RU2042231C1 - Термоэмиссионный реактор-преобразователь - Google Patents
Термоэмиссионный реактор-преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2042231C1 RU2042231C1 RU92008446A RU92008446A RU2042231C1 RU 2042231 C1 RU2042231 C1 RU 2042231C1 RU 92008446 A RU92008446 A RU 92008446A RU 92008446 A RU92008446 A RU 92008446A RU 2042231 C1 RU2042231 C1 RU 2042231C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moderator
- reactor
- vessel
- elements
- metal oxide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Использование: в качестве источников энергии в ядерных энергетических установках (ЯЭУ) космических аппаратов. Сущность: снижение утечки водорода из замедлителя, т.е. увеличение ресурса работы замедлителя и термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) в целом, путем создания в полости корпуса ТРП, в которой расположен замедлитель, имеющий на своей поверхности покрытие с низкой водопроницаемостью, газовой среды, способствующей сохранению защитных свойств покрытия на замедлителе. Для этого ТРП, содержащий корпус, выполненный в виде обечайки и трубных досок, соединенных трубками для жидкометаллического теплоносителя, в которых соосно установлены электрогенерирующие каналы (ЭГК) и между которыми размещены элементы замедлителя, выполненные из материала на основе гидрида циркония; при этом на элементы замедлителя и поверхности, ограничивающие полость корпуса, заполненную газовой средой, нанесено покрытие с низкой водопроницаемостью. ТРП снабжен емкостью для оксида металла, соединенной трубопроводом с полостью корпуса в зоне, в которой температура элементов замедлителя наиболее высокая, причем в качестве газовой среды использована смесь инертных газов с кислородосодержащим газом, парциальное давление которого выбрано равным 10 50 кПа, а отношение площади сечения трубопровода к его длине, приходящееся на единицу площади поверхности элементов замедлителя, выбрано равным 5·10-4- 1·10-2м2м·м2. Кроме того, емкость для оксида металла может быть соединены с полостью корпуса дополнительным трубопроводом и расположена вблизи корпуса ТРП для поддержания ее рабочей температуры за счет теплообмена с корпусом, а в качестве покрытия с низкой водородопроницаемостью на элементах замедлителя использовано двухслойное покрытие, внутренний слой которого выполнен из фосфоросодержащего материала, а наружный слой выполнен из кислородосодержащего материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к ядерным реакторам и, в частности, к термоэмиссионным реакторам-преобразователям (ТРП), используемым в качестве источников электрической энергии в ядерных энергетических установках (ЯЭУ) космических аппаратов.
Известна конструкция ТРП ЯЭУ "Топаз", в котором в пределах общего заполненного газом корпуса расположены цилиндрический массив гидридциркониевого замедлителя с размещенными в его отверстиях параллельно оси ЭГК и боковой отражатель [1]
Недостатком этой конструкции является небольшой ресурс работы ТРП при рабочих температурах гидрида циркония 600-650оС вследствие утечки водорода из корпуса ТРП при диссоциации гидрида циркония.
Недостатком этой конструкции является небольшой ресурс работы ТРП при рабочих температурах гидрида циркония 600-650оС вследствие утечки водорода из корпуса ТРП при диссоциации гидрида циркония.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий корпус, выполненный в виде обечайки и трубных досок, соединенных трубками для жидкометаллического теплоносителя, в которых соосно установлены ЭГК и между которыми размещены элементы замедлителя, выполненные из материала на основе гидрида циркония; при этом на элементы замедлителя и поверхности, ограничивающие полость корпуса, заполненную газовой средой, нанесено покрытие с низкой водородопроницаемостью [2]
Недостатком этой конструкции является небольшой ресурс работы ТРП при рабочих температурах гидрида циркония 600-650оС вследствие утечки водорода из корпуса ТРП при диссоциации гидрида циркония. В этом техническом решении используется гидрид циркония состава ZrH 1,8-1,9, который при рабочих температурах 600-650оС имеет давление диссоциации водорода 17-400 кПа и высокую скорость диффузии водорода через конструкционный материал корпуса реактора, например сталь марки 12Х18Н10Т.
Недостатком этой конструкции является небольшой ресурс работы ТРП при рабочих температурах гидрида циркония 600-650оС вследствие утечки водорода из корпуса ТРП при диссоциации гидрида циркония. В этом техническом решении используется гидрид циркония состава ZrH 1,8-1,9, который при рабочих температурах 600-650оС имеет давление диссоциации водорода 17-400 кПа и высокую скорость диффузии водорода через конструкционный материал корпуса реактора, например сталь марки 12Х18Н10Т.
