【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种核动力装置，特别涉及一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法。
技术介绍
1、自由活塞式发电机系统采用自由活塞发动机和直线发电机直接结合，通过活塞的往复运动，将燃料的化学能转换为电能输出，是一种具有较高功率密度的发电技术。由于活塞直接驱动发电机,整机体积和重量都较小,适合应用于移动设备和分布式发电系统。此外,它还具有启动快、响应速度快的特点,非常适合作为应急电源或负荷调节设备。但是,自由活塞式发电机也存在一些局限性。由于缺乏传统活塞发动机的飞轮效应,它的转速控制和负荷调节会相对复杂。失火问题是所有自由活塞式发动机均所面临的重大挑战。从发动机连续运转角度考虑，自由活塞直线发电机由于没有飞轮存储能量，一侧发动机的压缩行程所需要的能量依赖于对侧发动机的燃烧状况，当某一侧发动机发生失火状态时，无法提供足够的能量去压缩对侧发动机气缸，导致系统循环间能量无法传递，因此任意工作循环出现的失火状况均意味着整个系统将停止运行。另外，自由活塞直线发电机工作过程受到多种外界因素影响，当外部负载发生波动或者一些其它因素影响到了混合气的形成、喷油着火和燃料燃烧时，也可能导致自由活塞直线发电机停止工作。
2、核能作为一种重要的能源，具有以下几个主要优点:
3、(1)能量密度高：核能的能量密度非常高，相比于化石燃料，同等重量的铀燃料可以释放出数百万倍的能量，这使得核电站的燃料消耗量非常低。
4、(2)燃料储量丰富：地球上铀的储量较为丰富，可以满足未来很长一段时间的能源需求。与化石燃料相比，核能的燃料供给更
5、(3)运行成本低：核电站建设投资较高，但运营成本较低，尤其是燃料成本非常低，这使得核电的发电成本在长期运行中具有优势。
6、(4)环境友好：核电站运行过程中不会排放二氧化碳、二氧化硫等有害气体，对环境影响较小。相比化石燃料发电,核电更加环保。发展核能将有助于减少温室效应，改善气候环境。
7、(5)可靠性高：核电站一旦投入运行,可以持续稳定供电数十年,具有很高的可靠性。
8、(6)减少化石燃料消耗：核电的广泛应用可以大幅减少化石燃料的消耗,有助于化石能源的节约和保护。
9、核能驱动汽轮机发电：核反应堆加热水产生蒸汽，将原子核裂变能转化为热能；蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转化为机械能；然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。核反应堆内的核反应产生热能，但并不直接推动涡轮或发电机，热能的转换和利用是在系统外部进行的，因此为外燃式系统，外燃式发电系统存在一些问题：(1)换热效率低：需要通过换热器进行传热，在传热过程中会产生一定的热量损失，降低了热量的利用率。(2)工作条件苛刻：对换热器材料的耐高温、耐腐蚀等性能要求很高，增加了系统成本和维护难度。
10、核能驱动燃气轮机发电：将核能源设备与燃气轮机结合在一起，让核能转化为高温高压蒸汽或气体，再经过适当的加工处理后，输入到燃气轮机中，利用空气或燃气的能量，驱动轴旋转，形成动力输出。相比汽轮机，内燃式燃气轮机功率密度大。但仍需考虑燃气轮机进、排气问题，环境适应性差。
11、随着对热声发动机研究的不断深入，相关的研究者逐渐意识到可将无运动部件的热声发动机所产生的高强度声功率用于驱动多种负载，比如制冷机或发电机等。其中热声发动机驱动发电机的热声发电系统可应用于太阳能和工业余热等热能回收领域，是热声发动机中一个重要的发展方向。热声发电系统具有结构简单、可靠性高、维护成本低、适用范围广等优点，热声发电机的主要部件包括换热器、回热器和谐振管，结构相对简单,无需复杂的机械运动部件；由于没有活动机械部件，热声发电机的可靠性和使用寿命都较高；由于结构简单，热声发电机的维护和维修成本较低；可以利用各种热源，如核能、太阳能、地热、工业余热等驱动热声发电机工作。
12、因此，我们提出采用核能作为热声发动机的热源，构建了一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法。基于热声效应利用核反应堆温差激发声波，声波驱动发电机发电。该装置及方法具有以下优点：(1)无机械运动部件，热声发动机具有超高可靠性、超长寿命，系统稳定性高，解决了自由活塞式发电机系统的不稳定性；(2)内燃式系统，弥补了核能驱动汽轮机发电系统换热效率低、受换热器材料限制的缺点；(3)闭式结构，解决了核能驱动燃气轮机发电系统进、排气等问题，环境适应性好，可选择高效循环工质(氦气)。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，将核能作为热声发动机的热源，从而消除了传统外燃式核能发电系统换热器的成本、复杂性和低效率的问题，解决了传统发电系统可靠性差的问题，可以实现稳定、清洁、环境适应性好的电力发电。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，包括热声发动机单元、谐振系统和发电设备，其特征在于，所述热声发动机单元包括核反应堆加热器、回热器、换热器；所述核反应堆加热器释放热能，所述热声发动机单元把热能转化为声能；所述谐振系统用于传递和储存声能，并调制所述回热器所处声场以实现热声转换；所述发电设备利用声能进行发电，从而实现了稳定、清洁的电力发电。进一步地，所述核反应堆加热器、所述回热器、所述换热器为依次相连。
