CN117780507A - 燃料携同核能联合循环气体动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供燃料携同核能联合循环气体动力装置，属于热力学与热动技术领域。外部有高品位燃料通道连通加热炉，外部有空气通道经热源回热器连通加热炉，加热炉有燃气通道经热源回热器连通外部，外部有工作介质通道经高温压缩机、核反应堆和加热炉连通高温膨胀机，高温膨胀机有工作介质通道经中间热交换器和回热器连通外部，压缩机有循环工质通道连通回热器之后分别经中间热交换器连通膨胀机和直接连通第二膨胀机，膨胀机经回热器连通冷却器，第二膨胀机连通冷却器，冷却器连通压缩机；冷却器有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，高温膨胀机连接高温压缩机并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

Description

燃料携同核能联合循环气体动力装置

技术领域：

本发明属于热力学与热动技术领域。

背景技术：

动力与电力，是人类生活与生产当中的两种基本和重要需求；其中，将热能转换为机械能提供动力与电力是重要的技术手段。在实现热能转换为机械能的过程中，采用尽可能简单的技术举措来实现热变功的高效化是最基本的要求——为此，技术人员不懈努力。

燃料是提供驱动热负荷的重要选项，有不同的种类和不同的性质；其中，燃料燃烧所形成燃气的温度高低直接决定着热变功效率。受限于工作原理等因素，在采用高品位优质燃料的热动装置中，燃烧过程存在较大温差不可逆损失。核燃料可通过氦气-蒸汽联合循环实现高效热变功——不过，因受限于工作原理、材料性能和安全要求等因素，核燃料的应用价值没有得到充分发挥，其热效率仍有较大的提升空间。

为实现高品位燃料的高效热变功，一种常规技术是采用由布雷顿循环和朗肯循环组成的气体-蒸汽联合循环——不过，其顶部布雷顿循环与底部朗肯循环之间的传热环节温差损失较大，这不利于热效率的提升；另一种常规技术是采用两个布雷顿循环构建的气-气联合循环——不过，其底部布雷顿循环中，需要膨胀机深度膨胀和相应压缩机的配合，这直接造成了核心部件的制造难度以及材料浪费与成本增加。

本着简单、主动、安全、高效地利用能源获得动力的基本原则，本发明给出了流程合理，结构简单，核燃料与高品位燃料搭配使用，热力学完善度高，高温膨胀机排放气体实现深度利用和大幅度提升核燃料应用价值的燃料携同核能联合循环燃气动力装置。

发明内容：

本发明主要目的是要提供燃料携同核能联合循环气体动力装置，具体发明内容分项阐述如下：

1.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉连通，外部还有空气通道经热源回热器与加热炉连通，加热炉还有燃气通道经热源回热器与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机连通，高温压缩机还有工作介质通道经核反应堆和加热炉与高温膨胀机连通，高温膨胀机还有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通，压缩机有循环工质通道与回热器连通之后分成两路——第一路经中间热交换器与膨胀机连通和第二路直接与第二膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经回热器与冷却器连通，第二膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通，冷却器还有循环工质通道与压缩机连通；冷却器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，高温膨胀机连接高温压缩机并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

2.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉连通，外部还有空气通道经热源回热器与加热炉连通，加热炉还有燃气通道经热源回热器与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机连通，高温压缩机还有工作介质通道经核反应堆和加热炉与高温膨胀机连通，高温膨胀机还有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通，压缩机有循环工质通道与回热器连通之后分成两路——第一路与中间热交换器连通和第二路与第二膨胀机连通，中间热交换器还有循环工质通道与膨胀机连通之后膨胀机再有循环工质通道经回热器与自身连通，膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通，第二膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通，冷却器还有循环工质通道与压缩机连通；冷却器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，高温膨胀机连接高温压缩机并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

