Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и может быть использовано в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. Космическая ядерная энергетическая установка содержит ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, причем теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. Изобретение позволяет обеспечить жесткость конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Использование: в качестве источника электроснабжения космических аппаратов.

Сущность изобретения: в ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. Тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра. Теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя может быть выполнена в виде поверхности вращения, с внутренней стороны которой по образующей припаяны тепловые трубы с кольцевым коллектором, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки, либо с аналогичным холодильником-излучателем. В результате обеспечивается жесткость конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое.

(Сборник докладов Пятой Международной конференции «Ядерная энергетика в космосе», часть I, г.Подольск, Московская обл., 1999).

Недостатком такой ЯЭУ является то, что излучающая поверхность холодильника-излучателя набрана из отдельных полос металла, припаянных к тепловым трубам, что значительно усложняет устройство. Кроме того, холодильник-излучатель не может служить силовым элементом конструкции, способным воспринимать и передавать нагрузки, поэтому для этих целей требуется соответствующий конструктивный элемент, например рама.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - упрощение конструкции ЯЭУ, снижение ее массы, повышение надежности работы холодильника-излучателя, излучающая поверхность которого выполнена из единого металлического листа.

Технический результат - обеспечение жесткости конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое. Этот результат достигается тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. При этом тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра. Теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя может быть выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы с кольцевым коллектором припаяны с внутренней стороны по образующей, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки либо с аналогичным по конструкции холодильником-излучателем.

На чертеже приведена конструктивная схема ЯЭУ.

Предлагаемая ЯЭУ содержит ядерный реактор 1, радиационную защиту 2, агрегаты жидкометаллического контура 3, холодильник-излучатель 4, теплоизлучающая поверхность 5 которого выполнена из тонкостенного металлического листа. К теплоизлучающей поверхности 5 припаяны тепловые трубы 6 за исключением испарительного участка, который помещен в коллектор 7 с протекающим по нему теплоносителем. Коллектор 7 расположен со стороны тепловых труб 6 и защищен от возможного метеорного пробоя теплоизлучающей поверхностью 5. Тепловая труба 6 на участке между коллектором 7 и местом контакта с теплоизлучающей поверхностью 5 снабжена кольцевым гофром 8 для снижения возможных температурных напряжений, способных возникнуть при метеорном пробое соседней тепловой трубы. Теплоизлучающая поверхность 5 может быть выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы 6 с кольцевым коллектором 7 припаяны с внутренней стороны по образующей. Торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами 9 для стыковки с соседними агрегатами ЯЭУ или аналогичным по конструкции холодильником-излучателем.

Представленная конструкция функционирует следующим образом. Ядерный реактор 1 (реактор-преобразователь) нагревает теплоноситель, который по элементам жидкометаллического контура 3 попадает в холодильник-излучатель 4, в котором происходит сброс в космическое пространство не преобразованного в электричество тепла. Радиационная защита 2 обеспечивает экранирование холодильника-излучателя 4 и КА от ионизирующего излучения.

Выполнение теплоизлучающей поверхности 5 в виде цельного металлического листа значительно упрощает конструкцию и снижает ее массу.

Вместе с тем в процессе функционирования ЯЭУ при нагретом холодильнике-излучателе 4 выход из строя тепловой трубы, например, в результате метеорного пробоя и падения на этом участке теплоизлучающей поверхности 5 температуры создаст условия для возникновения температурных напряжений в заделке тепловых труб 6 в коллектор 7 и опасность его разгерметизации. Однако из-за малой длины участка между коллектором 7 и местом припайки тепловой трубы 6 к теплоизлучающей поверхности 5, а также наличия в нем кольцевого гофра 8 температурные напряжения в стыке между тепловой трубой 6 и коллектором 7 резко снижаются.

Холодильник-излучатель 4, в котором теплоизлучающая поверхность 5 выполнена в виде поверхности вращения с припаянными по образующим тепловыми трубами 6 и размещенными по торцам фланцами 9, представляет собой жесткую конструкцию, способную воспринимать нагрузки, возникающие при выводе на орбиту ЯЭУ. При этом кольцевой коллектор 7 с протекающим по нему теплоносителем и размещенным в нем испарительными участками тепловых труб 6 защищен от метеорного пробоя излучающей поверхностью 5.

1. Космическая ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, отличающаяся тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы, за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем.

2. Космическая ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра.

3. Космическая ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы с кольцевым коллектором припаяны с внутренней стороны по образующей, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки либо с аналогичным холодильником-излучателем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в качестве источника электропитания в составе космической ядерной энергетической установки.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую термоэмиссионным способом. .

Изобретение относится к космической технике и атомной энергетике и может быть использовано при разработке и эксплуатации космических энергетических и двигательных установок.

Изобретение относится к атомной энергетике и космической технике и может быть использовано при создании космических энергетических и двигательных установок для решения двух задач: для доставки космических аппаратов (КА) на орбиту и последующего энергообеспечения аппаратуры КА.

Изобретение относится к энергетике с термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) преимущественно космического назначения.

Изобретение относится к атомной энергетике, к созданию и наземной отработке твэлов, в частности электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), термоэмиссионная сборка которых называется электрогенерирующим каналом (ЭГК).

