一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置的制作方法

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及一种在深海应用领域中具有广泛应用前景的用于深海水下平台的碱金属热电转换装置。

背景技术：

为了抢夺海底生物资源和矿产资源，各海洋强国均已研发出性能优异的深海研究潜艇以及深水载人潜器，如俄罗斯的“mir-2”号、美国的“阿尔文”号、日本的“深海6500”等，其下潜深度都达到了千米级，甚至具备了万米级深海探测的能力。但是，现有载人潜器功能相对单一，还缺少对深海海底进行大范围、长时间、高精度、多参数测量的能力。各国又相继提出深海工作站的概念，其作业体系更为复杂，功能也更为丰富。特别是配备了小型核电源的深海水下平台，具有长时间、大功率、载员多等优势。随着深海水下平台容量不断扩展、功能越来越多，对能源需求也迅速增大。针对水下平台以及其他深海设备对高效能量转换系统的需求，结合高温热管和碱金属热电直接转换的优点，设计一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置，可以提供一种静态、高效的热电转换方案。

针对用于深海水下平台的碱金属热电转换装置研究还未有相关现有技术见诸报道或公开。

技术实现要素：

本发明提出一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置，满足应用于海洋领域的小型电源系统的需要。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置，包括热源、热管、碱金属热电转换装置、冷却通道、海水进口管道、海水出口管道、保护容器和大海环境；

所述热管的蒸发段置于热源内，冷凝段与碱金属热电转换装置连接，热源为热管提供热量，热管将所述热源的热量传递至碱金属热电转换装置；

所述冷却通道安装于碱金属热电转换装置的冷凝端，冷却通道一端与海水进口管道相连，另一端与海水出口管道相连；

所述热源、热管、碱金属热电转换装置、冷却通道、海水进口管道和海水出口管道置于保护容器内，保护容器内充氮气，形成惰性气体环境；

所述大海环境、海水进口管道、海水出口管道和冷却通道共同组成海水的自然循环流道。

作为一种优选的实施方式，所述碱金属热电转换装置的工作介质为碱金属，多个热电转换元件将碱金属热电转换装置内部分为加热端、冷凝端和毛细芯；

碱金属热电转换装置的加热端与热管相连，液态碱金属吸收热管的热量后蒸发，蒸汽通过热电转换元件时产生电势；

碱金属热电转换装置的冷凝端附着于冷却通道表面，冷却通道内通水对冷凝端进行冷却，蒸汽冷凝后在毛细芯的吸力作用下重新流回加热端。

作为一种优选的实施方式，所述碱金属为钠、钾或钠钾合金。

作为一种优选的实施方式，所述热电转换元件的个数根据负载所需电压和电流来确定。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：本发明的碱金属热电转换装置采用模块化设计，结构紧凑，运行简单；无转动部件，可靠性高，全部采用非能动的方式运行，固有安全性高，碱金属热电转换的加热端和冷凝端都可以提供稳定的温度，效率高，能够应用于多种深海装备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为碱金属热电转换装置的结构示意图；

图中：1-热源；2-热管；3-碱金属热电转换装置；4-冷却通道；5-海水进口管道；6-海水出口管道；7-保护容器；8-大海环境；31-碱金属；32-热电转换元件；33-加热端；34-冷凝端；35-毛细芯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置，包括热源（1）、热管（2）、碱金属热电转换装置（3）、冷却通道（4）、海水进口管道（5）、海水出口管道（6）、保护容器（7）和大海环境（8）。

该实施例的热管（2）为碱热管，其蒸发段置于热源（1）内，其冷凝段与碱金属热电转换装置（3）连接，热源（1）能够为热管（2）提供热量，热管（2）能够将热源（1）的热量传递至碱金属热电转换装置（3）。

冷却通道（4）安装于碱金属热电转换装置（3）的冷凝端，冷却通道（4）一端与海水进口管道（5）相连，另一端与海水出口管道（6）相连；所述热源（1）、热管（2）、碱金属热电转换装置（3）、冷却通道（4）、海水进口管道（5）和海水出口管道（6）全部置于保护容器（7）内，因为碱金属与蒸汽和水都会发生反应，所以相关设备都布置在保护容器（7）内部，并充氮气形成惰性气体的保护环境。

大海环境（8）、海水进口管道（5）、海水出口管道（6）和冷却通道（4）共同组成海水的自然循环流道。

如图2所示，为碱金属热电转换装置（3）的结构示意图，该实施例中，碱金属热电转换装置（3）的工作介质为碱金属（31），此处的碱金属（31）可为钠、钾或钠钾合金。多个热电转换元件（32）将碱金属热电转换装置（3）内部分为加热端（33）、冷凝端（34）和毛细芯（35），而且热电转换元件（32）的个数可以根据负载所需电压和电流来确定。碱金属热电转换装置（3）的加热端（33）与热管（2）相连，液态碱金属吸收热管（2）的热量后蒸发，蒸汽通过热电转换元件（32）时产生电势；碱金属热电转换装置（3）的冷凝端（34）附着于冷却通道（4）表面；冷却通道（4）内通水对碱金属热电转换装置（3）冷凝端进行冷却；蒸汽冷凝后在毛细芯（35）的吸力作用下重新流回加热端（33）。

本发明碱金属热电转换装置的工作原理为：热管(2)将热源(1)的热量传递到碱金属热电转换装置(3)，碱金属热电转换装置(3)内的碱金属(31)在加热端(33)由液态逐渐转变为蒸汽，形成连续流动的碱金属蒸汽流，在冷凝端(34)处由蒸汽转变为液态，废热排放到大海环境中。碱金属热电转换装置(3)利用β″-al2o3固体电解质的离子导电性，以热再生浓度差电池过程为工作原理，在碱金属蒸汽流动的过程中实现热电能量直接转换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。