一种核发电电源系统及具有其的核动力汽车的制作方法

1.本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种核发电电源系统及具有其的核动力汽车。


背景技术：

2.随着时代的发展，人民生活水平的提高，汽车已成为生活中必不可少的交通工具之一。目前的汽车主要包括传统的燃油汽车及新能源汽车纯电动汽车、混动汽车、燃料电池汽车、天然气汽车、氢能汽车等，燃油汽车耗油量高，废气污染大，不符合节能减排的发展趋势，而新能源汽车续航能力较差，能量转换效率低，难以满足未来高效生活的要求，积极寻求下一代汽车动力即将提上日程。
3.核能是当前应用最为广泛的新型能源之一，具有清洁无污染、能量密度高等优点，且目前技术相对比较成熟，具有大规模替代现有化石能源的应用前景。本发明提供了一种核动力汽车，将核能用于汽车动力，基于核动力驱动的汽车，具有续航能力强、洁净无污染、安全性好的优点。其一方面可减少汽车对化石能源石油、天然气等的依赖，实现节能减排的目标，另一方面可以实现无限续航，一次装料，可运行几十年，提高出行效率。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种核发电电源系统及具有其的核动力汽车，有效的克服了现有技术的缺陷。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种核发电电源系统包括核反应堆芯和热电转换系统，所述核反应堆芯外部由内而外依次包裹设有反射层和安全防护层，所述热电转换系统与所述核反应堆芯连接进行热量传输，并通过线路与所述电源管理系统以及电池连接，上述核反应堆芯连接反应性控制机构。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，上述反射层为固态铅层。
9.进一步，上述安全防护层为钨铜合金层。
10.进一步，上述热电转换系统为开式空气布雷顿热电转换系统，上述开式空气布雷顿热电转换系统包括热管、热交换腔、压缩机、透平和发电机，上述热管的蒸发端置入上述核反应堆芯中，其冷凝端置入上述热交换腔内部的热交换工质中，上述压缩机的流体出口通过第一工质管与上述热交换腔内部连通，上述透平的介质入口通过第二工质管与上述热交换腔内部连通，上述压缩机的转轴与上述透平的机械轴传动连接，上述透平的机械轴与上述发电机的主轴传动连接。
11.进一步，上述第一工质管和第二工质管上分别设有电控阀，上述电控阀与上述电源管理系统线路连接。
12.有益效果是：具有续航能力强、洁净无污染、安全性好的优点，可减少汽车对化石
能源(石油、天然气等)的依赖，实现节能减排的目标，提升出行效率。
13.还提供一种核动力汽车，包括汽车车体、以及安装于汽车车体上的核发电电源系统、电池和车轮电机，所述核发电电源系统和电池分别与汽车的电源管理系统线路连接，所述电源管理系统与所述车轮电机线路连接，所述核发电电源系统与所述电池线路连接。
14.进一步，所述核发电电源系统通过减震装置装配于所述汽车车体的底盘上。
15.有益效果是：核动力汽车具有续航能力强，洁净无污染、安全性好等特点，可减少汽车对化石能源(石油、天然气等)的依赖，实现节能减排的目标，提升出行效率。
附图说明
16.图1为本发明的核电源发电系统的结构图。
17.图2为本发明的核动力汽车的结构简图；
18.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
19.1、汽车车体；2、核发电电源系统；3、电池；4、车轮电机；6、电控阀；7、反应性控制机构；21、核反应堆芯；51、热管；52、热交换腔；53、压缩机；54、透平；55、发电机；211、反射层；212、安全防护层；531、第一工质管；541、第二工质管。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
21.实施例1
22.如图1所示，本实施例的核发电电源系统包括核反应堆芯21和热电转换系统，上述核反应堆芯21外部由内而外依次包裹设有反射层211和安全防护层212，上述热电转换系统与上述核反应堆芯21连接进行热量传输，并通过线路与上述电源管理系统以及电池3连接，上述核反应堆芯21连接反应性控制机构7。
23.该方案中，核发电电源系统是基于在核反应堆芯21发生核裂变反应产生热能，通过热电转化系统将热能转化为电能，最终将热能高效转化为电能，整体具有发电能力强、洁净无污染、安全性好的优点。
