RU2724919C1 - Реактор-преобразователь - Google Patents
Реактор-преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724919C1 RU2724919C1 RU2019142025A RU2019142025A RU2724919C1 RU 2724919 C1 RU2724919 C1 RU 2724919C1 RU 2019142025 A RU2019142025 A RU 2019142025A RU 2019142025 A RU2019142025 A RU 2019142025A RU 2724919 C1 RU2724919 C1 RU 2724919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capillary
- housing
- elements
- converter
- porous insert
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
-
- 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)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к реактору-преобразователю. Ядерный реактор-преобразователь содержит корпус (2), отражатель (3), активную зону, блок электрогенерирующих элементов (7), капиллярно-пористую вставку (5) и блок коммутационных камер и коллекторов (1). Активная зона, образованная твэлами (6), размещена в корпусе (2). Отражатель (3) установлен вдоль наружной боковой поверхности корпуса (2) в районе твэлов (6). Боковая поверхность твэлов (6) покрыта капиллярно-пористой структурой. Капиллярно-пористая вставка (5) и блок электрогенерирующих элементов (7) расположены внутри корпуса (2). Капиллярно-пористая вставка (5) размещена в зазоре между смежными торцевыми частями активной зоны и блока электрогенерирующих элементов (7). Боковая и обращенная к активной зоне торцевая поверхности электрогенерирующих элементов (7) покрыты капиллярно-пористой структурой. В частных случаях выполнения устройства, во-первых, капиллярно-пористая вставка (5) выполнена в виде перфорированной перегородки, и, во-вторых, перфорированная перегородка выполнена в виде сотовой структуры с размером ячейки, по меньшей мере, соответствующим минимальному поперечному размеру электрогенерирующего элемента (7) и твэла (6). Техническим результатом является повышение КПД ядерного реактора-преобразователя и увеличение его запаса реактивности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ядерных энергетических установках с прямым преобразованием энергии.
Известен реактор-преобразователь (Грязнов Г.М., Пупко В.Я. ТОПАЗ-1 - советская космическая ядерно-энергетическая установка. Природа, 1991, №10, с. 29-36). Активная зона реактора набрана из располагающихся в замедлителе электрогенерирующих каналов (ЭГК). ЭГК содержит последовательно соединенные термоэмиссионные преобразователи, содержащие источники тепла в виде твэлов, оболочки которых являются эмиттерами, и отделенные от них кольцевым зазором коллекторы, через изолирующие прокладки соединенные с корпусом ЭГК, охлаждаемым жидкометаллическим теплоносителем, в которых кольцевой зазор между анодом (коллектором) и катодом (эмиттером электронов) промывается парами цезия, подаваемыми из цезиевого термостата с одного торца ЭГК и сбрасываемыми в окружающую среду на другом торце ЭГК. Недостатками известного решения являются: наличие в активной зоне относительно большого количества посторонних нейтронопоглощающих материалов; относительно высокая азимутальная и продольная неравномерность плотности теплового потока на эмиттерах термоэмиссионного преобразователя, обусловленная распределением потока нейтронов по объему активной зоны.
1. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является реактор ядерной энергетической установки ЭЛЬБРУС (М.К. Овчаренко, А.Н. Забудько, В.И. Ярыгин и др., «Концепция долгоресурсной ЯЭУ "Эльбрус-400/200" с эффективными низкотемпературными термоэмиссионными преобразователями, вынесенными из активной зоны», доклад на Международной научно-технической конференции «Ядерная энергетика в космосе-2005», Москва-Подольск, 1-3 марта 2005 г.). В едином прочном корпусе реактора размещен отражатель, 270 термоэмиссионных модулей (ТЭМ) и 55 стрежней безопасности в гексагональной упаковке. ТЭМ включает в себя чехол, в котором расположен твэл, высокотемпературная тепловая труба (ВТТ) и термоэмиссионный преобразователь (ТЭП). На внешней поверхности твэла из UO2 размещена экранно-вакуумная теплоизоляция, а сквозь его внутреннее отверстие пропущена литиевая ВТТ из молибдена. ВТТ подводит тепло от твэла к ТЭП, расположенным в ее зоне конденсации. Поверхность чехла ТЭМ омывается жидкометаллическим теплоносителем.
