本发明涉及放射性同位素电池，具体涉及一种热管传热式核电池及其应用。
背景技术：
1、在放射性同位素衰变过程中，会释放大量的能量，把这种衰变能量转换成电能的装置称为放射性同位素电池，也称核电池。核电池种类繁多，应用最为广泛的主要是温差热电型核电池，其利用碲化铋、碲化铅等热电材料组成的热电器件，根据塞贝克效应，将放射性同位素衰变产生的以热能形式呈现的能量转换成电能。
2、基于辐射安全考虑，温差热电型核电池一般需设置屏蔽层，以屏蔽放射性热源中同位素衰变伴随的辐射。屏蔽层一般有两种布置方式。一种是布置在放射性热源与热电器件之间，先对放射性热源进行屏蔽，放射性热源的热量通过屏蔽层再传递到热电器件进行转化。对于放射性较强的热源，屏蔽层一般较厚，屏蔽层整体尺寸和表面积较大，而与热电器件之间接触传热的面积很小，因此本应向热电器件传递的热量，有相当一部分会通过屏蔽层表面向外泄漏。屏蔽层传递到热电器件的热量是用于热电转换的有效热量，因此该布置方式热源热量利用率低；由于传递到热电器件的热量少，热电器件建立的温差小，输出电功率小，因此电池整体的热电转化效率低。该布置方式中，热电器件在屏蔽层外面，热源的放射性辐射经过屏蔽层阻挡后，对热电器件基本无影响。另一种是屏蔽层布置在放射性热源和热电器件之外，即热电器件布置在放射性热源和屏蔽层之间。该布置方式热电器件紧贴放射性热源，热源热量直接传递到器件，而热源表面积小，表面漏热小，因此传递到热电器件的热量多，热源热量利用率高；并且热电器件建立的温差大，输出电功率大，电池整体的热电转化效率高。但该布置方式，热电器件受到的热源放射性辐射相对较大，一些高能辐射可能会造成器件性能衰减，影响使用寿命。
3、因此，目前温差热电型核电池的设计布置方式，无法同时满足热电器件不受辐照影响，和具有较高的热源热量利用率及热电转换效率两种情况。此外，为了保证热量传递通畅，核电池传热路径上各部件的位置布置也比较局限，不能灵活调整。
技术实现思路
1、基于目前温差热电型核电池无法同时满足热电器件不受辐照影响和具有较高的热源热量利用率及热电转换效率的问题，本发明的目的在于提供一种热管传热式核电池及其应用，该核电池将热电器件布置在屏蔽层外，避免了放射性辐照损伤；同时利用热管优异的导热性能，将热源热量传导到热电器件，提高热源热量利用率和热电转换效率。此外利用热管在一定范围内长度和端部尺寸可调节、形状可弯折等特点，解决核电池部件布置局限的问题，提高部件位置布置和结构设计的灵活性。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、第一方面，本技术提供一种热管传热式核电池，包括放射性热源，所述放射性热源外部依次设置有保温层、屏蔽层，所述放射性热源上连接有高温热管，所述高温热管穿过所述保温层和屏蔽层连接热电器件，所述热电器件上连接低温热管，所述低温热管上连接散热器。
4、本技术中的热管是一种导热性能极高的传热元件，利用密封管内工质的蒸发和冷凝来传递热量。管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，根据应用需求可在两端中间外表面设置绝热。当蒸发段受热时，工质蒸发汽化，在微小的压差下流向冷凝段，被冷凝为液体，然后再靠材料的毛细力或者重力等回流到蒸发段，如此循环，将热量从热管的一端传递到另一端。热管的导热性能远超任何一种已知的金属，可将大量热量通过很小的截面远距离传输而无需外加动力。热管还具有优良的等温性，两端温度降很小，可以独立改变蒸发段和冷凝段的传热面积，实现以较小的面积输入热量，而以较大的面积输出热量。热管的长度和端部尺寸可根据需要在一定程度内调整，整体形状可进行一定程度弯折，适应性强。
5、本发明的核电池利用热管优异的导热性能，将热源热量直接传导到热电器件，提高了热源热量利用率，同时利用热管在一定范围内长度和端部尺寸可调节、形状可弯折等特点，解决核电池部件布置局限的问题，使得放射性热源、热电器件、散热器等部件的位置布置以及结构设计更加灵活。
6、进一步的，所述散热器为锯齿状结构。
7、本发明将散热器设置为锯齿状结构，可以增大散热面积，提高散热效果，进一步提高核电池整体热电转换效率。
8、其中，散热器将通过热电器件的发电余热排出，根据外部条件，可调整散热器的结构、尺寸和布置位置等，以达到良好的散热效果。
9、进一步的，所述放射性热源为放射性同位素制品，衰变能以热能形式呈现。
10、进一步的，所述屏蔽层的厚度不低于3cm。
11、其中，屏蔽层的厚度取决于放射性热源辐照强度以及外部辐射剂量允许要求，对于放射性同位素电源(例如sr)，其屏蔽通常情况下不低于3cm。
