[发明专利]一种热声发动机

说明书

本发明涉及热声加热设备技术领域，公开了一种热声发动机，包括至少一个热声发动单元，所述热声发动单元包括顺次连接的主水冷器、回热器以及核燃料加热器；所述核燃料加热器用于利用核燃料反应与流经所述核燃料加热器的工作气体之间进行热交换，以使所述工作气体升温。该热声发动机解决了核堆热能利用过程中能量传输复杂、热能品位低、系统庞大的问题，同时解决外热式的热声发动机加热器难以实现超高温、超高热流密度换热的问题，提供一种新型的核能利用途径，同时提高核能利用的效率和安全性，系统更加紧凑。

技术领域

本发明涉及热声加热设备技术领域，特别是涉及一种热声发动机。

背景技术

在传统的核能发电系统中，核反应堆通常作为一个独立的系统用于产生热量，传热介质(压水堆中为高压水，钠冷堆中为金属钠，气冷堆中为高压氦气)将核反应堆中的热量输送给热功转换系统—蒸汽轮机，蒸汽轮机再接上发动机向外输出电能。这种核能发电系统核堆需要非常复杂的主动换热装置，以防止核堆融化发生泄漏事故；核堆输出的热量温度低，不利于热功转换系统获得较高的热力学效率；另外这种系统的体积、噪声也非常大。

热声发动机是利用热声效应，将热能转化为声波形式的机械能的热功转换装置。广义的热声发动机不仅包括传统的驻波、行波、双作用热声发动机，还包括斯特林发动机等结构形式。它的核心部件主要由加热器、回热器、水冷器组成，辅助部件通常还可以包括热缓冲管、次水冷器、谐振管、排出器等。在热声发动机中，只要存在高温热源，回热器轴向的温度梯度达到一定值，系统就会自激振荡，即系统自发地将高温热源的热量一部分转化为声波形式的机械能，一部分通过低温部件—水冷器传递给环境。热声发动机如果再接上发动机，就可以将机械能转化为电能输出。

目前，现有的热声发动机中，热量由外热源通过高温换热器外壳传输到热声发动机内的工作气体时，高温换热器外壳必须同时承受高温和高压，由于最高换热温度受到材料性能的限制，使得热声发动机的热功转换效率的也受到了较大的限制。另外由于热量需要通过换热器外壳传入发动机内，因此外燃式的热声发动机通常体积较大，功率密度较低，不利于实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决前述背景技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出了一种热声发动机，该热声发动机解决了核堆热能利用过程中能量传输复杂、热能品位低、系统庞大的问题，同时解决外热式的热声发动机加热器难以实现超高温、超高热流密度换热的问题，提供一种新型的核能利用途径，同时提高核能利用的效率和安全性，系统更加紧凑。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热声发动机，包括至少一个热声发动单元，所述热声发动单元包括顺次连接的主水冷器、回热器以及核燃料加热器；

所述核燃料加热器用于利用核燃料反应与流经所述核燃料加热器的工作气体之间进行热交换，以使所述工作气体升温。

其中，还包括热缓冲管以及和所述热缓冲管连接的次水冷器；

所述回热器和热缓冲管之间连接有气流通道，所述气流通道内布设有所述核燃料加热器。

其中，所述核燃料加热器包括核燃料体和气体流道；

多个所述核燃料体分别均匀的排列在所述气体流道内；

所述气体流道内流通有所述工作气体，以使所述工作气体与所述核燃料体之间进行热交换。

其中，还包括冷却套、反射层以及第一控制棒；

所述核燃料加热器的承压外壳设置有所述冷却套，所述冷却套的外表面设置有所述反射层，所述反射层的内部设置有所述第一控制棒。