RU2390872C1 - Thermionic generator - Google Patents
Thermionic generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390872C1 RU2390872C1 RU2009114500/28A RU2009114500A RU2390872C1 RU 2390872 C1 RU2390872 C1 RU 2390872C1 RU 2009114500/28 A RU2009114500/28 A RU 2009114500/28A RU 2009114500 A RU2009114500 A RU 2009114500A RU 2390872 C1 RU2390872 C1 RU 2390872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- holes
- perforated
- heat
- interelectrode gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в электрогенерирующих элементах энергетической установки.The invention relates to the field of conversion of thermal energy into electrical energy and can be used in the power generating elements of a power plant.
Известен термоэмиссионный электрогенерирующий канал (ЭГК) активной зоны ядерного реактора (Грязнов Г.М., Пупко В.Я. ТОПАЗ-1 - советская космическая ядерно-энергетическая установка. Природа, 1991, №10, с.29-36). ЭГК активной зоны ядерного реактора содержит последовательно соединенные электрогенерирующие элементы, содержащие источники тепла в виде ТВЭЛ, оболочки которых являются катодами, и отделенные от них кольцевым зазором аноды, через изолирующие прокладки соединенные с корпусом ЭГК, охлаждаемым жидкометаллическим теплоносителем, в которых кольцевой зазор между анодом и катодом промывается парами цезия, подаваемыми из цезиевого термостата с одного торца ЭГК и сбрасываемыми в окружающую среду на другом торце ЭГК.Known thermionic electricity generating channel (EGC) of the active zone of a nuclear reactor (Gryaznov G.M., Pupko V.Ya. TOPAZ-1 - Soviet space nuclear power plant. Nature, 1991, No. 10, p.29-36). An EGC of a nuclear reactor core contains series-connected power generating elements containing heat sources in the form of a fuel rod, the shells of which are cathodes, and separated from them by an annular gap of the anodes, through insulating gaskets connected to an EHC housing cooled by a liquid metal coolant, in which an annular gap between the anode and the cathode is washed with cesium vapor supplied from a cesium thermostat from one end of the EGC and discharged into the environment at the other end of the EGC.
Недостатками такого устройства являются:The disadvantages of such a device are:
- расходная схема циркуляции рабочего тела ЭГК - цезия;- flow diagram of the circulation of the working fluid EGC - cesium;
- относительно низкая эффективность преобразования энергии.- relatively low energy conversion efficiency.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является термоэмиссионный преобразователь, описанный в патенте США №5578886, дата публикации патента 18.02.1993 г.The closest in technical essence to the claimed device is a thermionic converter described in US patent No. 5578886, date of publication of the patent 02/18/1993
Известное техническое решение содержит обогреваемый катод, отделенный от него зазором, заполненным парами цезия, охлаждаемый анод, причем в аноде имеется по крайней мере несколько отверстий, через которые в зазор подается пар цезия из цезиевого термостата.The known technical solution contains a heated cathode, separated from it by a gap filled with cesium vapor, a cooled anode, and the anode has at least several openings through which cesium vapor is supplied from the cesium thermostat into the gap.
Недостатками этого решения являются:The disadvantages of this solution are:
- наличие внешнего контура циркуляции пара цезия;- the presence of an external circuit for the circulation of cesium vapor;
- подвод цезия к отверстиям анода в паровой фазе по каналам со стороны средств отвода тепла;- supply of cesium to the holes of the anode in the vapor phase through the channels from the heat removal means;
- пониженная эффективность преобразования энергии вследствие перегрева пара цезия относительно температуры насыщения при проходе по подводящим каналам.- reduced efficiency of energy conversion due to overheating of cesium vapor relative to the saturation temperature when passing through the supply channels.
