СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/42 

Изобретение относится к космической технике и энергетике и может быть использовано при создании систем охлаждения энергетических установок (ЭУ) преимущественно космических ядерно-энергетических.

Вследствие возможности отвода непреобразованной теплоты термодинамического цикла в космосе лишь излучением, в космических энергетических установках используются жидкометаллические системы охлаждения.

Известна система охлаждения (СО) космической ядерно-энергетической установки (ЯЭУ) "Топаз" в виде циркуляционного контура с теплоносителем в виде жидкого металла эвтектического сплава с температурой плавления минус 11^oC [1]
Недостаток известной СО состоит в том, что запуск ЯЭУ с такой СО возможен лишь в случае, если в процессе вывода и до пуска ЯЭУ теплоноситель будет в жидком состоянии. Поэтому для обеспечения надежного запуска ЯЭУ теплоноситель на стартовом комплексе разогревается от наземного источника электроэнергии, а запуск ЯЭУ в космосе должен быть проведен в течение ограниченного времени, пока теплоноситель не замерз.

Наиболее близким аналогом изобретения является СО, содержащая трубопроводы, насос и арматуру с размещенным внутри них теплоносителем, изначально поддерживаемым в замороженном состоянии [2]
В состав данной СО космической ЭУ входит жидкометаллический контур (ЖМК) с литиевым теплоносителем. Т.к. температура плавления лития 181^oC, то в такой ЯЭУ запуск ЯЭУ на орбиту функционирования производится сначала с замороженным теплоносителем (литием), а на орбите запуска производится сначала расплавление лития, а потом пуск ЯЭУ. Для расплавления лития ЖМК снабжен специальной пусковой системой, выполненной, например, на основе незамерзающего теплоносителя газа гелия. Для воспламенения лития в CO встроен пусковой контур, например, в виде трубы с незамерзающим теплоносителем внутри трубопроводов с Li. Подняв мощность реактора на относительно небольшой уровень, тепло из реактора с помощью пускового контура разносится по ЖМК СО, постепенно расплавляя литий. После расплавления лития пусковая система отключается, включается насос ЖМК СО и тепло уже переносится литиевым теплоносителем, а пусковой контур отключается.

Недостаток данной СО заключается в том, что ее пусковая система достаточно сложна, требует прохождения элементов пускового контура во всех агрегатах ЖМК, включая насос, компенсаторы объема и т.п.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является упрощение пусковой системы за счет исключения пускового контура с незамерзающим теплоносителем.

Указанный технический результат достигается в СО космической ЭУ, содержащей циркуляционный контур с трубопроводами, насосом и арматурой с находящимся внутри них теплоносителем в жидкой или твердой фазе, в котором на наружной поверхности трубопроводов, насоса и арматуры поверх слоя электроизоляции размещен электропроводник, снабженный клеммами для подключения к источнику электропитания.

В качестве электропроводника может быть использовано также металлическое покрытие, например, из молибдена, в том числе, с наружным чернотным покрытием. В качестве электроизоляции может быть использована окись алюминия.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где приведена схема СО с термоэмиссионным реактором преобразователем (ТРП) и холодильником-излучателем (ХИ) на основе тепловых труб (ТТ).

СО представляет собой циркуляционный контур, часть 1 которого размещена на ТРП 2, охлаждая чехлы термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЭГС) 3. Вход и выход теплоносителя 4, например, лития, в ТРП 2 осуществляется через входной 5 и выходной 6 коллекторы соответственно. От ТРП 2 до коллекторов 7 тепловых труб 9 холодильника-излучателя идет, так называемая, "горячая" ветвь 9 контура, а от коллекторов 7 ТТ 8 до ТРП 2, так называемая, "холодная" ветвь 10 контура. На "холодной" ветви 10 размещены компенсатор 11 теплоносителя и насос 12, преимущественно электромагнитный. На наружной поверхности всех трубопроводов ветвей 9 и 10, компенсаторе объема 11 и насоса 12, а также на коллекторах 7 ТТ 8 через слой изоляции 13 размещен электропроводник 14. Он может быть конструктивно выполнен по-разному, например, в виде отдельных полос, проволочек и т.п. Электропроводник 14 имеет узлы 15 подсоединения к пусковому источнику электропитания 16, выполненному, например, на основе аккумуляторной или солнечной батареи.

