RU2464668C1 - Device to supply vapour of caesium into thermionic converter - Google Patents
Device to supply vapour of caesium into thermionic converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464668C1 RU2464668C1 RU2011121055/07A RU2011121055A RU2464668C1 RU 2464668 C1 RU2464668 C1 RU 2464668C1 RU 2011121055/07 A RU2011121055/07 A RU 2011121055/07A RU 2011121055 A RU2011121055 A RU 2011121055A RU 2464668 C1 RU2464668 C1 RU 2464668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cesium
- caesium
- source
- condensate
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и относится к устройствам подачи пара цезия в межэлектродный зазор термоэмиссионного преобразователя (ТЭП), где требуется регулируемая подача пара цезия, широкий спектр рабочих температур, а также повышенная емкость по цезию.The invention relates to thermionic conversion of thermal energy into electrical energy and relates to devices for supplying cesium vapor to the interelectrode gap of a thermionic converter (TEC), where an adjustable supply of cesium vapor, a wide range of operating temperatures, and an increased cesium capacity are required.
В термоэмиссионных преобразователях атомы цезия выполняют одновременно несколько функций:In thermionic converters, cesium atoms perform several functions simultaneously:
- адсорбируясь на поверхности электродов ТЭП регулируют работу выхода электронов;- adsorbed on the surface of the TEC electrodes regulate the electron work function;
- ионизируясь на горячей поверхности эмиттера или в межэлектродном промежутке в случае реализации дугового режима компенсируют пространственный электронный заряд, ограничивающий и прохождение электронного тока через межэлектродный зазор.- ionizing on the hot surface of the emitter or in the interelectrode gap in the case of the implementation of the arc mode compensate for the spatial electron charge, which limits the passage of the electron current through the interelectrode gap.
Известны устройства для подачи пара цезия, содержащие металлический резервуар с жидким конденсатом цезия (см, Каландаришвили А.Г. Источники рабочего тела для термоэмиссионных преобразователей энергии. - 2-е издание, доп. - М.: Энергоатомиздат, 1993 г. - стр.14, 30-31).Known devices for supplying cesium vapor containing a metal tank with liquid cesium condensate (see Kalandarishvili A.G. Sources of the working fluid for thermionic energy converters. - 2nd edition, add. - M .: Energoatomizdat, 1993 - p. 14, 30-31).
Нагревая температуру резервуара с жидким конденсатом цезия, осуществляют подачу пара цезия с оптимальным давлением около нескольких сот паскаль, что соответствует температуре резервуара около 550-650 К.Heating the temperature of the tank with liquid cesium condensate, cesium steam is supplied with an optimal pressure of about several hundred pascals, which corresponds to a tank temperature of about 550-650 K.
Однако такие устройства для подачи пара цезия обладают рядом недостатков:However, such devices for supplying cesium vapor have several disadvantages:
- низкая оптимальная рабочая температура около 550-650 К, что в отдельных случаях затрудняет температурную привязку устройства к установке;- low optimum operating temperature of about 550-650 K, which in some cases complicates the temperature binding of the device to the installation;
- наличие жидкой фазы при эксплуатации термоэмиссионной установки в условиях невесомости может вызвать технические трудности;- the presence of a liquid phase during operation of a thermionic installation in zero gravity conditions can cause technical difficulties;
- резкая зависимость выходных электрических параметров от температуры резервуара.- a sharp dependence of the output electrical parameters on the temperature of the tank.
Известны устройства (см. Каландаришвили А.Г. Источники рабочего тела для термоэмиссионных преобразователей энергии. - 2-е издание, доп., - М.: Энергоатомиздат, 1993 г. - стр.203, Alleau Т., Devin В., Lesneur R. Применение соединений графит-цезий в термоэмиссионных преобразователях. Pros. Internat. Conf. on Thermion. Electr. Power Gener., Lond., Sept. 1965, p.11-19. Кравченко Ю.А., Столяров Г.А. Источники паров цезия с прессованным и пиролитическим графитом для ТЭП, Гвердцители И.Г., Каландаришвили А.Г., Цхакая В.К. Источники паров цезия на основе цезированного графита для ТЭП. Pros. 3rd Internat. Conf. on Thermion. Electr. Power Gener., Juelich, 1972, Vol.3, p.1139-1146), в которых пар цезия в межэлектродный зазор термоэмиссионного преобразователя подается из резервуара, в котором помещено одно из соединений графита с цезием.Known devices (see Kalandarishvili A.G. Sources of the working fluid for thermionic energy converters. - 2nd edition, add., - M .: Energoatomizdat, 1993 - p. 203, Alleau T., Devin V., Lesneur R. Application of graphite-cesium compounds in thermionic converters. Pros. Internat. Conf. On Thermion. Electr. Power Gener., Lond., Sept. 1965, p.11-19. Kravchenko Yu.A., Stolyarov GA Sources of cesium vapor with pressed and pyrolytic graphite for TEC, Gverdtsiteli IG, Kalandarishvili AG, Tskhakaya VK Sources of cesium vapor based on cesium graphite for TEC. Pros. 3 rd Internat. Conf. On Thermion. Electr . Power Gener., Juelich, 1972, Vol.3, p.1139-1146), in which cesium vapor is fed into the interelectrode gap of the thermionic converter from a reservoir in which one of the graphite and cesium compounds is placed.