Перед авторами стояла задача устранения указанных недостатков, а именно создание термоэмиссионного преобразователя, обладающего большей эффективностью преобразования за счет интенсивной микроциркуляции пара цезия в межэлектродном зазоре, подачи цезия к отверстиям в аноде в жидкой фазе и подаче пара цезия через отверстия в аноде из состояния, соответствующего линии насыщения при температуре анода.The authors were faced with the task of eliminating these drawbacks, namely, the creation of a thermionic converter with greater conversion efficiency due to intensive microcirculation of cesium vapor in the interelectrode gap, supplying cesium to the holes in the anode in the liquid phase, and supplying cesium vapor through holes in the anode from the state corresponding to the line saturation at anode temperature.
Для решения поставленной задачи в термоэмиссионном преобразователе, содержащем токоподводы, катод со средствами подвода тепла и перфорированный анод со средствами отвода тепла, разделенные межэлектродным зазором, систему подачи пара цезия через отверстия в аноде в межэлектродный зазор, систему подачи пара цезия через отверстия в аноде в межэлектродный зазор, предлагается:To solve this problem, in a thermionic emission converter containing current leads, a cathode with heat supply means and a perforated anode with heat removal means separated by an interelectrode gap, a cesium vapor supply system through openings in the anode to an interelectrode gap, a cesium steam supply system through openings in the anode to an interelectrode gap clearance offered:
- систему подачи пара цезия через отверстия в аноде в межэлектродный зазор образовать соединенными между собой перфорированным анодом, капиллярно-пористой прокладкой, пропитанной расплавом цезия, и подложкой анода, причем по крайней мере часть отверстий анода разместить над теплоизолирующими прокладками, размещенными в подложке анода.- form a cesium vapor supply system through the holes in the anode into the interelectrode gap to form a perforated anode interconnected, a capillary-porous pad impregnated with cesium melt, and the anode substrate, and at least a part of the anode holes should be placed over heat-insulating spacers placed in the anode substrate.
В частных случаях предлагается:In special cases it is proposed:
- расстояние между отверстиями в перфорированном аноде выбирать в диапазоне от 0,7 до 4 толщин межэлектродного зазора;- the distance between the holes in the perforated anode is chosen in the range from 0.7 to 4 thicknesses of the interelectrode gap;
- размер отверстий в перфорированном аноде, расположенных над теплоизолирующими прокладками, делать по крайней мере вдвое меньше размера отверстий в перфорированном аноде, размещенных вне теплоизолирующих прокладок.- the size of the holes in the perforated anode located above the heat-insulating gaskets should be made at least half the size of the holes in the perforated anode placed outside the heat-insulating gaskets.
Технические результаты изобретения - повышение эффективности преобразования энергии вследствие приближения параметров пара цезия перед отверстиями в аноде к параметрам, соответствующим линии насыщения;The technical results of the invention are improving the energy conversion efficiency due to the approach of the cesium vapor parameters in front of the holes in the anode to the parameters corresponding to the saturation line;
- повышение компактности устройства ввиду отсутствия внешних источников пара цезия для обеспечения его циркуляции.- increasing the compactness of the device due to the lack of external sources of cesium vapor to ensure its circulation.
Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг.1 представлена структура термоэмиссионного преобразователя, на фиг.2 - продольно-осевое сечение частного исполнения термоэмиссионного преобразователя цилиндрической геометрии.The invention is illustrated by figures, in which Fig. 1 shows the structure of a thermionic converter, and Fig. 2 is a longitudinal axial section of a particular embodiment of a thermionic converter of cylindrical geometry.
