阅读说明：本技术 月球温差磁悬浮发电系统 (Lunar temperature difference magnetic suspension power generation system ) 是由 谢和平 马举昌 孙立成 周韬 阮禾 李存宝 朱建波 高明忠 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及月球温差磁悬浮发电系统,用于为月球上的探测基地供电。其包括磁悬浮发电机,气体发生器,膨胀机,表面换热器以及工质泵。利用埋入月壤中的热管将月壤中的热量传入发生器将循环工质加热蒸发,蒸发后的工质在膨胀机中膨胀做功并驱动发电机发电。做功后的循环工质在表面换热器中与月面通过辐射换热冷凝成液体,后经工质泵加压后回流到发生器再次吸收热管热量进行循环发电。本发明通过将膨胀机、磁悬浮发电机、工质泵、发生器等装置一体化布置在保温箱体内,利用月壤与月面之间的温差进行发电,解决了月夜无太阳光照时探月基地能源供应的问题。(The invention relates to a lunar temperature difference magnetic suspension power generation system which is used for supplying power to a detection base on the moon. The magnetic suspension power generation system comprises a magnetic suspension power generator, a gas generator, an expansion machine, a surface heat exchanger and a working medium pump. The heat pipe embedded in the lunar soil is used for transferring the heat in the lunar soil into the generator to heat and evaporate the circulating working medium, and the evaporated working medium expands in the expander to do work and drive the generator to generate power. The working-done circulating working medium is condensed into liquid through radiation heat exchange with the lunar surface in the surface heat exchanger, and then the liquid is pressurized by the working medium pump and flows back to the generator to absorb heat of the heat pipe again for circulating power generation. The invention integrally arranges the expansion machine, the magnetic suspension generator, the working medium pump, the generator and other devices in the heat preservation box body, and utilizes the temperature difference between lunar soil and the lunar surface to generate electricity, thereby solving the problem of energy supply of the lunar exploration base when no sunlight is irradiated at the night.)

月球温差磁悬浮发电系统

技术领域

本发明涉及温差发电技术领域，尤其涉及一种月球温差磁悬浮发电系统。

背景技术

目前，探月工程的能源供应主要依靠太阳能电池以及小型放射性同位素温差发电技术，但是由于月球的昼夜时间各自长达约15个地球日，随着探月工程规模的不断扩大，仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素温差发电将难以为月夜探月活动尤其是月球基地提供充足的能源供应。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供月球温差磁悬浮发电系统，旨在解决现有探月工程以及未来探月基地，依靠太阳能电池和小型放射性同位素温差发电技术难以为月夜探月活动尤其是月球基地提供充足的能源供应的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

月球温差磁悬浮发电系统，其中，包括：

磁悬浮发电机；以及

气体发生装置，所述气体发生装置包括发生器以及至少一根热管；

膨胀机，所述膨胀机的进口端与所述发生器的出口端连接；

表面换热器，所述表面换热器的进口端与所述膨胀机的出口端连接；

工质泵，所述工质泵的进口端与所述表面换热器的出口端连接；所述工质泵的出口端与所述发生器的进口端连接。

优选的，所述热管包括依次连接的蒸发段、中间段和冷凝段，所述蒸发段设置在月壤中，所述冷凝段设置在所述发生器中，具体的，所述热管为直管，直管上部为热管冷凝段，设置在所述发生器中；直管下部为热管蒸发段，布置在月壤恒温层中。

优选的，当所述热管多于一根时，所述热管呈矩阵式布置。

进一步的，还包括，箱体，所述膨胀机、磁悬浮发电机、工质泵设置在所述箱体中、发生器设置在所述箱体中或者埋在月壤中。

优选的，所述表面换热器设置在所述箱体的外部。

优选的，所述热管蒸发段布置在所述月壤恒温层中。

优选的，所述膨胀机和发电机的轴承为磁悬浮轴承。

优选的，所述箱体由保温材料制成。

本发明的有益效果如下：

1、本发明利用已获得的月壤温度分布规律，在月夜期间利用月球表面与月壤以下的温差进行发电，可解决月夜无太阳光照射时探月设备尤其是未来探月基地能源供应的问题；

2、本发明采用磁悬浮发电机和膨胀机，减小了温差发电时转子与转轴之间的机械磨损，有利于提高发电机的发电效率。

附图说明

图1是本发明实施实例提供的发电系统的结构框图。

图2是本发明采用单根热管的结构示意图。

图3是本发明采用多根热管的布置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明公开月球温差磁悬浮发电系统，其由热管10、膨胀机20、磁悬浮发电机30、表面换热器40、工质泵50、发生器60构成。

具体来说，本发明所提供的月球温差磁悬浮发电系统，其中，所述热管10与所述发生器60构成气体发生装置，所述热管10的一部分被埋入月壤中。所述膨胀机20的进口端与所述发生器60的出口端连接；所述表面换热器40的进口端与所述膨胀机20的出口端连接；所述工质泵50的进口端与所述表面换热器40的出口端连接；所述工质泵50的出口端与所述发生器60的进口端连接；所述磁悬浮发电机与所述膨胀机相连接以传递扭矩。需要说明的是，上述进口端以及出口端是为了表述方便所进行的定义划分，并不用来限定也不代表特殊的含义。

本发明中所涉及到的技术原理为：在月夜期间，利用埋入月壤的热管将月壤的热量传入发生器用于加热蒸发工质，蒸发后的工质在膨胀机中膨胀做功并驱动磁悬浮发电机发电。做功后的循环工质在表面换热器中与月面通过辐射换热进行冷凝后，再经工质泵加压后回流到发生器再次吸收热管热量进行循环发电。

请参阅图2，其为单根热管结构示意图。图2所述热管包括冷凝段121，中间段111以及蒸发段131，所述热管内部装有一定量的传热工质。所述热管10下端的蒸发段131埋入月壤恒温层中，所述热管10上端的冷凝段121设置在发生器中，所述热管10中间段111上下两端分别连接冷凝段121与蒸发段131。传热工质在蒸发段131吸收月壤恒温层中的热量而蒸发，低密度气态传热工质在浮力作用下上升，经过中间段111后在冷凝段121中将热量传到发电工质中而冷凝为液态工质，液态传热工质在月球重力作用下回到蒸发段131完成自循环。

请参阅图2，在一种或多种实施方式中，所述冷凝段121与蒸发段131由导热材料制成，可强化热管的蒸发与冷凝过程；所述中间段111由保温材料制成，可减小热管在低温浅层月壤中的热损失。

请参阅图3，在一些实施方式中，为了获得更多的热量，可以将所述热管设置为多根，即将多根热管组合使用，本发明中发生器由多根保温管并联组成，多根热管沿着保温管垂直布置，可增加热管在月壤中的换热面积。

在一种或多种实施方式中，由于月球月昼和月夜环境的温差较大，为了对发电设备进行保护，所述发电系统还设置有箱体(图中未示出)，所述箱体的材质为适用于极端温度条件下(如-200～400℃)的质轻、无毒、化学性能稳定、导热系数小的隔热保冷材料。将所述膨胀机、磁悬浮发电机、工质泵以及发生器设置在所述箱体中，所述箱体对内保温以保证设置在其中的各个设备的正常运行。

进一步，将所述表面换热器设置在所述箱体的外部，利用所述表面化热器将从膨胀机中出来的工质与月面环境采用辐射换热进行冷凝，冷却后液态工质通过工质泵加压回流至发生器，进行循环发电。

在一种或多种实施方式中，所述热管竖直部的底端设置在所述月壤的恒温层中。

具体来说，由于现有研究表明在月壤表层温度波动幅度较大而且在月夜期间温度较低，不利于获得稳定的热量和较大的温差，因此将热管的底端埋设在月壤恒温层中能够保证热管稳定的吸收月壤中的热量并使发电机高效平稳工作。

在一种或多种实施方式中，所述发电机为磁悬浮发电机，所述膨胀机为磁悬浮膨胀机。其磁悬浮轴承摩擦阻力小，转速高，有利于提升发电效率。

综上所述，本发明提供了一种发电系统，具体来说是月球温差磁悬浮发电系统，其包括磁悬浮发电机，气体发生器，膨胀机，表面换热器以及工质泵。利用埋入月壤中的热管将月壤中的热量传入发生器进行热交换，将循环工质进行加热蒸发，蒸发后的工质进入膨胀机，在进出口压差作用下推动膨胀机旋转，从而带动磁悬浮发电机发电。做功后的循环工质在表面换热器中与月面进行辐射换热进行冷凝，后经工质泵加压后回流到发生器再次吸收热管热量进行循环发电。本发明通过将热管与膨胀机、磁悬浮发电机、工质泵、发生器等装置一体化布置在保温箱体中，利用月壤与月面之间的温差进行发电，可解决月夜无太阳光照时探月设备尤其是未来探月基地能源供应的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。