【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间热电转换，具体地，涉及布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统。
技术介绍
1、日益丰富的航天任务对空间电源提出了更高要求，热电转换技术能实现热能向电能的转换，是大功率空间电源系统的关键。热电转换系统有静态转换和动态转化两种方式。其中，静态转换包括温差转换、热离子转换、碱金属转换和磁流体发电机，动态转换包括朗肯循环、斯特林循环和布雷顿循环。静态转换由于不存在运动部件，可靠性高，其中温差转换和热离子转换已实现了空间应用。但是其转换效率相对较低，最高的磁流体发电系统目前转换效率为15％左右。为提高能量利用效率，保障深空探测任务的实施，必须发展高效、长寿命的动态转换系统。动态转换系统中，目前主要的技术途径包括布雷顿循环和斯特林循环。当系统发电功率大于100kw时，以布雷顿循环为热电转换的电源系统质量远小于以斯特林循环为热电转换的电源系统。因此，需要发展空间大功率闭式布雷顿循环热电转换系统。
2、目前空间闭式布雷顿循环热电转换系统中，辐射散热侧的温度为400-650k，散热温度高且散热面积大，存在较大能量损失。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，主要应用于以核能、太阳能等为高温热源的空间发电领域。
2、根据本专利技术提供的一种布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，包括布雷顿发电系统、温差发电系统、冷却器、高速电机、逆变升压模块、整流控制模块以及负载，布雷
3、高速电机将布雷顿发电系统的轴功转换为电能，逆变升压模块转变温差发电系统中电能，负载通过整流控制模块将高速电机和逆变升压模块的电能进行整流。
4、优选的，布雷顿发电系统包括压气机、回热器、高温热源、涡轮以及冷却器，压气机连接回热器，回热器分别连接高温热源和冷却器，高温热源连接涡轮，涡轮分别连接回热器和高速电机，回热器连接冷却器，冷却器连接压气机。
5、优选的，压气机的出口与回热器冷侧的进口连通布置，回热器冷侧的出口与高温热源的进口连通布置，高温热源的出口与涡轮的进口连通布置，涡轮的出口与回热器热侧的进口连通布置，回热器热侧的出口与冷却器的热侧进口连通布置，冷却器的热侧出口与压气机的进口连通布置。
6、优选的，高速电机连接涡轮，且压气机、涡轮以及高速电机同轴布置；
7、高速电机将涡轮的轴功转换成电能。
8、优选的，温差发电系统包括循环泵、散热器以及温差发电模块，循环泵连接冷却器，冷却器连接散热器，散热器分别连接循环泵和逆变升压模块，温差发电模块分别连接于散热器两侧；
9、逆变升压模块将温差发电模块发出的直流电转换成特定电压的交流电。
10、优选的，循环泵的出口与冷却器的冷侧进口连通布置，冷却器的冷侧出口与散热器的进口连通布置，散热器的出口与循环泵的进口连通布置，温差发电模块分别布置于散热器的散热面上。
11、优选的，温差发电模块连接逆变升压模块，逆变升压模块和高速电机分别连接整流控制模块，整流控制模块连接负载；
12、逆变升压模块将温差发电模块发出的直流电转换成特定电压的交流电，整流控制模块同时将高速电机和逆变升压模块输出的交流电整流成直流电，供航天器负载使用。
13、优选的，高温热源为空间核反应堆、聚焦太阳能的一种或多种组合，高温热源为加热布雷顿发电系统循环的工质；
14、经高温热源加热后的工质通过涡轮膨胀做功，做功后的工质进入回热器，将涡轮的出口工质的部分热量传递给压气机的出口工质，冷却器将进入压气机的工质冷却。
15、优选的，温差发电模块呈平板结构，温差发电模块一面朝向散热器进行接收热能，温差发电模块另一面朝向太空进行系统肺热排放。
16、优选的，散热器采用平板辐射散热器，散热器上设有正反两面散热面，且散热器的散热面与温差发电模块一一对应连接。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
18、(1)本专利技术在热电转换系统最高压力和最高温度确定的情况下，将温差发电同布雷顿发电的辐射散热系统耦合，实现了能量梯级利用，增大了系统热电转换效率，减小了系统质量与体积；
19、(2)本专利技术采用一套整流控制模块，同时实现高速电机和温差发电模块的发电控制，简化了系统；
20、(3)本专利技术适用于空间热电转换系统，尤其是在对发电效率、设备质量有极高要求的场合具有显著的应用优势。
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1.一种布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，包括布雷顿发电系统、温差发电系统、冷却器(15)、高速电机(16)、逆变升压模块(31)、整流控制模块(32)以及负载(33)，所述布雷顿发电系统连接所述冷却器(15)热侧，所述冷却器(15)冷侧连接所述温差发电系统，所述布雷顿发电系统连接所述高速电机(16)，所述温差发电系统连接所述逆变升压模块(31)，所述高速电机(16)和所述逆变升压模块(31)分别连接所述整流控制模块(32)，所述整流控制模块(32)连接所述负载(33)；
2.根据权利要求1所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述布雷顿发电系统包括压气机(11)、回热器(12)、高温热源(13)、涡轮(14)以及冷却器(15)，所述压气机(11)连接所述回热器(12)，所述回热器(12)分别连接所述高温热源(13)和所述冷却器(15)，所述高温热源(13)连接所述涡轮(14)，所述涡轮(14)分别连接所述回热器(12)和所述高速电机(16)，所述回热器(12)连接所述冷却器(15)，所述冷却器(15)连接所述压气
