CZ14930U1 - Tepelný reaktor pracující v oblasti spektra infračerveného záření, jehož primárním zdrojem energie je externí zdroj laserového záření - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká tepelného reaktoru pracujícího v oblasti spektra infračerveného záření, jehož primárním zdrojem energie je externí zdroj laserového záření a který je určen ke konverzi tepelné energie o velmi vysoké teplotě na energii mechanickou prostřednictvím běžně používaných tepelných strojů.

Dosavadní stav techniky

Z českého užitného vzoru CZ 14621 U je znám tepelný reaktor, jehož finálním produktem je elektromagnetické záření v oblasti infračerveného spektra emitované vnější stěnou ochranné bariéry do vnějšího prostoru reaktoru, kde je toto infračervené záření jímáno teplosměnnými plochami běžně užívaných tepelných strojů sloužících k výrobě elektrické energie prostřednictvím generátorů. Primárním energetickým zdrojem tepelného reaktoru je zářivá energie získávaná z různých zdrojů umístěných uprostřed dutiny tělesa reaktoru. Těleso ochranné bariéry je vyrobeno z keramických materiálů vyznačujících se žáruvzdornými vlastnostmi. Ke stavbě tělesa bariéry je možno použít systém sendvičové konstrukce o libovolné síle mezivrstev s meziprostory vyplněnými například sypkým materiálem nebo mezidutinami. Důležitá je žáruvzdornost vnitřního povrchu bariéry, který je nejvíce zatížen vysokou teplotou. Lze použít keramické materiály, jako například mullit s dostatečnou pevností a žáruvzdorností až do 1700 °C. Ještě odolnější jsou oxidové keramiky, což je obecné označení slinutých oxidů s vysokou žáruvzdorností, které se zpracovávají keramickou technologií. Patří sem keramika berylnatá do teploty 2200 °C, zirkoničitá do teploty 2300 °C, periklasová do teploty 2200 °C a korundová nad 1300 °C. V každém případě existuje určitá hranice teploty, která limituje maximálně dosažitelnou energetickou hustotu zářivé energie ve vnitřním prostoru tepelného reaktoru

Ve vědeeké-oblasti-s© praGujema-vývoji daláíeh zdrojů, kte-r-éby moly-v-budoucnu-poskytovat vysokoteplotní potenciál, jako je například využití sluneční energie k získávání tepelné energie využitelné ke konverzi na energii mechanickou. Existuje řada návrhů, jak využít například laserových vysokoenergetických systémů buzených sluneční energií a to jak na Zemi, tak i v kosmickém prostoru. Uvažuje se o stavbě slunečních energetických satelitů umístěných na geostacionární oběžné dráze Země, které by měly posílat sluneční energii ve formě laserového paprsku do přijímacích stanic na Zemi, kde pak zářivá energie laserového paprsku bude konvertována přes tepelné stroje na energii mechanickou. Podrobná studie s popisem různých zařízení ke konverzi sluneční energie na laserové záření o vysoké energetické hustotě je uvedena například v německém periodiku Physik in unserer Zeit, č.6, r.1981. Protože však hustota energie laserového paprsku obnáší až 10¹⁴ W/m², je velmi obtížné realizovat konverzi laserového paprsku na tepelnou energii v konvenčních tepelných strojích. Podobná problematika je též popsána v českém periodiku VTM Science, č.9, r.2003, str.56 až 57.

Cílem technického řešení je vytvořit takové zařízení, které by shora uvedenou problematiku vyřešilo a které by umožnilo jeho široké využití.

Podstata technického řešení

Shora uvedenou problematiku řeší a cíl technického řešení ve velké míře splňuje tepelný reaktor pracující v oblasti infračerveného záření, jehož primárním zdrojem energie je externí zdroj laserového záření, sestávající z otočně uloženého válcového pouzdra reaktoru tvořeného obvodovým prstencovým pláštěm reaktoru se vstupní podstavou a protilehlou nosnou podstavou, přičemž k vnější stěně obvodového prstencového pláště je přivrácena vnitřní stěna ochranné bariéry ve formě skruže, na jejíž vnější straně příslušející vnějšímu prostoru je okolo celé její válcové vnější plochy umístěna soustava na sebe navazujících teplosměnných ploch