В этих устройствах подача пара цезия осуществляется из твердой фазы, а оптимальная рабочая температура колеблется от 650 до 1000 К в зависимости от содержания количества цезия в графите. С увеличением оптимальной рабочей температуры (которое связано с уменьшением количества цезия в графите) более пологой становится зависимость выходных электрических параметров от температуры резервуара с блоком из цезированного графита.In these devices, cesium vapor is supplied from the solid phase, and the optimum operating temperature ranges from 650 to 1000 K, depending on the content of cesium in graphite. With an increase in the optimum operating temperature (which is associated with a decrease in the amount of cesium in graphite), the dependence of the output electric parameters on the temperature of the tank with a block of cesium graphite becomes more gentle.
Прототипом является устройство для подачи пара цезия в термоэмиссионный преобразователь ТЭП, содержащий источник пара цезия, выполненный из пиролитического ориентированного цезированного графита. Источник пара цезия помещен в резервуар с установленным на нем нагревателем, резервуар соединен с рабочим объемом ТЭПThe prototype is a device for supplying cesium vapor to a TEC thermionic converter containing a cesium vapor source made of pyrolytic oriented cesium graphite. The cesium vapor source is placed in a tank with a heater installed on it, the tank is connected to the TEP working volume
(См. Гвердцители И.Г., Каландаришвили А.Г., Цхакая В.К. Источники паров цезия на основе цезированного графита для ТЭП. Pros. 3rd Internat. Conf. on Thermion. Electr. Power Gener., Juelich, 1972, Vol.3, p.1139-1146).(See Gverdtsiteli I.G., Kalandarishvili A.G., Tskhakaya V.K. Sources of cesium vapor based on cesium graphite for TEC. Pros. 3 rd Internat. Conf. On Thermion. Electr. Power Gener., Juelich, 1972 Vol.3, p. 1139-1146).
В качестве источников пара цезия в ТЭП в основном используются соединения C10Cs и C24Cs, обладающие наибольшей емкостью, которым соответствуют следующие равновесные реакции:As sources of cesium vapor in TEC, the compounds C 10 Cs and C 24 Cs, which have the highest capacity, which correspond to the following equilibrium reactions, are mainly used:
12C10Cs⇔5C24Cs+7Cs,12C 10 Cs⇔5C 24 Cs + 7Cs,
3C24Cs⇔2C36Cs+Cs3C 24 Cs⇔2C 36 Cs + Cs
Основным недостатком таких устройств является небольшая емкость по цезию. Большая емкость по цезию необходима для устройств при длительной эксплуатации ТЭП. В этом режиме работы ТЭП очистка рабочего объема преобразователя и межэлектродного зазора (МЭЗ) от остаточных газов осуществляется за счет прокачки пара цезия через МЭЗ, что приводит к безвозвратной потери массы цезия.The main disadvantage of such devices is the small cesium capacity. A large cesium capacity is necessary for devices with long-term operation of the TEC. In this mode of operation of the TEC, the working volume of the converter and the interelectrode gap (MEZ) are cleaned of residual gases by pumping cesium vapor through the MEZ, which leads to irreversible loss of cesium mass.
В таблице «Количество цезия в слоистых соединениях графита на 1 г пирографита» приводятся расчетные и экспериментальные данные по количеству цезия на 1 г пиролитического графита для различных двухфазных систем цезий-графит.The table “The amount of cesium in layered graphite compounds per 1 g of pyrographite” provides calculated and experimental data on the amount of cesium per 1 g of pyrolytic graphite for various two-phase cesium-graphite systems.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является увеличение емкости устройства по цезию, что приводит к увеличению длительности эксплуатации ТЭП, и обеспечение широкого спектра рабочих температур.The technical result to which the invention is directed is to increase the capacity of the device for cesium, which leads to an increase in the duration of operation of the TEC, and ensuring a wide range of operating temperatures.