3.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述压气机(11)的出口与所述回热器(12)冷侧的进口连通布置，所述回热器(12)冷侧的出口与所述高温热源(13)的进口连通布置，所述高温热源(13)的出口与所述涡轮(14)的进口连通布置，所述涡轮(14)的出口与所述回热器(12)热侧的进口连通布置，所述回热器(12)热侧的出口与所述冷却器(15)的热侧进口连通布置，所述冷却器(15)的热侧出口与所述压气机(11)的进口连通布置。
4.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述高速电机(16)连接所述涡轮(14)，且所述压气机(11)、所述涡轮(14)以及所述高速电机(16)同轴布置；
5.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述温差发电系统包括循环泵(21)、散热器(22)以及温差发电模块(23)，所述循环泵(21)连接所述冷却器(15)，所述冷却器(15)连接所述散热器(22)，所述散热器(22)分别连接所述循环泵(21)和所述逆变升压模块(31)，所述温差发电模块(23)分别连接于所述散热器(22)两侧；
6.根据权利要求5所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述循环泵(21)的出口与所述冷却器(15)的冷侧进口连通布置，所述冷却器(15)的冷侧出口与所述散热器(22)的进口连通布置，所述散热器(22)的出口与所述循环泵(21)的进口连通布置，所述温差发电模块(23)分别布置于所述散热器(22)的散热面上。
7.根据权利要求5所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述温差发电模块(23)连接所述逆变升压模块(31)，所述逆变升压模块(31)和所述高速电机(16)分别连接所述整流控制模块(32)，所述整流控制模块(32)连接所述负载(33)；
8.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述高温热源(13)为空间核反应堆、聚焦太阳能的一种或多种组合，所述高温热源(13)为加热所述布雷顿发电系统循环的工质；
9.根据权利要求5所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述温差发电模块(23)呈平板结构，所述温差发电模块(23)一面朝向所述散热器(22)进行接收热能，所述温差发电模块(23)另一面朝向太空进行系统肺热排放。
10.根据权利要求5所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述散热器(22)采用平板辐射散热器，所述散热器(22)上设有正反两面散热面，且所述散热器(22)的散热面与所述温差发电模块(23)一一对应连接。
...【技术特征摘要】
1.一种布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，包括布雷顿发电系统、温差发电系统、冷却器(15)、高速电机(16)、逆变升压模块(31)、整流控制模块(32)以及负载(33)，所述布雷顿发电系统连接所述冷却器(15)热侧，所述冷却器(15)冷侧连接所述温差发电系统，所述布雷顿发电系统连接所述高速电机(16)，所述温差发电系统连接所述逆变升压模块(31)，所述高速电机(16)和所述逆变升压模块(31)分别连接所述整流控制模块(32)，所述整流控制模块(32)连接所述负载(33)；
2.根据权利要求1所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述布雷顿发电系统包括压气机(11)、回热器(12)、高温热源(13)、涡轮(14)以及冷却器(15)，所述压气机(11)连接所述回热器(12)，所述回热器(12)分别连接所述高温热源(13)和所述冷却器(15)，所述高温热源(13)连接所述涡轮(14)，所述涡轮(14)分别连接所述回热器(12)和所述高速电机(16)，所述回热器(12)连接所述冷却器(15)，所述冷却器(15)连接所述压气机(11)。
3.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述压气机(11)的出口与所述回热器(12)冷侧的进口连通布置，所述回热器(12)冷侧的出口与所述高温热源(13)的进口连通布置，所述高温热源(13)的出口与所述涡轮(14)的进口连通布置，所述涡轮(14)的出口与所述回热器(12)热侧的进口连通布置，所述回热器(12)热侧的出口与所述冷却器(15)的热侧进口连通布置，所述冷却器(15)的热侧出口与所述压气机(11)的进口连通布置。
4.根据权利要求2所述的布雷顿发电和温差发电联用的空间高效热电转换系统，其特征在于，所述高速电机(16)连接所述涡轮(14)，且所述压气机(11)、所述涡轮(14)以及所述高速电机(16)同轴布置；
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈金利，薛翔，王浩明，杜磊，唐志鹏，王园丁，林庆国，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：
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