Конструктивно возможно различное исполнение электропроводника 14. Он может быть в виде электроизолированного от ЖМК провода или в виде тонкого металлического покрытия, например, из молибдена. Технологически это наиболее простой способ, т.к. он может быть нанесен электролитически или плазменным способом. В качестве электроизоляции необходимо использовать высокотемпературную, например, окись алюминия или композиции на ее основе. Если ЖМК предназначен для отвода непреобразованного термодинамического цикла, то целесообразно все узлы ЖМК сделать с высокой степенью черноты, для чего на металлическое покрытие снаружи наносится чернотное покрытие возможно через дополнительный слой электроизоляции.

СО работает следующим образом.

В процессе вывода космического аппарата с ЭУ на рабочую орбиту теплоноситель 4 может находиться как в жидком (если NaK), так и в твердом (если Li) состоянии. На рабочей орбите после соответствующих проверок подается команда на пуск ЭУ. Если это ЯЭУ, то производится подъем мощности реактора 2 до некоторого промежуточного уровня. За счет выделения тепла в твэлах, например, ЭГС 3, тепло передается замороженному теплоносителю 4, в результате чего он плавится внутри ТРП 2. После этого или до пуска реактора или одновременно с пуском ТПР от пускового источника электроэнергии 16 подается напряжение на клеммы (узлы подсоединения) 15. В результате прохождения тока по электропроводнику 14 он нагревается и тепло передается находящемуся внутри трубопроводов 9 и 10, компенсационной емкости (компенсаторе) 11 и насоса 12, находящемуся в твердом состоянии теплоносителю 4, который постепенно расплавляется. После полного расплавления теплоносителя во всем ЖМК, включается насос 12, начинается циркуляция теплоносителя 4 в ЖМК. Мощность реактора 2 поднимается до рабочего знания, часть которой превращается в электроэнергию, а непреобразованная часть тепловой мощности теплоносителем 4 доставляется к коллекторам 7 ТТ 8 холодильника-излучателя, с которого тепло сбрасывается излучением в космос. Охлажденный в коллекторах 7 теплоноситель 4 поступает во входной коллектор 5 ТРП 2, где он снова нагревается, и процесс повторяется.

Аналогичным образом обеспечивается повторный запуск ЯЭУ с замороженным теплоносителем.

Использование: космическая техника и энергетика; системы охлаждения, преимущественно ядерных энергоустановок космических аппаратов. Сущность изобретения: в системе охлаждения, содержащей трубопроводы, насос и арматуру с находящимся внутри них теплоносителем, который в исходном состоянии находится в замороженном состоянии, по наружной поверхности трубопроводов, насоса и арматуры через слой электроизоляции размещен электропроводник, снабженный клеммами для подключения к источнику электропитания. В качестве электропроводника может быть применено тонкое металлическое покрытие, например, из молибдена. Нагрев и расплавление теплоносителя осуществляется за счет пропускания тока по электропроводнику. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система охлаждения космической энергетической установки, содержащая трубопроводы, насос и арматуру с размещенным внутри них теплоносителем, изначально поддерживаемым в замороженном состоянии, отличающаяся тем, что на наружной поверхности трубопроводов, насоса и арматуры поверх слоя электроизоляции размещен электропроводник, снабженный клеммами для подключения к источнику электропитания. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводника использовано тонкое металлическое покрытие. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве металлического покрытия использовано покрытие из молибдена. 4. Система по пп. 1 3, отличающаяся тем, что снаружи металлического покрытия нанесено чернотное покрытие.