本发明专利技术公开了一种通用型同位素热源的电加热模拟热源，包括发热体、电绝缘层、密封层、冲击缓冲层、隔热保温层、大气烧蚀层、装载通道、供电引线通道、集线端、补强板、补强板螺钉、测温热电偶、测温热电偶引线通道；本发明专利技术的电加热模拟热源根据美国通用型热源（GPHS）的性能参数进行研制，可用于同位素电源系统非核单元试验测试，同时保证了核安全性和测试结果有效性；本发明专利技术克服了现有的电加热模拟热源与真实同位素热源在内部结构、热分布和温度分布等方面与真实同位素热源的等效性较差的问题，填补了国内空白，为我国大功率同位素电源研制奠定了技术基础。
An electric heating simulation heat source of universal isotope heat source
【技术实现步骤摘要】
一种通用型同位素热源的电加热模拟热源
本专利技术涉及工程热物理领域，具体涉及一种通用型同位素热源的电加热模拟热源。
技术介绍
放射性同位素电源系统（RadioisotopePowerSystem,RPS）是一种把同位素衰变热能转换为电能的系统。当前，所有基于静态热电转换原理（温差发电）的系统统称为放射性同位素热电发生器（RadioisotopeThermoelectricGenerator,RTG）。在学术交流和项目实施中，我国通常统一把这类装置简称为同位素电源，又称核电源。同位素电源（热源）具有体积小、比功率高、使用寿命长、环境适用性强、可靠性高等特点，适用于深空、深海、偏远陆地等特殊应用场景，具有不可替代的作用。同位素电源不依赖太阳光，抗辐射能力强，是深空探测任务的理想电源（文献1[叶培建，彭兢.深空探测与我国深空探测展望.中国工程科学，2006，8(10):13-18]和文献2[康海波.同位素电源系统研究进展.电源技术，2011，35(8):1031-1033]）。美国宇航局（NASA）自20世纪60年代至今，已经开展了多次深空探测任务，主要配备了三种型号的同位素电源，分别为MWH-RTG、GPHS-RTG和MMRTG，供电功率均大于百瓦，使用寿命大于15年（文献3[王廷兰.深空探测用同位素电源的研究进展.电源技术，2015，39(7):1576-1579]）。通用型热源（GeneralPurposeHeatSource,GPHS）是一种采用“模块化”设计的标准同位素热源。一方面，GPHS具有极高的核安全性，发射事故条件下可实现同位素燃料完整回收；另一方面，GPHS具有良好的通用性、多功能性和堆叠性，可与现有多种热电转换系统适配。基于GPHS的同位素电源（GPHS-RTG）已经服役于伽利略号（Galileo[1989]）、尤利西斯号（Ulysses[1990]）、卡西尼号（Cassini[1997]）和新地平线号（NewHorizons[2006]），为任务的顺利完成发挥了至关重要作用（文献4[Spaceanddefensepowersystemsten-yearstrategicplan,INL/MIS-13-29522,SDPS-001-0,2013,preparedbyINLRadioisotopePowerSystemsTechnicalIntegrationOfficeforDOEOfficeofNuclearEnergyNE-75]）。GPHS已成功服役空间任务近三十年，证明其具有极高的可靠性和安全性。在同位素电源研发过程中，采用电加热模拟热源替代同位素热源开展非核试验测试系统性能，可同时保障测试数据有效性和核安全性。美国在GPHS电加热模拟热源研发方面开展了大量工作，主要包括单个GPHS模拟热源和GPHS阵列模拟热源。综合而言，现有的电加热模拟热源与真实同位素热源在内部结构、热分布和温度分布等方面与真实同位素热源的等效性较差。针对上述问题，为满足我国深空探测任务在同位素电源研制、测试过程中对电加热模拟热源的等效性需求，尽可能保持与真实同位素热源各项特性一致，满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求，研发一种具有高等效性的电加热模拟热源势在必行，以解决现有技术中存在的电加热模拟热源与真实同位素热源的等效性较差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种与真实同位素热源内部结构、热分布和温度分布均高度等效的通用型同位素热源的电加热模拟热源，后简称“模拟热源”。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种通用型同位素热源的电加热模拟热源，其特征在于：包括发热体、电绝缘层、密封层、冲击缓冲层、隔热保温层、大气烧蚀层、装载通道、集线端、测温热电偶；所述发热体紧密装配于电绝缘层内，所述电绝缘层紧密装配于密封层内，所述密封层紧密装配于冲击缓冲层内，所述冲击缓冲层紧密装配于隔热保温层内，所述隔热保温层紧密装配于大气烧蚀层内，所述的测温热电偶设置于大气烧蚀层的装载通道的侧面中心；所述发热体、电绝缘层、密封层、冲击缓冲层、隔热保温层组成一个整体套件，各组件装配采用同轴圆柱嵌套方式；所述整体套件共两套，通过装载通道嵌入大气烧蚀层；所述大气烧蚀层作为模拟热源外壳；所述集线端位于大气烧蚀层顶面，用于汇集发热体供电引线和测温热电偶信号引线；所述引线均封装于模拟热源内，仅通过集线端向外引出。