RU2674429C2 - Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) - Google Patents
Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674429C2 RU2674429C2 RU2017114936A RU2017114936A RU2674429C2 RU 2674429 C2 RU2674429 C2 RU 2674429C2 RU 2017114936 A RU2017114936 A RU 2017114936A RU 2017114936 A RU2017114936 A RU 2017114936A RU 2674429 C2 RU2674429 C2 RU 2674429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- shell
- core
- nuclear
- cathode
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 abstract 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 abstract 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при модернизации и разработке новых ядерных реакторов атомных электростанций, в том числе портативных электростанций для питания судов, подводных лодок, электрических реактивных двигателей самолетов и других мобильных устройств. Тепловыделяющий элемент-преобразователь тепловой энергии оболочки сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора в электрическую энергию содержит топливный сердечник, оболочку топливного сердечника, фиксатор топлива, концевые заглушки. Вокруг трубчатой оболочки топливного сердечника установлен трубчатый анод, изолированный от оболочки топливного сердечника изоляторами. Оболочка топливного стержня и трубчатый анод образуют вакуумный диод, катодом в котором является оболочка топливного сердечника, для создания вакуума предусмотрен штуцер откачки и газопоглотители. Технический результат – создание тепловыделяющего элемента-преобразователя тепловой энергии, получаемой оболочкой сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора, в электрическую энергию с сохранением основных присоединительных размеров твэлов, их топливных сердечников и топливных элементов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Данное изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при модернизации и разработке новых ядерных реакторов атомных электростанций, в том числе портативных электростанций для питания судов, подводных лодок, электрических реактивных двигателей самолетов и других мобильных устройств.
Известны тепловыделяющие элементы современных ядерных реакторов, которые применяются в большинстве действующих атомных электростанций, например, патент 2347289 RU, который взят в качестве прототипа. Указанный тепловыделяющий элемент ядерного реактора (ТВЭЛ), как и большинство известных ТВЭЛ, имея множество достоинств, не может преобразовывать тепловую энергию, выделяющуюся при ядерных реакциях на оболочке сердечника ТВЭЛ, в электрическую энергию, что является большим недостатком прототипа, патент 2347289 RU и других известных ТВЭЛ
Целью настоящего изобретения является создание тепловыделяющего элемента-преобразователя (ТЭП), тепловой энергии, получаемой оболочкой сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора в электрическую энергию. При этом, с целью упрощения использования ТЭП в действующих ядерных реакторах, как и при создании новых ядерных реакторов, в тепловыделяющем элементе-преобразователе (ТЭП) могут быть сохранены основные присоединительные размеры ТВЭЛ, их топливных сердечников и топливных элементов.
Указанная цель достигается созданием вакуумного диода-преобразователя тепловой энергии оболочки тепловыделяющего элемента в электрическую энергию. При этом оболочка тепловыделяющего элемента служит катодом, а анодом служит металлическая труба, установленная на изоляторах вокруг оболочки тепловыделяющего элемента, исключающих короткое замыкание между катодом и анодом. Для создания вакуума предусмотрены штуцер откачки воздуха и газопоглотители.
Тепловыделяющий элемент-преобразователь состоит из сердечника, герметизирующей оболочки сердечника, служащую катодом диодного преобразователя и анода, закрепленного на оболочке сердечника с помощью изоляторов Фиг. 1. Расстояние между катодом и анодом устанавливается 2-2,5 миллиметров. Толщина анода должна обеспечивать механическую прочность анода.
Описание конструкции. Штуцер 1, Фиг. 1, имеет присоединительные размеры верхней концевой заглушки применяемых в настоящее время тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), герметично соединен с анодом сварочным швом 2 и служит для откачки воздуха из пространства между катодом и анодом. Газопоглотитель 3 служит для поглощения остаточных газов и улучшения вакуума между катодом и анодом. Металлизированный изолятор 4 и диэлектрическая металлизированная втулка 13 служат для установки требуемого зазора между катодом и анодом. Сварочные соединения 12 и 14 обеспечивают герметичное соединение нижней заглушки 15, тепловыделяющего элемента-преобразователя. Место сварки 5, верхней заглушки 6, с оболочкой сердечника 8, обеспечивает герметизацию тепловыделяющего элемента в его верхней части. Металлизированный изолятор 4 обеспечивает симметричное, относительно оболочки ТВЭЛ, крепление анода 11. Фиксатор топлива 7, оболочка топливного сердечника 8 и сердечник 10 конструктивные элементы, применяемые в настоящее время в ТВЭЛ. Покрытие оболочки сердечника ТВЭЛ, которая является катодом ТЭП, 9, служит для увеличения тока насыщения вакуумного диода. Это покрытие может быть оксидным, вольфрамовым поликристаллическим или вольфрамовым монокристаллическим. Кристаллографическая плоскость монокристалла, обращенная к аноду, должна иметь наибольший ток насыщения катода. Трубчатый анод ТЭП 11, может охлаждаться так же, как охлаждаются ТВЭЛ в действующих конструкциях ядерных реакторов или другим известным способом, например, воздушным радиатором.