На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 1 and figure 2 the following notation:
1 - впускное окно газовоздушной смеси, 2 - дистанционатор, 3 - запальное устройство, 4 - изолирующая прокладка, 5 - камера газовой печи, 6 - капиллярно-пористая прокладка, 7 - катод со средствами подвода тепла, 8 - межэлектродный зазор, 9 - окно выпуска продуктов сгорания, 10 - отверстия в аноде, 11 - патрубок для вакуумирования и напуска пара цезия, 12 - перфорированный анод со средствами отвода тепла, 13 - подложка анода, 14 - теплоизолирующие прокладки, 15 - теплоизоляция, 16 - токоподводы, 17 - фланцы.1 - inlet window of the gas-air mixture, 2 - spacer, 3 - ignition device, 4 - insulating gasket, 5 - gas furnace chamber, 6 - capillary-porous gasket, 7 - cathode with heat supply, 8 - interelectrode gap, 9 - window combustion products, 10 - holes in the anode, 11 - pipe for evacuation and inlet of cesium vapor, 12 - perforated anode with heat dissipation, 13 - anode substrate, 14 - heat-insulating gaskets, 15 - thermal insulation, 16 - current leads, 17 - flanges .
Термоэмиссионный преобразователь содержит токоподводы 16, катод со средствами подвода тепла 7 и перфорированный анод со средствами отвода тепла 12, разделенные межэлектродным зазором 8, систему подачи пара цезия через отверстия 10 в перфорированном аноде 12 в межэлектродный зазор 8, образованную соединенными между собой перфорированным анодом 12, капиллярно-пористой прокладкой 6, пропитанной расплавом цезия, и подложкой анода 13, причем по крайней мере часть отверстий 10 перфорированного анода 12 размещена над теплоизолирующими прокладками 14, размещенными в подложке анода 13. Расстояние между отверстиями 10 в перфорированном аноде 12 составляет 0,7-4 от толщины межэлектродного зазора 8. Размер отверстий 10 в перфорированном аноде 12, расположенных над теплоизолирующими прокладками 14, по крайней мере в вдвое меньше размера отверстий 10 в перфорированном аноде 12, размещенных вне теплоизолирующих прокладок 14.The thermionic converter contains current leads 16, a cathode with heat supply means 7 and a perforated anode with heat removal means 12, separated by an
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Рабочий процесс осуществляют подводом тепла к катоду 7 от средств его обогрева (например, излучением и конвекцией от горящей газовоздушной смеси в камере печи) с прогревом его до температуры в диапазоне 1100-1300°C в условиях отвода тепла от анода 12 средствами его охлаждения (например, тепловой трубой или термосифоном) при температуре 250-500°C. В указанном температурном режиме устанавливается пятнистая структура поля температуры капиллярно-пористой прокладки 6 - под отверстиями 10 в перфорированном аноде 12 с теплоизолирующими прокладками 14 температура выше, чем под отверстиями 10 без теплоизолирующих прокладок 14. В результате происходит интенсивное испарение расплава цезия из капиллярно-пористой прокладки 6 и поступление его пара через отверстия 10 в перфорированном аноде 12 над теплоизолирующими прокладками 14 в межэлектродный зазор 8 и конденсация пара цезия, поступающего из межэлектродного зазора 8 через отверстия 10 перфорированного анода 12, размещенные вне теплоизолирующих прокладок 14, на капиллярно-пористой прокладке 6. За счет капиллярных сил конденсат цезия перетекает по капиллярно-пористой прокладке 6 от отверстий 10 в перфорированном аноде 12 без теплоизолирующих прокладок 14 к отверстиям 10 в перфорированном аноде 12 с теплоизолирующими прокладками 14. В межэлектродном зазоре 8 образуется система разнонаправленных потоков пара цезия, формирующая конвективные микроциркуляционные ячейки. Критерием устойчивого формирования микроциркуляционных ячеек является отношение шага между отверстиями 10 перфорированного анода 12 с противоположными направлениями течения пара цезия к толщине межэлектродного зазора 8. При отношении указанных размеров в диапазоне 0,7-1,4 формируются конвективные микроциркуляционные ячейки первого порядка (одна вихревая зона, показана на фиг.1), при отношении в диапазоне 2,5-4,0 - второго порядка (три вихревые зоны). При увеличении порядка микроциркуляционных ячеек скорость пара цезия быстро падает вследствие диссипативных процессов, поэтому их использование нецелесообразно.The working process is carried out by supplying heat to the
