RU2074452C1 - Термоэмиссионный реактор-преобразователь - Google Patents
Термоэмиссионный реактор-преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074452C1 RU2074452C1 RU94030038A RU94030038A RU2074452C1 RU 2074452 C1 RU2074452 C1 RU 2074452C1 RU 94030038 A RU94030038 A RU 94030038A RU 94030038 A RU94030038 A RU 94030038A RU 2074452 C1 RU2074452 C1 RU 2074452C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- reactor
- thermionic
- heat
- trp
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Назначение: атомная энергетика, создание термоэмиссионных ядерных энергетических установок преимущественно космического назначения. Сущность изобретения: в термоэмиссионном реакторе-преобразователе, активная зона которого состоит из термоэмиссионных электрогенерирующих сборок с внешним относительно эмиттера расположением топливного материала, корпус активной зоны выполнен в виде не менее чем одного термоэмиссионного преобразователя. Коллекторной изоляцией преобразователя служит охлаждаемый материал отражателя реактора, выполненный из окиси бериллия. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к энергетике с термоэмиссионным преобразователем тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) преимущественно космического назначения.
В термоэмиссионном реакторе-преобразователе (ТРП) происходит как генерирование тепловой энергии при делении ядер урана, так и непосредственное преобразование ее в электрическую.
Элементарной ячейкой ТРП является электрогенерирующий элемент (ЭГЭ), а сборочной единицей электрогенерирующая сборка (ЭГС), состоящая, как правило, из последовательно соединенных ЭГЭ. Наибольшее распространение получили ЭГЭ и соответственно ЭГС коаксиального типа с внутренним расположением топливного материала (ТМ). Известны также ЭГЭ с внешним относительно эмиттера расположением ТМ [1,2]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ТРП, набранный из ЭГЭ и соответственно ЭГС с внешним расположением ТМ [3] Активная зона (а.з.) такого ТРП содержит ЭГС, внутри которых расположена система отвода непреобразованного тепла термодинамического цикла, выполненная, например, в виде циркуляционной системы на основе жидкометаллического теплоносителя. Активная зона размещена внутри корпуса, снаружи которого размещен отражатель, в боковой части которого размещены органы системы управления и защиты (СУЗ), например, в виде поворотных цилиндров.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ТРП, набранный из ЭГЭ и соответственно ЭГС с внешним расположением ТМ [3] Активная зона (а.з.) такого ТРП содержит ЭГС, внутри которых расположена система отвода непреобразованного тепла термодинамического цикла, выполненная, например, в виде циркуляционной системы на основе жидкометаллического теплоносителя. Активная зона размещена внутри корпуса, снаружи которого размещен отражатель, в боковой части которого размещены органы системы управления и защиты (СУЗ), например, в виде поворотных цилиндров.
Такой ТРП имеет следующие преимущества по сравнению с ТРП на основе многоэлементных ЭГС с внутренним расположением ТМ:
позволяет снизить нагрузку на эмиттер от распухающего ТМ и тем самым увеличить ресурс работы ТРП;
позволяет повысить объемную долю ТМ в а.з. и тем самым улучшить нейтронно-физические характеристики ТРП;
обеспечивает высокую технологичность конструкции ЭГС.
позволяет снизить нагрузку на эмиттер от распухающего ТМ и тем самым увеличить ресурс работы ТРП;
позволяет повысить объемную долю ТМ в а.з. и тем самым улучшить нейтронно-физические характеристики ТРП;
обеспечивает высокую технологичность конструкции ЭГС.
В то же время в таком ТРП существуют достаточно большие потери тепла с наружной поверхности ТРП, которая имеет максимальную в а.з. температуру. В результате, во-первых, снижается общий КПД энергоустановки, во-вторых, требуется специальная система теплоизоляции между корпусом а.з. и отражателем, что ухудшает нейтронно-физические характеристики и увеличивает габариты ТРП.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение КПД за счет утилизации тепловых потерь с боковой поверхности ТРП.
Указанный технический результат достигается в ТРП, содержащем корпус, внутри которого размещена а.з. набранная из термоэмиссионных ЭГС с внешним относительно эмиттера расположением ТМ с делящимся веществом и снабженная системой отвода непреобразованного тепла термодинамического цикла, а снаружи корпуса находится отражатель, в боковой части которого установлены органы СУЗ, снабженные системой рассеивания тепла, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде не менее чем одного термоэмиссионного преобразователя (ТЭП).
