RU2088840C1

RU2088840C1 - Working medium vapor generator

Info

Publication number: RU2088840C1
Application number: RU92008445A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Зарицкий; А.И. Князев; Б.В. Сливкин; Л.М. Шефтель
Original assignee: Государственное предприятие "Красная звезда"
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: power plants with thermoemission conversion of thermal energy into electric energy. SUBSTANCE: vapor generator is made in form of circular container 1 filled with sintered metal fiber having capillary structure. Container 1 is divided into evaporating zone 4, of zones 4 and 6. Zone 5 is provided with channel for passage of gas mixtures. At one side, this channel is connected with inter-electrode gaps of thermoemission converters and at other side it is connected with surrounding space. Adjoining zone 5 is heat-removing section 8. Container 1 is provided with protective shield 11 and heat-removal device 9. Zone 6 is provided with holes 10. Gap between shield 11 and container 1 is filled with sintered metal fiber in heat-removing section 8. Branch pipes 13 and 14 are provided for connecting the channel with inter-electrode gaps of thermoemission converters and with surrounding space. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к источникам пара рабочего тела (например цезия) энергетических установок с термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую. The invention relates to steam sources of a working fluid (for example cesium) of power plants with thermionic conversion of thermal energy into electrical energy.

Известен генератор пара цезия, который представляет собой цилиндрический контейнер, имеющий на внутренней поверхности капиллярную структуру с запасом рабочего тела, а в центре, расположенный коаксиально электронагреватель (журнал "Атомная энергия" т. 71, вып.5, с. 397). A known generator of cesium vapor, which is a cylindrical container having a capillary structure on the inner surface with a supply of a working fluid, and in the center is a coaxial electric heater (Atomic Energy magazine vol. 71, issue 5, p. 397).

Недостатками данного генератора с однократным использованием рабочего тела являются: необходимость иметь его полный запас на весь ресурс и наличие проблем, связанных с выбросом рабочего тела в окружающее пространство. The disadvantages of this generator with a single use of the working fluid are: the need to have its full supply for the entire resource and the presence of problems associated with the discharge of the working fluid into the surrounding space.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является генератор пара рабочего тела термоэмиссионной энергетической установки, выполненный в виде кольцевого контейнера для рабочего тела, заполненного капиллярной структурой и разделенного на зоны испарения, конденсации и транспортную, пористость зоны конденсации больше пористости зон испарения и транспортной, кольцевой контейнер содержит в зоне конденсации канал для прохода газовых примесей, одна сторона которого соединена с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей, а другая с окружающим пространством, к зоне конденсации примыкает участок теплоотвода, а на контейнере в зоне испарения расположено устройство для подвода тепла (журнал "Атомная энергия" т. 71, 6, с. 574). The closest technical solution to the claimed one is a steam generator of a working fluid of a thermionic power plant, made in the form of an annular container for a working fluid filled with a capillary structure and divided into evaporation, condensation and transport zones, the porosity of the condensation zone is greater than the porosity of the evaporation zones and the transport, ring container contains in the condensation zone, a channel for the passage of gas impurities, one side of which is connected to the interelectrode gaps of thermionic transducers zovateley and the other with the surrounding space to the condensation zone adjacent the heat sink portion and on the container in the zone of the evaporation apparatus is arranged to supply heat (the journal "Nuclear energy" t. 71, 6, p. 574).

Недостатком этой конструкции является отсутствие надежного гидравлического контакта между капиллярными структурами, малый градиент по транспортной зоне, возможность конденсации рабочего тела в трубке, соединяющей канал, зоны конденсации с межэлектродным зазором термоэмиссионных преобразователей и отсутствие защитного экрана на контейнере. The disadvantage of this design is the lack of reliable hydraulic contact between capillary structures, a small gradient in the transport zone, the possibility of condensation of the working fluid in the tube connecting the channel, the condensation zone with the interelectrode gap of the thermionic converters and the absence of a protective screen on the container.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - повышение надежности при большом ресурсе энергетической установки и снижение энергопотребления. The task to which the claimed invention is directed is to increase reliability with a large resource of a power plant and reduce energy consumption.