3.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉连通，外部还有空气通道经热源回热器与加热炉连通，加热炉还有燃气通道经热源回热器与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机连通，高温压缩机还有工作介质通道经核反应堆和加热炉与高温膨胀机连通，高温膨胀机还有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通，冷却器有循环工质通道与压缩机连通、压缩机再有循环工质通道与回热器连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机连通和第二路与压缩机连通，压缩机还有循环工质通道经中间热交换器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经回热器与冷却器连通，第二膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通；冷却器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，高温膨胀机连接高温压缩机并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

4.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉连通，外部还有空气通道经热源回热器与加热炉连通，加热炉还有燃气通道经热源回热器与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机连通，高温压缩机还有工作介质通道经核反应堆和加热炉与高温膨胀机连通，高温膨胀机还有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通，冷却器有循环工质通道与压缩机连通、压缩机再有循环工质通道与回热器连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机连通和第二路与压缩机连通，压缩机还有循环工质通道与中间热交换器连通，中间热交换器还有循环工质通道与膨胀机连通之后膨胀机再有循环工质通道经回热器与自身连通，膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通，第二膨胀机还有循环工质通道与冷却器连通；冷却器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，高温膨胀机连接高温压缩机并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

5.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-4项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机并取代膨胀机，增加第二膨胀增速机并取代第二膨胀机，增加双能压缩机并取代压缩机，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

6.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-4项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机并取代膨胀机，增加喷管并取代第二膨胀机，增加双能压缩机并取代压缩机，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

7.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1或第3项所述的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器有循环工质通道与压缩机连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机连通，将膨胀机有循环工质通道经回热器与冷却器连通调整为膨胀机有冷却介质通道经回热器与外部连通，将第二膨胀机有循环工质通道与冷却器连通调整为第二膨胀机有冷却介质通道与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

8.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第2或第4项所述的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器有循环工质通道与压缩机连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机连通，将膨胀机有循环工质通道与冷却器连通调整为膨胀机有冷却介质通道与外部连通，将第二膨胀机有循环工质通道与冷却器连通调整为第二膨胀机有冷却介质通道与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

9.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-8项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机有工作介质通道与核反应堆连通调整为高温压缩机有工作介质通道经高温回热器与核反应堆连通，将高温膨胀机有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通调整为高温膨胀机有工作介质通道经高温回热器、中间热交换器和回热器与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

10.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-8项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机有工作介质通道与核反应堆连通调整为高温压缩机有工作介质通道经高温回热器与核反应堆连通，将加热炉有工作介质通道与高温膨胀机连通调整为加热炉有工作介质通道与高温膨胀机连通之后高温膨胀机再有工作介质通道经高温回热器与自身连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

11.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-8项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机连通之后高温压缩机再有工作介质通道经高温回热器与自身连通，将高温膨胀机有工作介质通道经中间热交换器和回热器与外部连通调整为高温膨胀机有工作介质通道经高温回热器、中间热交换器和回热器与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

12.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-8项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机连通之后高温压缩机再有工作介质通道经高温回热器与自身连通，将加热炉有工作介质通道与高温膨胀机连通调整为加热炉有工作介质通道与高温膨胀机连通之后高温膨胀机再有工作介质通道经高温回热器与自身连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

13.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在第1-4项所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，将高温压缩机有工作介质通道经核反应堆和加热炉与高温膨胀机连通调整为高温压缩机有工作介质通道经加热炉与高温膨胀机连通，将外部有空气通道经热源回热器与加热炉连通调整为外部有空气通道经热源回热器和核反应堆与加热炉连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

14.联合循环气体动力装置，是在第1-13项所述的任一一款联合循环气体动力装置中，将回热器有工作介质通道与外部连通和外部有工作介质通道与高温压缩机连通，一并调整为回热器有工作介质通道与高温压缩机连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。。

15.联合循环气体动力装置，是在第14项所述的任一一款联合循环气体动力装置中，增加高温双能压缩机并取代高温压缩机，增加高温膨胀增速机并取代高温膨胀机，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第1种原则性热力系统图。

