本申请公开了一种模块化核反应堆电源装置，包括一个或多个电力输出子系统舱段；电力输出子系统舱段包括舱段外壳、最终热阱、电力适配装置，以及设置在舱段外壳内的反应堆、氦氙热电转换回路和影子屏蔽结构；反应堆内形成有冷却剂通道，冷却剂通道内通入氦氙混合气体，氦氙混合气体在氦氙热电转换回路中循环将堆芯热量导出并产生电能；电力适配装置将由氦氙热电转换回路输出的电能转换为与负载端适配的期望电压值后导出至负载端；电力适配装置与多个电力输出子系统舱段相连，以并联方式实现功率输出。相比现有基于化学能、太阳能及衰变能能源不足的问题，本申请通过持续的链式裂变反应产生热能并通过与热电转换回路实现电能持续供给，能量密度高。能量密度高。能量密度高。
【技术实现步骤摘要】
一种模块化核反应堆电源装置
[0001]本申请涉及反应堆
，尤其涉及一种用于空间站供电、往返火星或其它小行星的深空穿梭推进、以及星表基地支持的小型裂变反应堆电源装置。
技术介绍
[0002]截至目前，人类开展空间活动的能量来源主要为化学能(化学燃料的燃烧)、太阳能和放射性同位素的衰变能(如核电池)。化学能是火箭发动机主要依赖的能量形式，其优点是推力大，是航天器突破地球引力进入空间轨道的首选能量形式。但是其缺点是比冲小，实现单位推进效果需要消耗大量燃料，燃料利用效率低。太阳能虽不消耗燃料，但是易受遮蔽导致供能不连续。衰变能核电池可以稳定供能，但其功率密度较低，无法满足大型航天器推进、星表基地支持等对能量要求较高的动力需求。
[0003]基于裂变核反应堆的空间核动力技术是突破传统空间动力技术能力发展极限的现实可选技术，是改变未来航天动力格局的颠覆性技术之一。
[0004]未来的月球、火星以及小行星的探测与开发工程，对航天器的推进能力以及任务的自持能力都提出了更高的要求。不同性质的空间任务对于能量的需求水平也不尽相同。以火星任务为例，地火之间的载荷运输需要1MWe至5MWe功率等级的核电推进方案。如果作为轨道空间站电源，则1MWth功率等级的反应堆核电源可基本满足需求。如果作为星表基地支持，则需要1MWe功率以上的反应堆电源方案并根据任务需要进行扩展。因此，为了适应不同性质的空间任务对于能量的需求水平，亟需提出一种新的技术方案。
技术实现思路
[0005]本申请提供一种模块化核反应堆电源装置，用以解决现有技术中基于化学能、太阳能及衰变能的空间任务能源不足的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0007]本申请提供一种模块化核反应堆电源装置，包括一个或多个电力输出子系统舱段；所述电力输出子系统舱段包括舱段外壳、设置在所述舱段外壳外部的最终热阱、设置在所述舱段外壳一端的电力适配装置，以及设置在所述舱段外壳内的反应堆、氦氙热电转换回路和影子屏蔽结构；所述影子屏蔽结构用以实现对反应堆的堆芯的辐射进行屏蔽；所述反应堆内形成有冷却剂通道，所述冷却剂通道内通入氦氙混合气体，所述氦氙混合气体在所述氦氙热电转换回路中循环将堆芯热量导出并产生电能；所述电力适配装置与氦氙热电转换回路相连，用以将由氦氙热电转换回路输出的电能转换为与负载端适配的期望电压值后导出至负载端；所述电力适配装置与多个所述电力输出子系统舱段相连，以并联方式实现功率的输出。
[0008]上述技术方案进一步的，所述舱段外壳为外表面裹附有石墨的铝合金外壳，或外表面裹附有石墨的钛合金外壳。
[0009]进一步的，所述舱段外壳上相对设置有两个对接机构，相邻两个所述电力输出子
系统舱段通过所述对接机构进行组装。
[0010]进一步的，所述反应堆为快中子堆；所述堆芯包括中央控制棒，以及依次环绕在中央控制棒外围的内层燃料组件、外层燃料组件和反射层；反射层内环状分布有若干个控制鼓；外层燃料组件和反射层之间形成有若干个冷却剂通道。
[0011]进一步的，所述内层燃料组件和外层燃料组件分别为横截面为六角形的柱状燃料组件，柱状燃料组件中的燃料为UO2，U
‑
235富集度小于20w％。
[0012]进一步的，所述反应堆外围设置有所述影子屏蔽结构。
[0013]进一步的，所述影子屏蔽结构为圆台状壳体结构件；所述壳体结构件的侧壁包括三层辐射屏蔽层，三层辐射屏蔽层分别为：轻组分屏蔽层、重组分屏蔽层和热屏蔽层；所述轻组分屏蔽层用以减弱中子通量，所述重组分屏蔽层用以减弱γ辐射，所述热屏蔽层用以减少辐射热。
[0014]更进一步的，所述轻组分屏蔽层为氢化锂材质；所述重组分屏蔽层为钨材质；所述热屏蔽层为含硼不锈钢材质。
[0015]进一步的，所述冷却剂通道与所述氦氙热电转换回路相连；所述氦氙热电转换回路包括若干个气体传输管路，以及通过所述气体传输管路相连的压缩机、回热器、汽轮机和冷却器；自所述冷却剂通道输出的气体经所述压缩机压缩加压后，进入所述回热器预热再进入所述堆芯加热，加热后的气体进入所述汽轮机膨胀做功，之后再进入所述回热器释放余热，再进入冷却器冷却，最后再流转至所述压缩机，形成氦氙混合气体的循环；所述冷却器的废热经辐射散热器排出。