优选地，所述发热体采用等静压石墨材料制成；所述电绝缘层采用氧化铝陶瓷材料制成；所述密封层采用高温难熔钼合金材料制成；所述冲击缓冲层采用高强度碳碳复合材料，所述隔热保温层采用碳纤维气凝胶材料制成；所述大气烧蚀层采用耐烧蚀碳碳复合材料制成。优选地，所述发热体呈“鼠笼”结构。优选地，所述电绝缘层、密封层、冲击缓冲层、隔热保温层、大气烧蚀层均预留有供电引线通道。优选地，所述电加热模拟热源还包括补强板，补强板通过补强板螺钉紧固装配于隔热保温层。优选地，所述补强板采用耐烧蚀碳碳复合材料制成。优选地，所述大气烧蚀层预留有测温热电偶引线通道。优选地，所述测温热电偶引线通道采用氧化铝陶瓷材料制成。优选地，所述电加热模拟热源的输出热功率为0-500W，所述电加热模拟热源表面温度为不高于1300oC。优选地，所述的电加热模拟热源表面最大温差小于或等于10oC。本专利技术的有益效果是：本专利技术的电加热模拟热源根据美国通用型热源（GPHS）的性能参数进行研制，可用于同位素电源系统非核单元试验测试，其与真实同位素热源的内部结构、热分布和温度分布均具有高度等效性，同时保证了核安全性和测试结果有效性；本专利技术克服了现有的电加热模拟热源与真实同位素热源在内部结构、热分布和温度分布等方面与真实同位素热源的等效性较差的问题，填补了国内空白，为我国大功率同位素电源研制奠定了技术基础。附图说明图1a为本专利技术的XY顶面结构示意图；图1b为本专利技术的XZ侧面结构示意图；图1c为本专利技术的YZ侧面结构示意图；图2为本专利技术的A-A剖面结构示意图；图3a为本专利技术的B-B剖面结构示意图；图3b为本专利技术的C-C剖面结构示意图；图4为本专利技术为基础的工作原理示意图；图中，1.发热体2.电绝缘层3.密封层4冲击缓冲层5.隔热保温层6.大气烧蚀层7.装载通道8.供电引线通道9.集线端10.补强板11.补强板螺钉12.测温热电偶13.测温热电偶引线通道14.模拟热源15.热电转换系统16.热源腔室17.系统引线通道18.系统接地引线19.系统供电负极20.系统供电正极21.模拟热源供电电源22.供电引线23.测温仪表24.测温仪表引线25.负载26.负载引线。具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通用型同位素热源的电加热模拟热源，其特征在于：包括发热体（1）、电绝缘层（2）、密封层（3）、冲击缓冲层（4）、隔热保温层（5）、大气烧蚀层（6）、装载通道（7）、集线端（9）、测温热电偶（12）；/n所述发热体（1）紧密装配于电绝缘层（2）内，所述电绝缘层（2）紧密装配于密封层（3）内，所述密封层（3）紧密装配于冲击缓冲层（4）内，所述冲击缓冲层（4）紧密装配于隔热保温层（5）内，所述隔热保温层（5）紧密装配于大气烧蚀层（6）内，所述的测温热电偶（12）设置于大气烧蚀层（6）的装载通道（7）的侧面中心；/n所述发热体（1）、电绝缘层（2）、密封层（3）、冲击缓冲层（4）、隔热保温层（5）组成一个整体套件，各组件装配采用同轴圆柱嵌套方式；所述整体套件共两套，通过装载通道（7）嵌入大气烧蚀层（6）；所述大气烧蚀层（6）作为模拟热源外壳；所述集线端（9）位于大气烧蚀层（6）顶面，用于汇集发热体（1）供电引线和测温热电偶（12）信号引线；所述引线均封装于模拟热源内，仅通过集线端（9）向外引出。/n
【技术特征摘要】
1.一种通用型同位素热源的电加热模拟热源，其特征在于：包括发热体（1）、电绝缘层（2）、密封层（3）、冲击缓冲层（4）、隔热保温层（5）、大气烧蚀层（6）、装载通道（7）、集线端（9）、测温热电偶（12）；
所述发热体（1）紧密装配于电绝缘层（2）内，所述电绝缘层（2）紧密装配于密封层（3）内，所述密封层（3）紧密装配于冲击缓冲层（4）内，所述冲击缓冲层（4）紧密装配于隔热保温层（5）内，所述隔热保温层（5）紧密装配于大气烧蚀层（6）内，所述的测温热电偶（12）设置于大气烧蚀层（6）的装载通道（7）的侧面中心；
所述发热体（1）、电绝缘层（2）、密封层（3）、冲击缓冲层（4）、隔热保温层（5）组成一个整体套件，各组件装配采用同轴圆柱嵌套方式；所述整体套件共两套，通过装载通道（7）嵌入大气烧蚀层（6）；所述大气烧蚀层（6）作为模拟热源外壳；所述集线端（9）位于大气烧蚀层（6）顶面，用于汇集发热体（1）供电引线和测温热电偶（12）信号引线；所述引线均封装于模拟热源内，仅通过集线端（9）向外引出。
2.根据权利要求1所述的通用型同位素热源的电加热模拟热源，其特征在于：所述发热体（1）采用等静压石墨材料制成；所述电绝缘层（2）采用氧化铝陶瓷材料制成；所述密封层（3）采用高温难熔钼合金材料制成；所述冲击缓冲层（4）采用高强度碳碳复合材料，所述隔热保温层（5）采用碳纤维气凝胶材料制成；所述大气烧蚀层（6）采用耐烧蚀碳碳复合材料制成。
【专利技术属性】
技术研发人员：向清沛，迮仁德，席治国，王宁，韩军，郭小峰，向永春，李静，郝樊华，曾军，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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