RU2103535C1

RU2103535C1 - Anaerobic power plant with stirling engine and rotoclone reactor

Info

Publication number: RU2103535C1
Application number: RU96109670A
Authority: RU
Inventors: Николай Геннадьевич Кириллов
Original assignee: Николай Геннадьевич Кириллов
Priority date: 1996-05-12
Filing date: 1996-05-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: power-plant engineering. SUBSTANCE: rotoclone reactor 11 is mounted in upper part of Stirling engine 1. With working medium (helium) moving in engine 1 from cold cavity 4 through cooler 5, regenerator 8, and rotoclone reactor 11 to hot cavity 10, it partially heats up in regenerator 8 and passes through clearance 14 between casing 13 and vessel 12 to channels 17 and through them enters vessel 12 where it leaves guides 18 and catches upper layer of radioactive metal salts melt, mixes it up and splits it into droplets and foam while heating to melt temperature, then goes over central channel 15 to hot cavity 10. Droplet catcher 19 prevents fouling of engine 1 with melt droplets. Check valve 16 makes it impossible for working medium to enter central channel 15 immediately upon leaving clearance 14. Heated working medium expands in hot cavity 10 with the result that engine 1 performs positive work. Then working medium goes in reverse direction over channel 15 and enters clearance 14 through check valve 16 bypassing vessel 12; then it goes through regenerator 8, cooler 5, and enters cold cavity 4. After that, working cycle is repeated. Admission piping 20 and discharge piping 21 are provided for changing fuel mixture melt in vessel 12. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и газовым регенеративным машинам, работающим по циклу Стирлинга. The invention relates to a power system and gas regenerative machines operating on the Stirling cycle.

Известно техническое решение об использовании двигателя Стирлинга в качестве преобразователя энергии на атомных электростанциях. Предлагается объединить канал охлаждения реактора с нагревателем двигателя, рабочее тело которого было бы одновременно и теплоносителем в реакторе (Батырев А.Н., Кошеверов В. Д. , Лейкин О.Ю. Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран. С-Пб.: Судостроение, 1994, с. 209). A technical solution is known for using the Stirling engine as an energy converter in nuclear power plants. It is proposed to combine the cooling channel of the reactor with an engine heater, the working fluid of which would be simultaneously the coolant in the reactor (Batyrev A.N., Kosheverov V.D., Leikin O.Yu. Shipboard nuclear power plants of foreign countries. St. Petersburg: Shipbuilding 1994, p. 209).

Известно устройство ротоклонного реактора, включающее ванну с топливной смесью из расплава солей радиоактивных металлов, каналы для прохода теплоносителя и каплеуловитель. Температура топливной смеси колеблется в пределах 600 - 1500^oC и зависит от концентрации солей. Однако в качестве теплоносителя, проходящего через ванну, необходимо использовать газы, которые не становятся радиоактивными при контакте с расплавом солей радиоактивных металлов, например гелий. (Макшакова С., Рычков В. Ядерная сковородка. Изобретатель и рационализатор, N 2, 1991, с. 9).A device for a rotoclone reactor is known, including a bath with a fuel mixture of molten salts of radioactive metals, channels for the passage of coolant and a droplet eliminator. The temperature of the fuel mixture ranges from 600 - 1500 ^o C and depends on the concentration of salts. However, as a heat carrier passing through the bath, it is necessary to use gases that do not become radioactive upon contact with the molten salts of radioactive metals, such as helium. (Makshakova S., Rychkov V. Nuclear frying pan. Inventor and rationalizer, N 2, 1991, p. 9).

Известно устройство двигателя Стирлинга, включающее картер с приводом, цилиндр, рабочий поршень, вытеснитель, холодильник, регенератор, нагреватель, горячую полость и холодную полость. В качестве рабочего тела двигателя обычно используется гелий (Круглов М.Г. Двигатели Стирлинга. М.: Машиностроение, 1977, с. 84). A device of the Stirling engine is known, including a crankcase with a drive, a cylinder, a working piston, a displacer, a refrigerator, a regenerator, a heater, a hot cavity and a cold cavity. Helium is usually used as the working medium of the engine (MG Kruglov, Stirling Engines. M .: Mashinostroenie, 1977, p. 84).

Недостатками данного устройства двигателя является необходимость наличия камеры сгорания, а также то, что нагревание рабочего тела двигателя в камере сгорания происходит через стенки нагревателя, что приводит к снижению КПД двигателя. The disadvantages of this engine device is the need for a combustion chamber, as well as the fact that the heating of the working fluid of the engine in the combustion chamber occurs through the walls of the heater, which reduces the efficiency of the engine.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД двигателя, исключении камеры сгорания, возможности работы двигателя без связи с атмосферным воздухом, повышения безопасности использования ядерной энергии. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the engine, the exclusion of the combustion chamber, the possibility of the engine working without communication with atmospheric air, and increasing the safety of the use of nuclear energy.