Для этого предложено устройство для подачи пара цезия в термоэмиссионный преобразователь ТЭП, содержащий источник пара цезия, выполненный из пиролитического ориентированного цезированного графита и размещенного в корпусе с установленным на нем нагревателем, при этом источник пара цезия выполнен в виде полого цилиндра, размещенного между герметизирующими верхнюю и нижнюю плоскости цилиндра двумя пластинами, верхняя из которых сплошная, при этом полость цилиндра соединена с резервуаром с источником жидкого конденсата цезия, внутренний объем которого герметично перекрыт источником пара от рабочего объема ТЭП.To this end, a device is proposed for supplying cesium vapor to a TEC thermionic converter containing a cesium vapor source made of pyrolytic oriented cesium graphite and placed in a housing with a heater installed on it, while the cesium vapor source is made in the form of a hollow cylinder placed between the sealing upper and the lower plane of the cylinder by two plates, the upper of which is solid, while the cylinder cavity is connected to the reservoir with a source of cesium liquid condensate, internal the first volume of which is sealed off by the steam source from the working volume of the TEC.
При этом на резервуаре с жидким конденсатом цезия установлен нагреватель и патрубок с вентилем.At the same time, a heater and a pipe with a valve are installed on the tank with liquid cesium condensate.
При этом источник цезия выполнен в виде капиллярной структуры с жидким конденсатом цезия.In this case, the cesium source is made in the form of a capillary structure with liquid cesium condensate.
На фиг.1 и 2 приведена принципиальная схема конструкции устройства, которая содержит:Figure 1 and 2 shows a schematic diagram of the design of the device, which contains:
1. рабочий основной объем, связанный с межэлектродным зазором ТЭП;1. the main working volume associated with the interelectrode gap of the TEC;
2. патрубок, соединяющий источник пара цезия с межэлектродным зазором ТЭП;2. a pipe connecting the cesium vapor source with the TEC interelectrode gap;
3. сильфон;3. bellows;
4. подвижная сплошная пластина;4. movable continuous plate;
5. полый цилиндр из цезированного ориентированного графита;5. a hollow cylinder made of cesium oriented graphite;
6. корпус из нержавеющей стали;6. stainless steel case;
7. неподвижная пластина;7. fixed plate;
8. нагреватель для нагрева цезированного графита;8. a heater for heating cesium graphite;
9. резервуар;9. tank;
10. вентиль высокотемпературный;10. high-temperature valve;
11. капиллярная структура, заполненная жидким конденсатом цезия;11. capillary structure filled with liquid cesium condensate;
12. нагреватель для нагрева жидкого конденсата цезия;12. a heater for heating the liquid condensate of cesium;
13. термоэмиссионный преобразователь энергии;13. thermionic energy converter;
14. выходной дроссель;14. output choke;
15. блок поглотителя цезия, выполненный из ориентированного пирографита;15. cesium absorber block made of oriented pyrographite;
16. патрубок, соединяющий рабочий объем ТЭП с вакуумной системой.16. pipe connecting the working volume of the TEC with the vacuum system.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
После обезгаживания всего устройства через вентиль 10 производится заправка цезием полого цилиндра из цезированного ориентированного графита 5 и капиллярной структуры 11, после чего вентиль 10 герметично перекрывается. Полость цилиндра соединена с резервуаром 9, верхняя плоскость герметично перекрыта сплошной металлической пластиной 4, которая прикреплена к сильфону 3, соединенного с корпусом устройства 6, выполненного, например, из нержавеющей стали. Такое крепление дает возможность компенсации расширения пиролитичекого графита при нагревании и насыщении его цезием. Нижняя плоскость цилиндра 5 герметично перекрыта пластиной 7 с отверстием, соединяющим внутреннюю полость цилиндра 5 с резервуаром с цезием 9. При нагревании цезиевого конденсата 11 нагревателем 12 происходит подпитка пиролитического графита 5 в процессе работы. Количество массы цезия заправленного в капиллярную структуру 11 каждый раз определяется ресурсом работы источника пара цезия и установки в целом. Такое устройство позволяет обеспечить требуемый расход массы цезия при условии, что изостера сорбции (зависимость величины давления пара цезия от температуры резервуара 9) для жидкого конденсата цезия всегда должна превышать изостеру сорбции для выбранного источника пара на основе цезированного графита, что автоматически реализуется в данном устройстве.After the entire device is degassed through valve 10, cesium is filled with a hollow cylinder of cesium oriented graphite 5 and capillary structure 11, after which valve 10 is hermetically closed. The cylinder cavity is connected to the reservoir 9, the upper plane is hermetically sealed by a continuous metal plate 4, which is attached to a bellows 3 connected to the housing of the device 6, made, for example, of stainless steel. This fastening makes it possible to compensate for the expansion of pyrolytic graphite during heating and saturation with cesium. The lower plane of the cylinder 5 is sealed by a plate 7 with an opening connecting the internal cavity of the cylinder 5 with a reservoir of cesium 9. When the cesium condensate 11 is heated by the heater 12, pyrolytic graphite 5 is recharged during operation. The amount of cesium mass charged into the capillary structure 11 is each time determined by the life of the cesium vapor source and the plant as a whole. Such a device makes it possible to ensure the required cesium mass flow rate, provided that the sorption isostere (the dependence of the cesium vapor pressure on the temperature of the tank 9) for cesium liquid condensate should always exceed the sorption isostere for the selected steam source based on cesium graphite, which is automatically implemented in this device.