Изобретение относится к атомной энергетике, к созданию и наземной отработке твэлов, в частности электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), термоэмиссионная сборка которых называется электрогенерирующим каналом (ЭГК).

Изобретение относится к атомной энергетике и космической технике и может быть использовано при создании преимущественно космических ядерных энергоустановок. .

Изобретение относится к атомной энергетике и космической технике и может быть использовано при создании космических энергетических и двигательных установок. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в стационарной, транспортабельной и транспортных установках как автономно, так и в составе других энергетических установок, как с совпадающими параметрами рабочих тел, так и несовпадающими параметрами пара, причем позволяет расширить применение комбинированных установок малой, средней и большой мощности

Изобретение относится к конструкциям космического аппарата с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ)

Изобретение относится термоэлектрическим преобразователям энергии. Сущность: преобразователь энергии содержит теплособирающую поверхность, n- и р-выводы, сформированные из термоэлектрических материалов n- и р-типа соответственно, каждый из которых расположен в тепловой связи с указанной теплособирающей поверхностью, параллельные электрические шины, электрически соединенные с n- и р-выводами, и корпус. Корпус электрически разъединен с указанными шинами и удерживает теплособирающую поверхность на заданном расстоянии от тепловой трубы. Технический результат - возможность выдерживания стартовых нагрузок и приспосабливание к температурному расширению во время запуска реактора с тепловыми трубами. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам на базе охлаждаемого реактора с тепловыми трубами. Устройство для термоэлектрического преобразования энергии содержит активную зону реактора, выступ и защитный блок, расположенный с обеспечением опоры между активной зоной реактора и выступом, тепловую трубу, термоэлектрический преобразователь энергии, стойки, соединенные с тепловой трубой, и шарнирные петлевые соединения, выполненные с обеспечением соединения стоек с выступом с возможностью поворота. Тепловая труба расположена в тепловой связи с активной зоной реактора. Термоэлектрический преобразователь энергии выполнен с возможностью соединения с тепловой трубой. Стойки выполнены с обеспечением опоры на противоположных концах преобразователя энергии. По меньшей мере одно из шарнирных петлевых соединений является подпружиненным. Технический результат - повышенная устойчивость к стартовым нагрузкам и температурному расширению тепловой трубы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ядерным термоэлектрическим установкам. Для достижения этого результата предложена подводная ядерная термоэлектрическая установка, содержащая расположенные в газоплотной защитной оболочке легководный ядерный реактор и блоки термоэлектрические (БТЭ), равномерно расположенные вокруг реактора и состоящие из корпуса с размещенными в нем термоэлектрическими модулями, при этом корпус в нижней и верхней частях имеет патрубки входа охлаждающей воды и патрубок выхода охлаждающей воды, а корпус ядерного реактора соединен напорными и сливными коллекторами теплоносителя с коллекторами раздачи и сбора теплоносителя термоэлектрических модулей. Газоплотная защитная оболочка может быть выполнена сферической и составной, а термоэлектрические модули выполнены в виде трубки Фильда. Технический результат - уменьшение тепловых потерь, снижение температурных перепадов конструктивных элементов, исключение коррозионного воздействия морской воды на корпус реактора, создание дополнительного барьера для локализации последствий аварийных ситуаций. 6 ил.

Изобретение относится к космическим энергодвигательным установкам мегаваттного класса. Двухрежимная ядерно-энергетическая установка (ЯЭУ) транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) содержит термоэмиссионный реактор-преобразователь (ТРП). Активная зона набрана из электрогенерирующих сборок (ЭГС) последовательно соединенных электрогенерирующих элементов (ЭГЭ). АЗ набрана из N одинаковых по конструкции ЭГС, где N≥19, состоящих из n последовательно соединенных ЭГЭ, где n≥5. Все ЭГЭ в АЗ разбиты на три группы: центральную, среднюю и периферийную, где центральная группа ЭГЭ, расположенных в центральной части АЗ, окружена ЭГЭ из средней группы, а периферийная группа расположена на периферии АЗ у отражателя нейтронов. Твэлы ЭГЭ из средней группы заполнены ТМ на основе изотопов с более высоким коэффициентом воспроизводства нейтронов, чем твэлы ЭГЭ из центральной и периферийной групп, 233U и 235U соответственно. Технический результат - увеличение запаса реактивности ТРП, повышение КПД ЯЭУ. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании энергетических и двигательных установок для решения двух задач: для доставки космических аппаратов (КА) на орбиту и последующего длительного энергообеспечения аппаратуры КА. Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля содержит термоэмиссионный реактор-преобразователь (ТРП), включающий активную зону (АЗ) и отражатель нейтронов. АЗ набрана из двух групп электрогенерирующих сборок последовательно соединенных электрогенерирующих элементов (ЭГЭ) - центральных и периферийных. Центральная группа ЭГС набрана с ресурсом работы, равным или более суммы времени работы потребителей транспортного режима и потребителей энергетического режима длительного энергоснабжения. Дополнительно в АЗ, в ее среднюю часть, введена средняя группа ЭГС с равномерно расположенными бустерными твэлами (БТ). ЭГЭ содержат равное объемное содержание топливного материала (ТМ) на основе UO2, не превышающее в исходном состоянии 60% теоретически плотного. Технический результат - увеличение запаса надкритичности ТРП (Кэф) с уменьшением его массогабаритных характеристик. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх