一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统技术方案

一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，应用场景为空间飞行器动力，将同位素热源产生的热能转化为电能，为电推力器等负载提供电力。本发明专利技术的发电功率为10kW，工质回路按闭式布雷顿循环设计，工质依次经过压气机中的绝热压缩、以同位源为热源定压加热、在透平中绝热膨胀、定压冷却的热力过程。该系统充分考虑所用惰性气体工质的物性，综合利用工质气体中各组分气体在导热性、热容等方面的优势，经过反复迭代设计，使得该系统具备了布局紧凑、转换效率高，功率密度高，环境适应性强等特点，同时适用于水潜航器动力系统。

【技术实现步骤摘要】
一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统
本专利技术涉及一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，应用场景包括空间核动力飞行器、水下核动力潜航器、非内燃式的热功转换发动机等。
技术介绍
随着航天器应用电推进平台和深空探测任务的需求，我国已开展多种电推进技术研究，并取得了长足的进步，但鉴于我国空间核电源技术仍处于研制阶段，已有空间发电技术较受日照时间、功率水平等因素限制，难以满足深空探测的电源需求。目前核反应堆空间小型化技术尚不成熟，尚不支持100kW级以及更小功率的热电转换装置，小功率水平的同位素热源已实现空间应用。本专利技术中10kW级闭式布雷顿循环热电转换技术拟采用同位素热源，适用于长航时、无日照环境，使空间布雷顿热电转换系统成为急待发展的重要技术。更先进的闭式布雷顿循环热功转换装置的关键性能指标为：更高的循环热功转换效率、更低的单位功率重量与更低的单位功率体积等。由于该专利技术的应用需求为空间封闭环境，采用闭式循环设计，其热力学设计受到诸多制约，在10kW功率等级布雷顿热电转换系统的研制尚属空白。传统的微型燃气轮机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：包括涡轮(1)、电机(2)、压气机(3)、冷却器(4)、回热器(5)、换热器(6)、供气模块(7)、控制模块(8)和滑油模块(9)；/n所述涡轮(1)、电机(2)、压气机(3)、冷却器(4)、回热器(5)和换热器(6)构成热力循环系统；所述换热器(6)用于将同位素热源抽取的热量注入循环工质气体；工质气体经冷却器(4)后进入压气机(3)压缩升压，然后进入回热器(5)加热，再流入换热器(6)加热后，送至涡轮(1)做功；电机(2)和压气机(3)为共轴转子，涡轮(1)带动电机(2)和压气机(3)一同转动，电机(2)转动的同时发出电能；/...

【技术特征摘要】
1.一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：包括涡轮(1)、电机(2)、压气机(3)、冷却器(4)、回热器(5)、换热器(6)、供气模块(7)、控制模块(8)和滑油模块(9)；
所述涡轮(1)、电机(2)、压气机(3)、冷却器(4)、回热器(5)和换热器(6)构成热力循环系统；所述换热器(6)用于将同位素热源抽取的热量注入循环工质气体；工质气体经冷却器(4)后进入压气机(3)压缩升压，然后进入回热器(5)加热，再流入换热器(6)加热后，送至涡轮(1)做功；电机(2)和压气机(3)为共轴转子，涡轮(1)带动电机(2)和压气机(3)一同转动，电机(2)转动的同时发出电能；
所述供气模块(7)用于提供工质气体；
所述滑油模块(9)用于为涡轮(1)和压气机(3)转子的滑动轴承提供润滑及冷却；
所述控制模块(8)用于接收上级控制指令，控制电机(2)、换热器(6)、供气模块(7)和滑油模块(9)工作。


2.根据权利要求1所述的一种10kW级闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述涡轮(1)、电机(2)和压气机(3)组成动力模块；所述动力模块采用卧式放置，电机(2)置于中间，回热器(5)和冷却器(4)首尾串联，与电机(2)平行放置。


3.根据权利要求1所述的一种10kW级闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述动力模块轴向长度在1.2m以内，半径为0.4m以内。


4.根据权利要求1所述的一种10kW级闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述工质气体为纯质氩气，或为40g/mol的氦-氙混合气，其中，氦气摩尔比例为70％～72％；输出功率范围在0.5～6.45kW；整机效率为5％～20％；运行时换热器加热功率为40～58kW；电机运行转速为28000～390...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘镇星，刘锦涛，周成，李永，王戈，丛云天，丁凤林，魏延明，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11