【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及空間熱電轉換，具體地，涉及布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統。
技術介紹
1、日益豐富的航天任務對空間電源提出了更高要求，熱電轉換技術能實現熱能向電能的轉換，是大功率空間電源系統的關鍵。熱電轉換系統有靜態轉換和動態轉化兩種方式。其中，靜態轉換包括溫差轉換、熱離子轉換、堿金屬轉換和磁流體發電機，動態轉換包括朗肯循環、斯特林循環和布雷頓循環。靜態轉換由于不存在運動部件，可靠性高，其中溫差轉換和熱離子轉換已實現了空間應用。但是其轉換效率相對較低，最高的磁流體發電系統目前轉換效率為15％左右。為提高能量利用效率，保障深空探測任務的實施，必須發展高效、長壽命的動態轉換系統。動態轉換系統中，目前主要的技術途徑包括布雷頓循環和斯特林循環。當系統發電功率大于100kw時，以布雷頓循環為熱電轉換的電源系統質量遠小于以斯特林循環為熱電轉換的電源系統。因此，需要發展空間大功率閉式布雷頓循環熱電轉換系統。
2、目前空間閉式布雷頓循環熱電轉換系統中，輻射散熱側的溫度為400-650k，散熱溫度高且散熱面積大，存在較大能量損失。
技術實現思路
1、針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，主要應用于以核能、太陽能等為高溫熱源的空間發電領域。
2、根據本專利技術提供的一種布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，包括布雷頓發電系統、溫差發電系統、冷卻器、高速電機、逆變升壓模塊、整流控制模塊以及負載，布雷
3、高速電機將布雷頓發電系統的軸功轉換為電能，逆變升壓模塊轉變溫差發電系統中電能，負載通過整流控制模塊將高速電機和逆變升壓模塊的電能進行整流。
4、優選的，布雷頓發電系統包括壓氣機、回熱器、高溫熱源、渦輪以及冷卻器，壓氣機連接回熱器，回熱器分別連接高溫熱源和冷卻器，高溫熱源連接渦輪，渦輪分別連接回熱器和高速電機，回熱器連接冷卻器，冷卻器連接壓氣機。
5、優選的，壓氣機的出口與回熱器冷側的進口連通布置，回熱器冷側的出口與高溫熱源的進口連通布置，高溫熱源的出口與渦輪的進口連通布置，渦輪的出口與回熱器熱側的進口連通布置，回熱器熱側的出口與冷卻器的熱側進口連通布置，冷卻器的熱側出口與壓氣機的進口連通布置。
6、優選的，高速電機連接渦輪，且壓氣機、渦輪以及高速電機同軸布置；
7、高速電機將渦輪的軸功轉換成電能。
8、優選的，溫差發電系統包括循環泵、散熱器以及溫差發電模塊，循環泵連接冷卻器，冷卻器連接散熱器，散熱器分別連接循環泵和逆變升壓模塊，溫差發電模塊分別連接于散熱器兩側；
9、逆變升壓模塊將溫差發電模塊發出的直流電轉換成特定電壓的交流電。
10、優選的，循環泵的出口與冷卻器的冷側進口連通布置，冷卻器的冷側出口與散熱器的進口連通布置，散熱器的出口與循環泵的進口連通布置，溫差發電模塊分別布置于散熱器的散熱面上。
11、優選的，溫差發電模塊連接逆變升壓模塊，逆變升壓模塊和高速電機分別連接整流控制模塊，整流控制模塊連接負載；
12、逆變升壓模塊將溫差發電模塊發出的直流電轉換成特定電壓的交流電，整流控制模塊同時將高速電機和逆變升壓模塊輸出的交流電整流成直流電，供航天器負載使用。
13、優選的，高溫熱源為空間核反應堆、聚焦太陽能的一種或多種組合，高溫熱源為加熱布雷頓發電系統循環的工質；
14、經高溫熱源加熱后的工質通過渦輪膨脹做功，做功后的工質進入回熱器，將渦輪的出口工質的部分熱量傳遞給壓氣機的出口工質，冷卻器將進入壓氣機的工質冷卻。
15、優選的，溫差發電模塊呈平板結構，溫差發電模塊一面朝向散熱器進行接收熱能，溫差發電模塊另一面朝向太空進行系統肺熱排放。
16、優選的，散熱器采用平板輻射散熱器，散熱器上設有正反兩面散熱面，且散熱器的散熱面與溫差發電模塊一一對應連接。
17、與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：
18、(1)本專利技術在熱電轉換系統最高壓力和最高溫度確定的情況下，將溫差發電同布雷頓發電的輻射散熱系統耦合，實現了能量梯級利用，增大了系統熱電轉換效率，減小了系統質量與體積；
19、(2)本專利技術采用一套整流控制模塊，同時實現高速電機和溫差發電模塊的發電控制，簡化了系統；
20、(3)本專利技術適用于空間熱電轉換系統，尤其是在對發電效率、設備質量有極高要求的場合具有顯著的應用優勢。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，包括布雷頓發電系統、溫差發電系統、冷卻器(15)、高速電機(16)、逆變升壓模塊(31)、整流控制模塊(32)以及負載(33)，所述布雷頓發電系統連接所述冷卻器(15)熱側，所述冷卻器(15)冷側連接所述溫差發電系統，所述布雷頓發電系統連接所述高速電機(16)，所述溫差發電系統連接所述逆變升壓模塊(31)，所述高速電機(16)和所述逆變升壓模塊(31)分別連接所述整流控制模塊(32)，所述整流控制模塊(32)連接所述負載(33)；
2.根據權利要求1所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述布雷頓發電系統包括壓氣機(11)、回熱器(12)、高溫熱源(13)、渦輪(14)以及冷卻器(15)，所述壓氣機(11)連接所述回熱器(12)，所述回熱器(12)分別連接所述高溫熱源(13)和所述冷卻器(15)，所述高溫熱源(13)連接所述渦輪(14)，所述渦輪(14)分別連接所述回熱器(12)和所述高速電機(16)，所述回熱器(12)連接所述冷卻器(15)，所述冷卻器(15)連接所述壓氣
