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.

Изобретение относится к активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя ядерной энергетической установки. Заявленная активная зона содержит электрогенерирующие каналы, объединенные в шестигранные пучки, которые установлены с относительным смещением. Величина смещения в миллиметрах определена по формуле: ,где S1 - шаг установки пучка электрогенерирующих каналов по правильной треугольной решетке, мм; S2 - шаг установки электрогенерирующего канала в пучке, мм; n - количество рядов электрогенерирующих каналов в пучке, включая центральный, а угол направления относительного смещения определен по формуле: ,где S1 - шаг установки пучка по правильной треугольной решетке, мм; S2 - шаг установки электрогенерирующих каналов в пучке, мм; n - количество рядов электрогенерирующих каналов в пучке, включая центральный. Техническим результатом является исключение локальной неравномерности расхода теплоносителя, проходящего через активную зону, выравнивание ее гидравлического профиля путем обеспечения постоянства площадей каналов для прохода теплоносителя по всему сечению активной зоны, а также повышение эффективного коэффициента размножения нейтронов за счет уменьшения паразитного поглощения нейтронов путем снижения количества конструкционного материала в активной зоне. 1 ил.

Изобретение относится к системе аварийного отвода энерговыделений активной зоны реактора на быстрых нейтронах. Заявленная система содержит контур воздушного теплообменника, внутренний нижний теплообменник которого расположен непосредственно в активной зоне реактора, а наружный внешний теплообменник - в воздушном вытяжном канале за пределами гермооболочки. При этом теплообменники и трубопроводы, их соединяющие, заполнены жидким натрием, а в разрыв одного из трубопроводов внешнего теплообменника включен магнитогидродинамический насос, подсоединенный к дополнительно установленному в активной зоне реактора термопреобразователю. Внешний приемник избыточной тепловой энергии, в котором установлен наружный теплообменник, может быть выполнен из вентилируемого канала, соединенного с вытяжной трубой станции, или в виде дополнительного теплообменника, подключенного к трубопроводу наружного теплообменника. Техническим результатом является повышение надежности за счет обеспечения непрерывного режима работы по отводу энерговыделений из активной зоны реактора независимо от состояния и работы существующей активной системы отвода избыточной тепловой энергии от реактора, а также при полных отключениях основного и резервного источников электроэнергии атомной станции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам. Предложена малогабаритная ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с подводящими и отводящими трубопроводами, с вынесенными за радиационную защиту органами регулирования и ядерной безопасности и преобразователь энергии, находящаяся в погруженном в грунт контейнере. Ядерный реактор находится автономно в герметичной ампуле, помещенной в нижней части вертикально расположенного в грунте контейнера, который сверху закрыт защитной пробкой, в состав которой входят чередующиеся слои гранулированного нейтронопоглощающего материала, например гидрида титана, и диски из стали, а сам контейнер подвешен на силовой конструкции, опирающейся на фундамент, выполненный на удалении от шахты контейнера, вокруг которого сформирован профилированный защитный пояс из бетона, а преобразователь энергии размещен отдельно от реактора в герметичном контейнере и соединен с ним трубопроводами. Изобретение позволяет повысить технологичность процесса утилизации реактора после окончания его функционирования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и может быть использовано в качестве источников электрической энергии космических аппаратов

Наверх