| 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 RU2030018
Термоемісійного РЕАКТОР-ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Ім'я винахідника: Титков Олексій Семенович
Ім'я патентовласника: Титков Олексій Семенович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.02.10
Винахід відноситься до пристроїв прямого перетворення теплової енергії в електричну термоемісіонним способом. Суть винаходу: корпус термоемісійного реактора перетворювача заповнений парами цезію, електрогенеруючі елементи виконані плоскими з оболонкою емітера швелерної форми і колекторами, встановленими еквідистантно бічним робочих поверхонь емітера. Система охолодження колекторів виконана у вигляді двох порожнистих торцевих дисків, з'єднаних порожніми коммутирующими пластинами, на яких закріплені колектори, а провідники, що з'єднують елементи, виконані з гофрованих стрічок.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до пристроїв прямого перетворення теплової енергії в електричну термоемісійним способом.
Відомо, що термоемісійний перетворювач теплової енергії в електричну (ТЕП) є джерелом електричної енергії з низькою напругою і високою щільністю струму. Така властивість ТЕП робить принципово важливим питання про джоулева втрати електричної потужності на електродах ТЕП. З метою зменшення цих втрат і збільшення вихідної напруги на клемах термоемісійних пристроїв (ТЕУ), останні складаються з безлічі ТЕП кінцевих розмірів, з'єднаних між собою послідовно.
У більшості відомих конструкцій термоемісійного реактора-перетворювача (ТРП), в якому тепло від ядерного палива перетворюється в електричну енергію за допомогою ТЕП, останні мають циліндричну геометрію електродів. У еміттерную оболонку такого ТЕП поміщають ядерне паливо. ТЕП в сукупності з ядерним паливом називають електрогенеруючих елементом (ЕГЕ). Найбільшого поширення набули конструкції ТРП, в яких ЕГЕ з'єднані послідовно у вигляді гірлянди. Довжина гірлянди, тобто електрогенеруючих канал (ЕГК), відповідає довжині активної зони реактора.
Основними недоліками таких конструкцій є
складність відпрацювання ЕГК і всієї конструкції ТРП в цілому в лабораторних умовах з електричним і, що імітує тепло від ядерного палива, що веде до подовження термінів відпрацювання і створення ТРП, а й до їх істотного подорожчання, так як підготовка, проведення та аналіз результатів випробувань в реакторних умовах займають значно більше часу і коштують значно дорожче ніж в лабораторних;
мала об'ємна частка ядерного палива, що веде до збільшення критичної завантаження;
відносно великі втрати теплової та електричної потужності на електродах ЕГЕ, які пов'язані в основному з джоулева втратами електричної потужності і нерівномірністю розподілу температури уздовж емітерної оболонки ЕГЕ; ця нерівномірність в значній мірі пов'язана з теплоотводом по комутаційної перемичці, що з'єднує катод з колектором і приварюється до торця емітера, а й відведенням тепла по дістанціонаторам.
Відомий термоемісійний реактор-перетворювач, що містить герметичний циліндричний корпус у вигляді обичайки, першого і другого фланців, в якому розміщені послідовно з'єднані коммутирующими провідниками ЕГЕ, виконані у вигляді протяжних емітерів, заповнених ядерним паливом, і колекторів, встановлених з Міжелектродні зазорами, заповненими парами цезію, і систему охолодження. У даній конструкції ТРП довжина ЕГЕ порівнянна з довжиною активної зони реактора. У цій конструкції ЕГК складається з одного ЕГЕ і тому його називають одноелементна ЕГК. У ТРП з одноелементними ЕГК їх послідовне з'єднання відбувається поза активної зони. Однак істотний недолік цієї конструкції полягає в великих джоулева втрати на електродах ЕГЕ при збільшених щільності струму. Тому така конструкція може працювати тільки при малих щільності струму, а отже, при малих питомих електричних потужностях і малих ККД (1-2 Вт / см 2 і 5-7% відповідно).
Технічним результатом є збільшення вихідної потужності і ККД ТРП за рахунок зменшення втрат теплової та електричної потужності на електродах ЕГЕ.
Для досягнення зазначеного технічного результату у відомому термоемісійного реакторі-перетворювачі корпус виконаний з електроізолюючими обечайкой і заповнений парами цезію, а ЕГЕ виконані плоскими з оболонками емітерів швелерної форми, розташованих рядами, розділеними плоскими пластинами, на яких на електроізолюючих шарах жорстко закріплені плоскі колектори еквідистантно бічним робочим поверхнях оболонок емітерів, при цьому система охолодження колекторів виконана у вигляді порожнини в першому фланці, порожнини, розділеною на вхідну і вихідну частини, виконаної в додатковому фланці, встановленому поза корпусу перед другим фланцем, і з'єднаної з теплообмінником і комутуючих порожнин, виконаних в плоских пластинах , а коммутирующие провідники виконані у вигляді гофрованих ліній з чергуванням ділянок для закріплення уздовж оболонок емітерів і вільних ділянок, розташованих між гофрами з ортогональними відростками для з'єднання з колекторами.
Тепловий контур, призначений для виносу тепла, що виділяється на колекторах, виконаний таким чином, щоб завершальній операцією складання ТРП була установка циліндричної обичайки корпусу і його герметизація.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
На фіг. 1 схематично зображено ТРП загальний вигляд; на фіг. 2, 3 і 4 перетину А-А, Б-Б і В-В на фіг. 1 відповідно; на фіг. 5 - коммутирующий провідник; на фіг. 6 - вольтамперні характеристики.