3.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述壓氣機(11)的出口與所述回熱器(12)冷側的進口連通布置，所述回熱器(12)冷側的出口與所述高溫熱源(13)的進口連通布置，所述高溫熱源(13)的出口與所述渦輪(14)的進口連通布置，所述渦輪(14)的出口與所述回熱器(12)熱側的進口連通布置，所述回熱器(12)熱側的出口與所述冷卻器(15)的熱側進口連通布置，所述冷卻器(15)的熱側出口與所述壓氣機(11)的進口連通布置。
4.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述高速電機(16)連接所述渦輪(14)，且所述壓氣機(11)、所述渦輪(14)以及所述高速電機(16)同軸布置；
5.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述溫差發電系統包括循環泵(21)、散熱器(22)以及溫差發電模塊(23)，所述循環泵(21)連接所述冷卻器(15)，所述冷卻器(15)連接所述散熱器(22)，所述散熱器(22)分別連接所述循環泵(21)和所述逆變升壓模塊(31)，所述溫差發電模塊(23)分別連接于所述散熱器(22)兩側；
6.根據權利要求5所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述循環泵(21)的出口與所述冷卻器(15)的冷側進口連通布置，所述冷卻器(15)的冷側出口與所述散熱器(22)的進口連通布置，所述散熱器(22)的出口與所述循環泵(21)的進口連通布置，所述溫差發電模塊(23)分別布置于所述散熱器(22)的散熱面上。
7.根據權利要求5所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述溫差發電模塊(23)連接所述逆變升壓模塊(31)，所述逆變升壓模塊(31)和所述高速電機(16)分別連接所述整流控制模塊(32)，所述整流控制模塊(32)連接所述負載(33)；
8.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述高溫熱源(13)為空間核反應堆、聚焦太陽能的一種或多種組合，所述高溫熱源(13)為加熱所述布雷頓發電系統循環的工質；
9.根據權利要求5所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述溫差發電模塊(23)呈平板結構，所述溫差發電模塊(23)一面朝向所述散熱器(22)進行接收熱能，所述溫差發電模塊(23)另一面朝向太空進行系統肺熱排放。
10.根據權利要求5所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述散熱器(22)采用平板輻射散熱器，所述散熱器(22)上設有正反兩面散熱面，且所述散熱器(22)的散熱面與所述溫差發電模塊(23)一一對應連接。
...【技術特征摘要】
1.一種布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，包括布雷頓發電系統、溫差發電系統、冷卻器(15)、高速電機(16)、逆變升壓模塊(31)、整流控制模塊(32)以及負載(33)，所述布雷頓發電系統連接所述冷卻器(15)熱側，所述冷卻器(15)冷側連接所述溫差發電系統，所述布雷頓發電系統連接所述高速電機(16)，所述溫差發電系統連接所述逆變升壓模塊(31)，所述高速電機(16)和所述逆變升壓模塊(31)分別連接所述整流控制模塊(32)，所述整流控制模塊(32)連接所述負載(33)；
2.根據權利要求1所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述布雷頓發電系統包括壓氣機(11)、回熱器(12)、高溫熱源(13)、渦輪(14)以及冷卻器(15)，所述壓氣機(11)連接所述回熱器(12)，所述回熱器(12)分別連接所述高溫熱源(13)和所述冷卻器(15)，所述高溫熱源(13)連接所述渦輪(14)，所述渦輪(14)分別連接所述回熱器(12)和所述高速電機(16)，所述回熱器(12)連接所述冷卻器(15)，所述冷卻器(15)連接所述壓氣機(11)。
3.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述壓氣機(11)的出口與所述回熱器(12)冷側的進口連通布置，所述回熱器(12)冷側的出口與所述高溫熱源(13)的進口連通布置，所述高溫熱源(13)的出口與所述渦輪(14)的進口連通布置，所述渦輪(14)的出口與所述回熱器(12)熱側的進口連通布置，所述回熱器(12)熱側的出口與所述冷卻器(15)的熱側進口連通布置，所述冷卻器(15)的熱側出口與所述壓氣機(11)的進口連通布置。
4.根據權利要求2所述的布雷頓發電和溫差發電聯用的空間高效熱電轉換系統，其特征在于，所述高速電機(16)連接所述渦輪(14)，且所述壓氣機(11)、所述渦輪(14)以及所述高速電機(16)同軸布置；
5....
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳金利，薛翔，王浩明，杜磊，唐志鵬，王園丁，林慶國，
申請(專利權)人：上海空間推進研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。