Пример.Example.
С целью обеспечения стабильной длительной работы термоэмиссионного преобразователя энергии 13 необходимо постоянно в течении всего периода работы производить очистку межэлектродного зазора 17 и рабочего объема ТЭП от остаточных газов. Наиболее перспективным с точки зрения очистки от остаточных газов - это их выброс через специальный дроссель 14 с дальнейшей откачкой через патрубок 16 с помощью вакуумной системы. Однако при этом вместе с остаточными газами происходит выброс и определенной массы цезия. Поэтому к источникам пара цезия, обеспечивающим работу ТЭП, предъявляются дополнительные требования - они должны обладать определенной емкостью по массе цезия, конкретная величина которой зависит от срока службы изделия и от принятой системы очистки, которые определяют массовый суточный расход рабочего тела (цезия).In order to ensure stable long-term operation of the
Обычно для эффективной очистки достаточным является массовый расход цезия около 0,5 г/сутки.Typically, mass cesium consumption of about 0.5 g / day is sufficient for effective cleaning.
Экспериментальная установка для исследования предлагаемого устройства для подачи пара цезия в режиме расхода массы цезия 0,5 г/сутки представлена на фиг.2.An experimental setup for studying the proposed device for supplying cesium vapor in the mode of mass flow of cesium 0.5 g / day is presented in figure 2.
В качестве источника пара цезия был выбран цезированный графит состава C8Cs (вес чистого графита равнялся 5 граммам), температура которого поддерживалась нагревателем 8 постоянной и равной около 800 К. Во внутренний объем резервуара 9 перегонялось 20 грамм жидкого конденсата цезия. При температуре 800 К соединению C8Cs соответствует двухфазная равновесная реакцияAs a source of cesium vapor, cesium graphite of the composition C 8 Cs was selected (the weight of pure graphite was 5 grams), the temperature of which was maintained by the heater 8 constant and equal to about 800 K. 20 grams of liquid cesium condensate was distilled into the internal volume of the tank 9. At a temperature of 800 K, the compound C 8 Cs corresponds to a two-phase equilibrium reaction
5C8Cs⇔4C10Cs+Cs;5C 8 Cs⇔4C 10 Cs + Cs;
согласно которой при 5 граммах графита в случае использования прототипа, источника пара цезия без подпитки из внутреннего объема из жидкого конденсата цезия максимальная емкость (см выше таблицу) соответствует 1,5 г цезия. При этом будет поддерживаться на постоянном уровне давление насыщенного пара цезия от цезированного графита.according to which, with 5 grams of graphite, in the case of using a prototype, a source of cesium vapor without replenishment from the internal volume of liquid cesium condensate, the maximum capacity (see table above) corresponds to 1.5 g of cesium. In this case, the pressure of saturated cesium vapor from cesium graphite will be maintained at a constant level.
В нашем случае было использовано предлагаемое устройство, которое подключалось к экспериментальной установке (см. Фиг.2), в котором источник пара цезия 5 был выполнен на основе цезированного графита состава C8Cs. Аналогичным образом могут быть выполнены источники пара рубидия и калия.In our case, the proposed device was used, which was connected to an experimental installation (see Figure 2), in which the cesium 5 vapor source was made on the basis of cesium graphite with the composition C 8 Cs. Similarly, sources of rubidium and potassium vapor can be made.