Цель изобретения снижение утечки водорода из замедлителя, т.е. увеличение ресурса работы замедлителя и ТРП в целом.
Технический результат создание в полости корпуса ТРП, в которой расположен замедлитель, имеющий на своей поверхности покрытие с низкой водородопроницаемостью газовой среды, способствующей сохранению защитных свойств покрытия на замедлителе, а также нанесение на элементы замедлителя покрытий, имеющих водородозадерживающие свойства.
Цель достигается тем, что ТРП снабжен емкостью для оксида металла, соединенной трубопроводом с полостью корпуса в зоне, в которой температура элементов замедлителя наиболее высокая, причем в качестве газовой среды использована смесь инертных газов с кислородосодержащим газом, парциальное давление которого выбрано равным 10-50 кПа, а отношение площади сечения трубопровода к его длине, приходящееся на единицу площади поверхности элементов замедлителя, выбрано равным 5 ˙ 10-4 1 ˙ 10-2 м2/м ˙ м2.
Кроме того, емкость для оксида металла может быть соединена с полостью корпуса дополнительным трубопроводом и расположена вблизи корпуса ТРП для поддержания ее рабочей температуры за счет теплообмена с корпусом, а в качестве покрытия с низкой водородопроницаемостью на элементах замедлителя использовано двухслойное покрытие, внутренний слой которого выполнен из фосфоросодержащего материала, а наружный слой выполнен из кислородосодержащего материла.
На чертеже приведена конструктивная схеме ТРП.
Термоэмиссионный реактор-преобразователь содержит корпус, выполненный в виде обечайки 1 и трубных досок 2 и 3, соединенных трубками 4 для жидкометаллического теплоносителя, в которых соосно установлены ЭГК 5 и между которыми размещены элементы замедлителя 6, выполненные из материала на основе гидрида циркония; при этом на элементы замедлителя 6 и поверхности, ограничивающие полость корпуса, заполненную газовой средой, нанесено покрытие с низкой водородопроницаемостью, ТРП снабжен емкостью 7 для оксида металла, соединенной трубопроводом 8 с полостью корпуса. Кроме того, емкость 7 для оксида металла может быть соединена с полостью корпуса дополнительным трубопроводом 9, расположена вблизи корпуса ТРП для поддержания ее рабочей температуры за счет теплообмена с корпусом.
Устройство работает следующим образом.
В полость корпуса ТРП, в которой размещены элементы замедлителя 6, выполненные на основе гидрида циркония, с нанесенным на их поверхность двухслойным покрытием с низкой водородопроницаемостью, внутренней слой которого выполнен из фосфоросодержащего материала, а наружный слой выполнен из кислородосодержащего материала, после сборки напускается смесь инертных газов (Не, Ar) и кислородосодержащего газа (например СО) с парциальным давлением в диапазоне 10-50 кПа. При выводе на номинальный режим соединенная трубопроводом 8 с полостью корпуса емкость 7, в которой расположен легковосстановимый, порошкообразный, упакованный в непроницаемую для порошка металлическую сетку оксид металла (NiO), прогревается до температуры 460-650оС, например, от расположенных вблизи нее труб контура теплоносителя ЯЭУ, и содержание в полости корпуса кислородосодержащего газа окислителя компенсируется за счет обменных реакций компонентов газовой фазы, включая выделяющийся из замедлителя водород, с порошкообразным оксидом металла. Количество порошкообразного оксида, приходящегося на единицу площади поверхности элементов замедлителя 6 при времени работы один год, находится в диапазоне 0,25-1,5 кг/м2 ˙ год. Трубопровод 8, соединенный с емкостью 7, у которого отношение площади сечения к его длине, приходящееся на единицу площади поверхности элементов замедлителя 6, выбрано равным 5 ˙ 10-4 1 ˙ 10-2 м2/м ˙ м2, обеспечивает необходимую интенсивность диффузионных процессов между средой в емкости 7 и средой в полости корпуса.
Стабильный состав газовой фазы в полости корпуса ТРП способствует сохранению водородозадерживающих и коррозионностойких свойств покрытия на элементах замедлителя 6.
Возможность получения указанного выше технического результата подтверждается экспериментальными данными длительных тепловых испытаний элементов замедлителя на основе гидрида циркония, имеющих покрытие с низкой водородопроницаемостью в окислительной газовой среде, проведенных в соответствии с изобретением и в условиях прототипа.
При этом в обоих случаях одинаковыми были: состав гидрида циркония (ZrH 1,8- -1,9), толщина покрытия ( 20 мкм), отношение веса элементов замедлителя к их поверхности (3,57 г/см2), давление смеси газов (200 кПа) и состав окислительной смеси в исходном состоянии. Парциальное давление газа-окислителя в смеси газов в исходном состоянии составляло 50 кПа.