Пример конкретного исполнения устройстваAn example of a specific implementation of the device
Катод 7 выполнен из жаропрочной стали ЭП 747, на его поверхность со стороны перфорированного анода 12 нанесен слой вещества, эмитирующего электроны. Перфорированный анод 12 выполнен из никелевой фольги с щелевыми отверстиями 10 шириной 0,1 мм и 0,3 мм, размещенной на капиллярно-пористой прокладке 6 из нержавеющей сетки саржевого плетения, пропитанной расплавом цезия. Со стороны катода 7 на поверхность перфорированного анода 12 нанесено адсорбирующее электроны покрытие. Капиллярно-пористая прокладка 6, в свою очередь, соединена с подложкой анода 13, выполненной из нержавеющей стали, в которой со стороны перфорированного анода 12 имеются выборки под теплоизолирующие прокладки 14, размещенные напротив части отверстий 10 в перфорированном аноде 12, выполненные из оксида алюминия. Ширина щелевых отверстий 10 над теплоизолирующими прокладками 14-0,1 мм, вне их - 0,3 мм.The
Частный случай исполнения устройстваA special case of device execution
Частный случай исполнения термоэмиссионного преобразователя в цилиндрической геометрии представлен на фиг.2. Устройство содержит трубчатый катод 7 и отделенный от него межэлектродным зазором 8 трубчатый перфорированный анод 12, размещенный на трубчатой подложке анода 13. Трубчатые катод 7 и подложка анода 13 снабжены фланцами 17 с неметаллической изолирующей прокладкой 4, жестко фиксирующими величину межэлектродного зазора 8 по азимуту в верхней части термоэмиссионного преобразователя. В нижней части термоэмиссионного преобразователя величина межэлектродного зазора 8 фиксируется дистанционатором 2 с возможностью осевого перемещения катода 7 относительно подложки анода 13. Протекающий через межэлектродный зазор 8 ток по стенкам трубчатых катода 7 и подложки анода 13 отводится к фланцам 17 и далее по токоподводам 16 поступает к потребителю. В качестве средства подвода тепла к катоду 7 использована газопламенная печь, включающая теплоизоляцию 15, окружающую камеру газовой печи 5, в которой размещена активная часть термоэмиссионного генератора. В теплоизоляции 15 выполнены впускное окно газовоздушной смеси 1 и окно выпуска продуктов сгорания 9. Поджиг газовоздушной смеси осуществляется запальным устройством 3. Отвод тепла от подложки анода 13 осуществляют термосифоном, образованным внутренней полостью подложки анода 13.A special case of a thermionic converter in a cylindrical geometry is shown in FIG. 2. The device comprises a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При сгорании в камере газовой печи 5 газовоздушной смеси излучением и конвекцией продуктов сгорания поверхность трубчатого катода 7 прогревается до температуры 1100-1300°C с одновременным отводом тепла от подложки анода 13 кипением рабочего вещества термосифона при температуре 250-500°C. Протекающий через межэлектродный зазор 8 эмиссионный ток по стенкам катода 7 и подложки анода 13 поступает к фланцам 17 и далее по токоподводам 16 отводится к потребителю.When gas-air mixture is combusted in the chamber of the
В соответствии с экспериментальными данными перегрев пара цезия, поступающего в межэлектродный зазор, относительно линии насыщения снижает эффективность преобразования энергии в термоэмиссионном преобразователе с темпом 1-2%/10°C. Заявляемое техническое решение обеспечивает минимальный перегрев пара цезия относительно линии насыщения ввиду предельного сокращения длины парового тракта от поверхности испарения до межэлектродного зазора, следовательно, обеспечивает максимальную эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую.According to experimental data, overheating of cesium vapor entering the interelectrode gap relative to the saturation line reduces the energy conversion efficiency in the thermionic converter with a rate of 1-2% / 10 ° C. The claimed technical solution provides minimal overheating of cesium vapor relative to the saturation line due to the maximum reduction in the length of the vapor path from the evaporation surface to the interelectrode gap, therefore, it provides maximum efficiency for converting thermal energy into electrical energy.
