[发明专利]一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统

权利要求书

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；

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28000～39000r/min。

2.根据权利要求1所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：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2所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：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级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：当使用所述的氦-氙混合气作为工质气体时，将所需的氦气和氙气分别独立贮存，汇入预混气瓶进行混合后注入压气机(3)入口处；汇入预混气瓶时，氦气瓶和氙气瓶由各自压力表及流量计控制各自汇入气体的质量，以调节氦气的摩尔比例。

5.根据权利要求1所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述供气模块(7)与热力循环系统连接的位置在冷却器出口与压气机入口之间。

6.根据权利要求1所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述控制模块(8)采用反馈控制方法调节换热器(6)的加热功率，并控制电机(2)的升速过程，在额定工况发电状态下调节电机(2)的负载以使其转速稳定。

7.根据权利要求1所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述滑油模块(9)采用含有气液分离装置的油站，为涡轮(1)和压气机(3)转子的滑动轴承提供润滑及冷却，供油和排油的压差不小于0.4MPa，且不向热力循环气体工质回路中引入润滑油滴或油雾。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述热力循环系统中的工质气体的流量为2.0～3.50kg/s，回热器(5)在额定工况下的回热度为0.8～0.88，回热量为90kW～95kW，压气机(3)的等熵效率在80％以上，涡轮(1)做功效率在85％以上。

9.根据权利要求1～7任一项所述的一种10kW级空间核能闭式布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述涡轮(1)采用镍基高温合金材料制造；电机(2)的永磁体转子采用SmCo30H杉钴制造；压气机(3)内叶轮采用铸铝材料制造。