图2是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第2种原则性热力系统图。

图3是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第3种原则性热力系统图。

图4是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第4种原则性热力系统图。

图5是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第5种原则性热力系统图。

图6是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第6种原则性热力系统图。

图7是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第7种原则性热力系统图。

图8是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第8种原则性热力系统图。

图9是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第9种原则性热力系统图。

图10是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第10种原则性热力系统图。

图11是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第11种原则性热力系统图。

图12是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第12种原则性热力系统图。

图13是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第13种原则性热力系统图。

图14是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第14种原则性热力系统图。

图15是依据本发明所提供的燃料携同核能联合循环气体动力装置第15种原则性热力系统图。

图中，1-膨胀机，2-第二膨胀机，3-压缩机，4-中间热交换器，5-回热器，6-冷却器，7-高温压缩机，8-高温膨胀机，9-核反应堆，10-加热炉，11-热源回热器，12-高温回热器，A-膨胀增速机，B-第二膨胀增速机，C-双能压缩机，D-扩压管，E-高温双能压缩机，F-高温膨胀增速机；其中，当跨临界循环时，冷却器为冷凝器。

关于高品位燃料和核反应堆的声明：

(1)高品位燃料：指的是燃烧产物形成的热源温度相对较高的燃料。

※相应地，有低品位燃料——指的是燃烧产物形成的热源温度相对较低的燃料。

(3)受限于现行技术条件或材料性能等原因，尤其对于需要通过间接手段向循环工质/工作介质提供驱动热负荷的燃料来说，它们的品位高低以现行技术条件下能够使循环工质/工作介质所能达到的温度高低来划分——使循环工质/工作介质能够达到的温度更高者为高品位燃料，使循环工质/工作介质能够达到的温度较低者为低品位燃料。

(4)本发明中，高温压缩机7排放的工作介质流经核反应堆吸热之后能够达到的温度，低于工作介质流经加热炉10吸热升温之后所能达到的温度，核燃料属于低品位燃料(能源)。

(5)本发明申请中的核反应堆，是利用核能直接或间接向循环工质/工作介质提供高温热负荷的供热装置，一般包含两种情况：①核燃料通过核反应释放的热能，直接提供给流经核反应堆的循环工质/工作介质；②核燃料通过核反应释放的热能，首先提供给一回路冷却介质，然后由一回路冷却介质通过热交换器提供给流经核反应堆的循环工质/工作介质。

具体实施方式：

首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行，对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。

图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，它主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉10连通，外部还有空气通道经热源回热器11与加热炉10连通，加热炉10还有燃气通道经热源回热器11与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机7连通，高温压缩机7还有工作介质通道经核反应堆9和加热炉10与高温膨胀机8连通，高温膨胀机8还有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通，压缩机3有循环工质通道与回热器5连通之后分成两路——第一路经中间热交换器4与膨胀机1连通和第二路直接与第二膨胀机2连通，膨胀机1还有循环工质通道经回热器5与冷却器6连通，第二膨胀机2还有循环工质通道与冷却器6连通，冷却器6还有循环工质通道与压缩机3连通；冷却器6还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机2连接压缩机3并传输动力，高温膨胀机8连接高温压缩机7并传输动力。

