本发明专利技术公开了一种面向中高温热源的具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统及其工作方法，该系统可以深海核反应堆为热源。通过与深海核反应堆进行耦合，将液态金属冷却剂与低沸点工质与混合器中混合，使得低沸点工质汽化推动液态金属通过磁流体发电通道发电，发电后的混合两相工质在分离器中分离，使用气态低沸点工质推动汽轮机转动进一步发电，巧妙地将两种发电方式结合起来，实现能量的梯级利用，此外，若其中一种发电装置出现故障，还可以通过主动控制利用另一种发电装置继续进行发电，持续稳定的输出电能。本发明专利技术可以显著提高深海核动力电源系统的发电输出功率与稳定性，更好地满足深海环境探测的要求。更好地满足深海环境探测的要求。更好地满足深海环境探测的要求。
【技术实现步骤摘要】
LMMHD/ORC耦合发电系统及其工作方法
[0001]本专利技术涉及一种LMMHD(液态金属磁流体发电Liquid Metal Magneto-Hydro-Dynamics)/ORC(有机朗肯循环Organic Rankine Cycle)耦合发电系统及其工作方法，尤其涉及一种具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统及其工作方法，属于能源综合利用领域。
技术介绍
[0002]海洋是地球上最广阔水体的总称，其面积约占地球表面积的71％。目前人类的活动基本停留在海洋表面，而人类已探索的海底只有5％。海底蕴藏着巨大的矿产资源，调查和利用海底矿产资源是我们整个经济社会持续发展的需要，但是目前，深海装备续航力不足仍然是进行深海探索需要克服的技术瓶颈。
[0003]液态金属冷却反应堆核动力系统采用的是惰性液态金属进行堆芯冷却，功率密度高、寿期长，符合未来深海装备对动力系统的需求，但是与之配套的发电装置和发电技术目前仍需进一步研究，磁流体发电机主要有两种形式，高温等离子气体磁流体发电机和液态金属磁流体(Liquid Metal MagnetoHydroDynamics，简称LMMHD)发电机，前者是以高温电离的导电气体作为工质，对热源温度要求很高，通常在3000℃以上。液态金属相比高温电离气体，具有导电率高，比热大，对热源温度要求相对较低等优点，并且能够与液态金属冷却反应堆核动力系统直接耦合，具有较好的实用前景。
[0004]虽然上述发电装置为深海探索提供了较好的思路，但深海探索活动等一些环境特殊的场合对于发电系统稳定性能要求很高，由于所处环境的特殊性，发电组件出现故障后并不能得到及时的维修，这有可能导致电能无法持续稳定的输出，甚至可能进一步恶化危及深海装置的安全性能，导致较为严重的后果。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：
[0006]针对上述技术中存在的不足，本专利技术提出一种具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统及其工作方法，可以主动的对发电系统的发电模式进行调节，以应对深海环境下可能出现的组件故障，在保障电能稳定输出的同时还能提高电能输出功率和效率，可以显著提高深海核动力电源系统的稳定性，能够更好地满足深海环境探测的要求。
[0007]技术方案：
[0008]一种LMMHD/ORC耦合发电系统，包括一级液态金属发电系统、二级有机工质朗肯循环发电系统和冷凝子系统，所述一级液态金属发电系统包括一级混合器(2)，一级磁流体发电通道(3)，一级分离器(4)和第一MHD泵(10)，所述二级有机工质朗肯循环发电系统包括第一阀门(5)，二级汽轮机(6)和二级发电机(7)，所述冷凝子系统包括二级冷凝器(8)和工质泵(9)；所述核反应堆系统(1)与一级混合器(2)液态金属进口(a)连接，一级混合器(2)出口与一级磁流体发电通道(3)进口相连接，一级磁流体发电通道(3)与一级分离器(4)的进口
(c)连接，一级分离器(4)的液态金属出口(d)与第一MHD泵(10)的入口相连接，第一MHD泵(10)的出口与核反应堆系统(1)相连接；一级分离器(4)的低沸点工质出口(e)经第一阀门(5)与二级汽轮机(6)的入口连接，二级汽轮机(6)与二级发电机(7)组装在一起，二级汽轮机(6)的出口与二级冷凝器(8)低沸点工质进口(h)连接，二级冷凝器(8)低沸点工质出口(k)与工质泵(9)的进口连接，工质泵(9)的出口经第二阀门(11)与一级混合器(2)低沸点工质进口(b)连接，用来冷却低沸点工质的冷却介质从二级冷凝器(8)的冷却介质进口(j)进入，从二级冷凝器(8)的冷却介质出口(i)输出。
[0009]一种具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统，包括一级液态金属发电系统、二级有机工质朗肯循环发电系统、冷凝子系统以及主动控制系统，所述一级液态金属发电系统包括一级混合器(2)，一级磁流体发电通道(3)，一级分离器(4)和第一MHD泵(10)，所述二级有机工质朗肯循环发电系统包括第一阀门(5)，二级汽轮机(6)和二级发电机(7)，所述冷凝子系统包括二级冷凝器(8)和工质泵(9)，主动控制系统包括第三阀门(12)，第四阀门(14)，第五阀门(15)，第二MHD泵(13)和换热器(16)；所述核反应堆系统(1)经第五阀门(15)与一级混合器(2)液态金属进口(a)连接，一级混合器(2)出口与一级磁流体发电通道(3)进口相连接，一级磁流体发电通道(3)与一级分离器(4)的进口(c)连接，一级分离器(4)的液态金属出口(d)与第一MHD泵(10)的入口相连接，第一MHD泵(10)的出口与核反应堆系统(1)相