В качестве системы отвода непреобразованного тепла ТЭП может быть использована система рассеяния тепла органов СУЗ или боковая поверхность ТРП.
Боковая поверхность ТРП может быть выполнена черненой.
В качестве коллекторной изоляции ТЭП может быть использован отражатель.
В качестве материала отражателя, служащего изоляцией ТЭП, может быть использована окись бериллия.
Коллекторная изоляция может быть выполнена в виде тонкого слоя специально нанесенного покрытия.
В качестве материала коллекторной изоляции ТЭП может быть использована окись алюминия.
Эмиттеры ТЭП (не менее, чем один) могут быть выполнены в виде металлических оболочек, нанесенных на корпус через слой электрической изоляции.
На фиг. 1 приведена конструкционная схема предложенного ТРП, на фиг.2 - поперечное сечение ТРП; на фиг.3 узел I фиг.1; на фиг.4,5 дополнительные варианты выполнения узла II.
ТРП содержит корпус 1 активной зоны 2, которая набрана из ЭГС 3 с внешним расположением ТМ 4. ЭГС 3 содержит эмиттер 5, коллектор 6, коллекторную изоляцию 7 и внутренний чехол 8 системы отвода непреобразованного тепла термодинамического цикла. Система отвода может быть выполнена, например, в виде циркуляционного контура жидкого металла или в виде тепловой трубы. Снаружи корпуса 1 размещен отражатель 9, в боковой части которого размещены органы СУЗ 10, например, в виде поворотных цилиндров с нейтронопоглощающими вставками 11. Органы СУЗ 10 снабжены системой охлаждения 12, выполненной, например, в виде автономного циркуляционного контура или на основе тепловых труб. Возможно охлаждение органов СУЗ (и отражателя) путем сброса тепла излучением с наружной поверхности 13 отражателя ТРП.
Корпус 1 выполнен в виде термоэмиссионного преобразователя, содержащего эмиттер 14 и коллектор 15. Эмиттером 14 может служить как собственно корпус 1, так и нанесенные через слой электрической изоляции 16 эмиттерные покрытия. В качестве коллекторной изоляции может быть использован материал отражателя 9, выполненного, например, из окиси бериллия или специально нанесенный тонкий слой 17, например, из окиси алюминия.
ТРП снабжен коммутационной камерой 18, в которой последовательно-параллельно коммутируются токовыводы 19 ЭГС 3, а также источником 20 пара цезия.
ТРП работает следующим образом.
После сборки ТРП и подсоединения его ко всем системам ЯЭУ производятся необходимые проверки и ТРП в составе ЯЭУ вводится в космос на радиационно-безопасную орбиту.
По команде с Земли или автоматически производится пуск ТРП путем поворота органов СУЗ 10 поглощающими вставками 11 от активной зоны 2. При достижении критичности а. з. 2 в топливом материале 4, например, диоксиде или карбиде урана, начинает выделяться тепло. Уровень тепловой мощности поднимается до рабочего, в межэлектродные зазор 21 ЭГС 3 и зазоры 22 ТЭП из источника 20 подается пар цезия рабочего давления. Тепло из ТМ 4 передается на эмиттер 5, часть которого в межэлектродном зазоре 21 преобразуется в электроэнергию и через токовыводы 19 и коммутационную камеру 18 подается потребителю. Непреобразованная часть тепла термодинамического цикла попадает на коллектор 6 и далее через коллекторную изоляцию 7 и внутренний чехол 8 отводится системой отвода и рассеивается в окружающее пространство. Тепло, выделяемое ТМ 4 из а.з. 2, попадает также на корпус 1, и далее на эмиттер 14, часть которого в межэлектродном зазоре 22 преобразуется в электроэнергию и с помощью токовыводов отводится потребителю. Непреобразованное тепло термодинамического цикла попадает на коллектор 15 и далее через коллекторную изоляцию 17, в качестве которой может служить и материал отражателя, попадает в отражатель 9, из которого тепло рассеивается в окружающее пространство.
Рассеивание тепла может выполняться как излучением с боковой поверхности 13 отражателя 9, так и с помощью системы охлаждения 12, выполненной, например, в виде циркуляционного контура или в виде тепловых труб. После завершения эксплуатации ТРП выключается путем поворота органов СУЗ 10 нейтронопоглощающими вставками 22 к а.з. 2.