12、进一步的，所述屏蔽层采用铀、铅或钨等重金属的合金材料制备。
13、本发明中的屏蔽层采用铀、铅或钨等重金属材料制备，可构建弯折通道，供高温热管穿行，减少辐射泄漏。
14、进一步的，所述保温层为低热导的保温材料，用于隔绝放射性热源和高温热管的热量。
15、本发明中的保温层采用低热导的保温材料，可以阻挡放射性热源和高温热管的热量泄漏到屏蔽层。
16、进一步的，所述保温层的厚度不低于3cm。
17、其中，保温层的厚度取决于保温材料性能和保温要求，一般不低于3cm。
18、进一步的，用于制备所述热电器件的材料包括碲化铋或碲化铅等热电材料。
19、本发明的热电器件采用碲化铋或碲化铅制备，则热量通过时，在热电器件两端形成温差，根据塞尔贝克效应，将热能转换成电能，其中热量流入的一端为器件热端面，热量流出的一端，即余热排出端，为器件冷端面。
20、进一步的，所述高温热管和低温热管在一定程度上可弯折。
21、其中，高温热管在100℃～500℃条件下具有优异的导热性能，热管长度和端部形状可改变，便于紧密贴合热源和热电器件，整体可进行一定程度弯折。
22、其中，低温热管在0℃～100℃条件下具有优异的导热性能，热管长度和端部形状可改变，便于紧密贴合热电器件和散热器，整体可进行一定程度的弯折。
23、第二方面，本技术提供一种上述热管传热式核电池的应用，用于为通讯设备、探测设备或监听器等提供电能。
24、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
25、(1)本发明将温差热电型核电池的热电器件布置在屏蔽层外，避免了器件受到放射性辐照损伤；同时利用热管优异的导热性能，将热源的热量直接传导到热电器件，提高了热源热量利用率和热电转换效率；此外，利用热管在一定范围内长度和端部尺寸可调节、形状可弯折等特点，解决核电池部件布置局限的问题，使得放射性热源、热电器件、散热器等部件的位置布置以及结构设计更加灵活；
26、(2)本发明将散热器设置为锯齿状结构，可以增大散热面积，提高散热效果，从而提高热电转换的能力；
27、(3)本发明中的屏蔽层采用铀、铅或钨等重金属的合金材料制备，可加工弯折通道，供高温热管穿行，减少放射性辐射泄漏；
28、(4)本发明中的保温层采用低热导的保温材料，可以阻挡放射性热源和高温热管向屏蔽层的漏热，使热量尽可能传递到热电器件进行电能转换；
29、(5)本发明利用高温热管和低温热管优异的导热性能，提高热源热量利用率，并在热电器件两端建立较大温差，提高核电池整体的热电转换效率。
1.一种热管传热式核电池，其特征在于，包括放射性热源(1)，所述放射性热源(1)外部依次设置有保温层(2)、屏蔽层(3)，所述放射性热源(1)上连接有高温热管(4)，所述高温热管(4)穿过所述保温层(2)和屏蔽层(3)连接热电器件(5)，所述热电器件(5)上连接低温热管(6)，所述低温热管(6)上连接散热器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述散热器(7)为锯齿状结构。
3.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述放射性热源(1)为放射性同位素制品，衰变能以热能形式呈现。
4.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述屏蔽层(3)的厚度不不低于3cm。
5.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述屏蔽层(3)采用重金属合金材料制备。
6.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述保温层(2)为低热导的保温材料，用于阻挡放射性热源(1)和高温热管(4)的漏热。
7.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述保温层(2)的厚度不低于3cm。
8.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，用于制备所述热电器件(5)的材料为热电材料。
9.根据权利要求1所述的一种热管传热式核电池，其特征在于，所述高温热管(4)和低温热管(6)均具有可弯折性。
10.一种权利要求1～9任意一项所述的热管传热式核电池的应用，其特征在于，包括用于为通讯设备、探测设备或监听器提供电能。