Для достижения этого технического результата анаэробная энергетическая установка с двигателем Стирлинга и ротоклонным реактором, включающая в себя двигатель Стирлинга, состоящий из картера с приводом, цилиндра, рабочего поршня, вытеснителя, холодильника, регенератора, горячей полости, холодной полости, снабжена кожухом и емкостью, частично заполненной расплавом солей (топливной смесью) радиоактивных металлов, между которыми существует зазор для прохода рабочего тела двигателя, причем емкость оборудована центральным каналом, связанным с полостью над расплавом через каплеуловитель и соединяющим зазор между емкостью и кожухом с горячей полостью двигателя через обратный клапан, а также каналами, начинающимися в верхней части емкости и оканчивающимися в топливной смеси, в виде направляющих и трубопроводами для подачи и слива топливной смеси. To achieve this technical result, the anaerobic power plant with a Stirling engine and a rotoclone reactor, including a Stirling engine, consisting of a crankcase with a drive, a cylinder, a working piston, a displacer, a refrigerator, a regenerator, a hot cavity, a cold cavity, is partially equipped with a casing and a container filled with molten salts (fuel mixture) of radioactive metals, between which there is a gap for the passage of the working fluid of the engine, and the tank is equipped with a central channel, connected m with a cavity above the melt through a droplet eliminator and connecting the gap between the tank and the casing with the hot engine cavity through the check valve, as well as channels starting in the upper part of the tank and ending in the fuel mixture, in the form of guides and pipelines for supplying and draining the fuel mixture.

Введение в состав анаэробной энергетической установки кожуха и емкости, частично заполненной расплавом солей радиоактивных металлов, с каналами для движения рабочего тела позволяет получить новое свойство, заключающееся в повышении КПД двигателя за счет контактного теплообмена между рабочим телом и топливной смесью, исключении таких элементов двигателя, как нагреватель и камера сгорания, а также возможности работы установки без связи с атмосферным воздухом и повышение надежности работы атомного реактора при использовании в качестве топлива расплава солей радиоактивных металлов. The introduction into the composition of the anaerobic power plant of a casing and a container partially filled with a molten salt of radioactive metals with channels for the movement of the working fluid allows us to obtain a new property consisting in increasing the efficiency of the engine due to contact heat exchange between the working fluid and the fuel mixture, eliminating engine elements such as the heater and the combustion chamber, as well as the possibility of operation of the installation without communication with atmospheric air and increasing the reliability of the nuclear reactor when used as fuel melt salts of radioactive metals.

На чертеже изображена анаэробная энергетическая установка с двигателем Стирлинга и ротоклонным реактором. The drawing shows an anaerobic power plant with a Stirling engine and a rotorclone reactor.

Установка включает в себя двигатель Стирлинга 1, состоящий из рабочего поршня 2, цилиндра 3, холодной полости 4, холодильника 5 с подающим 6 и отводящим 7 трубопроводами, регенератора 8, вытеснителя 9, горячей полости 10, привода (не показан), и ротоклонный реактор 11, расположенным в верхней части двигателя 1 и состоящий из емкости 12, частично заполненной расплавом солей радиоактивных металлов, и кожуха 13, образующего вместе с емкостью 12 зазор 14 для прохода рабочего тела (гелия) двигателя 1. Емкость 12 имеет центральный канал 15 с обратным клапаном 16 в верхней части, соединяющим зазор 14 с горячей полостью 10 двигателя 1, а также каналы 17, начинающиеся в верхней части емкости 12 и заканчивающиеся в топливной смеси в виде направляющих 18. Центральный канал 15 соединяется с полостью над расплавом через каплеуловитель 19, выполненный в виде набора наклонных решеток. Емкость 12 снабжена трубопроводами 20 и 21 для подачи и слива топливной смеси. The installation includes a Stirling engine 1, consisting of a working piston 2, cylinder 3, a cold cavity 4, a cooler 5 with a supply 6 and a discharge pipe 7, a regenerator 8, a displacer 9, a hot cavity 10, an actuator (not shown), and a rotoclone reactor 11, located in the upper part of the engine 1 and consisting of a tank 12 partially filled with a molten salt of radioactive metals, and a casing 13, which together with the tank 12 forms a gap 14 for the passage of the working fluid (helium) of the engine 1. The tank 12 has a central channel 15 with a reverse 16v valve the upper part connecting the gap 14 with the hot cavity 10 of the engine 1, as well as channels 17, starting in the upper part of the tank 12 and ending in the fuel mixture in the form of guides 18. The central channel 15 is connected to the cavity above the melt through a droplet eliminator 19, made in the form of a set inclined gratings. The tank 12 is equipped with pipelines 20 and 21 for supplying and draining the fuel mixture.