Таким образом, применительно к ТРП, в котором используются ЭГС с внешним относительно эмиттера расположением топливного материала, выполнение корпуса а.з. в виде ТЭП позволяет увеличить электрическую мощность ТРП при неизменной тепловой мощности ТРП путем утилизации тепловых потерь, хотя бы с части наружной поверхности а.з.
Так, например, для ТРП с объемом а.з. примерно 40 л использование в качестве ТЭП корпуса а.з. дает увеличение эмиссионной поверхности примерно на 5000 см2, что, при неизменной тепловой мощности реактора, может поднять электрическую мощность ТРП на 20-30%
Claims (9)
1. Термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий корпус, внутри которого размещена активная зона, набранная из термоэмиссионных электрогенерирующих сборок с внешним относительно эмиттера расположением топливного материала с делящимся веществом и снабженная системой отвода непреобразованного тепла термодинамического цикла, а снаружи корпуса находится отражатель, в боковой части которого установлены органы системы управления и защиты, снабженные системой рассеивания тепла, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде не менее чем одного термоэмиссионного преобразователя тепловой энергии в электрическую.
2. Реактор-преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве системы отвода непреобразованного тепла термоэмиссионного преобразователя использована система рассеяния тепла органов системы управления и защиты.
3. Реактор-преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве системы отвода непреобразованного тепла термоэмиссионного преобразователя применена боковая поверхность термоэмиссионного реактора-преобразователя.
4. Реактор-преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что боковая поверхность термоэмиссионного реактора-преобразователя выполнена черненой.
5. Реактор-преобразователь по пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве коллекторной изоляции термоэмиссионного преобразователя использован отражатель.
6. Реактор-преобразователь по п. 5, отличающийся тем, что в качестве материала отражателя, служащего изоляцией термоэмиссионного преобразователя, использована окись бериллия.
7. Реактор-преобразователь по п. 5, отличающийся тем, что коллекторная изоляция выполнена в виде тонкого слоя нанесенного покрытия.
8. Реактор-преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что в качестве материала коллекторной изоляции термоэмиссионного преобразователя использована окись алюминия.
9. Реактор-преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что эмиттеры термоэмиссионных преобразователей выполнены в виде металлических оболочек, нанесенных на корпус через слой электрической изоляции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94030038A RU2074452C1 (ru) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94030038A RU2074452C1 (ru) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94030038A RU94030038A (ru) | 1996-05-27 |
RU2074452C1 true RU2074452C1 (ru) | 1997-02-27 |
Family
ID=20159625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94030038A RU2074452C1 (ru) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2074452C1 (ru) |
-
1994
- 1994-08-09 RU RU94030038A patent/RU2074452C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ушаков Б.А. и др. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. - М.: Атомиздат, 1974, с. 189. Кузнецов В.А. Ядерные реакторы космических энергетических установок. - М.: Атомиздат, 1977, с. 222. Эббейт М. и др. Термоэмиссионные реакторы с внешним расположением топлива. Термоэмиссионное преобразование энергии. - М.: Атомиздат, 1971, с. 258. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94030038A (ru) | 1996-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2159479C2 (ru) | Термоэмиссионный ядерный реактор | |
US4755350A (en) | Thermionic reactor module with thermal storage reservoir | |
CN109859859B (zh) | 一种基于钨导热的无对流换热整体模块式超小型空间反应堆堆芯 | |
JP7353308B2 (ja) | 原子炉発電システムの電気出力を増強する方法および装置 | |
CN111341466A (zh) | 一种基于热管冷却的热离子燃料元件 | |
CN109859861B (zh) | 一种基于碳纳米管的无冷却剂超小紧凑型空间反应堆堆芯 | |
RU2074452C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2165656C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2140675C1 (ru) | Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка | |
Koenig et al. | Heat-pipe reactors for space power applications | |
US3252015A (en) | Combined thermionic converter and radiator | |
RU2086036C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2138096C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2076385C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
Ribe | Recent developments in the design of conceptual fusion reactors | |
RU2151441C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь на быстрых нейтронах | |
RU2238598C2 (ru) | Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля | |
RU2086035C1 (ru) | Адиабатически изолированная атомная электростанция | |
Hopkins et al. | Low activation fusion reactor design studies | |
RU2230378C2 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2045793C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2187854C1 (ru) | Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля | |
Kroeger et al. | An out-of-core version of a six cell heat-pipe heated thermionic converter array | |
RU2076386C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
JP2843954B2 (ja) | 核融合炉 |