| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2102813
БАГАТОЕЛЕМЕНТНИЙ електрогенеруючих КАНАЛ
Ім'я винахідника: Миколаїв Ю.В .; Лапочкін Н.В.
Ім'я патентовласника: Відділення Науково-технічний центр "Джерела струму" Науково-дослідного інституту Науково-виробничого об'єднання "Луч"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.12.30
Призначення: винахід відноситься до області прямого перетворення теплової енергії в електричну, а більш конкретно, до конструкції електрогенеруючого каналу (ЕГК) термоемісіонного реактора-перетворювача. Суть винаходу: ЕГК містить послідовно з'єднані електрогенеруючі елементи з внутрішнім розташуванням палива, укладені в герметичну оболонку, комутаційні перехідники, що з'єднують емітери з колекторами сусідніх електрогенеруючих елементів, всередині комутаційних перехідників виконані канали, що з'єднують порожнини межелектродного зазору і тепловиділяючого елемента, а між сусідніми колекторами встановлені металокерамічний вузол (МКУ), одна з манжет якого з'єднана з колектором, а інша - з комутаційним переходником, в останньому виконаний додатковий канал, що з'єднує канали в колекторах. ЕКГ містить електричну ізоляцію на внутрішній і зовнішній поверхні герметичної оболонки, торцеві відбивачі нейтронів і розташований, по крайней мере, з одного кінця електрогенеруючого каналу МКУ, при цьому ізолятор МКУ, розташований в кінці електрогенеруючого каналу, і торцевої відбивач пов'язані один з одним так, що їх поверхні, що сполучаються розташовані всередині торцевого відбивача і щільно з'єднані між собою, а розташовані співвісно отвору утворюють прохід для пари цезію. Така конструкція дозволяє підвищити надійність і працездатність без збільшення його габаритних розмірів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області прямого перетворення теплової енергії в електричну, а більш конкретно, до конструкції електрогенеруючого каналу (ЕГК) термоемісійного реактора-перетворювача.
Конструкція ЕГК відрізняється: геометричною конфігурацією, застосуванням тих чи інших матеріалів в якості катода або анода, використанням конструктивних вузлів, величинами міжелектродних зазорів, наявністю або відсутністю емітерної ізоляції, роботою колекторної ізоляції в парах або поза парів цезію, способом підведення і відведення і т.д . Конструктивні схеми ЕГК, а й відповідний вибір матеріалів для його виготовлення багато в чому визначається тим типом реактора, в якому вони будуть використані. Відповідно до цього в даному винаході розглядається багатоелементний ЕГК з циліндричними емітерами і з внутрішнім розташуванням ядерного палива, електрогенеруючі елементи скоммутіровани в послідовні ланцюги.
Відомий електрогенеруючих канал, що складається з послідовно з'єднаних циліндричних електрогенеруючих елементів, в яких розташовані уздовж осі емітери з'єднані з колекторами сусідніх елементів, а емітери ізольовані один від одного. Токос'ем здійснюється з катода одного і анода іншого, крайнього елемента збірки. Емітерний вузли включають в себе циліндричні сердечники з високотемпературного ядерного пального, поміщені в оболонку з конструкційного матеріалу, що є одночасно і емітером. Колекторний вузол, який працює при 325-1025 o C являє собою набір металевих трубок, відокремлених один від одного ізоляторами і розташованих каоксіально з емітерами через зазор, заповнений парами цезію. Щоб уникнути замикання колекторів через теплоносій на їх зовнішню поверхню наноситься тонкий шар електроізоляції. Весь канал поміщений в металеву оболонку, безпосередньо контактує з теплоносієм [1]
Така конструкція, що складається з декількох елементарних анодів, катодів і ізоляторів, недовговічна, крихка і потребує відповідного догляду, особливо при складанні.