В процессе работы ТЭП в режиме с расходом цезия источник пара 5 непрерывно подпитывался атомами цезия из жидкого конденсата. Поток направленного пара цезия от цезированного графита 5 попадал в рабочий объем 1 и по патрубку 2 проникал в рабочий объем ТЭП 13 и, попадая в межэлектродный зазор 17 ТЭП, захватывал остаточные газы, которые через выходной дроссель 14 попадали в блок поглотителя рабочего тела (цезия) на основе пирографита 15, который селективно адсорбировал атомы цезия и пропускал через патрубок 16 остаточные газы к вакуумной откачке.In the process of operation of the TEC in the mode with the consumption of cesium, the steam source 5 was continuously fed by cesium atoms from liquid condensate. The flow of directed cesium vapor from cesium graphite 5 fell into the working volume 1 and penetrated through the pipe 2 into the working volume of the
При этом массовый расход цезия определялся выходным дросселем 14 и равнялся примерно 0,5 г/сутки.In this case, the mass consumption of cesium was determined by the
Проведенные испытания показали, что устройство для подачи пара цезия обеспечивает стабильную работу пара цезия ТЭП в режиме работы с расходом массы цезия около 0,5 г/сутки в течение около 1000 часов.The tests showed that the device for supplying cesium vapor provides stable operation of cesium steam TEP in operation with a mass flow rate of cesium of about 0.5 g / day for about 1000 hours.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011121055/07A RU2464668C1 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Device to supply vapour of caesium into thermionic converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011121055/07A RU2464668C1 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Device to supply vapour of caesium into thermionic converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2464668C1 true RU2464668C1 (en) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011121055/07A RU2464668C1 (en) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Device to supply vapour of caesium into thermionic converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2464668C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2058616C1 (en) * | 1992-07-07 | 1996-04-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Source of cesium vapors |
RU2089970C1 (en) * | 1995-10-03 | 1997-09-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Cesium vapor source for thermionic converters |
RU2137248C1 (en) * | 1998-03-13 | 1999-09-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Source of cesium vapor for thermal emission converter |
US6100621A (en) * | 1998-03-26 | 2000-08-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Thermionic converter with differentially heated cesium-oxygen source and method of operation |
EP1018210B1 (en) * | 1997-09-08 | 2006-12-20 | Borealis Technical Limited | Diode device |
-
2011
- 2011-05-26 RU RU2011121055/07A patent/RU2464668C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2058616C1 (en) * | 1992-07-07 | 1996-04-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Source of cesium vapors |
RU2089970C1 (en) * | 1995-10-03 | 1997-09-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Cesium vapor source for thermionic converters |
EP1018210B1 (en) * | 1997-09-08 | 2006-12-20 | Borealis Technical Limited | Diode device |
RU2137248C1 (en) * | 1998-03-13 | 1999-09-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Source of cesium vapor for thermal emission converter |
US6100621A (en) * | 1998-03-26 | 2000-08-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Thermionic converter with differentially heated cesium-oxygen source and method of operation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103499230B (en) | A kind of solar heat chemical energy storage heat dump and endothermal processes thereof | |
JP2014139894A (en) | Fuel battery | |
RU2464668C1 (en) | Device to supply vapour of caesium into thermionic converter | |
CN108604689A (en) | Fuel cell | |
JP5455607B2 (en) | Solid oxide fuel cell and method of operating the same | |
CN113304719A (en) | Carbon discharging mechanism for liquid metal high-temperature cracking methane hydrogen production equipment | |
US6755021B2 (en) | On-board hydrogen gas production system for stirling engines | |
US20210249717A1 (en) | Johnson ambient energy converter | |
CN109193007A (en) | Portable direct carbon solid oxide fuel cell power generator | |
CN110668400B (en) | Biomass hydrogen production and gas washing integrated device | |
JPH08138730A (en) | Alkali metal thermoelectric power generating system | |
RU2449410C1 (en) | Thermoemission converter | |
CN204303907U (en) | Temperature control circulation fluid infusion zinc-oxygen battery system | |
CN113019117A (en) | DBD plasma reaction device and CO conversion2Plasma system | |
RU117710U1 (en) | PLASMA DIODE | |
KR101284288B1 (en) | Single cell module for alkali metal thermal to electric converter | |
RU2456698C1 (en) | Alkali metal thermoelectric converter | |
RU2456699C1 (en) | Assembly of alkali metal thermoelectric converters | |
RU2137248C1 (en) | Source of cesium vapor for thermal emission converter | |
SU1128064A1 (en) | Electrode heater | |
SU833110A2 (en) | Method for lowering emission work of collector surface of thermoemission converter | |
JP2004055984A (en) | Compound power generation element composed of thermionic power generator and alkali metal thermoelectric transducers, and compound power generation system | |
Underwood et al. | Performance projections of alternative AMTEC systems and devices | |
RU2047239C1 (en) | Gaseous-discharge device | |
CN109931795B (en) | Using method of drop tube furnace for test |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200527 |