DE1464912C3

DE1464912C3 - Vorrichtung zur thermionischen Erzeugung elektrischer Energie im Weltraum

Info

Publication number: DE1464912C3
Application number: DE1464912A
Authority: DE
Inventors: Josef Taino Bohdansky; Claus A. Laveno Busse
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1964-12-14
Filing date: 1964-12-14
Publication date: 1975-02-20
Also published as: NL6515397A; DE1464912B2; FR1455672A; BE673462A; DE1464912A1; LU50048A1; GB1108499A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermionischen Erzeugung elektrischer Energie im Weltraum, bei der ein erster Wärmeübertrager die im Kern eines Kernreaktors erzeugte Wärme an Emitterelektroden eines thermionischen Wandlers überträgt und bei der ein zweiter Wärmeübertrager die Kollektorelektroden des thermionischen Wandlers mit einem Wärme abstrahlenden Element verbindet. Eine derartige Vorrichtung ist aus der Zeitschrift »Raumfahrtforschung«, Bd. VIII, 1964, Heft 4, S. 145 bis 149, insbesondere Bild 6 auf S. 146, bekannt.

Es ist weiterhin eine Wärmeübertragungstechnik bekannt, bei der eine sogenannte Wärmeröhre mit einer Arbeitsflüssigkeit verwendet wird, wobei Wärme als latente Energie durch Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit in einer Heizzone und Kondensieren des Dampfes in einer Kühlzone übertragen wird. Der Rücktransport der Arbeitsflüssigkeit von der Kühlzone zur Heizzone erfolgt durch eine Kapillarstruktur an der Innenoberfläche der Röhre. (»Journal of Appl. Physics«, 35, 1964, S. 1990 und 1991).

Es ist weiterhin ein Kühlsystem für einen Kernreaktor bekannt, in dem der Kernreaktor mit Wärmeextraktionsröhren bestückt ist, wobei die Röhren als geschlossene Gefäße ausgebildet sind, die untereinander parallel, mit dem einen Ende in den Reaktorkern eintauchen, während sie mit dem anderen Ende aus dem Reaktorkern in einen außerhalb des Reaktorkerns liegenden Behälter hineinragen, und die Rohre ein im Betrieb als Dampf-Flüssigkeitsphase zirkulierendes Medium enthalten (britische Patentschrift 785 886). Da-die in den Wärmeextraktionsröhren befindliche Arbeitsflüssigkeit unter kritischem Druck bei kritischer Temperatur steht, wird ein zusätzlicher Steuer- oder Regelmechanismus benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermionische Umwandlungsvorrichtung bei Kernreaktoren in Raumfahrzeugen so auszubilden, daß sie kompakt ist und einen hohen Wandlerwirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Wärmeübertrager aus Wärmeröhren mit einem verdampf- und kondensierbaren Wärmeträger bestehen, die an ihrer Innenoberfläche mit einer Kapillarstruktur versehen sind, und daß der Wärmeträger des ersten bzw. zweiten Wärmeübertragers Silber bzw. Lithium ist.

ίο Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Wärmeröhren unabhängig von der Schwerkraft arbeiten und die Wärmeträger Silber und Lithium eine gute Anpassung an die Betriebstemperaturen des Wandlers erlauben.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher beschrieben.

Der Reaktorkern besteht aus dem Kernbrennstoff 17, den Moderatorblöcken 18 und den Wärmeröhren 19, 20. Die Wärmeröhren der Moderatorblöcke ragen

ao gebündelt aus der Unterseite des Reaktorkerns heraus, während die Wärmeröhren des Kernbrennstoffes mit dem zugehörigen thermionischen. Wandler 21 an der Oberseite des Reaktorkerns herausragen. Hierdurch sind die Wandler aus dem direkten Strahlungsfeld des Reaktors herausgebracht.

Der Moderator (z. B. Zirkonhydrid) ist vom Kernbrennstoff durch eine elektrische Isolation 22 und durch eine Wärmeabschirmung 23 getrennt. Der Kernbrennstoff ist in hohlzylindrischen Hüllen enthalten, in die die Wärmeröhren 19 teilweise eingefügt sind. Die Wärmeröhren 19 sind direkt mit den Emitterelektroden 24 verbunden. Die entsprechenden Kollektorelektroden und die zwischen den Emitter- und Kollektorelektroden erforderliche elektrische Isolation sind mit 25 bzw. 26 bezeichnet.

An die Kollektorelektroden sind Wärmeröhren 27 angeschlossen. Die Wärmeröhren sind parallel zur Symmetrieachse des Reaktors angeordnet. Die Wärmeröhren oberhalb und unterhalb des Reaktorkerns besitzen unterschiedliche Längen, derart, daß die Längen graduell von der Symmetrieachse des Reaktorkerns aus nach außen hin abnehmen. Hierdurch ergibt sich einmal eine Raumform, die für den Einbau des Reaktors in Weltraumprojektile vorteilhaft ist. Zum anderen ergeben sich günstige Wärmeabstrahlungsverhältnisse für die einzelnen Röhren. Und schließlich eignet sich die Parallelführung der Wärmeröhren gut für . den Testbetrieb des Reaktors unter Einfluß der Schwerkraft.

Die Wärmeröhren 19 bzw. 20 bzw. 27 bestehen aus Ta bzw. Nb bzw. Nb-I Zr. Die betreffenden Wärmeträger sind Ag bzw. Cs bzw. Li. Die zugehörigen Betriebstemperaturen betragen etwa 1800 bzw. 500 bzw. 1000° C.

Die Wandler sind elektrisch in Reihe geschaltet; vgl. die Leitungen 28, wobei die negative und die positive Klemme mit 29 bzw. 30 bezeichnet ist. Die freien Enden der Wärmeröhren 20 und 27, in denen die eingangs erwähnte Kondensation des Wärmeträgers stattfindet, strahlen die in den Reaktorkomponenten und in den Wandlern erzeugte Verlustwärme frei in den Raum ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur thermionischen Erzeugung elektrischer Energie im Weltraum, bei der ein erster Wärmeübertrager die im Kern eines Kernreaktors erzeugte Wärme an Emitterelektroden eines thermionischen Wandlers überträgt und bei der ein zweiter Wärmeübertrager die Kollektorelektroden des thermionischen Wandlers mit einem Wärme abstrahlenden Element verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmeübertrager aus Wärmeröhren (19, 27) mit einem verdampf- und kondensierbaren Wärmeträger bestehen, die an ihrer Innenoberfläche mit einer Kapillarstruktur versehen sind, und daß der Wärmeträger des ersten bzw. zweiten Wärmeübertragers Silber bzw. Lithium ist.