Відомий багатоелементний електрогенеруючих канал, в якому електрогенеруючі елементи з'єднані послідовно, складаються з трубчастих концентрично розташованих емітерів і колекторів, розділених між собою цезієвим межелектродним зазором. Електрогенеруючі елементи відокремлені один від одного герметичними ущільненнями, які забезпечують їх механічне та електричне поділ. Усередині емітера поміщено ядерне паливо, яке має внутрішню порожнину для виходу газоподібних продуктів поділу (ГПД). Міжелектродний зазор, заповнений парами цезію, визначає відстань між емітером і колектором. Цей зазор забезпечений вакуумплотной металокерамічним вузлом. Емітер зафіксований як в осьовому, так і в радіальному напрямках. Для підтримки в міжелектродному зазорі всіх електрогенеруючих елементів постійного та однакового тиску парів цезію виконані сполучені між собою канали [2]
До недоліків даної конструкції можна віднести: розпухання палива, що приводить до Закорочування ЕГК, ймовірність пробою межелементних ізоляції в парах цезію.
Відомий і багатоелементний електрогенеруючих канал, що містить послідовно з'єднані електрогенеруючі елементи з внутрішнім розташуванням тепловиділяючих елементів, укладені в герметичну оболонку.
Конструкція електрогенеруючого елемента типова і складається з циліндричного емітера з ядерним паливом всередині і циліндричного колектора. У зазорі під низьким тиском знаходяться пари цезію. Як матеріал емітера застосовують W, Re, Ni. Колектор виготовляють з молібдену, танталу, цирконію. Кожен елемент електрично ізольований від суміжного елемента за допомогою комутаційного перехідника, виконаного з Al 2 O 3 або високочистих BeO, ThO, Y 2 O 3. На кінцях каналу встановлені торцеві відбивачі і металокерамічний вузол введення парів цезію і виходу газоподібних продуктів поділу [3]
Недоліком даного ЕГК є його знижена надійність з точки зору стабільності вихідних енергетичних характеристик, за рахунок того, що виходять з тепловиділяючого елемента паливо або окремі компоненти складних паливних композицій, а й деякі продукти ділення, потрапляючи в МЕЗ, можуть чинити істотний вплив на поверхневі властивості електродів , наприклад, роботу виходу, ступінь чорноти, а й утворювати на колекторі шар з підвищеним електричним опором.
Завданням авторів є створення ЕГК підвищеної надійності і працездатності без збільшення його габаритних розмірів. Для цього авторами запропонована конструкція багатоелементного електрогенеруючого каналу.
Канал містить послідовно з'єднані електрогенеруючі елементи (еге) з внутрішнім розташуванням палива, укладені в герметичну оболонку, комутаційні перехідники, що з'єднують емітери з колекторами сусідніх електрогенеруючих елементів, електричну ізоляцію на внутрішній і зовнішній поверхні герметичної оболонки, торцеві відбивачі нейтронів, і розташований, принаймні , з одного кінця ЕГК металокерамічний вузол (МКУ) введення парів цезію. Відмінністю в конструкції є те, що всередині комутаційних перехідників і пов'язаних з ним колекторів електрогенеруючих елементів виконані канали, що з'єднують порожнини межелектродного зазору і тепловиділяючого елемента, а між сусідніми колекторами встановлений металокерамічний вузол, одна з манжет якого з'єднана з колектором, а інша з комутаційним переходником, в останньому виконаний додатковий канал, що з'єднує канали в колекторах, при цьому ізолятор металокерамічного вузла, розташований в кінці ЕГК, і торцевої відбивач пов'язані один з одним так, що їх поверхні, що сполучаються розташовані всередині торцевого відбивача і щільно з'єднані між собою, а розташовані співвісно отвору утворюють прохід для пари цезію. Металокерамічні вузли, розташовані між сусідніми колекторами, виконані у вигляді каксіальних гермовводи. Ізолятор металокерамічного вузла і відбивачі нейтронів виконані з Al 2 O 3 і / або BeO.