ТРП містить циліндричну обечайку 1 корпусу; перший і другий фланці 2, додатковий фланець 3, плоскопараллельную пластину 4, теплообмінник 5, порожнину 6 для прокачування теплоносія, ізолюючий шар 7, колектор 8, емітер 9, коммутирующий провідник 10. Крім того, позиціями 11 і 2 показані ядерне паливо і введення парів цезію відповідно (див. фіг. 2). ТРП і містить міжелектродний зазор 13 і дістанціонатор 14 (див. Фіг. 3). На фіг. 5 показані місце 15 для кріплення на емітерний оболонці; гофр 16, відросток 17 для з'єднання з колектором, електричні клеми 18.
Приклад. На фіг. 6 наведені вольтамперні характеристики (ВАХ) ТЕП, отримані експериментально в лабораторному приладі ТЕП з плоскою геометрією електродів, в якому емітером служить грань (110) монокристала вольфраму, а колектор виготовлений з молібдену. Міжелектродний зазор 0,25 мм. ВАХ отримані при температурі емітера Т Е = 1 900 К; температура цезієвого резервуара Т Р = 600 К; температура колектора Т С = 1 1000 К, 2-1200 К.
Розрахунки електричної потужності і ККД на виході ЕГЕ проводять виходячи з цих ВАХ за умови изотермичности електродних поверхонь ТЕП на основі наступних формул:
W в = j (VV E -V c); (1) 
в = 
де W b і b - відповідно питома потужність і ККД на виході ЕГЕ;
j і V - відповідно щільність струму і напруга, що виробляються ТЕП на електродах;
V E і V C - відповідно втрати напруги на емітерний і колекторної оболонках;
q * с - ефективна теплота конденсації електронів на колекторі;
q z - щільність теплового потоку на колектор, пов'язаного з випромінюванням емітера;
q cs - щільність теплового потоку на колектор, пов'язаного з теплопровідністю парів цезію.
Втрати напруги на електродах визначаються за формулою
V п = 
h 
j 
(Lx) dx = 1/2 I повн R повн (3) де L і h - відповідно лінійні розміри електродів в напрямку протікання струму і в напрямку, перпендикулярному до нього; 
- Питомий опір матеріалу електрода;
S - площа поперечного перерізу оболонки електрода в напрямку струму;
I повн і R повн - відповідно повний струм, що проходить через ЕГЕ, і повний опір електрода в напрямку протікання струму.
Для розрахунків дані по q z; q cs і взяті відповідно з відомих рішень, а значення q * c, отримані в експерименті, для Т С = 1000 К і 1200 К відповідно рівні 1.92 і 2.15 еВ.
Для розрахунку електричної потужності на виході ЕГЕ одноелементна ЕГК геометричні розміри були взяті з відомого рішення, а саме довжина L = 200 мм; діаметр 14 мм; товщина емітерної оболонки 1 мм, а ніобієві колектора 1,5 мм. Розрахунок для Т С = 1000 К дає W b max = 2,2 Вт / см 2 і переваги пропонованої конструкції, як видно з результатів розрахунків, наведених нижче, незаперечні. Більш цікавим є порівняння з ЕГК гірляндного типу. Типові середні розміри ЕГЕ і ЕГК гірляндного типу наступні: L = 40 мм; діаметр 10 мм; товщина оболонки емітера 0,5 мм і товщина колектора 0,4 мм.
Геометричні розміри ЕГЕ в запропонованій конструкції взяті такі: ширина 12 мм; товщина емітерної оболонки 1,5 мм; товщина ніобієві колектора 1 мм. Довжина ЕГЕ в пропонованій конструкції на вихідну потужність не впливає. Тому її можна взяти довільною.
Результати розрахунків зведені в табл. 1 і 2 ЕГЕ і ЕГК гірляндного типу і ЕГЕ з плоскими протяжними електродами відповідно.
 |
З наведених у табл. 1 і 2 даних видно, що і з точки зору вихідних електричних параметрів пропонована конструкція ТРП має перевагу перед ТРП гірляндного типу. Якщо врахувати, що в ЕГЕ ЕГК гірляндного типу є сильна неізотермічних емітера через відсмоктування тепла по комутуючу провіднику, привареного до його торця, а емітер ЕГЕ в запропонованій конструкції позбавлений цього недоліку, так як коммутирующий провідник розподілений уздовж всього емітера і приварюється в місцях з підвищеною температурою, то вищевказане перевага ще більш посилюється. |
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Термоемісійного РЕАКТОР-ПЕРЕТВОРЮВАЧ, що містить герметичний циліндричний корпус у вигляді обичайки і першого і другого фланців, в якому розміщені послідовно з'єднані коммутирующими провідниками електрогенеруючі елементи, виконані у вигляді протяжних емітерів, оболонки яких заповнені ядерним паливом, і колекторів, встановлених з Міжелектродні зазорами, заповненими парами цезію, і систему охолодження колекторів, що відрізняється тим, що обичайка виконана електроізолюючими і заповнена парами цезію, а електрогенеруючі елементи виконані плоскими з оболонками емітерів швелерної форми, розташованих рядами, розділеними плоскими пластинами, на яких на електроізолюючих шарах жорстко закріплені плоскі колектори еквідистантно бічним робочих поверхонь оболонок емітерів, при цьому система охолодження колекторів виконана у вигляді порожнини в першому фланці порожнини, розділеною на вхідну і вихідну частини, виконаної в додатковому фланці, встановленому поза корпусу перед другим фланцем, і з'єднаної з теплообмінником, і комутуючих порожнин, виконаних в плоских пластинах, а коммутирующие провідники виконані у вигляді гофрованих стрічок з чергуванням ділянок для закріплення уздовж оболонок емітерів і вільних ділянок, розташованих між гофрами з ортогональними відростками для з'єднання з колекторами.
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.