(2)流程上，外部高品位燃料进入加热炉10，外部空气流经热源回热器11吸热升温之后进入加热炉10，燃料和空气在加热炉10内混合并燃烧生成高温燃气，高温燃气放热于流经其内的工作介质并降温，之后流经热源回热器11放热降温和对外排放；外部工作介质流经高温压缩机7升压升温，流经核反应堆9和加热炉10逐步吸热升温，之后向高温膨胀机8提供；工作介质流经高温膨胀机8降压作功，流经中间热交换器4和回热器5逐步放热降温，之后对外排放；循环工质流经压缩机3升压升温，流经回热器5吸热升温，之后分成两路——第一路流经中间热交换器4吸热升温之后进入膨胀机1降压作功，第二路进入第二膨胀机2降压作功；膨胀机1排放的循环工质流经回热器5放热降温之后提供给冷却器6，第二膨胀机2排放的循环工质提供给冷却器6，循环工质流经冷却器6放热降温之后提供给压缩机3；核燃料通过核反应堆9提供驱动热负荷，高品位燃料通过加热炉10提供驱动热负荷，冷却介质通过冷却器6带走低温热负荷，空气和燃气通过进出流程带走少许低温热负荷，膨胀机1、第二膨胀机2和高温膨胀机8输出的功提供给压缩机3、高温压缩机7和外部作动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图2所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，它主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉10连通，外部还有空气通道经热源回热器11与加热炉10连通，加热炉10还有燃气通道经热源回热器11与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机7连通，高温压缩机7还有工作介质通道经核反应堆9和加热炉10与高温膨胀机8连通，高温膨胀机8还有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通，压缩机3有循环工质通道与回热器5连通之后分成两路——第一路与中间热交换器4连通和第二路与第二膨胀机2连通，中间热交换器4还有循环工质通道与膨胀机1连通之后膨胀机1再有循环工质通道经回热器5与自身连通，膨胀机1还有循环工质通道与冷却器6连通，第二膨胀机2还有循环工质通道与冷却器6连通，冷却器6还有循环工质通道与压缩机3连通；冷却器6还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机2连接压缩机3并传输动力，高温膨胀机8连接高温压缩机7并传输动力。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：中间热交换器4排放的循环工质进入膨胀机1降压作功，至一定程度之后流经回热器5放热降温，然后进入膨胀机1继续降压作功；膨胀机1和第二膨胀机2排放的循环工质流经冷却器6放热降温，之后提供给压缩机3，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图3所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，它主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉10连通，外部还有空气通道经热源回热器11与加热炉10连通，加热炉10还有燃气通道经热源回热器11与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机7连通，高温压缩机7还有工作介质通道经核反应堆9和加热炉10与高温膨胀机8连通，高温膨胀机8还有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通，冷却器6有循环工质通道与压缩机3连通、压缩机3再有循环工质通道与回热器5连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机2连通和第二路与压缩机3连通，压缩机3还有循环工质通道经中间热交换器4与膨胀机1连通，膨胀机1还有循环工质通道经回热器5与冷却器6连通，第二膨胀机2还有循环工质通道与冷却器6连通；冷却器6还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机2连接压缩机3并传输动力，高温膨胀机8连接高温压缩机7并传输动力。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：循环工质进入压缩机3升压升温，至一定程度之后流经回热器5吸热升温，再之后分成两路——第一路流经第二膨胀机2降压作功和进入冷却器6放热降温，第二路进入压缩机3继续升压升温、流经中间热交换器4吸热升温、流经膨胀机1降压作功、流经回热器5放热降温和进入冷却器6放热降温，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图4所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，它主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉10连通，外部还有空气通道经热源回热器11与加热炉10连通，加热炉10还有燃气通道经热源回热器11与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机7连通，高温压缩机7还有工作介质通道经核反应堆9和加热炉10与高温膨胀机8连通，高温膨胀机8还有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通，冷却器6有循环工质通道与压缩机3连通、压缩机3再有循环工质通道与回热器5连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机2连通和第二路与压缩机3连通，压缩机3还有循环工质通道与中间热交换器4连通，中间热交换器4还有循环工质通道与膨胀机1连通之后膨胀机1再有循环工质通道经回热器5与自身连通，膨胀机1还有循环工质通道与冷却器6连通，第二膨胀机2还有循环工质通道与冷却器6连通；冷却器6还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机2连接压缩机3并传输动力，高温膨胀机8连接高温压缩机7并传输动力。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：循环工质进入压缩机3升压升温，至一定程度之后流经回热器5吸热升温，再之后分成两路——第一路进入第二膨胀机2降压作功，第二路进入压缩机3继续升压升温和进入中间热交换器4吸热升温；中间热交换器4排放的循环工质进入膨胀机1降压作功、流经回热器5放热降温、进入膨胀机1继续降压作功和进入冷却器6放热降温，第二膨胀机2排放的循环工质进入冷却器6放热降温，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图5所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机A并取代膨胀机1，增加第二膨胀增速机B并取代第二膨胀机2，增加双能压缩机C并取代压缩机3。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：循环工质流经双能压缩机C升压升温并降速，流经回热器5吸热升温，之后分成两路——第一路流经中间热交换器4吸热升温之后进入膨胀增速机A降压作功并增速，第二路进入第二膨胀增速机B降压作功并增速；膨胀增速机A排放的循环工质流经回热器5放热降温之后提供给冷却器6，第二膨胀增速机B排放的循环工质提供给冷却器6，循环工质流经冷却器6放热降温之后提供给双能压缩机C；膨胀增速机A、第二膨胀增速机B和高温膨胀机8输出的功提供给双能压缩机C、高温压缩机7和外部作动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图6所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机A并取代膨胀机1，增加喷管D并取代第二膨胀机2，增加双能压缩机C并取代压缩机3。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：循环工质流经双能压缩机C升压升温并降速，流经回热器5吸热升温，之后分成两路——第一路流经中间热交换器4吸热升温之后进入膨胀增速机A降压作功并增速，第二路进入喷管D降压增速；膨胀增速机A排放的循环工质流经回热器5放热降温之后提供给冷却器6，喷管D排放的循环工质提供给冷却器6，循环工质流经冷却器6放热降温之后提供给双能压缩机C；膨胀增速机A和高温膨胀机8输出的功提供给双能压缩机C、高温压缩机7和外部作动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图7所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器6及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器6有循环工质通道与压缩机3连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机3连通，将膨胀机1有循环工质通道经回热器5与冷却器6连通调整为膨胀机1有冷却介质通道经回热器5与外部连通，将第二膨胀机2有循环工质通道与冷却器6连通调整为第二膨胀机2有冷却介质通道与外部连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：膨胀机1排放的冷却介质(循环工质)流经回热器5放热降温之后对外排放，进入第二膨胀机2的冷却介质(循环工质)降压作功之后对外排放；冷却介质通过进出流程带走低温热负荷，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图8所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图2所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器6及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器6有循环工质通道与压缩机3连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机3连通，将膨胀机1有循环工质通道与冷却器6连通调整为膨胀机1有冷却介质通道与外部连通，将第二膨胀机2有循环工质通道与冷却器6连通调整为第二膨胀机2有冷却介质通道与外部连通。