Как видно из приведенных в таблице экспериментальных результатов, использование изобретения позволяет значительно (до двух порядков) уменьшить утечку водорода из гидрида циркония по сравнению с прототипом и снизить эту величину до уровня, обеспечивающего многолетнюю эксплуатацию ТРП с замедлителем на основе гидрида циркония.
Claims (4)
1. ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ РЕАКТОР-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий корпус, выполненный в виде обечайки и трубных досок, соединенных трубками для теплоносителя, в которых соосно установлены электрогенерирующие каналы (ЭГК) и между которыми размещены элементы замедлителя, выполненные из материала на основе гидрида циркония, при этом на элементы замедлителя и поверхности, ограничивающие полость корпуса, заполненную газовой средой нанесено покрытие с низкой водородопроницаемостью, отличающийся тем, что он снабжен емкостью для оксида металла, соединенной трубопроводом с полостью корпуса в зоне, в которой температура элементов замедлителя наиболее высокая, причем в качестве газовой среды использована смесь инертных газов с кислородсодержащим газом, парциальное давление которого выбрано 10 50 кПа, а отношение площади поперечного сечения трубопровода к его длине, приходящееся на единицу площади поверхности элементов замедлителя, выбрано 5 · 10- 4 1 · 10- 2 м2/м · м2.
2. Реактор преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что емкость для оксида металла соединена с полостью корпуса дополнительным трубопроводом.
3. Реактор преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве покрытия с низкой водородопроницаемостью на элементах замедлителя использовано двухслойное покрытие, внутренний слой которого выполнен из фосфорсодержащего материала, а наружный слой выполнен из кислородсодержащего материала.
4. Реактор преобразователь по пп. 1 3, отличающийся тем, что емкость для оксида металла расположена вблизи корпуса для поддержания ее рабочей температуры за счет теплообмена с корпусом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92008446A RU2042231C1 (ru) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92008446A RU2042231C1 (ru) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2042231C1 true RU2042231C1 (ru) | 1995-08-20 |
RU92008446A RU92008446A (ru) | 1995-12-27 |
Family
ID=20132635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU92008446A RU2042231C1 (ru) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2042231C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724927C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2020-06-26 | Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Замедлитель нейтронов на основе гидрида циркония и термоэмиссионный реактор-преобразователь |
-
1992
- 1992-11-26 RU RU92008446A patent/RU2042231C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Кузнецов В.А. и др. Разработка и создание ядерно-энергетической установки "Топаз". - "Атомная энергия", т.36, вып.6, 1974, с.450-457. * |
2. Андреев П.В. и др. Принципы построения и основные характеристики космических термоэмиссионных ЯЭУ с тепловым реактором длительного ресурса, - "Атомная энергия", т.70, вып. 4, 1991, с.217-220. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724927C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2020-06-26 | Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Замедлитель нейтронов на основе гидрида циркония и термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Heinzel et al. | Liquid metals as efficient high‐temperature heat‐transport fluids | |
JP6943869B2 (ja) | 搭載型水素発生器を有するリン酸型燃料電池ベースの潜水艦のための大気非依存型推進システム | |
CA3066241C (en) | Reactor core | |
US20210027900A1 (en) | Reactor core | |
JP2017181445A (ja) | 可搬式原子炉およびその炉心 | |
US3274066A (en) | Unpurged fuel element | |
CN109698033B (zh) | 用碳材增强热激发的氢燃料反应器 | |
US3449208A (en) | Small nuclear reactor heat source | |
RU2042231C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
US4229260A (en) | Nuclear reactor fuel element | |
US3342692A (en) | Moderator-fuel element | |
Nomura et al. | Development of a metal hydride compressor | |
JP2003130976A (ja) | 核融合反応装置 | |
Funayama et al. | Thermal energy storage with flexible discharge performance based on molten-salt thermocline and thermochemical energy storage | |
US4996020A (en) | A system for restraining diffusion of tritium | |
KR102562801B1 (ko) | 수소 방출 시스템 | |
RU92008446A (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2131149C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
US3644173A (en) | Nuclear reactor of the metal hydride control type | |
US3395075A (en) | Cooling system in a nuclear reactor utilizing concrete pressure vessel | |
JPS6256474B2 (ru) | ||
RU2230378C2 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2173488C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь на быстрых нейтронах | |
Anderson et al. | Hydrogen-tolerant heat pipes for biomodal systems | |
RU2168794C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы |