本發(fā)明涉及核動(dòng)力，具體為一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法。

背景技術(shù)：

1、目前基于核裂變?cè)淼哪芰慨a(chǎn)生裝置(例如核反應(yīng)堆)多是通過(guò)聚集大量固態(tài)燃料或液體燃料超過(guò)臨界體積或臨界質(zhì)量，達(dá)到臨界，利用鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)持續(xù)不斷地產(chǎn)生裂變能量。其實(shí)現(xiàn)方式多是將固態(tài)或液體燃料置于反應(yīng)堆中，形成各種幾何結(jié)構(gòu)。例如，核動(dòng)力航空母艦和核潛艇都是利用核裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的動(dòng)力推動(dòng)螺旋槳，只不過(guò)太空沒(méi)有水或者空氣這種介質(zhì)，不能采用螺旋槳。但是可以將推進(jìn)劑注入反應(yīng)堆，推進(jìn)劑會(huì)受熱迅速膨脹，然后從發(fā)動(dòng)機(jī)尾部高速噴出，產(chǎn)生推力。但是這種能量產(chǎn)生方式效率較低，在產(chǎn)生能量的同時(shí)需要大量的輔助系統(tǒng)，如控制棒、熱量傳導(dǎo)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等，導(dǎo)致成本高昂、難以大規(guī)模應(yīng)用。

2、本發(fā)明將給出核裂變反應(yīng)新的發(fā)生和控制形式，類似于內(nèi)燃機(jī)，但是將內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力來(lái)源從燃料的化學(xué)能改為核能，豐富了內(nèi)燃機(jī)的定義，實(shí)現(xiàn)核能的新利用方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述提到的現(xiàn)有核動(dòng)力裝置能量產(chǎn)生方式效率較低、需要大量輔助系統(tǒng)、規(guī)模過(guò)大難以大規(guī)模應(yīng)用的問(wèn)題，特此提出了一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明采用內(nèi)燃機(jī)的形式，將液體核燃料與工作介質(zhì)混合通入到內(nèi)燃機(jī)中，通過(guò)有限的核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱量對(duì)氣體加熱膨脹，使活塞做功產(chǎn)生能量。

2、本發(fā)明提出了一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其具體包括液體燃料儲(chǔ)罐、工作介質(zhì)儲(chǔ)罐、乏燃料儲(chǔ)罐、燃料混合罐、排出罐、控制系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)，燃料混合罐一端分別和液體燃料儲(chǔ)罐以及工作介質(zhì)儲(chǔ)罐連通，另一端和內(nèi)燃機(jī)連通；內(nèi)燃機(jī)和排出罐連通，排出罐分別和工作介質(zhì)儲(chǔ)罐以及乏燃料儲(chǔ)罐連通；控制系統(tǒng)分別和燃料混合罐以及內(nèi)燃機(jī)信號(hào)連接；液體燃料儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存有液體核燃料；內(nèi)燃機(jī)包括激發(fā)裝置、曲軸、活塞、過(guò)渡口和活塞通道，內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中設(shè)置有激發(fā)裝置、過(guò)渡口和活塞通道，燃燒室內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有曲軸；活塞設(shè)置在燃燒室內(nèi)的活塞通道中，并和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

3、更進(jìn)一步地，所述激發(fā)裝置為中子源或光子源。

4、更進(jìn)一步地，所述內(nèi)燃機(jī)上設(shè)置有排氣口和進(jìn)氣口，排氣口和進(jìn)氣口均與內(nèi)部的燃燒室連通；內(nèi)燃機(jī)通過(guò)進(jìn)氣口和燃料混合罐連通，通過(guò)排氣口和排出罐連通。

5、更進(jìn)一步地，所述利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)還包括輻射屏蔽結(jié)構(gòu)，液體燃料儲(chǔ)罐、工作介質(zhì)儲(chǔ)罐、乏燃料儲(chǔ)罐、燃料混合罐、排出罐和內(nèi)燃機(jī)均設(shè)置在輻射屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

6、更進(jìn)一步地，所述工作介質(zhì)儲(chǔ)罐中的工作介質(zhì)為氫氣、氦氣或二氧化碳。

7、更進(jìn)一步地，所述工作介質(zhì)儲(chǔ)罐中的工作介質(zhì)為液體有機(jī)介質(zhì)。

8、一種采用上述的利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

9、步驟一、進(jìn)料：液體核燃料和工作介質(zhì)被送入燃料混合罐中進(jìn)行混合，混合后以霧狀噴入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中；

10、步驟二、壓縮：在活塞作用下，霧狀液體核燃料液滴之間距離縮短，在激發(fā)裝置作用下發(fā)生裂變反應(yīng)，產(chǎn)生熱量對(duì)工作介質(zhì)加熱；

11、步驟三、做功：工作介質(zhì)受熱膨脹，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)對(duì)外做功；

12、步驟四、排氣：工作介質(zhì)做功后，和核燃料一起排入到排出罐中。

13、本發(fā)明所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法的有益效果為：

14、(1)本發(fā)明所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法，克服了現(xiàn)有核動(dòng)力裝置能量產(chǎn)生方式效率較低、需要大量輔助系統(tǒng)、規(guī)模過(guò)大難以大規(guī)模應(yīng)用的問(wèn)題，使用液體燃料可以對(duì)核燃料及時(shí)進(jìn)行添加、對(duì)積累的乏燃料進(jìn)行處理，不影響裝置的運(yùn)行；同時(shí)，以霧狀核燃料發(fā)生裂變后熱量及時(shí)導(dǎo)出，顯著提高使用核能的效率，減少能耗；

15、(2)本發(fā)明所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法，省去了反應(yīng)堆中必需的控制系統(tǒng)，大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本和安全隱患；

16、(3)本發(fā)明所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法，裝置整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，便于控制，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出的廢熱少、利于散熱，可以根據(jù)需要調(diào)整液體核燃料供給量從而控制反應(yīng)上限，便于對(duì)能量產(chǎn)出進(jìn)行精確控制、提升裝置功率，從而避免現(xiàn)有核反應(yīng)堆的核事故發(fā)生。

技術(shù)特征：

1.一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：包括液體燃料儲(chǔ)罐(1)、工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)、乏燃料儲(chǔ)罐(3)、燃料混合罐(4)、排出罐(5)、控制系統(tǒng)(6)和內(nèi)燃機(jī)(7)，燃料混合罐(4)一端分別和液體燃料儲(chǔ)罐(1)以及工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)連通，另一端和內(nèi)燃機(jī)(7)連通；內(nèi)燃機(jī)(7)和排出罐(5)連通，排出罐(5)分別和工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)以及乏燃料儲(chǔ)罐(3)連通；控制系統(tǒng)(6)分別和燃料混合罐(4)以及內(nèi)燃機(jī)(7)信號(hào)連接；液體燃料儲(chǔ)罐(1)內(nèi)儲(chǔ)存有液體核燃料；工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)內(nèi)儲(chǔ)存有工作介質(zhì)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：所述激發(fā)裝置(71)為中子源或光子源。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：所述內(nèi)燃機(jī)(7)上設(shè)置有排氣口(72)和進(jìn)氣口(73)，排氣口(72)和進(jìn)氣口(73)均與內(nèi)部的燃燒室連通；內(nèi)燃機(jī)(7)通過(guò)進(jìn)氣口(73)和燃料混合罐(4)連通，通過(guò)排氣口(72)和排出罐(5)連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：所述利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)還包括輻射屏蔽結(jié)構(gòu)(8)，液體燃料儲(chǔ)罐(1)、工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)、乏燃料儲(chǔ)罐(3)、燃料混合罐(4)、排出罐(5)和內(nèi)燃機(jī)(7)均設(shè)置在輻射屏蔽結(jié)構(gòu)(8)內(nèi)部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：所述工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)中的工作介質(zhì)為氫氣、氦氣或二氧化碳。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：所述工作介質(zhì)儲(chǔ)罐(2)中的工作介質(zhì)為液體有機(jī)介質(zhì)。

7.一種采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用液體核燃料裂變反應(yīng)產(chǎn)能的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及工作方法，涉及核動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有核動(dòng)力裝置能量產(chǎn)生方式效率較低、需要大量輔助系統(tǒng)、規(guī)模過(guò)大難以大規(guī)模應(yīng)用的問(wèn)題。本發(fā)明燃料混合罐一端分別和液體燃料儲(chǔ)罐以及工作介質(zhì)儲(chǔ)罐連通，另一端和內(nèi)燃機(jī)連通；內(nèi)燃機(jī)和排出罐連通，排出罐分別和工作介質(zhì)儲(chǔ)罐以及乏燃料儲(chǔ)罐連通；控制系統(tǒng)分別和燃料混合罐以及內(nèi)燃機(jī)信號(hào)連接；液體燃料儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存有液態(tài)核燃料；通過(guò)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的激發(fā)裝置激發(fā)液態(tài)核燃料進(jìn)行核反應(yīng)產(chǎn)生熱量使工作介質(zhì)受熱膨脹，從而對(duì)外做功。本發(fā)明將液體核燃料與工作介質(zhì)混合通入到內(nèi)燃機(jī)中，通過(guò)有限的核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱量對(duì)介質(zhì)加熱膨脹，使活塞做功產(chǎn)生能量。

技術(shù)研發(fā)人員：王翔,張傲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17