4、进一步地，所述谐振系统形式为线性管、环形管或带旁支结构的环形管。
5、进一步地，所述谐振系统形式为等直径管、变直径管或二者的组合。
6、进一步地，一个或多个所述热声发动机单元与所述谐振系统同轴布置，所述热声发动机单元外壁贴合所述谐振系统内壁，置于所述谐振系统内部。
7、进一步地，所述发电设备为直线发电机、扬声器、压电式换能器、磁流体发电机。
8、进一步地，所述发电设备为一个或多个，一种或多种的结合。
9、进一步地，所述发电设备安装在所述谐振系统内部，与所述谐振系统同轴布置，或所述发电设备位于所述谐振系统端部，或所述发电设备在所述谐振系统侧面耦合。
10、进一步地，所述的回热器为丝网型回热器、平板式回热器、蜂窝陶瓷回热器、螺旋型回热器、针列型回热器、填充随机丝绵型回热器。
11、进一步地，所述换热器为管壳式换热器、套管式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器、翅片管换热器、热管换热器。
12、本专利技术的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法具备如下优点：
13、(1)结构相对简单，无需复杂的机械运动部件，可靠性和使用寿命较高，解决了自由活塞式发电机系统的不稳定性；(2)内燃式系统，弥补了核能驱动汽轮机发电系统换热效率低、受换热器材料限制的缺点；(3)闭式结构，解决了核能驱动燃气轮机发电系统进、排气等问题，环境适应性好。
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1.一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，包括热声发动机单元、谐振系统和发电设备，其特征在于，所述热声发动机单元包括核反应堆加热器、回热器、换热器；所述核反应堆加热器释放热能，所述热声发动机单元把热能转化为声能；所述谐振系统用于传递和储存声能，并调制所述回热器所处声场以实现热声转换；所述发电设备利用声能进行发电，从而实现了稳定、清洁的电力发电。
2.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述核反应堆加热器、所述回热器、所述换热器为依次相连。
3.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述谐振系统形式为线性管、环形管或带旁支结构的环形管。
4.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述谐振系统形式为等直径管、变直径管或二者的组合。
5.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是一个或多个所述热声发动机单元与所述谐振系统同轴布置，所述热声发动机单元外壁贴合所述谐振系统内壁，置于所述谐振系统内部。
6.如权利
7.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述发电设备为一个或多个，一种或多种的结合。
8.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述发电设备安装在所述谐振系统内部，与所述谐振系统同轴布置，或所述发电设备位于所述谐振系统端部，或所述发电设备在所述谐振系统侧面耦合。
9.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述的回热器为丝网型回热器、平板式回热器、蜂窝陶瓷回热器、螺旋型回热器、针列型回热器、填充随机丝绵型回热器。
10.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述换热器为管壳式换热器、套管式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器、翅片管换热器、热管换热器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，包括热声发动机单元、谐振系统和发电设备，其特征在于，所述热声发动机单元包括核反应堆加热器、回热器、换热器；所述核反应堆加热器释放热能，所述热声发动机单元把热能转化为声能；所述谐振系统用于传递和储存声能，并调制所述回热器所处声场以实现热声转换；所述发电设备利用声能进行发电，从而实现了稳定、清洁的电力发电。
2.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述核反应堆加热器、所述回热器、所述换热器为依次相连。
3.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述谐振系统形式为线性管、环形管或带旁支结构的环形管。
4.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是所述谐振系统形式为等直径管、变直径管或二者的组合。
5.如权利要求1所述的一种基于热声效应的内燃式核动力装置及方法，其特征是一个或多个所述热声发动机单元与所述谐振系统同轴布置，所述热声发动机单元外壁贴合...
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