[0016]进一步的，所述辐射散热器包括多个辐射散热器单元，所述辐射散热器单元上安装有热管和辐射翅片，所述辐射翅片底部安装隔热层；当流动的氦氙混合气体作为介质从热源吸收经所述氦氙热电转换回路排出的废热在流经所述辐射散热器时，热量被传递至辐射散热器，热量经所述热管传递给所述辐射翅片，所述隔热层屏蔽热量向航天器的辐射，热量通过辐射排向太空。
[0017]进一步的，所述电力适配装置为电压转换装置，所述电力适配装置与多个所述电力输出子系统舱段相连，且形成与多个所述电力输出子系统舱段的并联，并将多个所述电力输出子系统舱段产生的电能的功率以并联方式输出。
[0018]进一步的，所述电力输出子系统舱段通过所述电力适配装置将电能输出至负载端；所述负载端为用电单元，其包括有效载荷舱段及电力推进装置。
[0019]进一步的，所述电力适配装置上设置有连接机构，所述连接机构与负载端适配连接。
[0020]进一步的，所述电力推进装置包括若干个电力推进子系统，若干个所述电力输出子系统舱段通过其上的电力适配装置为所述电力推进子系统供电。
[0021]进一步的，当所述模块化核反应堆电源装置为深空穿梭推进供电时，有效载荷舱段和电力推进装置均置于所述电力输出子系统舱段的影子屏蔽结构之后；所述电力输出子系统舱段和所述电力推进装置相对设置在所述有效载荷舱段的两端。
[0022]相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0023]1、本申请提供一种模块化核反应堆电源装置，该核反应堆电源装置由多个电力输出子系统舱段构成，每个电力输出子系统舱段包括舱段外壳、设置在舱段外壳外部的最终
热阱、设置在舱段外壳一端的电力适配装置，以及设置在舱段外壳内的反应堆、氦氙热电转换回路和影子屏蔽结构；氦氙热电转换回路可将堆芯热量导出并转换为电能，实现核裂变反应热到电能的物理转换过程，转换后得到的电能通过电力适配装置转换为与负载端适配的期望电压值，且将该期望电压值导出至负载端，电力适配装置与多个电力输出子系统舱段相连，以并联方式实现功率的输出。因此，本申请提供的核反应堆电源装置通过电力适配装置实现多个电力输出子系统舱段的模块化设置，通过不同任务选定不同的功率输出等级，进而选择一个或多个电力输出子系统舱段参与任务，整体可靠度更高，对模块失效的容忍度更高；相比现有技术中基于化学能、太阳能及衰变能的空间任务能源不足的问题，本申请采用的核反应堆电能供给方案能够通过持续的链式裂变反应产生热能并通过与之耦合的热电转换回路实现电能的供给，进而驱动电推进装置产生推力，具有能量密度高、燃料消耗低、输出功率大、工作寿命长、自主调节能力高、环境适应性强的特点本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模块化核反应堆电源装置，其特征在于，包括一个或多个电力输出子系统舱段；所述电力输出子系统舱段包括舱段外壳、设置在所述舱段外壳外部的最终热阱、设置在所述舱段外壳一端的电力适配装置，以及设置在所述舱段外壳内的反应堆、氦氙热电转换回路和影子屏蔽结构；所述影子屏蔽结构用以实现对反应堆的堆芯的辐射进行屏蔽；所述反应堆内形成有冷却剂通道，所述冷却剂通道内通入氦氙混合气体，所述氦氙混合气体在所述氦氙热电转换回路中循环将堆芯热量导出并产生电能；所述电力适配装置与氦氙热电转换回路相连，用以将由氦氙热电转换回路输出的电能转换为与负载端适配的期望电压值后导出至负载端；所述电力适配装置与多个所述电力输出子系统舱段相连，以并联方式实现功率的输出。2.根据权利要求1所述的模块化核反应堆电源装置，其特征在于，所述舱段外壳为外表面裹附有石墨的铝合金外壳，或外表面裹附有石墨的钛合金外壳；所述舱段外壳上相对设置有两个对接机构，相邻两个所述电力输出子系统舱段通过所述对接机构进行组装。3.根据权利要求1所述的模块化核反应堆电源装置，其特征在于，所述反应堆为快中子堆；所述堆芯包括中央控制棒，以及依次环绕在中央控制棒外围的内层燃料组件、外层燃料组件和反射层；反射层内环状分布有若干个控制鼓；外层燃料组件和反射层之间形成有若干个冷却剂通道；所述内层燃料组件和外层燃料组件分别为横截面为六角形的柱状燃料组件，柱状燃料组件中的燃料为UO2，U
‑
235富集度小于20w％；所述反应堆外围设置有所述影子屏蔽结构。4.根据权利要求1所述的模块化核反应堆电源装置，其特征在于，所述影子屏蔽结构为圆台状壳体结构件；所述壳体结构件的侧壁包括三层辐射屏蔽层，三层辐射屏蔽层分别为：轻组分屏蔽层、重组分屏蔽层和热屏蔽层；所述轻组分屏蔽层用以减弱中子通量，所述重组分屏蔽层用以减弱γ辐射，所述热屏蔽层用以减少辐射热；所述轻组分屏蔽层为氢化锂材质；所述重组分屏蔽层为钨材质；所述热屏蔽层为含硼不锈钢材质。5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张运荒，郑刚阳，陈思娟，孙世妍，付文，王吉浦，请求不公布姓名，王子冠，
申请(专利权)人：北京中子探索科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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