ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ СБОРКЕ Российский патент 1996 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и реакторному эксперименту и может быть использовано при петлевых реакторных испытаниях многоэлементных электрогенерирующих сборок (ЭГС).

Известно устройство для определения распределения тепловыделения в многоэлементных ЭГС в виде теплофизического макета, по материалам и геометрии подобном петлевому устройству (ПУ) для испытаний ЭГС [1] Макет содержит сборку из отдельных калориметров, внутри которых размещен отдельный элемент или топливный узел ЭГС. Испытания макета проводят непосредственно перед петлевым экспериментом. Тепловыделение в каждом элементе ЭГС определяется путем перенесения результатов испытаний макета на петлевые испытания ЭГС. При относительно высокой точности измерения тепловыделения в макете перенос этих измерений на петлевые испытания сопровождается большой погрешностью из-за имеющих место различия испытаний макета и ЭГС.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения тепловыделения в многоэлементной ЭГС при петлевых испытаниях, описанное в [2] Оно содержит металлический корпус, внутри которого может быть размещена ЭГС, на наружной поверхности которого навита батарея из последовательно соединенных термоэлементов. Калориметр секционируется в местах напротив границ элементов с помощью термопаровыводов.

До установки устройства в ПУ оно должно быть отградуировано. Для этого внутрь устройства помещают секционированный по числу элементов электронагреватель и зная мощность каждой секции нагревателя и электрические сигналы секций калориметров определяют их коэффициенты пропорциональности сигнала к мощности. Полученные в лабораторных условиях коэффициенты пропорциональности считываются действительными и при проведении реакторных испытаний ЭГС. Однако условия градуировки и реакторных испытаний могут отличаться, например, уровнем температур, наличием радиационного тепловыделения в материалах калориметра и т.п. В результате погрешности определения тепловыделения может быть не очень высокой.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности измерений за счет обеспечения градуировки непосредственно в реакторных условиях.

Технический результат достигается в термоэлектрическом устройстве для измерения распределения тепловыделения в термоэмиссионной ЭГС, содержащей металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него ЭГС, и систему секций, число которых выбрано равным числу элементов ЭГС, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов ЭГС и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов и границы которых совмещены с границами элементов ЭГС, в котором размещен электронагреватель, снабженный клеммами для подсоединения к внешнему источнику электроэнергии. Электронагреватель может быть выполнен секционированным, а число секций выбрано равным числу элементов ЭГС.

На чертеже приведена конструкционная схема предлагаемого устройства.

Термоэлектрическое устройство для измерения распределения тепловыделения в термоэмиссионной ЭГС содержит металлический корпус 1, внутри которого может быть размещена испытываемая ЭГС 2 с последовательно соединенными элементами 3. На наружной поверхности корпуса 1 напротив места расположения ЭГС 2 размещена система 3 секций 5 из последовательно соединенных термоэлементов 6. Границы 7 секций 5 совмещены с гpаницами 8 отдельных элементов 3. Каждая секция 5 системы 4 снабжена двумя потенциометрическими зондами 9, выполненных обычно в виде термопар. Между внутренней поверхностью 10 корпуса 1 и системой 4 секции 5 размещен электронагреватель 11, который может быть выполнен секционированным по числу секций 5 или выполнен в виде отдельных секций. В первом случае каждая секция электронагревателя 11 снабжена потенциометрическими зондами 12.

Термоэлектрическое устройство работает следующим образом.

После изготовления системы 4 внутрь корпуса 1 устанавливают ЭГС 2 с последовательно-соединенными элементами 3. Устройство с ЭГС монтируют в ПУ и после необходимых проверок размещают в ячейку исследовательского ядерного реактора. Мощность реактора поднимается до рабочего значения. В элементах 3 ЭГС 2 за счет деления ядер урана возникает тепловыделение, часть которого преобразуется в электроэнергию, а основная непреобразованная часть тепла попадает на коллектор и далее в секции 5 системы 4. При прохождении тепла в секциях возникает ЭДС и электрический сигнал Еi каждой секции снимается с помощью зондов-термопар 9. Для перевода измеренного сигнала Ei в тепловую мощность Qi каждого элемента каждая секция 5 системы 4 тарируется. Для этого включается электронагреватель 11, измеряется электрическая мощность Wi каждой секции электронагревателя. При включении электронагревателя и, следовательно, увеличения теплового потока, проходящего через каждую секцию 5 системы 4 электрический сигнал каждой секции увеличивается на значение ΔE_i. Соотнося увеличение сигнала ΔF_i с увеличением тепловой мощности, проходящей через секцию, на значение Wi, определим коэффициент чувствительности Кi каждой секции как K_i= ΔE_i/W_i. После этого электронагреватель отключается, а тепловая мощность каждого элемента определяется по выражению
Qi KiEi
При изменении режимов испытаний, а также в ресурсе коэффициент чувствительности Кi может изменяться, поэтому операция градуировки с включением электронагревателя периодически повторяется.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает возможность градуировки чувствительных элементов датчиков теплового потока непосредственно в процессе реакторных испытаний ЭГС, что повышает точность определения распределения тепловыделения в элементах ЭГС.

Назначение: термоэмиссионный метод преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использован при реакторных испытаниях многоэлементных электpогенерирующих сборок. Сущность изобретения: в корпусе, внутри которого устанавливается термоэмиссионная сборка и на наружной поверхности которого установлены секции из последовательно соединенных термоэлементов, размещен электронагреватель, который может быть выполнен секционированным. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Термоэлектрическое устройство для измерения распределения тепловыделения в термоэмиссионной электрогенерирующей сборке, содержащее металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него многоэлементной термоэмиссионной электрогенерирующей сборки, и систему секций, число которых выбрано равным числу элементов электрогенерирующей сборки, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов электрогенерирующей сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов и границы которых совмещены с границами элементов в электрогенерирующей сборке, отличающееся тем, что в корпусе размещен электронагреватель, снабженный клеммами для подсоединения к внешнему источнику электропитания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронагреватель размещен между внутренней поверхностью корпуса и системой секций из последовательно соединенных термоэлементов. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что электронагреватель выполнен секционированным, причем каждая секция электронагревателя снабжена потенциометрическими зондами. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что число секций электронагревателя выбрано равным числу секций из последовательно соединенных термоэлементов.