(2)流程上，与图2所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：冷却介质(循环工质)进入膨胀机1内降压作功、流经回热器5放热降温和再进入膨胀机1继续降压作功，之后对外排放；冷却介质(循环工质)进入第二膨胀机2降压作功，之后对外排放；冷却介质通过进出流程带走低温热负荷，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图9所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机7有工作介质通道与核反应堆9连通调整为高温压缩机7有工作介质通道经高温回热器12与核反应堆9连通，将高温膨胀机8有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通调整为高温膨胀机8有工作介质通道经高温回热器12、中间热交换器4和回热器5与外部连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：高温压缩机7排放的工作介质流经高温回热器12、核反应堆9和加热炉10逐步吸热升温，之后提供给高温膨胀机8；高温膨胀机8排放的工作介质流经高温回热器12、中间热交换器4和回热器5逐步放热降温之后对外排放，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图10所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机7有工作介质通道与核反应堆9连通调整为高温压缩机7有工作介质通道经高温回热器12与核反应堆9连通，将加热炉10有工作介质通道与高温膨胀机8连通调整为加热炉10有工作介质通道与高温膨胀机8连通之后高温膨胀机8再有工作介质通道经高温回热器12与自身连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：高温压缩机7排放的工作介质流经高温回热器12、核反应堆9和加热炉10逐步吸热升温，之后提供给高温膨胀机8；工作介质进入高温膨胀机8降压作功，至一定程度之后流经高温回热器12放热降温，再之后进入高温膨胀机8继续降压作功，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图11所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机7连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机7连通之后高温压缩机7再有工作介质通道经高温回热器12与自身连通，将高温膨胀机8有工作介质通道经中间热交换器4和回热器5与外部连通调整为高温膨胀机8有工作介质通道经高温回热器12、中间热交换器4和回热器5与外部连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：外部工作介质进入高温压缩机7升压升温，至一定程度之后流经高温回热器12吸热升温，然后进入高温压缩机7继续升压升温；高温膨胀机8排放的工作介质流经高温回热器12、中间热交换器4和回热器5逐步放热降温，之后对外排放，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图12所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机7连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机7连通之后高温压缩机7再有工作介质通道经高温回热器12与自身连通，将加热炉10有工作介质通道与高温膨胀机8连通调整为加热炉10有工作介质通道与高温膨胀机8连通之后高温膨胀机8再有工作介质通道经高温回热器12与自身连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：外部工作介质进入高温压缩机7升压升温，至一定程度之后流经高温回热器12吸热升温，然后进入高温压缩机7继续升压升温；工作介质进入高温膨胀机8降压作功，至一定程度之后流经高温回热器12放热降温，再之后进入高温膨胀机8继续降压作功，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图13所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，将高温压缩机7有工作介质通道经核反应堆9和加热炉10与高温膨胀机8连通调整为高温压缩机7有工作介质通道经加热炉10与高温膨胀机8连通，将外部有空气通道经热源回热器11与加热炉10连通调整为外部有空气通道经热源回热器11和核反应堆9与加热炉10连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：外部工作介质流经高温压缩机7升压升温，流经加热炉10吸热升温，之后提供给高温膨胀机8；外部空气流经热源回热器11和核反应堆9逐步吸热升温，之后进入加热炉10参与燃烧，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图14所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，将回热器5有工作介质通道与外部连通和外部有工作介质通道与高温压缩机7连通，一并调整为回热器5有工作介质通道与高温压缩机7连通。

(2)流程上，与图1所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：工作介质流经高温压缩机7升压升温，流经核反应堆9和加热炉10逐步吸热升温，流经高温膨胀机8降压作功，流经中间热交换器4和回热器5逐步放热降温，之后提供给高温压缩机9，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

图15所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置是这样实现的：

(1)结构上，在图14所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温双能压缩机E并取代高温压缩机7，增加高温膨胀增速机F并取代高温膨胀机8。

(2)流程上，与图14所示的燃料携同核能联合循环气体动力装置相比较，不同之处在于：工作介质流经高温双能压缩机E升压升温并降速，流经核反应堆9和加热炉10逐步吸热升温，流经高温膨胀增速机F降压作功并增速，流经中间热交换器4和回热器5逐步放热降温，之后进入高温双能压缩机E；膨胀机1、第二膨胀机2和高温膨胀增速机F输出的功提供给压缩机3、高温双能压缩机E和外部作动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的燃料携同核能联合循环气体动力装置，具有如下效果和优势：

(1)创建燃料携同核能联合循环技术，提供高效热变功的基本方法。

(2)核燃料与高品位燃料合理搭配，共同提供驱动热负荷，提高热力学完善度。

(3)核燃料借助于高品位燃料发挥作用，显著提升核燃料转换为机械能的利用价值。

(4)高温驱动热负荷实现分级利用，显著降低温差不可逆损失，热变功效率高。

(5)高温膨胀机排放气体热能下传环节，传热过程温差不可逆损失小，有利于提升热效率。

(6)显著降低温热负荷排放温度和数量，放热过程温差不可逆损失小，高温膨胀机排放气体热负荷实现深度利用。

(7)大幅度提升热变功体系的热力学完善度，有利于构建高效率燃料携同核能联合循环燃气动力装置，提升能源利用水平。

(8)流程合理，结构简单，核心部件简单化；简化热变功体系，显著提高系统经济性。

(9)提供了可采用外部空气作为冷却介质的技术方案，简化放热环节，降低制造成本，提升装置经济性。

(10)提供了多种具体技术方案，有利于提升能源合理利用水平，有利于扩展燃料携同核能联合循环气体动力装置的应用范围和价值。

Claims (15)

1.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉(10)连通，外部还有空气通道经热源回热器(11)与加热炉(10)连通，加热炉(10)还有燃气通道经热源回热器(11)与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，高温压缩机(7)还有工作介质通道经核反应堆(9)和加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通，高温膨胀机(8)还有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，压缩机(3)有循环工质通道与回热器(5)连通之后分成两路——第一路经中间热交换器(4)与膨胀机(1)连通和第二路直接与第二膨胀机(2)连通，膨胀机(1)还有循环工质通道经回热器(5)与冷却器(6)连通，第二膨胀机(2)还有循环工质通道与冷却器(6)连通，冷却器(6)还有循环工质通道与压缩机(3)连通；冷却器(6)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(2)连接压缩机(3)并传输动力，高温膨胀机(8)连接高温压缩机(7)并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

2.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉(10)连通，外部还有空气通道经热源回热器(11)与加热炉(10)连通，加热炉(10)还有燃气通道经热源回热器(11)与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，高温压缩机(7)还有工作介质通道经核反应堆(9)和加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通，高温膨胀机(8)还有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，压缩机(3)有循环工质通道与回热器(5)连通之后分成两路——第一路与中间热交换器(4)连通和第二路与第二膨胀机(2)连通，中间热交换器(4)还有循环工质通道与膨胀机(1)连通之后膨胀机(1)再有循环工质通道经回热器(5)与自身连通，膨胀机(1)还有循环工质通道与冷却器(6)连通，第二膨胀机(2)还有循环工质通道与冷却器(6)连通，冷却器(6)还有循环工质通道与压缩机(3)连通；冷却器(6)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(2)连接压缩机(3)并传输动力，高温膨胀机(8)连接高温压缩机(7)并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

3.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉(10)连通，外部还有空气通道经热源回热器(11)与加热炉(10)连通，加热炉(10)还有燃气通道经热源回热器(11)与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，高温压缩机(7)还有工作介质通道经核反应堆(9)和加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通，高温膨胀机(8)还有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，冷却器(6)有循环工质通道与压缩机(3)连通、压缩机(3)再有循环工质通道与回热器(5)连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机(2)连通和第二路与压缩机(3)连通，压缩机(3)还有循环工质通道经中间热交换器(4)与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有循环工质通道经回热器(5)与冷却器(6)连通，第二膨胀机(2)还有循环工质通道与冷却器(6)连通；冷却器(6)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(2)连接压缩机(3)并传输动力，高温膨胀机(8)连接高温压缩机(7)并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

4.燃料携同核能联合循环气体动力装置，主要由膨胀机、第二膨胀机、压缩机、中间热交换器、回热器、冷却器、高温压缩机、高温膨胀机、核反应堆、加热炉和热源回热器所组成；外部有高品位燃料通道与加热炉(10)连通，外部还有空气通道经热源回热器(11)与加热炉(10)连通，加热炉(10)还有燃气通道经热源回热器(11)与外部连通，外部还有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，高温压缩机(7)还有工作介质通道经核反应堆(9)和加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通，高温膨胀机(8)还有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，冷却器(6)有循环工质通道与压缩机(3)连通、压缩机(3)再有循环工质通道与回热器(5)连通之后分成两路——第一路与第二膨胀机(2)连通和第二路与压缩机(3)连通，压缩机(3)还有循环工质通道与中间热交换器(4)连通，中间热交换器(4)还有循环工质通道与膨胀机(1)连通之后膨胀机(1)再有循环工质通道经回热器(5)与自身连通，膨胀机(1)还有循环工质通道与冷却器(6)连通，第二膨胀机(2)还有循环工质通道与冷却器(6)连通；冷却器(6)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(2)连接压缩机(3)并传输动力，高温膨胀机(8)连接高温压缩机(7)并传输动力，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