Недостатками этого технического решения являются:
- наличие в активной зоне относительно большого количества посторонних нейтронопоглощающих материалов, что приводит к снижению запаса реактивности реактора;
- относительно высокая азимутальная неравномерность теплового потока подводимого к преобразователям энергии обусловленная распределением потока нейтронов по объему активной зоны.
Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков, а именно, в снижении количества посторонних нейтронопоглощающих материалов в активной зоне и уменьшении азимутальной неравномерности плотности теплового потока подводимого к преобразователям энергии.
Для решения поставленной задачи в ядерном реакторе-преобразователе, содержащем корпус с размещенной в нем, образованной твэлами активной зоной и отражателем установленным вдоль наружной боковой поверхности корпуса в районе твэлов, причем боковая поверхность твэлов покрыта капиллярно-пористой структурой предлагается:
- ядерный реактор-преобразователь дополнительно снабдить капиллярно-пористой вставкой и блоком электрогенерирующих элементов располагающихся внутри корпуса;
- капиллярно-пористую вставку разместить в зазоре между смежными торцевыми частями активной зоны и блока электрогенерирующих элементов;
- боковую и обращенную к активной зоне торцевую поверхности электрогенерирующих элементов покрыть капиллярно-пористой структурой.
В частных случаях исполнения устройства предлагается:
- во-первых, капиллярно-пористую вставку выполнить в виде перфорированной перегородки;
- во-вторых, перфорированную перегородку выполнить в виде сотовой структуры с размером ячейки, по меньшей мере, соответствующей минимальному поперечному размеру электрогенерирующего элемента и твэла.
Технические результаты - повышение КПД ядерного реактора-преобразователя и увеличение запаса его реактивности.
Сущность изобретения поясняется фигурами чертежа, где на фигуре 1 представлено схематическое изображение ядерного реактора-преобразователя, а на фигуре 2 - поперечное сечение ядерного реактора-преобразователя по капиллярно-пористой вставке. На фигурах приняты следующие позиционные обозначения: 1 - блок коммутационных камер и коллекторов; 2 - корпус; 3 - отражатель; 4 - паровое пространство; 5 - капиллярно-пористая вставка; 6 - твэл; 7 - электрогенерирующий элемент.
Ядерный реактор-преобразователь содержит корпус 2, отражатель 3, активную зону, блок электрогенерирующих элементов 7, капиллярно-пористую вставку 5 и блок коммутационных камер и коллекторов 1.
Активная зона, образованная твэлами 6, размещена в корпусе 2. Отражатель 3 установлен вдоль наружной боковой поверхности корпуса 2 в районе твэлов 6. Боковая поверхность твэлов 6 покрыта капиллярно-пористой структурой.
Капиллярно-пористая вставка 5 и блок электрогенерирующих элементов 7 расположены внутри корпуса 2.
Капиллярно-пористая вставка 5 размещена в зазоре между смежными торцевыми частями активной зоны и блока электрогенерирующих элементов 7.
В частном случае исполнения капиллярно-пористая вставка 5 выполнена в виде перфорированной перегородки, что обеспечивает улучшение передачи конденсата теплоносителя от электрогенерирующих элементов 7 к твэлам 6. Перфорированная перегородка собрана в виде сотовой структуры с размером ячейки, по меньшей мере, соответствующей минимальному поперечному размеру электрогенерирующего элемента 7 и твэла 6. Это гарантирует протекание конденсата между капиллярными структурами твэла 6 и электрогенерирующего элемента 7.
Боковая и обращенная к активной зоне торцевая поверхности электрогенерирующих элементов (7) покрыты капиллярно-пористой структурой.
Паровое пространство 4 внутри корпуса 2 заполнено паром щелочного металла, а капиллярно-пористая вставка 5 и капиллярная структура на поверхности твэлов и электрогенерирующих элементов 7 - конденсатом пара.
Со стороны блока электрогенерирующих элементов 7 на торце корпуса 2 размещен блок коммутационных камер и коллекторов 1.
