ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИЙ КАНАЛ РЕАКТОРА ТЕРМОЭМИССИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в ядерных термоэмиссионных реакторах преобразователях.

Инженерные аспекты создания электрогенерирующих каналов (ЭГК), их конструкции и технология изготовления рассмотрены в (1). Известные конструкции отличаются геометрической конфигурацией, применением различных материалов в качестве катода или анода, исполнением конструктивных узлов, величинами межэлектродных зазоров, способом подвода и отвода тепла, но они недостаточно надежны и технологичны.

Известен электрогенерирующий канал реактора термоэмиссионного преобразователя, состоящий из тугоплавких трубчатых анода и катода, расположенных коаксиально, топливного сердечника, размещенного внутри катода, дистанционаторов и токовыводов (2).

Недостатками известного устройства является низкая надежность и технологичность. В частности, данная конструкция имеет токопроводящие элементы, изготовленные из различных материалов, количество которых снижает технологичность данного электрогенерирующего канала.

Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности и технологичности ЭГК и уменьшение электрических потерь на коммутацию.

Для получения указанного технического результата в известном электрогенерирующем канале реактора термоэмиссионного преобразователя в качестве материала катода использован монокристаллический молибден с вольфрамовым покрытием на рабочей длине межэлектродного зазора, причем один из оконечных участков катода соединен со сплошным токопроводящим стержнем, жестко соединенным с первой токосъемной втулкой, которая одной торцевой поверхностью через первый гермоввод и первый сильфон соединена с анодом, а другой торцевой поверхностью через второй гермоввод соединена с вторым сильфоном, выполненным с возможностью соединения с нижней крышкой реактора, при этом катод непосредственно соединен с внутренней поверхностью второй токосъемной втулки, одна из торцевых поверхностей которой через третий сильфон и третий гермоввод соединена с анодом, а другая торцевая поверхность через четвертый гермоввод соединена с четвертым сильфоном, выполненным с возможностью соединения с верхней крышкой реактора, внутри топливного сердечника размещено газоотводное устройство, а по концам топливного сердечника торцевые отражатели. На катоде в соответствующих углублениях, в двух радиальных рядах размещены керамические ролики для фиксации катода относительно анода в осевом и радиальных направлениях. На внутренней поверхности анода в сепараторах размещены керамические дистанционаторы для обеспечения равномерного межэлектродного зазора. Газоотводное устройство может быть выполнено в виде вольфрамовой трубки и наконечника с капиллярным отверстием.

В данной конструкции токовыводы приближены к рабочей части электродов, что способствует значительному повышению технологичности и надежности в целом, а также снижению электрических потерь на коммутации. Для решения проблем компенсации относительного термического расширения электродов и межэлектродной изоляции применены повторяющиеся узлы гермовводсильфон с обеих сторон электрогенерирующего канала и аналогичные узлы для развязки электрогенерирующего канала от корпуса реактора-преобразователя. Назначение гермовводов разобщить электрические потенциалы электродов как между собой, так и от корпуса реактора. Сильфоны служат для разгружения керамики гермовводов от нагрузок, возникающих в соответствующих силовых контурах ЭГК. Электрогенерирующий канал конструктивно прост и технологичен в изготовлении, что повышает его надежность, а малое количество токопроводящих элементов и соединение их путем сварки и пайки обеспечивают, в свою очередь, малые электрические потери на коммутацию с учетом двухстороннего токовывода.

Для иллюстрации приведен чертеж ЭГК реактора термоэмиссионного преобразователя. На чертеже показаны: 1 катод, 2 вольфрамовое покрытие на рабочей длине межэлектродного зазора, 3 межэлектродный зазор, 4 сплошной токопроводящий стержень, 5 1-ая токосъемная втулка, 6 1-ый гермоввод, 7 - 1-й сильфон, 8 анод, 9 2-ой гермоввод, 10 2-й сильфон, 11 нижняя крышка реактора, 12 2-ая токосъемная втулка, 13 3-й сильфон, 14 3-й гермоввод, 15 4-й гермоввод, 16 4-й сильфон, 17 верхняя крышка реактора, 18- топливный сердечник, 19 газоотводное устройство, 20 нижний торцевый отражатель, 21 верхний торцевый отражатель, 22 нижний ряд роликов, 23 - верхний ряд роликов, 24 керамические дистанционаторы, 25 наконечник газоотводного устройства, 26 токовыводы.

Устройство может быть рекомендовано при следующих параметрах.