Технический результат обеспечение надежности капиллярной структуры, увеличение термического сопротивления между зонами испарения и конденсации, позволяющее снизить энергопотребление, обеспечение конденсации рабочего тела в пределах зоны конденсации, экранирование контейнера при сохранении необходимого уровня теплоотвода. EFFECT: ensuring reliability of the capillary structure, increasing thermal resistance between the zones of evaporation and condensation, which allows reducing energy consumption, ensuring condensation of the working fluid within the condensation zone, screening the container while maintaining the necessary level of heat removal.

Этот результат достигается тем, что генератор пара рабочего тела термоэмиссионной энергетической установки, выполненный в виде кольцевого контейнера, заполненного капиллярной структурой и разделенного на зоны испарения, транспортную и конденсации, первая из которых размещена в центральной части контейнера, а последняя с контактом с участком теплоотвода имеет канал для отвода неконденсирующихся газов, сообщенный с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей, и с окружающим пространством, причем на контейнере размещено устройство для подвода тепла, капиллярная структура выполнена из двух частей разной пористости из спеченного металлического волокна, одна из которых, с меньшей пористостью, размещена между зонами испарения и конденсации, причем ее периферийная часть расположена внутри последней, выполненной с большей пористостью, а поверхность части структуры с меньшей пористостью со стороны испарения выполнена непрерывной цилиндрической. Кроме того, в транспортной зоне выполнены отверстия, ограниченные стенками контейнера, причем оси этих отверстий параллельны оси контейнера. This result is achieved in that the steam generator of the working fluid of the thermionic power plant, made in the form of an annular container filled with a capillary structure and divided into evaporation, transport and condensation zones, the first of which is located in the central part of the container, and the last one has contact with the heat sink section a channel for the removal of non-condensable gases, in communication with the interelectrode gaps of thermionic converters, and with the surrounding space, moreover, on the container o device for supplying heat, the capillary structure is made of two parts of different porosity from sintered metal fiber, one of which, with a lower porosity, is placed between the zones of evaporation and condensation, and its peripheral part is located inside the latter, made with greater porosity, and the surface of the part structures with lower porosity on the evaporation side are made continuous cylindrical. In addition, openings bounded by the walls of the container are made in the transport zone, the axes of these holes being parallel to the axis of the container.

Генератор снабжен защитным экраном и прокладкой из спеченного металлического волокна, размещенной в зазоре между контейнером и экраном. Упомянутое сообщение канала осуществлено посредством ряда соединений, каждое из которых выполнено в виде двух патрубков, коаксиально размещенных один в другом с зазором, внешний из которых одним концом закреплен в контейнере, а другим в канале соединен с внутренним патрубком, противоположный конец последнего расположен вне контейнера, причем посредством внутренних патрубков части рядов соединений канал сообщен с окружающим пространством, а внутренних патрубков другой части соединений с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей. The generator is equipped with a protective screen and a sintered metal fiber gasket located in the gap between the container and the screen. The said channel communication is made through a series of connections, each of which is made in the form of two nozzles coaxially placed one in the other with a gap, the outer one of which is fixed in the container and the other in the channel is connected to the inner pipe, the opposite end of the latter is located outside the container, moreover, through the internal nozzles of part of the rows of connections, the channel is communicated with the surrounding space, and the internal nozzles of the other part of the connections with interelectrode gaps of thermionic emission photoelectret.

На чертеже приведена конструктивная схема генератора рабочего тела, термоэмиссионной энергетической установки в соответствии с признаками заявленного изобретения. The drawing shows a structural diagram of the generator of the working fluid, thermionic power plant in accordance with the features of the claimed invention.