Виконання каналів, що з'єднують порожнини МЕЗ і твела, всередині комутаційних перехідників і колекторів сприяє підвищенню надійності ЕГК по параметру стабільності вихідних енергетичних характеристик за рахунок обмеження виносу в МЕЗ з порожнини ТВЕЛ палива і інших компонентів, які суттєво впливають на поверхневі властивості електродів. Введення МКУ, встановленого між сусідніми колекторами, одна з манжет якого з'єднана з колектором, а інша з комутаційним переходником, в якому виконаний додатковий канал, що з'єднує тракти в колекторах, і сприяє обмеженню виносу в МЕЗ з порожнини ТВЕЛ паливних компонентів і продуктів тиску, що мають значну тиск насичених парів при температурі колектора 700 o C до рівня, що не впливає істотно на стабільність характеристик ЕГК. Єдиний тракт виведення продуктів поділу, утворений в трактах колектора, повідомляється з порожниною МЕЗ через кінцеві ділянки ЕГК, що мають температуру значно нижче, ніж характерна температура колектора (700 o C), що дозволяє ефективно осаджувати летючі паливні компоненти і продукти поділу. Виконання кінцевих частин ізолятора МКУ і найближчого відбивача сполученими один з одним таким чином, що їх поверхні, що сполучаються щільно з'єднані між собою, а отвори розташовані співвісно з утворенням єдиного проходу для парів цезію підвищує експлуатаційну надійність і працездатність ЕГК за рахунок істотного збільшення цезієвого розрядного проміжку в ізоляції МКУ введення парів цезію без зміни габаритних розмірів ЕГК.
Сутність запропонованого технічного рішення ілюструється кресленнями, де
 |
 |
 |
 |
 |
На фіг.1 і 2 початок і продовження загального вигляду, на фіг.3 в більшому масштабі розріз по кінцевій частині ЕГК з показом металокерамічного ущільнення між сусідніми колекторами з утворенням єдиної тракту виведення ГПД, на фіг. 4 варіант виконання ізолятора МКУ і відбивача з одного керамічного матеріалу, на фіг.5 варіант виконання ізолятора і відбивача з різних керамічних матеріалів. |
Даний ЕГК є збіркою з послідовно з'єднаними електрогенеруючими елементами. Він складається з тришарового колекторного пакета 1, два металокерамічних шару якого (шар з колекторів ЕГК 2 і охоронний 3 електроізольовані один від одного двома керамічними шарами) шар ізоляції 4 і шар ізоляції 5 і декількох, розміщених всередині колекторного пакета з межелектродним зазором емітерів 6 з ув'язненими всередині них тепловидільними елементами 7. Комутаційні перехідники 8 з'єднують емітери з колекторами сусідніх ЕГЕ.
Дистанціювання вільного кінця емітерів 6 здійснюється дістанціонаторамі 9. По кінцях ЕГК розташовані токовиводи 10, 11 з розміщеними всередині них торцевими відбивачами і металокерамічні вузли 12, 13, 14, що формують порожнину робочого тіла ЕГК. Через металокерамічний вузол 13, що сполучається з загальним або індивідуальним джерелом робочого тіла відбувається напуск парів робочого тіла (цезію) в ЕГК. Усередині комутаційних перехідників і колекторів виконані канали А, Б виведення ГПД з порожнини тепловиділяючого елемента. Між сусідніми колекторами встановлені металокерамічні вузли 15, виконані, наприклад, у вигляді коаксіальних гермовводи. Одна з манжет МКУ 16 з'єднана з колектором, а інша 17 з комутаційним переходником 8. В останньому виконаний додатковий канал В, що з'єднує тракти в колекторах. За допомогою металокерамічних вузлів і каналів в комутаційних перехідниках канали Б в колекторах утворюють єдиний тракт, з'єднана з порожниною межелектродного зазору на кінцевих ділянках ЕГК. Торцевої відбивач 18 в пропонованому варіанті пов'язаний з металокерамічним вузлом 12, що складається з ізолятора у вигляді керамічного стрижня 19 з наскрізним осьовим отвором і двох герметично з'єднаних з ним металевих манжет 20, 21 і виконані, наприклад, з одного керамічного матеріалу. Металокерамічні шари 2, 3 колекторного пакета виконані з ніобієві сплаву, керамічні шари 4, 5 з окису алюмінію або оксиду ітрію, емітери 6 з вольфраму або його сплавів, ТВЕЛ 7 з паливних композицій на основі урану. Комутаційні перехідники 8 і токовиводи 10, 11 виконані з ніобію або молібдену, дістанціонатори 9 з окису скандію, ізолятори металокерамічних вузлів з окису алюмінію, їх манжети з ніобію. З'єднання в ЕГК виконані електронно-променевої зварюванням або високотемпературної пайкою.
