有能量轉換效率高、安全性好、體積小、結構簡單且易于實現的優點。
[0009]本發明是這樣來實現的，一種熔融鹽核反應堆，它包括石墨堆殼、化學鹽處理罐、熔鹽排放罐以及從內向外依次包裹在石墨堆殼外周的合金殼、內保溫層、鋼制外殼和外保溫層，其結構是，它還包括用于反應堆冷卻與核熱能傳遞的反應堆冷卻器，所述石墨堆殼內設有石墨結構以及容納熔融鹽堆芯的熔融鹽腔，該反應堆冷卻器的受熱段伸入到石墨堆殼中，反應堆冷卻器的放熱段位于外保溫層的外部；
[0010]所述化學鹽處理罐和熔鹽排放罐均與熔融鹽腔連通，且熔鹽排放罐與熔融鹽腔之間還設有冷凍閥。
[0011]所述石墨堆殼內設有與熔融鹽腔連通的熔融鹽冷卻通道，熔融鹽冷卻通道上設有熔鹽泵，所述反應堆冷卻器的受熱段嵌合在石墨堆殼中并盤繞在熔融鹽冷卻通道外周，反應堆冷卻器的放熱段位于外保溫層的外部。
[0012]所述石墨堆殼內的石墨結構為石墨柱，若干石墨柱圍繞成熔融鹽腔，石墨柱與石墨堆殼內壁之間構成冷卻腔，冷卻腔包繞在熔融鹽腔外部且與熔融鹽腔相連通；所述反應堆冷卻器的受熱段包括相互連通的埋設在石墨堆殼與石墨柱內的盤管。
[0013]所述石墨堆殼內的石墨結構是截面為半圓形結構的石墨棒，熔融鹽腔以及位于熔融鹽腔內的熔融鹽堆芯均位于兩個石墨棒構成的籠型空間內，石墨棒與石墨堆殼內壁之間構成冷卻腔；所述反應堆冷卻器的受熱段包括相互連通的分別埋設在石墨堆殼與石墨棒中的外盤管和內盤管，相鄰外盤管和內盤管構成環繞冷卻腔的腰圓結構；
[0014]所述熔融鹽核反應堆還包括位于外保溫層外部的排氣管和加鹽管，所述排氣管和加鹽管均與熔融鹽堆芯連通。
[0015]所述反應堆冷卻器是以液壓油、氟化鹽或鉀鈉合金為工質的耐輻射合金制換熱器，該反應堆冷卻器的放熱段包括并聯的放熱回路與預熱旁路，預熱旁路內的工質經預熱器換熱后與放熱回路中放熱后的工質匯合，被循環泵泵回反應堆冷卻器的受熱段。
[0016]一種基于熔融鹽核反應堆的機載動力系統，其結構是，它包括上述的熔融鹽核反應堆，它還包括若干級熱力機組、與該熱力機組配套連接的冷卻系統以及與該熱力機組傳動連接的動力平衡系統，熔融鹽核反應堆中反應堆冷卻器的放熱段通過高溫加熱器與熱力機組的熱源段進行熱量交換，所述熔融鹽核反應堆、熱力機組、冷卻系統與動力平衡系統均與控制調節裝置控制連接。
[0017]所述熱力機組包括膨脹動力機、熱力機組回熱器、熱力機組循環主泵、儲液罐和氣液分離增壓器，熱力機組中經熱源段處吸熱后的高溫工質依次經過膨脹動力機和熱力機組回熱器放熱，低溫工質在氣液分離增壓器中進行增壓氣液分離，液態工質被存儲到儲液罐中，再由熱力機組循環主泵泵入熱力機組回熱器進行預熱，最后被輸送到熱力機組中經熱源段處循環吸熱。
[0018]所述冷卻系統包括熱力機組冷卻器、冷卻機風扇和冷風風道，熱力機組冷卻器與氣液分離增壓器并聯。
[0019]所述動力平衡系統包括電機、電力逆變器和蓄電池，所述電機與膨脹動力機傳動連接。
[0020]優選的是:所述機載動力系統的工質是用于朗肯循環和三邊閃蒸熱力循環的芳香烴、烷烴、氟烴或有機硅油，以及用于布雷頓循環的二氧化碳、氮氣或氦氣。
[0021]本發明的有益效果為:本發明采用的熔融鹽核反應堆具有功率密度大、體積小，核泄露風險小，易于控制等優點。將熔融鹽核反應堆用于車載動力系統，它具有轉換效率高、安全性好、體積小、結構簡單且易于實現的特點，其動力輸出可自由調節，能夠為陸地行駛車輛、船舶和大型航空器提供驅動動力，也可在其他領域替代內燃機。本發明為推動新能源的發展應用以及環境污染的解決提出了一個易于實現的技術方案。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明基于熔融鹽核反應堆的機載動力系統的一種實施例的結構示意圖。
[0023]圖2為本發明熔融鹽反應堆一個實施例的結構剖面圖。
[0024]圖3為本發明熔融鹽反應堆另一個實施例的結構剖面圖。
[0025]圖4為本發明機載動力系統采用二級熱力機組的部分結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0027]如圖1-3所示，本發明是這樣實現的，一種熔融鹽核反應堆1，它包括石墨堆殼4、化學鹽處理罐8、熔鹽排放罐10以及從內向外依次包裹在石墨堆殼4外周的合金殼7、內保溫層11、鋼制外殼12和外保溫層13，其結構是，它還包括用于反應堆冷卻與核熱能傳遞的反應堆冷卻器14，所述石墨堆殼4內設有石墨結構3以及容納熔融鹽堆芯的熔融鹽腔2，該反應堆冷卻器14的受熱段伸入到石墨堆殼4中，反應堆冷卻器14的放熱段位于外保溫層13的外部；反應堆冷卻器14用于吸收核反應釋放的熱量，一方面控制核反應溫度，另一方面將核反應熱量傳遞到反應堆外部，以作為驅動能量。
[0028]所述化學鹽處理罐8和熔鹽排放罐10均與熔融鹽腔2連通，且熔鹽排放罐10與熔融鹽腔2之間還設有冷凍閥9 ;冷凍閥9在熔融氟化鹽超溫時融化，使熔鹽流入熔鹽排