5.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-4所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机(A)并取代膨胀机(1)，增加第二膨胀增速机(B)并取代第二膨胀机(2)，增加双能压缩机(C)并取代压缩机(3)，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

6.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-4所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加膨胀增速机(A)并取代膨胀机(1)，增加喷管(D)并取代第二膨胀机(2)，增加双能压缩机(C)并取代压缩机(3)，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

7.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1或权利要求3所述的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器(6)及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器(6)有循环工质通道与压缩机(3)连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机(3)连通，将膨胀机(1)有循环工质通道经回热器(5)与冷却器(6)连通调整为膨胀机(1)有冷却介质通道经回热器(5)与外部连通，将第二膨胀机(2)有循环工质通道与冷却器(6)连通调整为第二膨胀机(2)有冷却介质通道与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

8.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求2或权利要求4所述的燃料携同核能联合循环气体动力装置中，取消冷却器(6)及其与外部连通的冷却介质通道，将冷却器(6)有循环工质通道与压缩机(3)连通调整为外部有冷却介质通道与压缩机(3)连通，将膨胀机(1)有循环工质通道与冷却器(6)连通调整为膨胀机(1)有冷却介质通道与外部连通，将第二膨胀机(2)有循环工质通道与冷却器(6)连通调整为第二膨胀机(2)有冷却介质通道与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

9.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-8所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机(7)有工作介质通道与核反应堆(9)连通调整为高温压缩机(7)有工作介质通道经高温回热器(12)与核反应堆(9)连通，将高温膨胀机(8)有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通调整为高温膨胀机(8)有工作介质通道经高温回热器(12)、中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

10.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-8所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将高温压缩机(7)有工作介质通道与核反应堆(9)连通调整为高温压缩机(7)有工作介质通道经高温回热器(12)与核反应堆(9)连通，将加热炉(10)有工作介质通道与高温膨胀机(8)连通调整为加热炉(10)有工作介质通道与高温膨胀机(8)连通之后高温膨胀机(8)再有工作介质通道经高温回热器(12)与自身连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

11.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-8所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机(7)连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机(7)连通之后高温压缩机(7)再有工作介质通道经高温回热器(12)与自身连通，将高温膨胀机(8)有工作介质通道经中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通调整为高温膨胀机(8)有工作介质通道经高温回热器(12)、中间热交换器(4)和回热器(5)与外部连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

12.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-8所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，增加高温回热器，将外部有工作介质通道与高温压缩机(7)连通调整为外部有工作介质通道与高温压缩机(7)连通之后高温压缩机(7)再有工作介质通道经高温回热器(12)与自身连通，将加热炉(10)有工作介质通道与高温膨胀机(8)连通调整为加热炉(10)有工作介质通道与高温膨胀机(8)连通之后高温膨胀机(8)再有工作介质通道经高温回热器(12)与自身连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

13.燃料携同核能联合循环气体动力装置，是在权利要求1-4所述的任一一款燃料携同核能联合循环气体动力装置中，将高温压缩机(7)有工作介质通道经核反应堆(9)和加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通调整为高温压缩机(7)有工作介质通道经加热炉(10)与高温膨胀机(8)连通，将外部有空气通道经热源回热器(11)与加热炉(10)连通调整为外部有空气通道经热源回热器(11)和核反应堆(9)与加热炉(10)连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

14.联合循环气体动力装置，是在权利要求1-13所述的任一一款联合循环气体动力装置中，将回热器(5)有工作介质通道与外部连通和外部有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，一并调整为回热器(5)有工作介质通道与高温压缩机(7)连通，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。

15.联合循环气体动力装置，是在权利要求14所述的任一一款联合循环气体动力装置中，增加高温双能压缩机(E)并取代高温压缩机(7)，增加高温膨胀增速机(F)并取代高温膨胀机(8)，形成燃料携同核能联合循环气体动力装置。