Использование изобретения позволяет создать термоэмиссионный преобразователь с увеличенной эффективностью преобразования тепловой энергии в электрическую (вплоть до 20%), улучшенными массогабаритными характеристиками и пониженной стоимостью.Using the invention allows to create a thermionic converter with increased efficiency of converting thermal energy into electrical energy (up to 20%), improved weight and size characteristics and reduced cost.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114500/28A RU2390872C1 (en) | 2009-04-16 | 2009-04-16 | Thermionic generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114500/28A RU2390872C1 (en) | 2009-04-16 | 2009-04-16 | Thermionic generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390872C1 true RU2390872C1 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009114500/28A RU2390872C1 (en) | 2009-04-16 | 2009-04-16 | Thermionic generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390872C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465678C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Power-generating channel of heat emission reactor-converter |
RU2573551C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Gas turbine plant blades cooling |
RU2578387C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Gas turbine plant blades cooling device |
RU2581606C1 (en) * | 2014-12-03 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermionic stator magnetic circuit |
RU2611596C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Thermionic converter |
-
2009
- 2009-04-16 RU RU2009114500/28A patent/RU2390872C1/en active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465678C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Power-generating channel of heat emission reactor-converter |
RU2573551C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Gas turbine plant blades cooling |
RU2578387C2 (en) * | 2014-05-27 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Gas turbine plant blades cooling device |
RU2581606C1 (en) * | 2014-12-03 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermionic stator magnetic circuit |
RU2611596C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Thermionic converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2390872C1 (en) | Thermionic generator | |
RU2425295C1 (en) | Thermal electric generator | |
US2572881A (en) | Thyratron cathode design to prevent cleanup of hydrogen | |
JP2007033128A (en) | Liquid metal-cooled reactor equipped with alkali metal thermoelectric generator | |
RU2006123931A (en) | GAS GENERATOR, METHOD FOR GAS GENERATION AND ENERGY SOURCE USING THE RECEIVED GAS | |
RU2347291C1 (en) | Thermoemission electrogenerating module of nuclear reactor core with direct energy conversion | |
RU2595261C2 (en) | Heat emission reactor-converter electric generating assembly (2 versions) | |
ES2392152T3 (en) | Procedure and device for the uniform generation of steam, from the exhaust heat given off by the dehydrogenation reaction of an alkane | |
CN111936415B (en) | Ozone generator with heat pipe cooling function | |
KR100862946B1 (en) | Apparatus for recovering waste heat | |
Anshakov et al. | Electric-arc steam plasma generator | |
TWI701682B (en) | Ignition system and nuclear technology facility for igniting combustible gas mixture | |
RU2611596C1 (en) | Thermionic converter | |
RU2724919C1 (en) | Reactor-converter | |
JP2004075435A (en) | Fuel reforming device | |
RU2008147517A (en) | Microwave Plasma Reactor | |
JP2005216579A (en) | Solid oxide type fuel cell | |
US3187205A (en) | Thermionic converter | |
RU2703272C1 (en) | Thermionic transducer with passive cooling for on-board power source of high-speed aircraft with straight-flow air-jet engine | |
RU2755795C1 (en) | Steam generator of working fluid for thermionic converter reactor of space nuclear power plant | |
RU2509266C1 (en) | Thermoelectric link for pipe | |
RU2578387C2 (en) | Gas turbine plant blades cooling device | |
JP6973759B1 (en) | Tube type SOFC | |
KR200240779Y1 (en) | The vacuum heater using heat medium | |
WO2016013166A1 (en) | Fuel cell device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160315 |