Тепловыделяющие элементы-преобразователи размещается в тепловыделяющих сборках (ТВС), аналогично размещению ТВЭЛ в тепловыделяющих сборках. При этом, по аналогии с ТВЭЛ, ТВС состоят из нескольких тепловыделяющих элементов-преобразователей. Катоды и аноды ТЭП могут соединяться последовательно, параллельно или смешанно. Варианты схем соединения анодов и катодов ТЭП в сборках представлены на Фиг. 2.
Фиг. 2, а) наглядно поясняет увеличение тока и напряжения на ТЭП, которые изображены в виде вакуумных диодных преобразователей. При подключении к цепочке последовательно соединенных диодных преобразователей Д1 - Д4 нагрузки из двух параллельно соединенных диодных преобразователей Д5 и Д6 так, что положительное напряжение подано на аноды, а отрицательное на катоды Д5 и Д6. Поданное напряжение на Д5 и Д6 вызывает увеличения тока в параллельно включенных преобразователях. Увеличение тока преобразователей Д5, Д6 вызовет увеличение тока во всей цепи последовательно соединенных преобразователей, при этом увеличится напряжение на диодных преобразователях Д1 - Д4, что увеличит ток в цепочке Д5 и Д6 и получается цепная реакция, которая прекратится только после достижения тока насыщения в цепочке Д1-Д4.
Явления повышения напряжения источника питания при подключении нагрузки к источнику питания на основе вакуумных диодных термопреобразователей, подвигло автора на создание данного изобретения.
В обычных выпрямителях, аккумуляторах, батарейках при подключении нагрузки происходит падение напряжения источника питания, из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.
На Фиг 2 б) изображена схема питания электродвигателя постоянного тока, который может приводить во вращение ротор генератора переменного тока. Нагрузкой источника питания, может быть умформер и другие потребители электрической энергии.
Тепловыделяющий элемент-преобразователь тепловой энергии, выделяемой ядерной реакцией на оболочке сердечника ТВЭЛ, работает следующим образом.
При протекании ядерной реакции в сердечнике ТВЭЛ, выделяется большое количество тепла, оболочка сердечника нагревается до высокой температуры, при которой в вакууме, вокруг оболочки сердечника образуется облако электронов, с энергией больше энергии связи электрона с атомами оболочки сердечника. Часть электронов достигает анода, заряжая его отрицательно, при этом оболочка сердечника, являющаяся катодом, теряет электроны и заряжается положительно. Разность потенциалов между катодом и анодом служит источником питания для потребителей электроэнергии.
Важным обстоятельством является то, что при подключении нагрузки к ТЭП, поток электронов увеличивается, из-за уменьшения отрицательного напряжения между анодом и катодом, за счет падения напряжения на нагрузке, что позволяет создать мощный электрический источник питания.
Для охлаждения анода ТЭП могут использоваться применяемые в настоящее время системы охлаждения ТВЭЛ, или другие устройства охлаждения, например, воздушные радиаторы.
Claims (2)
1. Тепловыделяющий элемент-преобразователь тепловой энергии оболочки сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора в электрическую энергию, содержащий топливный сердечник, оболочку топливного сердечника, фиксатор топлива, концевые заглушки, отличающийся тем, что вокруг трубчатой оболочки топливного сердечника установлен трубчатый анод, изолированный от оболочки топливного сердечника изоляторами; оболочка топливного стержня и трубчатый анод образуют вакуумный диод, катодом в котором является оболочка топливного сердечника, для создания вакуума предусмотрен штуцер откачки и газопоглотители.
2. Тепловыделяющий элемент по п. 1, отличающийся тем, что трубчатая оболочка топливного сердечника, служащая катодом, покрыта веществом, снижающим энергию выхода электронов из катода и увеличивающим ток насыщения катода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114936A RU2674429C2 (ru) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114936A RU2674429C2 (ru) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017114936A RU2017114936A (ru) | 2018-10-29 |
RU2017114936A3 RU2017114936A3 (ru) | 2018-10-29 |
RU2674429C2 true RU2674429C2 (ru) | 2018-12-10 |
Family
ID=64102697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017114936A RU2674429C2 (ru) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2674429C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3563856A (en) * | 1966-08-05 | 1971-02-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Thermionic fuel rod with nuclear fuel |
SU1632088A1 (ru) * | 1989-05-15 | 1995-04-10 | Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) | Способ ионной обработки изделий |
RU2047238C1 (ru) * | 1991-04-19 | 1995-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Стекорд" | Способ изготовления полупроводникового датчика с термоэлектрическим охлаждением |
RU2389089C1 (ru) * | 2008-08-08 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А.Бочвара" | Тепловыделяющий элемент для ядерных реакторов (варианты) и способ его изготовления (варианты) |
RU2462781C1 (ru) * | 2011-03-14 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Материал эмиссионного покрытия катодов электронно-ионных приборов |
-
2017
- 2017-04-27 RU RU2017114936A patent/RU2674429C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3563856A (en) * | 1966-08-05 | 1971-02-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Thermionic fuel rod with nuclear fuel |
SU1632088A1 (ru) * | 1989-05-15 | 1995-04-10 | Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) | Способ ионной обработки изделий |
RU2047238C1 (ru) * | 1991-04-19 | 1995-10-27 | Акционерное общество закрытого типа "Стекорд" | Способ изготовления полупроводникового датчика с термоэлектрическим охлаждением |
RU2389089C1 (ru) * | 2008-08-08 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А.Бочвара" | Тепловыделяющий элемент для ядерных реакторов (варианты) и способ его изготовления (варианты) |
RU2462781C1 (ru) * | 2011-03-14 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Материал эмиссионного покрытия катодов электронно-ионных приборов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017114936A (ru) | 2018-10-29 |
RU2017114936A3 (ru) | 2018-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2543960A (en) | Combined hybrid thermionic and thermoelectric generator | |
CN109830781A (zh) | 一种电池包散热和温度平衡装置 | |
US20180366694A1 (en) | Cap assembly for a power battery, power battery and battery module | |
RU2005104545A (ru) | Аккумуляторная система электропитания с внутренней самозащитой для подземных горных работ | |
CN104143436A (zh) | 导电柱点接触式防爆电容器 | |
CN104051704A (zh) | 可再充电电池 | |
US20210119283A1 (en) | Radioisotope thermoelectric battery (rtb) system | |
US10153723B2 (en) | Solar thermal energy—field electron emission power generation device | |
CN103996588B (zh) | 行波管的电子枪 | |
RU2674429C2 (ru) | Тепловыделяющий элемент-преобразователь (ТЭП) | |
CN205488385U (zh) | 一种高倍率防爆锂电池结构 | |
JPWO2016013661A1 (ja) | 二次電池を備えた発電装置 | |
US11349142B2 (en) | Fuel cell module | |
CN111033164A (zh) | 热管及具备热管的二次电池 | |
CN105051937A (zh) | 锂电化学发电装置式电池的安全装置 | |
CN107046156A (zh) | 一种散热效果好的电池 | |
KR20170141375A (ko) | 모듈형 전기 이중층 커패시터 | |
KR20120069469A (ko) | NaS 전지 및 그의 제조 방법 | |
RU165161U1 (ru) | Батарея электрохимических ячеек | |
RU144824U1 (ru) | Магнитная система термоядерной установки с электроизоляционными элементами | |
RU2707192C1 (ru) | Термоэмиссионный преобразователь для бортового источника электрической энергии | |
CN201608178U (zh) | 整流桥组件 | |
CN202633323U (zh) | 特高压大功率光控晶闸管元件管壳 | |
CN215644126U (zh) | 交流滤波电容器 | |
CN110785870B (zh) | 电池单元 |