24.本实施例中，整个反应性控制机构7为现有技术，其原理及结构在此不做赘述，其采用控制棒的结构形式，减少系统尺寸，且采用两套独立的控制结构，满足单一故障准则，提高系统的安全性。
25.更具体地，上述热电转换系统为开式空气布雷顿热电转换系统，上述开式空气布雷顿热电转换系统包括热管51、热交换腔52、压缩机53、透平54和发电机55，上述热管51的蒸发端置入上述核反应堆芯21中，其冷凝端置入上述热交换腔52内部的热交换工质中，上述压缩机53的流体出口通过第一工质管531与上述热交换腔52内部连通，上述透平54的介质入口通过第二工质管541与上述热交换腔52内部连通，上述压缩机53的转轴与上述透平54的机械轴传动连接，上述透平54的机械轴与上述发电机55的主轴传动连接。
26.该方案中，热管51的蒸发端插入核反应堆芯21中，使得反应堆与热电转换系统耦合在一起，实现堆芯热量非能动传递到热电转换系统，具体地，核反应堆芯21发生核裂变反应产生热能，热能传递给热管(换热器)51，在此过程中，外界空气从压缩机53的进气口进
入，通过压缩机53压缩，压缩后的气体经第一工质管531进入热交换腔52内，与热管51的冷凝端进行换热，换热后，气体再经第二工质管541进入透平54做功，最终通过发电机55将机械能转换成电能，最终废气通过透平54的排气口排到外界大气中，整体上采用紧凑型一体化固态堆芯，具有续航能力强、洁净无污染、安全性好的优点。
27.需要特别说明的是：本实施例中的热电转换方式采用开式空气布雷顿循环，空气与热管51的冷凝段间接换热，不与核反应堆芯21的冷却剂直接接触，避免了放射性的泄露，提高反应堆的安全性，且在第一工质管531和和第二工质管541上分别设置控制阀(电控阀6)，通过电源管理系统中的控制模块进行电控阀6的调节，一方面通过调节电控阀6的开度进行进气量的调节，配合反应性控制系统可以调节发电功率，另一方面在发生热管51破损的工况下可以进行系统封闭，防止放射性的泄露，提高系统安全性。
28.需要说明的是：核反应堆芯21整体采用卧式布置结构，堆芯采用固态一体化结构，氮化铀作为燃料，实现堆芯的小型化。
29.上述热管51采用高温的锂工质，工作温度在1000℃以上，呈三角形布置，蒸发段插入核反应堆芯21的活性区，热管51的冷凝端用于加热热交换腔52中的空气工质，热管51具有20％以上的设计裕量，单根热管51的故障不影响正常运行。
30.本实施例中，反射层211为固态铅层，一方面对中子具有很好的反射能力，另一方面对伽马射线具有较好的防护效果；安全防护层212采用多层包裹的钨铜合金层形成“黑匣子”，不仅兼具安全和屏蔽的供能，还可以在极端情况下通过迅速蒸发换热，实现核电源表面的迅速降温。
31.在本实施例中，压缩机53、透平54及发电机55采用一体化共轴布置，发电机55同时采用高速永磁电机，匹配高转速透平54，省去了变速箱，简化了系统，降低了热电转换系统尺寸。
32.实施例2
33.如图2所示，本实施例的核动力汽车包括汽车车体1、以及安装于汽车车体1上的核发电电源系统2、电池3和车轮电机4，上述核发电电源系统2和电池3分别与汽车的电源管理系统线路连接，上述电源管理系统与上述车轮电机4线路连接，上述核发电电源系统2与上述电池3线路连接。
34.运行过程如下：
35.核发电电源系统2产生电能，通过连接的电缆将电能通过电源管理系统输送至汽车车体1的四个车轮电机4，通过车轮电机4带动车轮转动，实现汽车的行驶。其中，在汽车加速或高速行驶工况下，电池3也通过电源管理系统对车轮电机4输入，实现峰值电功率输出，当回到一般行驶工况或停止状态时，电池3停止对车轮电机4供电，核发电电源系统2向电池3充电或作为外电源给车辆其他电器配件进行供电，整体上具有续航能力强、洁净无污染、安全性好的优点，可减少汽车对化石能源(石油、天然气等)的依赖，实现节能减排的目标，提升出行效率。
36.本实施例中，电池3采用采用高功重比的锂电池，与核电源匹配使用，一方面提供核电源启停时的电力供应，另一方面提供汽车瞬时峰值输出电力的补充。
37.作为一种优选的实施方式，上述核发电电源系统2通过减震装置装配于上述汽车车体1的底盘上。
38.该方案中，减震装置的设置能够实现核发电电源系统2的低振动，进一步提升核发电电源系统2的使用安全性。
39.具体地，上述减震装置采用现有技术的减震浮筏或其他具有同类似作用的减震结构。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。