- 1 CZ 14930 Ul kompoudních tepelných pohonných jednotek opatřených přijímacími fokusátory, případně jiných teplosměnných ploch příslušejících jiným tepelným strojům, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že ve střední části vstupní podstavy je vytvořen vstupní otvor, který je uzpůsoben pro průnik primárního defokusovaného laserového paprsku dopadajícího na rovinné odrazové zrcadlo a/nebo primárního fokusovaného laserového paprsku dopadajícího na vypuklé defokusační zrcadlo, které jsou umístěny ve vnitřním prostoru válcového pouzdra reaktoru na ose obvodového prstencového pláště reaktoru, a přičemž odražený sekundární laserový paprsek rovinného zrcadla a odražený sekundární defokusovaný paprsek vypouklého zrcadla je směrován do obvodových štěrbin vytvořených v obvodovém prstencovém plášti reaktoru pomocí směrovací clony rovinného zrcadla a/nebo pomocí směrovací clony vypouklého zrcadla na příslušné ohřívané zóny ochranné bariéry, přičemž směrovací clona rovinného zrcadla i směrovací clona vypouklého zrcadla je tvořena rovinnou přepážkou opatřenou průchozím směrovacím otvorem odpovídajícího průřezu odraženého sekundárního laserového paprsku rovinného zrcadla nebo otvorem odpovídajícího průřezu odraženého sekundárního defokusovaného paprsku vypouklého zrcadla.

Výhody provedení tepelného reaktoru podle technického řešení spočívají především v tom, že celé zařízení je konstruováno bez použití běžné infrastruktury, jako jsou potrubní rozvody a příslušná periferní zařízení, kde přenos tepelné energie se děje pouze prázdným prostorem a bez pracovního média pracujícího pod tlakem, což ve svém důsledku výrazně zvyšuje bezpečnost zařízení a snižuje jeho poruchovost, například ve srovnání s běžnými konstrukcemi reaktorů atomových elektráren.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 jsou ve svislém řezu reaktorem znázorněny základní konstrukční prvky provedení reaktoru s rovinným zrcadlem a na obr. 2 jsou ve svislém řezu znázorněny základní konstrukční prvky reaktoru s vypouklým zrcadlem.

Příklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je patrné otočně uložené válcové pouzdro reaktoru tvořené obvodovým prstencovým pláštěm 5 se vstupní podstavou 5.1 a protilehlou nosnou podstavou 5.2. K vnější stěně obvodového prstencového pláště 5 je přivrácena vnitřní stěna ochranné bariéry 4 tvaru skruže, na jejíž vnější straně příslušející vnějšímu prostoru 2 je okolo celé její válcové vnější plochy umístěna soustava na sebe navazujících teplosměnných ploch 7.1 kompoudních tepelných pohonných jednotek opatřených přijímacími fokusátory 7. Ve střední části vstupní podstavy 5.1 pláště reaktoru je znázorněn vstupní otvor 5.3, který je uzpůsoben pro průnik primárního defokusovaného laserového paprsku 9 dopadajícího na rovinné odrazové zrcadlo 6, které je umístěno ve vnitřním prostoru i válcového pouzdra reaktoru na ose o obvodového prstencového pláště 5 reaktoru. Odražený sekundární laserový paprsek 9.1 rovinného zrcadla je směrován pomocí clony 6.2 rovinného zrcadla do obvodové štěrbiny 9.2 vytvořené v obvodovém prstencovém plášti 5 reaktoru na příslušnou ohřívanou zónu 6.3 ochranné bariéry 4. Clona 6.2 rovinného zrcadla je tvořena rovinnou přepážkou, ve které je vytvořen průchozí otvor 6.4 odpovídajícího průřezu odraženého sekundárního laserového paprsku 9.1 rovinného zrcadla.