Генератор пара рабочего тела термоэмиссионной энергетической установки (см. чертеж) выполнен в виде кольцевого контейнера 1 для рабочего тела, заполненного капиллярными структурами 2, 3 и разделенными на зоны испарения 4, конденсации 5 и транспортную зону 6, причем пористость зоны 5 конденсации больше пористости зон 4 испарения и транспортной 6, кольцевой контейнер 1 содержит в зоне 5 конденсации канал 7 для прохода газовых примесей, одна сторона которого соединена с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей, а другая с окружающим пространством, к зоне 5 конденсации примыкает участок теплоотвода 8, а на контейнере 1 в зоне 4 испарения расположено устройство 9 для подвода тепла. The steam generator of the working fluid of the thermionic power plant (see drawing) is made in the form of an annular container 1 for the working fluid filled with capillary structures 2, 3 and divided into evaporation zones 4, condensation 5 and transport zone 6, and the porosity of condensation zone 5 is greater than the zone porosity 4 evaporation and transport 6, the annular container 1 contains in the condensation zone 5 a channel 7 for the passage of gas impurities, one side of which is connected to the interelectrode gaps of the thermionic converters, and the other to the In this space, the heat sink section 8 is adjacent to the condensation zone 5, and a device 9 for supplying heat is located on the container 1 in the evaporation zone 4.

Транспортная зона 6 имеет отверстия 10, ограниченные стенками контейнера 1, причем оси этих отверстий 10 параллельны оси контейнера. Участок теплоотвода контейнера 1 снабжен защитным экраном 11, а в зазоре между ним и контейнером 1 размещена прокладка из спеченного металлического волокна 12, имеющая непосредственный тепловой контакт с контейнером 1 и экраном 11. Кроме того, каждое соединение канала в зоне конденсации с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей и с окружающим пространством выполнено в виде двух патрубков 13, 14, коаксиально размещенных один в другом с зазором, внешний 13 из которых одним концом закреплен в контейнере 1, а другим в канале соединен с внутренним патрубком 14, противоположный конец последнего расположен вне контейнера 1, причем посредством внутренних патрубков 14 части рядов соединений канал сообщен с окружающим пространством, а внутренних патрубков другой части соединений с межэлектродными зазорами термоэмиссионных преобразователей. The transport zone 6 has openings 10 bounded by the walls of the container 1, the axes of these openings 10 being parallel to the axis of the container. The heat sink section of the container 1 is equipped with a protective screen 11, and in the gap between it and the container 1 there is a gasket of sintered metal fiber 12 having direct thermal contact with the container 1 and the screen 11. In addition, each connection of the channel in the condensation zone with the interelectrode gaps of the thermionic converters and with the surrounding space is made in the form of two pipes 13, 14, coaxially placed one in the other with a gap, the outer 13 of which is fixed at one end in the container 1, and the other in the connection channel nen with an internal nozzle 14, the opposite end of the latter is located outside the container 1, and through the internal nozzles 14 of the part of the rows of connections, the channel is in communication with the surrounding space, and the inner nozzles of the other part of the connections with the interelectrode gaps of the thermionic converters.