Анаэробная энергетическая установка с двигателем Стирлинга и ротоклонным реактором работает следующим образом. Anaerobic power plant with a Stirling engine and rotorclone reactor operates as follows.

Вытеснитель 9 находится в верхней мертвой точке (ВМТ), рабочий поршень 2, двигаясь из нижней мертвой точки (НМТ) вверх к ВМТ, сжимает холодное рабочее тело в холодной полости 4. Затем вытеснитель 9 при неподвижном рабочем поршне 2 начинает двигаться вниз, переталкивая рабочее тело из полости 4 через холодильник 5, регенератор 8 и ротоклонный реактор 11 в горячую полость 10 двигателя 1. При этом рабочее тело, частично нагреваясь в регенераторе 8, проходит по зазору 14, между кожухом 13 и емкостью 12, в каналы 17, через которые попадает в емкость 12, где, выходя из направляющих 18, захватывает верхний слой расплава топливной смеси, перемешивает и дробит его на капли и пену, нагреваясь до температуры расплава. Затем рабочее тело проходит через каплеуловитель 19, что исключает загрязнение двигателя 1 каплями расплава солей радиоактивных металлов, и поступает по центральному каналу 15 в горячую полость 10. Движению рабочего тела из зазора 14 сразу в центральный канал 15, минуя емкость 12, препятствует обратный клапан 16, который в этом направлении закрыт. Нагреваясь в ротоклонном реакторе 11, рабочее тело расширяется в горячей полости 10, в результате чего вытеснитель 9 и рабочий поршень 2 двигаются вниз к своим НМТ, при этом совершается положительная работа. Достигнув НМТ, вытеснитель 9 двигается вверх, при неподвижном рабочем поршне 2, перемещая рабочее тело из горячей полости 10 через ротоклонный реактор 11, регенератор 8, холодильник 5 в холодную полость 4. При этом в ротоклонном реакторе 11 рабочее тело проходит по центральному каналу 15 и через обратный клапан 16 попадает в зазор 14, минуя емкость 12. Затем цикл работы установки повторяется. Охлаждающая жидкость в холодильник 5 подается по трубопроводу 6 и отводится по трубопроводу 7. Для замены расплава солей в емкости 12 предусмотрены подающий 20 и отводящий 21 трубопроводы. The displacer 9 is located at the top dead center (TDC), the working piston 2, moving from the bottom dead center (BDC) up to the TDC, compresses the cold working fluid in the cold cavity 4. Then the displacer 9 with the stationary working piston 2 begins to move downward, pushing the working the body from the cavity 4 through the refrigerator 5, the regenerator 8 and the rotoclone reactor 11 into the hot cavity 10 of the engine 1. In this case, the working fluid, partially heated in the regenerator 8, passes through the gap 14, between the casing 13 and the tank 12, into the channels 17 through which falls into the tank 12, where, the output of the guide 18, grasps the upper layer of the melt of the fuel mixture, mixes and crushes it to drop, and the foam is heated to the melt temperature. Then, the working fluid passes through a droplet eliminator 19, which eliminates the contamination of the engine 1 with drops of molten salts of radioactive metals, and enters the hot cavity 10 through the central channel 15. which is closed in this direction. When heated in a rotoclone reactor 11, the working fluid expands in the hot cavity 10, as a result of which the displacer 9 and the working piston 2 move down to their BDCs, and positive work is done. Having reached the BDC, the displacer 9 moves upward, with the stationary working piston 2, moving the working fluid from the hot cavity 10 through the rotorclone reactor 11, the regenerator 8, the cooler 5 into the cold cavity 4. At the same time, in the rotoclone reactor 11 the working fluid passes through the central channel 15 and through the non-return valve 16 it enters the gap 14, bypassing the container 12. Then, the installation operation cycle is repeated. The cooling liquid in the refrigerator 5 is supplied through a pipeline 6 and discharged through a pipeline 7. To replace the molten salts in the tank 12, a supply 20 and a discharge 21 pipelines are provided.

Claims

An anaerobic power plant with a Stirling engine and a rotoclone reactor, including a Stirling engine, consisting of a crankcase with a drive, a cylinder, a working piston, a displacer, a refrigerator, a regenerator, a hot plane, a cold plane, characterized in that it is equipped with a casing and a tank partially filled molten salts of radioactive metals, between which there is a gap for the passage of the working fluid of the engine, and the tank is equipped with a Central channel associated with the cavity above the melt through a drop catcher and connecting a gap formed between the container and the casing, with the engine hot cavity through a check valve, and channels starting at the top of the container and terminating in the melt in the form of rails and conduits for supplying and discharging the melt radioactive metal salts.