Устройство работает следующим образом.
При выводе реактора-преобразователя на энергетический уровень мощности в твэлах 6 в результате деления ядер топлива нейтронами выделяется тепло и происходит разогрев оболочек твэлов 6 до рабочей температуры 1500-1700 К. Теплоноситель, содержащийся в жидкой фазе в капиллярной структуре на поверхности твэлов 6 испаряется. Пар внутри корпуса 2 через отверстия в капиллярно-пористой вставке 5 переносится к внешним поверхностям твэлов 6, где конденсируется на капиллярной структуре. Конденсат отдает теплоту испарения, нагревая электрогенерирующие элементы 7 до температуры твэлов 6. Конденсат теплоносителя по капиллярной структуре электрогенерирующих элементов 7 перетекает к капиллярно-пористой вставке 5 и по ней поступает к твэлам 6, частично растекаясь в радиальном направлении, запитывая капиллярную структуру на поверхности твэлов 6. За счет капиллярного потенциала осуществляется согласование мощности каждого твэла 6 с количеством подводимого конденсата. Подвод теплоносителя к внутренним полостям электрогенерирующего элемента 7 через блок коммутационных камер и коллекторов теплоносителя 1 обеспечивает рабочий перепад температуры между коллекторами и эмиттерами электрогенерирующего элемента 7.
Пример конкретного исполнения устройства.
Корпус 2 выполнен из молибдена. Отражатель 3 выполнен из металлического бериллия. Твэлы 6 с топливом на основе диоксида урана, очехлованы трубкой из молибденового сплава. Внешний диаметр твэла 10 мм. Электрогенерирующие элементы 7 выполнены стержневой формы с внешним чехлом из молибденового сплава. На внешних поверхностях чехлов твелов 6 и электрогенерирующих элементов 7 нанесена сетка саржевого плетения из молибдена. Внешний диаметр электрогенерирующего элемента 7 равен 20 мм.
Капиллярно-пористая вставка 5 выполнена в виде перфорированной перегородки, которая представляет собой сотовую структуру из деформированных лент сетки саржевого плетения из молибдена соединенных между собой контактной сваркой. Диаметр сотовой ячейки 10 мм. В качестве теплоносителя применен литий.
Проведенные аналитические оценки показали, что запас реактивности предложенного ядерного реактора-преобразователя, по сравнению с наиболее близким техническим решением, выше на 3,5%.
При удельном энергосъеме с поверхности электрогенерирующего элемента 7 равном 1,4 Вт/см2 КПД предложенного ядерного реактора-преобразователя выше в 1,4 раза по сравнению наиболее близким техническим решением.
Преимущества предлагаемого ядерного реактора-преобразователя по сравнению с наиболее близким техническим решением демонстрируются в таблице.
Claims (3)
1. Ядерный реактор-преобразователь, содержащий корпус с размещенной в нем образованной твэлами активной зоной и отражатель, установленный вдоль наружной боковой поверхности корпуса в районе твэлов, причем боковая поверхность твэлов покрыта капиллярно-пористой структурой, отличающийся тем, что ядерный реактор-преобразователь дополнительно снабжен капиллярно-пористой вставкой и блоком электрогенерирующих элементов, расположенными внутри корпуса, капиллярно-пористая вставка размещена в зазоре между смежными торцевыми частями активной зоны и блока электрогенерирующих элементов, а боковая и обращенная к активной зоне поверхности электрогенерирующих элементов покрыты капиллярно-пористой структурой.
2. Ядерный реактор-преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что капиллярно-пористая вставка выполнена в виде перфорированной перегородки.