Катод 1, выполнен из монокристаллической молибденовой трубы с вольфрамовым покрытием 2 на рабочей длине межэлектродного зазора 3. Анод 8 состоит из трубы, выполненной из молибденового сплава, с наружным электроизоляционным покрытием из алунда. Во внутреннюю полость катода устанавливается сердечник 18 с топливными таблетками. Газоотводное устройство 19 выполнено в виде вольфрамовой трубки и наконечника 25 с капиллярным отверстием. Ролики нижнего ряда 22 служат для радиальной фиксации катода в аноде. Ролики верхнего ряда 23 служат для фиксации катода относительно анода в осевом направлении. Ролики выполнены из алунда. Нижний 20 и верхний 21 торцевые отражатели выполнены из окиси бериллия. Первая токосъемная втулка 5 с одной стороны через гермоввод 6 и сильфон 7 соединена с анодом 8, а с другой стороны также через 2-ой гермоввод 9 и 2-ой сильфон 10 соединена с нижней крышкой реактора 11. Вторая токосъемная втулка 12 с одной стороны через третий сильфон 13 и третий гермоввод 14 соединена с анодом, а другой стороны через четвертый гермоввод 15 и четвертый сильфон 16 соединена с верхней крышкой реактора 17. Токосъемные втулки 5, 12 выполнены из ковара, втулка 5 является составной частью нижнего катодного токовывода, а втулка 12 является составной частью верхнего катодного токовывода. Гермовводы 6, 9, 14, 15 выполнены из алундовой керамики и предназначены разобщить электрические потенциалы электродов как между собой (гермовводы 6 и 14), так и от корпуса реактора (гермовводы 9 и 15). Сильфоны 7, 10, 13, 16 выполнены из нержавеющей стали и служат для разгружения керамики гермовводов от нагрузок, возникающих в соответствующих силовых контурах ЭГК. Повторяющиеся углы гермоввод-сильфон с обеих сторон электрогенерирующего канала и аналогичные узлы для развязки электрогенерирующего канала от корпуса реактора-преобразователя решают проблему компенсации относительного термического расширения электродов и соответствующей электрической изоляции.

ЭГК был изготовлен и многократно испытан в реакторе. Получены удовлетворительные характеристики.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для прямого преобразования тепловой энергетики в электрическую в ядерных термоэмиссионных реакторах-преобразователях. Сущность изобретения: в известном электрогенерирующем канале реактора термоэмиссионного преобразователя, состоящем из тугоплавких трубчатых анода и катода, расположенных коаксиально, топливного сердечника, размещенного внутри катода, дистанционаторов и токовыводов, катод выполнен из монокристаллической молибденовой трубы с вольфрамовым покрытием на рабочей длине межэлектродного зазора и имеет с одной стороны сплошной токопроводящий стержень, жестко соединенный с токосъемной втулкой, которая с одной стороны через гермоввод и сильфон соединена с анодом, а с другой стороны также через гермоввод и сильфон соединена с торцевой крышкой реактора, а с другой стороны катод непосредственно соединен с токосъемной втулкой, которая с одной стороны через сильфон и гермоввод соединена с анодом, а с другой стороны также через гермоввод и сильфон соединена с противоположной крышкой реактора, внутри топливного сердечника размещено газоотводное устройство, а по концам топливного сердечника установлены торцевые отражатели. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрогенерирующий канал реактора термоэмиссионного преобразователя, состоящий из тугоплавких трубчатых анода и катода, расположенных коаксиально, топливного сердечника, размещенного внутри катода, дистанционаторов и токовыводов, отличающийся тем, что в качестве материала катода использован монокристаллический молибден с вольфрамовым покрытием на рабочей длине межэлектродного зазора, причем один из оконечных участков катода соединен со сплошным токопроводящим стержнем, жестко соединенным с первой токосъемной втулкой, которая одной торцевой поверхностью через первый гермоввод и первый сильфон соединена с анодом, а другой торцевой поверхностью через второй гермоввод с вторым сильфоном, выполненным с возможностью соединения с нижней крышкой реактора, при этом катод непосредственно соединен с внутренней поверхностью второй токосъемной втулки, одна из торцевых поверхностей которой через третий сильфон и третий гермоввод соединена с анодом, а другая торцевая поверхность через четвертый гермоввод с четвертым сильфоном, выполненным с возможностью соединения с верхней крышкой реактора, внутри топливного сердечника размещено газоотводное устройство, а по концам топливного сердечника торцевые отражатели. 2. Канал по п.1, отличающийся тем, что на катоде в соответствующих углублениях в двух радиальных рядах размещены керамические ролики для фиксации катода относительно анода в осевом и радиальном направлениях. 3. Канал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что во внутренней поверхности анода в сепараторах размещены керамические дистанционаторы для обеспечения равномерного межэлектродного зазора. 4. Канал по пп.1 3, отличающийся тем, что газоотводное устройство выполнено в виде вольфрамовой трубки и наконечника с капиллярным отверстием.