[發明專利]一種核動力電源以及供電系統

在審

• 申請號: 202211448711.6
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115720025A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 青島元動芯能源科技有限公司
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;G21D1/02;F01K11/02;F01D15/10;H02K7/02;H02J7/14;H02J7/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 孟仕杰

本發明提供了一種核動力電源以及供電系統。核動力電源包括：汽輪機、發電機、飛輪、反應堆、電容陣列，反應堆通過管路與汽輪機連接，汽輪機以及飛輪均與發電機連接，電容陣列與發電機連接。核反應堆產生高壓蒸汽，通過管道輸送到汽輪機推動汽輪機旋轉，汽輪機帶動發電機和飛輪高速旋轉，發電機發出的高頻電力儲存在電容陣列中，然后由電容陣列向脈沖負載提供瞬時大功率脈沖電力供應。當脈沖負載短時平均功率出現較大幅度的波動時，由于飛輪所具有的旋轉慣性，使得發電機的轉速變化緩慢，輸出電壓趨于穩定，為負載提供穩定的電力供應。在飛輪轉速下降到允許安全轉速前，核反應堆緩步調整功率輸出，最終達到與負載功率平衡的狀態。

技術領域

本發明涉及供電電源技術領域，尤其涉及一種核動力電源以及供電系統。

背景技術

核反應堆發電系統的功率調節緩慢，負荷跟蹤能力較差，主要應用于并網發電領域，以額定功率基礎負荷狀態長時間運行。在核動力潛艇等特殊離網環境下使用時，通常需要配備龐大的儲能電池系統。

在海島、偏遠山區等遠離電網的地方，人們一直在尋找一種穩定可靠的電源供電系統。核電源具有環保性和穩定性是離網供電的理想電源。由于反應堆核安全等原因，反應堆的堆芯功率調節速度遠滯后于用戶負載的變化速率(通常大型壓水堆的功率調節速率為額定功率的5％每分鐘)，使得核反應堆發電系統需要配置蓄電池儲能才可以應用在離網供電領域。據了解，核動力潛艇的蓄電池噸位約占潛艇總噸位的10％左右，高達數百噸。這些儲能電池能量密度低，體積龐大，壽命周期短，更換困難等缺點，限制了核反應發電系統在離網供電領域的應用。

在空間電磁波干擾對抗、艦載機電磁彈射起飛等特殊應用場合，需要一種應用可靠的瞬時大功率脈沖電源，如何利用核動力為此類負載提供穩定連續性電力供應，一直是亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種核動力電源以及供電系統。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種核動力電源，包括：汽輪機、發電機、飛輪、反應堆、電容陣列，所述反應堆通過管路與所述汽輪機連接，所述汽輪機以及所述飛輪均與所述發電機連接，所述電容陣列與所述發電機連接。

采用本發明技術方案的有益效果是：核反應堆持續產生高壓蒸汽，通過管道輸送到汽輪機，推動汽輪機旋轉，汽輪機帶動發電機和飛輪高速旋轉，發電機發出的高頻電力儲存在電容陣列中，然后由電容陣列向脈沖負載提供瞬時大功率脈沖電力供應。當脈沖負載短時平均功率出現較大幅度的波動時，由于飛輪所具有的旋轉慣性，使得發電機的轉速變化緩慢，輸出電壓趨于穩定，能夠為負載提供穩定的電力供應。在飛輪轉速下降到允許安全轉速前，核反應堆可以緩步調整功率輸出，最終達到與負載功率平衡的狀態。

進一步地，所述電容陣列包括：輸入交流母線、用于連接脈沖負載的輸出直流母線以及多個電容組，所述輸入交流母線與所述發電機連接，多個所述電容組的一端均與所述輸入交流母線連接，多個所述電容組的另一端均與所述輸出直流母線連接。

采用上述進一步技術方案的有益效果是：電容陣列由多個電容組并聯組合而成。提高電容陣列的容量，防止單個電容組損壞影響其他正常電容組，提高電容陣列的穩定性以及可靠性。

進一步地，所述電容組包括：充電控制器、電容以及防反二極管，所述充電控制器的一端與所述輸入交流母線連接，所述充電控制器的另一端分別與所述電容以及所述防反二極管的一端連接，所述防反二極管的另一端與所述輸出直流母線連接。

采用上述進一步技術方案的有益效果是：當電容陣列工作時，每個獨立的充電控制器可以確保每個電容的充電電流不會超過安全限制，同時防反二極管可以確保各個電容組之間不會形成相互干擾的渦流。當脈沖負載在其彈射體脫離瞬間形成方向浪涌電流時，其浪涌電流可經過防反二極管由電容回收。保證電容組之間的充電電流均衡一致，和吸收脈沖負載的反向浪涌電流，提高能量利用效率，提高供電效率，降低脈沖負載的發熱量。