СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ СБОРКИ ПРИ РЕАКТОРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 1997 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при проведении реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЭГС).

Существуют различные способы определения и контроля тепловой мощности ЭГС при петлевых реакторных испытаниях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения тепловой мощности ЭГС из сравнения экспериментальных статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) с расчетными. Он включает съем во время испытаний статических ВАХ и сравнение их с рассчитанными для разных тепловых мощностей статическими ВАХ или сравнение экспериментально измеренного тока короткого замыкания с рассчитанными для разных тепловых мощностей токами короткого замыкания испытываемой ЭГС.

Однако использование этого способа может быть затруднено в случаях, когда по каким-либо причинам измеряемые напряжения, а следовательно, и статическая ВАХ заметно отличаются от генерируемых собственно ЭГС. В частности, такая ситуация реализуется в случаях, когда относительно велики потери на токонесущих шинах. В результате регистрируемая ВАХ может заметно отличаться от "истинной" ВАХ ЭГС и определение тепловой мощности будет произведено с большой погрешностью. Кроме того, использование этого способа затруднено в режимах, когда генерируемые токи относительно малы и электронное охлаждение эмиттера невелико.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является возможность определения тепловой мощности ЭГС в режимах с малыми плотностями токов и при наличии неконтролируемых или известных с большой погрешностью потерях на токонесущих шинах.

Указанный технический результат достигается способом определения тепловой мощности ЭГС при реакторных испытаниях, включающим измерение нейтронной мощности исследовательского ядерного реактора (ЯР), измерение давления пара цезия, температуры коллектора или чехла и электрического параметра испытываемой ЭГС и оценку тепловой мощности ЭГС из сравнения измеренного и рассчитанного значения электрического параметра, в качестве которого выбрано значение электродвижущей силы (ЭДС) измеренной динамической ВАХ ЭГС.

Графики фиг. 1, 2 поясняют суть способа определения тепловой мощности ЭГС. На фиг. 1 приведена расчетная зависимость ЭДС девятиэлементной ЭГС от ее тепловой мощности, где Е ЭДС, а Q тепловая мощность, ЭДС получена расчетным путем для тепловых состояний ЭГС, реализуемых в ее рабочих точках при выходном токе сборки 130 A, давлении паров цезия 1,5 тор и при средней температуре коллекторов 700^oC. На фиг. 2 приведена экспериментальная динамическая ВАХ девятиэлементной ЭГС, где I выходной ток, а E ЭДС, ВАХ развернута из ее рабочей точки при тепловой мощности реактора N_p=27% выходном токе сборки 130 A, давлении паров цезия 1,5 тор и при средней температуре коллекторов 700^oC.

Способ определения тепловой мощности термоэмиссионной ЭГС при петлевых реакторных испытаниях реализуется следующим образом.

После установки петлевого канала (ПК) и испытываемой ЭГС в ячейку исследовательского ядерного реактора (ЯР) производят ступенчатый подъем тепловой мощности ЯР. После проведения на промежуточном уровне мощности обезгаживания ЭГС, в межэлектродные зазоры (МЭЗ) испытываемой ЭГС подают пар цезия при давлениях, близких к рабочему; ЭГС начинает генерировать электроэнергию, которая фиксируется по значениям тока и напряжения в рабочей точке. Производят съем динамических ВАХ с регистрацией электродвижущей силы (ЭДС), которая фиксируется как напряжение при токе равном нулю.

Зафиксированное значение ЭДС сравнивают с расчетными значениями ЭДС для разных тепловых мощностей и измеренных при испытаниях давлении пара цезия и температуре коллектора. В качестве определенного значения тепловой мощности ЭГС принимают значение, при котором наблюдается совпадение зафиксированного и расчетного значений ЭДС. Расчет ЭДС может быть произведен как непосредственно во время петлевых испытаний ЭГС, так и предварительно, например, в виде зависимостей, одна из которых приведена на графике фиг. 1.

Для повышения точности определение тепловой мощности рассмотренным способом может проводиться при разных тепловых мощностях ЯР, разных давлениях пара цезия и температурах коллектора (или чехла) ЭГС. В результате получают усредненное значение отношения тепловой мощности испытываемой ЭГС Q к нейтронной мощности ЯР N A=Q/N, которое затем используется для нахождения Q= AN при любом N.

Эффективность и реализуемость способа определения тепловой мощности были проверены при реакторных испытаниях многоэлементной ЭГС. В результате отказа потенциометрических зондов, позволяющих измерять генерируемое ЭГС напряжение с большой точностью, измеряемые статические ВАХ измерялись с большой погрешностью вследствие неконтролируемых потерь на токовыводах ПК. В результате определенная из статических ВАХ тепловая мощность ЭГС существенно отличалась от прогнозируемой. Съем динамической ВАХ с фиксацией ЭДС и сравнение этого значения с рассчитанными значениями позволило с большой точностью определить тепловыделение испытываемой ЭГС. На фиг. 2 приведена измеренная динамическая ВАХ. На фиг. 1 на рассчитанной зависимости ЭДС от тепловой мощности ЭКГ нанесено экспериментальное значение ЭДС из ВАХ фиг. 2. Полученная точка соответствует относительной тепловой мощности 300 Вт на 1% тепловой мощности реактора.

Использование: лабораторные испытания термоэмиссионных преобразователей электроэнергии и реакторные испытания термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. Сущность изобретения: определение тепловой мощности проводят из сравнения измеренного значения ЭДС сборки с рассчитанным значением ЭДС для измеренных значений давления пара цезия и температурного поля коллектора или чехла. 2 ил.

Способ определения тепловой мощности термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых реакторных испытаниях, включающий измерение нейтронной мощности реактора, измерение давления пара цезия в межэлектродных зазорах, температуры коллектора или чехла и электрического параметра испытываемой сборки и оценку тепловой мощности сборки из сравнения измеренного электрического параметра с аналогичным электрическим параметром, рассчитанным для измеренных значений давления пара цезия и температуры коллектора или чехла, отличающийся тем, что в качестве электрического параметра испытываемой сборки выбирают электродвижущую силу измеренной динамической вольт-амперной характеристики электрогенерирующей сборки.