Предложенное устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Пар рабочего тела из зоны 4 испарения через патрубок 15 подается в межэлектродные зазоры термоэмиссионных преобразователей, откуда смесь рабочего тела и газообразных примесей по коаксиальной трубке 13 поступает в канал 7, где на поверхности капиллярной структуры рабочее тело конденсируется, проходит по транспортной зоне 6 в зону испарения 4, а газообразные примеси через коаксиальную трубку 14 удаляется в окружающее пространство. Устройство обеспечивает надежную регенерацию рабочего тела и удаление газовых примесей. Непрерывная цилиндрическая поверхность зоны 4 испарения обеспечивает отсутствие сквозных каналов капиллярной структуры, соединяющих зону 4 испарения с зоной 5 конденсации, что исключает перетекание по ним парообразного рабочего тела в зону 5 конденсации. Взаимное расположение капиллярных структур с различной пористостью участков теплоподвода и теплоотвода, канала в зоне конденсации позволяет получить такое распределение температур на контейнере, при котором химические соединения рабочего тела с газами диффундируют из зоны испарения в противоположную от этой зоны область с более низкой температурой, являющейся ловушкой твердых химических соединений рабочего тела. Указанные преимущества особенно важны для энергоустановок с ресурсом пять и более лет. The vapor of the working fluid from the evaporation zone 4 through the pipe 15 is fed into the interelectrode gaps of the thermionic transducers, from where the mixture of the working fluid and gaseous impurities flows through the coaxial tube 13 into the channel 7, where the working fluid is condensed on the surface of the capillary structure, passes through the transport zone 6 to the evaporation zone 4, and gaseous impurities through the coaxial tube 14 is removed into the surrounding space. The device provides reliable regeneration of the working fluid and the removal of gas impurities. The continuous cylindrical surface of the evaporation zone 4 ensures the absence of through channels of the capillary structure connecting the evaporation zone 4 with the condensation zone 5, which prevents the vaporous working fluid from flowing over them into the condensation zone 5. The mutual arrangement of capillary structures with different porosity of the heat supply and heat removal sections of the channel in the condensation zone allows one to obtain a temperature distribution on the container in which the chemical compounds of the working fluid and gases diffuse from the evaporation zone to the region with a lower temperature, which is a trap of solid chemical compounds of the working fluid. These advantages are especially important for power plants with a resource of five or more years.

Проведенные на нашем предприятии прочностные и теплогидравлические испытания макетов генераторов пара рабочего тела предлагаемой конструкции подтвердили ее работоспособность в диапазоне давлений рабочего тела до 7 торр при расходе до 1000 г/сут. Заданная температура зоны испарения, определяющая необходимое давление пара рабочего тела в межэлектродных зазорах термоэмиссионных преобразователей, обеспечивается устройством 9, установленным на контейнере 1 вблизи зоны испарения 4, и теплоотводом с поверхности экрана 11. The strength and thermohydraulic tests carried out at our enterprise of prototypes of steam generators of the working fluid of the proposed design confirmed its operability in the pressure range of the working fluid up to 7 torr at a flow rate of up to 1000 g / day. The set temperature of the evaporation zone, which determines the necessary vapor pressure of the working fluid in the interelectrode gaps of the thermionic converters, is provided by a device 9 installed on the container 1 near the evaporation zone 4 and a heat sink from the surface of the screen 11.

Claims

1. The steam generator of the working fluid of the thermionic power plant, made in the form of an annular container filled with a capillary structure and divided into evaporation, transport and condensation zones, the first of which is located in the central part of the container, and the latter with a contact with the heat sink section has a channel for removing non-condensable gases in communication with the interelectrode gaps of thermionic formers and with the surrounding space, moreover, a device for supplying heat is placed on the container, excellent characterized in that the capillary structure is made of two parts of equal porosity from sintered metal fiber, one of which with a lower porosity is located between the evaporation and condensation zones, its peripheral part being located inside the latter, made with higher porosity, and the surface of the part of the structure with lower porosity on the evaporation side is made continuous cylindrical.

2. The generator according to claim 1, characterized in that in the transport zone holes are made limited by the walls of the container, the axes of these holes being parallel to the axis of the container.

3. The generator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a protective screen and a gasket of sintered metal fiber, placed in the gap between the container and the screen.

4. The generator according to claim 1, characterized in that said channel message is made through a series of connections, each of which is made in the form of two nozzles coaxially placed one in the other with a gap, the outer of which is fixed at one end in the container and the other at the channel connected to the inner pipe, the opposite end of the latter is located outside the container, and through the internal pipes of the part of the rows of connections, the channel communicates with the surrounding space, and the internal pipes of the other part of the connections with the inter cathode gaps of thermionic converters.