3. Ядерный реактор-преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что перфорированная перегородка выполнена в виде сотовой структуры с размером ячейки, по меньшей мере, соответствующим минимальному поперечному размеру электрогенерирующего элемента и твэла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019142025A RU2724919C1 (ru) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Реактор-преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019142025A RU2724919C1 (ru) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Реактор-преобразователь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724919C1 true RU2724919C1 (ru) | 2020-06-26 |
Family
ID=71136139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019142025A RU2724919C1 (ru) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Реактор-преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724919C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030184188A1 (en) * | 1999-03-11 | 2003-10-02 | Eneco, Inc. | Hybrid thermionic energy converter and method |
RU2347291C1 (ru) * | 2007-07-19 | 2009-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль активной зоны ядерного реактора с прямым преобразованием энергии |
RU2358341C1 (ru) * | 2008-03-06 | 2009-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
RU2364982C1 (ru) * | 2008-02-26 | 2009-08-20 | Алексей Семенович Титков | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
US20150098544A1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-04-09 | Anatoly Blanovsky | Sustainable Modular Transmutation Reactor |
WO2015134047A1 (en) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | Blacklight Power, Inc. | Photovoltaic power generation systems and methods regarding same |
RU2650885C1 (ru) * | 2017-08-03 | 2018-04-18 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского | Ядерный реактор с прямым преобразованием энергии за пределами активной зоны |
-
2019
- 2019-12-18 RU RU2019142025A patent/RU2724919C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030184188A1 (en) * | 1999-03-11 | 2003-10-02 | Eneco, Inc. | Hybrid thermionic energy converter and method |
RU2347291C1 (ru) * | 2007-07-19 | 2009-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль активной зоны ядерного реактора с прямым преобразованием энергии |
RU2364982C1 (ru) * | 2008-02-26 | 2009-08-20 | Алексей Семенович Титков | Термоэмиссионный реактор-преобразователь |
RU2358341C1 (ru) * | 2008-03-06 | 2009-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
US20150098544A1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-04-09 | Anatoly Blanovsky | Sustainable Modular Transmutation Reactor |
WO2015134047A1 (en) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | Blacklight Power, Inc. | Photovoltaic power generation systems and methods regarding same |
RU2650885C1 (ru) * | 2017-08-03 | 2018-04-18 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского | Ядерный реактор с прямым преобразованием энергии за пределами активной зоны |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2159479C2 (ru) | Термоэмиссионный ядерный реактор | |
US10692612B2 (en) | Nuclear reactor and a method of heat transfer from a core | |
US3302042A (en) | Nuclear reactor with thermionic converter | |
US4755350A (en) | Thermionic reactor module with thermal storage reservoir | |
KR101007850B1 (ko) | 히트파이프가 설치된 amtec장치 | |
KR102422211B1 (ko) | 원자로 노심 | |
KR102428565B1 (ko) | 원자로 노심 | |
CN109859859B (zh) | 一种基于钨导热的无对流换热整体模块式超小型空间反应堆堆芯 | |
KR20220079865A (ko) | 액체 금속 합금 연료 및/또는 감속체를 갖는 핵 반응기 | |
US3607631A (en) | Moderated thermionic reactor core | |
KR20210008563A (ko) | 원자력 발전 시스템의 전력 출력을 향상시키기 위한 방법 및 장치 | |
RU2650885C1 (ru) | Ядерный реактор с прямым преобразованием энергии за пределами активной зоны | |
US3211930A (en) | Thermionic energy converter | |
RU2347291C1 (ru) | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль активной зоны ядерного реактора с прямым преобразованием энергии | |
CN109958479B (zh) | 热化学储热热电子发电装置 | |
RU2724919C1 (ru) | Реактор-преобразователь | |
RU2390872C1 (ru) | Термоэмиссионный преобразователь | |
US3234412A (en) | Thermionic conversion nuclear reactor | |
CN109859861B (zh) | 一种基于碳纳米管的无冷却剂超小紧凑型空间反应堆堆芯 | |
RU2660942C1 (ru) | Активная зона ядерного реактора | |
CN114121315B (zh) | 一种脉动热管冷却反应堆热管理系统 | |
JP7374844B2 (ja) | 原子炉および原子炉の除熱方法 | |
RU2165656C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
RU2187156C2 (ru) | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль для активной зоны ядерного реактора с вынесенной термоэмиссионной системой преобразования тепловой энергии в электрическую (варианты) | |
US3558935A (en) | Gaseous-fueled nuclear reactors for electrical power production |