Плоскоцилиндрический термоэмиссионный электрогенерирующий элемент

 

Назначение: термоэмиссионное преобразование тепловой энергии в электрическую. Изобретение обеспечивает исключение коротких замыканий электродов при распухании топлива. Сущность изобретения: в топливно-эмиттерном узле в виде короткого цилиндра, боковая и одна из торцевых поверхностей которого являются эмиттером термоэмиссионного преобразователя, вторая торцевая поверхность выполнена деформируемой. Деформируемость обеспечивается утончением торцевой части оболочки или выполнении ее гофрированной. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании многоэлементных электрогенерирующих сборок (ЭГС) термоэмиссионного реактора-преобразователя.

Наиболее распространена коаксиальная схема термоэмиссионного электрогенерирующего элемента (ЭГЭ), где термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) образуют цилиндрические поверхности топливно-эмиттерного узла и цилиндрической оболочки коллектора [1] Топливо размещено внутри цилиндрической эмиттерной оболочки. При распухании топлива происходит деформация эмиттерной оболочки с уменьшением межэлектродного зазора (МЭЗ), что в пределе может привести к короткому замыканию электродов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является плоско-цилиндрический термоэмиссионный ЭГЭ, описанный в [2] Он содержит топливно-эмиттерный узел в виде короткого цилиндра, боковая и одна из торцевых поверхностей которого являются эмиттером ТЭП. Вторая торцевая поверхность подсоединена к коммутационной перемычке. Коллектор выполнен в виде цилиндра с плоским основанием.

Основным преимуществом такого типа ЭГЭ перед коаксиальной схемой является возможность обеспечения малых МЭЗ в плоской части ЭГЭ и тем самым высоких удельных электрических мощностей. Однако распухание топлива также может привести к деформации эмиттерной оболочки и короткому замыканию электродов.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение отсутствия коротких замыканий электродов при наличии распухающего топлива и тем самым повышение надежности ЭГЭ.

Указанный технический результат достигается в плоско-цилиндрическом термоэмиссионном ЭГЭ, содержащим топливно-эмиттерный узел в виде короткого цилиндра, боковая и первая торцевая поверхность которого являются эмиттером ТЭП, коллектор в виде цилиндрической оболочки с плоским основанием и коммутационную перемычку, соединяющую вторую торцевую поверхность эмиттерной оболочки с наружной стороной плоского основания коллектора соседнего элемента, в котором вторая торцевая часть эмиттерной оболочки выполнена деформируемой. Деформируемость может быть обеспечена за счет утонения этой части оболочки относительно других или выполнение ее гофрированной.

На чертеже приведена конструкционная схема плоско-цилиндрического термоэмиссионного ЭГЭ.

Плоско-цилиндрический термоэмиссионный ЭГЭ выполнен в виде топливно-эмиттерного узла с топливным сердечником 1 и эмиттерной оболочкой, в которой боковая 2 и первая торцевая 3 части являются эмиттером, а вторая торцевая часть 4 с помощью коммутационной перемычки 5 соединена с плоским основанием 6, которое вместе с цилиндрической оболочкой 7 образуют коллектор ЭГЭ. На плоской части ТЭП дистанционирование эмиттера 3 от коллектора 6 обеспечивается керамическими дистанционаторами 8. ЭГЭ имеет общую для всей ЭГС коллекторную изоляцию 9 и чехол 10, снаружи омываемой теплоносителем. Вторая торцевая часть 4 эмиттерной оболочки выполнена деформируемой, например в виде пластины с толщиной, намного меньшей толщин первой торцевой части 3 и боковой части 2. Деформируемость торцевой части 4 эмиттерной оболочки может быть обеспечена путем выполнения ее гофрированной.

Плоско-цилиндрический термоэмиссионный ЭГЭ работает следующим образом.

ЭГЭ в составе ЭГС устанавливается в активной зоне ТРП, а при экспериментальной отработке в составе петлевого канала в ячейку исследовательского ядерного реактора. При делении ядер урана в топливном сердечнике 1 выделяется тепло, которое теплопроводностью доставляется к эмиттерной оболочке 2,3 и 4. При подаче рабочего тела (пара цезия) в межэлектродные зазоры 11 и 12 коаксиальной и плоской части ТЭП происходит генерирование электроэнергии, которая с помощью коммутационной перемычки 5 передается потребителю. Непреобразованная часть тепла термодинамического цикла попадает на коллектор 6 и 7 и далее через коллекторную изоляцию 9 и чехол 10 снимается теплоносителем. В процессе деления ядер урана в сердечнике 1 происходит выделение газообразных и твердых осколков деления. В результате происходит распухание топлива 1 с увеличением его объема. Благодаря тому, что вторая торцевая часть 4 эмиттерной оболочки выполнена деформируемой, под действием распухающего топлива она деформируется, обеспечивая тем самым стабильную геометрию боковой 2 и первой торцевой 3 частей оболочки, являющихся эмиттером, и следовательно, неизменность МЭЗ 11 и 12. Уменьшение неэмиссионного зазора 13 вследствие деформации части 4 оболочки никак не сказывается на энергетических характеристиках ЭГЭ. Величина зазора 13 выбирается с учетом возможной деформации части 4 оболочки для заданного ресурса.

Таким образом, выбор одной из торцевых частей эмиттерной оболочки плоско-цилиндрического ЭГЭ деформируемой, позволяет обеспечить стабильность МЭЗ при распухающем топливе и тем самым обеспечить длительный ресурс плоско-цилиндрического ЭГЭ.

Формула изобретения

1. Плоскоцилиндрический термоэмиссионный электрогенерирующий элемент, содержащий топливно-эмиттерный узел в виде короткого цилиндра, боковая и первая торцевая поверхности которого являются эмиттером термоэмиссионного преобразователя энергии, коллектор в виде цилиндрической оболочки с плоским основанием и коммутационную перемычку, соединяющую вторую торцевую поверхность эмиттерной оболочки с наружной стороной плоского основания коллектора соседнего элемента, отличающийся тем, что вторая торцевая часть эмиттерной оболочки выполнена деформируемой.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что толщина второй торцевой части эмиттерной оболочки меньше толщины боковой и первой торцевой частей эмиттерной оболочки.

3. Элемент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что деформируемая вторая торцевая часть эмиттерной оболочки выполнена гофрируемой.

РИСУНКИ

Рисунок 1