Obr. 2 znázorňuje alternativní provedení reaktoru, kde je ve vnitřním prostoru i válcového pouzdra reaktoru umístěno vypouklé zrcadlo 8, na které je přiveden vstupním otvorem 5,3 primární fokusovaný laserový paprsek 10, který je po odrazu v podobě sekundárního defokusovaného paprsku 10.1 od vypouklého zrcadla 8 pomocí směrovacího otvoru 8.4 vytvořeného ve cloně 8.2 vypouklého zrcadla směrován do obvodové štěrbiny 10.2 vytvořené v obvodovém prstenco45 vém plášti 5 na příslušnou ohřívanou zónu 8.3 ochranné bariéry 4, ke které jsou po celém jejím vnějším obvodu příslušejícím vnějšímu prostoru 2 přivráceny teplosměnné plochy 7.1 kompoudních tepelných pohonných jednotek, které jsou opatřeny přijímacími fokusátory 7, případně teplosměnné plochy jiných tepelných strojů. Funkce tepelného reaktoru podle technického řešení spočívá v tom, že vstupující primární defokusovaný laserový paprsek 9 a/nebo primární

-2CZ 14930 Ul fokusovaný laserový paprsek J_0 po dopadu na rovinné zrcadlo 6 a/nebo na vypouklé defokusační zrcadlo 8 je odražen jako sekundární laserový paprsek 9.1 a/nebo jako sekundární paprsek 10,1 a dále je směrován do obvodových štěrbin 9.2, 10.2 obvodového prstencového pláště 5 reaktoru a pomocí clony 6.2 rovinného zrcadla a nebo pomocí clony 8.2 vypouklého zrcadla na příslušné ohřívané zóny 6.3, 8.3 ochranné bariéry 4. Jelikož je intenzita laserového paprsku dopadajícího na ochrannou bariéru 4 velmi vysoká a ochranná bariéra 4 nemůže být vystavena trvalému ohřevu v jednom místě, lze rotací pouzdra reaktoru uskutečnit její periodický ohřev, jehož intenzitu lze regulovat rychlostí otáčení pouzdra reaktoru. Další regulaci tepelného zatížení ochranné bariéry 4 je možné uskutečnit pomocí volby Jejího průměru.

Claims (1)

1. io NÁROKY NA OCHRANU

   1. Tepelný reaktor pracující v oblasti infračerveného záření, jehož primárním zdrojem energie je externí zdroj laserového záření, sestávající z otočně uloženého válcového pouzdra reaktoru tvořeného obvodovým prstencovým pláštěm (5) reaktoru se vstupní podstavou (5.1) a protilehlou nosnou podstavou (5.2), přičemž k vnější stěně obvodového prstencového pláště (5) je přivráce15 na vnitřní stěna ochranné bariéry (4) ve formě skruže, na jejíž vnější straně příslušející vnějšímu prostoru (2) je okolo celé její válcové vnější plochy umístěna soustava na sebe navazujících teplosměnných ploch (7.1) kompoudních tepelných pohonných jednotek opatřených přijímacími fokusátory (7), případně jiných teplosměnných ploch příslušejících jiným tepelným strojům, vyznačující se tím, žéve střední části vstupní podstavy (5.1) je vytvořen vstupní

   20 otvor (5.3), který je uzpůsoben pro průnik primárního defokusovaného laserového paprsku (9) dopadajícího na rovinné odrazové zrcadlo (6) a/nebo primárního fokusovaného laserového paprsku (10) dopadajícího na vypuklé defokusační zrcadlo (8), které jsou umístěny ve vnitřním prostoru (1) válcového pouzdra reaktoru na ose (o) obvodového prstencového pláště (5) reaktoru, a přičemž, odražený sekundární. laserový_paprsek(9.1) rovinnéhozrcadlna/nebo odražený

   25 sekundární defokusovaný paprsek (10.1) vypouklého zrcadla je směrován do obvodových štěrbin (9.2, 10.2) vytvořených v obvodovém prstencovém plášti (5) pomocí clony (6.2) rovinného zrcadla a/nebo pomocí clony (8.2) vypouklého zrcadla na příslušné ohřívané zóny (6.3, 8.3) ochranné bariéry (4), a přičemž clona (6.2) rovinného zrcadla je tvořena rovinnou přepážkou opatřenou průchozím směrovacím otvorem (6.4) sekundárního paprsku rovinného zrcadla a clona

   30 (8.2) vypouklého zrcadla je tvořena rovinnou přepážkou opatřenou průchozím směrovacím otvorem (8.4) sekundárního paprsku vypouklého zrcadla.