连接；一级分离器(4)的低沸点工质出口(e)经第一阀门(5)与二级汽轮机(6)的入口连接，二级汽轮机(6)与二级发电机(7)组装在一起，二级汽轮机(6)的出口经第七阀门(18)与二级冷凝器(8)低沸点工质进口(h)连接，二级冷凝器(8)低沸点工质出口(k)与工质泵(9)的进口连接，工质泵(9)的出口经第二阀门(11)与一级混合器(2)低沸点工质进口(b)连接，用来冷却低沸点工质的冷却介质从二级冷凝器(8)的冷却介质进口(j)进入，从二级冷凝器(8)的冷却介质出口(i)输出；所述核反应堆系统(1)还经第四阀门(14)与换热器(16)液态金属进口(l)连接，换热器(16)液态金属出口(0)与第二MHD泵(13)进口连接，第二MHD泵(13)出口与核反应堆系统(1)连接，工质泵(9)还经第二阀门(11)与换热器(16)低沸点工质进口(m)连接，换热器(16)低沸点工质出口(n)与二级汽轮机(6)的入口连接，一级分离器(4)的低沸点工质出口(e)还经第六阀门(17)与冷凝器(8)的低沸点工质进口(h)连接。
[0010]一种LMMHD/ORC耦合发电系统的工作方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一：利用深海核反应堆作为热源，将液态金属冷却剂加热至较高的温度，高温液态金属在一级混合器(2)中与液态低沸点工质混合，导致液态低沸点工质迅速汽化体积膨胀推动液态金属运动进入一级磁流体发电通道(3)，发电结束后的两相混合流体在分离器(4)中完成气液分离。
[0012]步骤二：于分离器中完成分离的气态低沸点工质继续运动，经过第一阀门(5)推动二级汽轮机(6)转动从而带动二级发电机(7)进行发电，之后气态低沸点工质进入冷凝器(8)进行冷凝，冷凝得到的液态低沸点工质通过工质泵(9)的运输重新回到一级混合器(2)进行新一轮的发电循环。
[0013]一种具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统的工作方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一：关闭第一阀门(5)、第七阀门(18)、第四阀门(14)、第三阀门(12)，开启第
五阀门(15)、第六阀门(17)、第二阀门(11)，经过核反应堆加热的冷却剂液态金属在一级混合器(2)中与液态低沸点工质混合，导致液态低沸点工质迅速汽化体积膨胀推动液态金属运动进入一级磁流体发电通道(3)，发电结束后的两相混合流体在分离器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种LMMHD/ORC耦合发电系统，其特征在于，包括一级液态金属发电系统、二级有机工质朗肯循环发电系统和冷凝子系统，所述一级液态金属发电系统包括一级混合器(2)，一级磁流体发电通道(3)，一级分离器(4)和第一MHD泵(10)，所述二级有机工质朗肯循环发电系统包括第一阀门(5)，二级汽轮机(6)和二级发电机(7)，所述冷凝子系统包括二级冷凝器(8)和工质泵(9)；所述热源(1)与一级混合器(2)液态金属进口(a)连接，一级混合器(2)出口与一级磁流体发电通道(3)进口相连接，一级磁流体发电通道(3)与一级分离器(4)的进口(c)连接，一级分离器(4)的液态金属出口(d)与第一MHD泵(10)的入口相连接，第一MHD泵(10)的出口与热源(1)相连接；一级分离器(4)的低沸点工质出口(e)经第一阀门(5)与二级汽轮机(6)的入口连接，二级汽轮机(6)与二级发电机(7)组装在一起，二级汽轮机(6)的出口与二级冷凝器(8)低沸点工质进口(h)连接，二级冷凝器(8)低沸点工质出口(k)与工质泵(9)的进口连接，工质泵(9)的出口经第二阀门(11)与一级混合器(2)低沸点工质进口(b)连接，用来冷却低沸点工质的冷却介质从二级冷凝器(8)的冷却介质进口(j)进入，从二级冷凝器(8)的冷却介质出口(i)输出。2.一种具有多回路故障预防机制的LMMHD/ORC耦合发电系统，其特征在于，包括一级液态金属发电系统、二级有机工质朗肯循环发电系统、冷凝子系统以及主动控制系统，所述一级液态金属发电系统包括一级混合器(2)，一级磁流体发电通道(3)，一级分离器(4)和第一MHD泵(10)，所述二级有机工质朗肯循环发电系统包括第一阀门(5)，二级汽轮机(6)和二级发电机(7)，所述冷凝子系统包括二级冷凝器(8)和工质泵(9)，主动控制系统包括第三阀门(12)，第四阀门(14)，第五阀门(15)，第二MHD泵(13)和换热器(16)；所述热源(1)经第五阀门(15)与一级混合器(2)液态金属进口(a)连接，一级混合器(2)出口与一级磁流体发电通道(3)进口相连接，一级磁流体发电通道(3)与一级分离器(4)的进口(c)连接，一级分离器(4)的液态金属出口(d)与第一MHD泵(10)的入口相连接，第一MHD泵(10)的出口与热源(1)相连接；一级分离器(4)的低沸点工质出口(e)经第一阀门(5)与二级汽轮机(6)的入口连接，二级汽轮机(6)与二级发电机(7)组装在一起，二级汽轮机(6)的出口经阀门7(18)与二级冷凝器(8)低沸点工质进口(h)连接，二级冷凝器(8)低沸点工质出口(k)与工质泵(9)的进口连接，工质泵(9)的出口经第二阀门(11)与一级混合器(2)低沸点工质进口...
【专利技术属性】
技术研发人员：鹿鹏，叶启航，方日亮，杨沁山，黄护林，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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