Робота ЕГК відбувається наступним чином. У процесі ядерних реакцій в тепловиділяючих елементах виділяється теплова енергія, частина якої перетворюється в електричну за відомими законами термоеміссіі, а інша частина знімається з колекторного пакета теплоносієм. Міжелектродний зазор ЕГК заповнений парами робочого тіла (цезію), що надходять через металокерамічний вузол. В процесі роботи летючі паливні компоненти і продукти поділу виводяться з тепловиділяючих елементів через канали А в комутаційних перехідниках в єдиний тракт, утворений каналами в колекторах Б, металокерамічними вузлами 15 і додатковими каналами В в комутаційних перехідниках. Єдиний тракт повідомляється з порожниною МЕЗ на кінцевих ділянках ЕГК. Так як названі ділянки мають температуру нижчу, ніж температура колектора, вони ефективно вловлюють летючі компоненти палива і продукти поділу, що не були обложені в тракті при більш високій температурі. Введення парів цезію у внутрішню порожнину ЕГК із загального цезієвого колектора реактора через наскрізні осьові отвори в ізоляторі гермовводи і відбивачі дозволило істотно збільшити цезієвий розрядний проміжок в ізоляції гермовводи введення парів цезію і, як наслідок, підвищити його електричну міцність без зміни габаритних розмірів ЕГК. В результаті цього істотно знижується ймовірність виникнення в гермовводи електричних розрядів і підвищується експлуатаційна надійність і працездатність ЕГК. Було виготовлено і пройшли випробування ЕГК подібної конструкції. Випробування продемонстрували стабільність вихідних характеристик ЕГК.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Багатоелементний електрогенеруючих канал, що містить послідовно з'єднані електрогенеруючі елементи з внутрішнім розташуванням тепловиділяючих елементів, укладені в герметичну оболонку, комутаційні перехідники, що з'єднують емітери з колекторами сусідніх електрогенеруючих елементів, електричну ізоляцію на внутрішній і зовнішній поверхні герметичної оболонки, торцеві відбивачі нейтронів, і розташований по принаймні з одного кінця електрогенеруючого каналу металокерамічний вузол введення парів цезію, що відрізняється тим, що всередині комутаційних перехідників і пов'язаних з ними колекторів електрогенеруючих елементів виконані канали, що з'єднують порожнини межелектродного зазору і тепловиділяючого елемента, а між сусідніми колекторами встановлений металокерамічний вузол, одна з манжет якого з'єднана з колектором, а інша з комутаційним переходником, в останньому виконаний додатковий канал, що з'єднує канали в колекторах, при цьому ізолятор металокерамічного вузла, розташований в кінці електрогенеруючого каналу, і торцевої відбивач пов'язані один з одним так, що їх поверхні, що сполучаються розташовані всередині торцевого відбивача і щільно з'єднані між собою, а розташовані співвісно отвору утворюють прохід для пари цезію.
2. Канал по п.1, що відрізняється тим, що металокерамічні вузли, розташовані між сусідніми колекторами, виконані у вигляді коаксіальних гермовводи.
3. Канал по пп.1 і 2, що відрізняється тим, що ізолятор металокерамічного вузла і відбивачі нейтронів виконані з Al 2 O 3 і / або BeO.
Версія для друку
Дата публікації 13.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.