УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ СБОРКИ ПРИ ПЕТЛЕВЫХ РЕАКТОРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 1998 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую и может быть использовано при создании энергоустановок с термоэмиссионным реактором-преобразователем (ТРП) с расположенными внутри активной зоны термоэмиссионными электрогенерирующими сборками (ЭГС).

Тепловыделение и соответственно тепловая мощность ЭГС, из которых набран ТРП, являются важнейшими параметрами ЭГС, которые определяют как энергетические, так и ресурсные ее характеристики, и их определение является важнейшей задачей при экспериментальной отработке ЭГС и прежде всего при петлевых реакторных испытаниях.

Существует несколько как прямых, так и косвенных методов определения тепловыделения и, следовательно, тепловой мощности ЭГС.

Известно устройство для определения тепловыделения в топливных сердечниках ЭГС и соответственно тепловой мощности в виде специального макета с моделью ЭГС [1].

Однако требуются дополнительные к петлевым испытаниям больше финансовые и материальные затраты на создание и испытания макета.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения тепловыделения в многоэлементной электрогенерирующей сборке при петлевых испытаниях, предложенное в патенте [2]. Оно содержит металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него элементов испытываемой электрогенерирующей сборки, и систему калориметрических секций, число которых выбрано равным числу элементов сборки и расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки.

Однако это устройство градуируется до установки в реактор на лабораторном стенде и полученные градуировочные характеристики каждой секции считаются неизменными в течение всего реакторного эксперимента. В то же время условия работы устройства в реакторе и условия проведения лабораторной градуировки по разным причинам могут отличаться, в результате чего погрешность измерения повышается. Кроме того, в процессе ресурсных испытаний могут изменяться и термоэлектрические свойства батареи термоэлементов, что также повысит погрешность измерения тепловыделения.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности определения тепловыделения и тепловой мощности испытываемой ЭГС.

Указанный технический результат достигается в устройстве для определения тепловой мощности электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях, содержащем металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него элементов испытываемой электрогенерирующей сборки, и систему калориметрических секций, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки, в котором между корпусом и каждой секцией размещены электрически изолированные от корпуса и секций электронагреватели. Возможно выполнение электронагревателя не в каждой секции, а в виде одного нагревателя с потенциометрическими зонтами, выведенными с границ секций.

На чертеже приведена конструкционная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит металлический корпус 1, внутри которого может быть размещена испытываемая ЭГС 2 с последовательно соединенными элементами 3. На наружной поверхности корпуса 1 напротив размещения ЭГС 2 размещена система 4 калориметрических секций 5 из последовательно соединенных термоэлементов 6. Границы 7 секций совмещены с границами 8 отдельных элементов 3. Каждая секция 5 системы 4 снабжена двумя потенциометрическими зондами 9, обычно выполняемых в виде термопар. Между корпусом 1 и секциями 5 через слои электроизоляции 10 размещены электронагреватели 11, каждый из которых снабжен токоподводами 12.

Устройство работает следующим образом.

После изготовления системы 4 каждая калориметрическая секция 5 градуируется, для чего внутрь корпуса 1 размещают секционированный по числу элементов ЭГС стендовый электронагреватель или используют встроенные в устройство нагреватели 11. Зная мощность секций стендового нагревателя или каждого из встроенных нагревателей Wi и электрические сигналы каждой секции Ei, регистрируемые зондами 9, определяют коэффициенты чувствительности (градуировочные характеристики) каждой секции для разных температур.

Ki = Ei / Wi (1)
После градуировки внутрь корпуса 1 устанавливают ЭГС 2 с последовательно соединенными элементами 3. Устройство с ЭГС монтируют в испытательном устройстве в виде так называемого полевого канала (ПК) и после необходимых проверок помещают в ячейку исследовательского реактора. Мощность реактора поднимают до рабочего значения. С помощью зондов-термопар 9 измеряют электрический сигнал Ei и среднюю температуру Ti каждой секции калориметра. После этого тепловую мощность каждого элемента определяют по соотношению.

Qi = Ki • Ei (2)
Для повышения точности периодически в процессе ресурсных испытаний проводятся корректировка градуировочной характеристики (1). Для этого токоподводы 12 каждой секции подключают к внешнему источнику тока, измеряют подводимую к каждому нагревателю 11 электрическую мощность Wi, измеряют изменение электрического сигнала каждой секции dEi. Повторив это для разных температур секций, соответственно получают новую градуировочную характеристику каждой секции по выражению
Ki(Ti) = dEi / Wi (3)
После этого определение тепловой мощности проводится по формуле (2) с использованием новой градуировочной характеристики (3). Возможно определение Qi и по более сложной формуле с учетом генерируемой ЭГС электроэнергии.

В качестве конкретного примера выполнения изобретения рассмотрим экспериментальный образец предложенного устройства. Оно представляет собой трубку из жаропрочного металла с наружным диаметром 28 мм, толщиной 6 мм и длиной 480 мм, на наружной поверхности которой на длине 320 мм были сделаны 6 секций калориметра длиной примерно 40 мм каждая. Секция представляет собой цепочку из последовательно соединенных термоэлементов из хромеля и алюминия квадратного сечения шириной до 1,2 мм и суммарной толщиной не более 1,6 мм. Между секцией и корпусом между двух слоев изоляции из напыленного оксида алюминия навит электронагреватель в виде тонкой проволоки из нихрома мощностью до 30 Вт.

Таким образом, предложенное устройство за счет обеспечения возможности градуировки секций калориметра позволяет повысить точность измерения тепловой мощности каждого элемента и соответственно всей ЭГС.

Источники информации
1. Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 55 - 56.

2. Патент SU 1786534 A1, H 01 J 45/00, Устройство для определения тепловыделения в многоэлементном электрогенерирующем канале при петлевых испытаниях.

Назначение: изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую. Сущность изобретения: устройство содержит металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него электрогенерирующих элементов испытываемой термоэмиссионной сборки, и систему калориметрических секций, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки, а между корпусом и каждой секцией размещены электрически изолированные от корпуса и секций электронагреватели для повышения точности определения тепловой мощности испытываемой сборки. 1 ил.

Устройство для определения тепловой мощности электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях, содержащее металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него электрогенерирующих элементов испытуемой термоэмиссионной сборки, и систему калориметрических секций, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки, отличающееся тем, что между корпусом и каждой секцией размещены электрически изолированные от корпуса и секций электронагреватели.