ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2011 года по МПК G21D7/00 

Использование: в качестве источника электроснабжения космических аппаратов.

Сущность изобретения: в ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. Тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра. Теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя может быть выполнена в виде поверхности вращения, с внутренней стороны которой по образующей припаяны тепловые трубы с кольцевым коллектором, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки, либо с аналогичным холодильником-излучателем. В результате обеспечивается жесткость конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое.

(Сборник докладов Пятой Международной конференции «Ядерная энергетика в космосе», часть I, г.Подольск, Московская обл., 1999).

Недостатком такой ЯЭУ является то, что излучающая поверхность холодильника-излучателя набрана из отдельных полос металла, припаянных к тепловым трубам, что значительно усложняет устройство. Кроме того, холодильник-излучатель не может служить силовым элементом конструкции, способным воспринимать и передавать нагрузки, поэтому для этих целей требуется соответствующий конструктивный элемент, например рама.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - упрощение конструкции ЯЭУ, снижение ее массы, повышение надежности работы холодильника-излучателя, излучающая поверхность которого выполнена из единого металлического листа.

Технический результат - обеспечение жесткости конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое. Этот результат достигается тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. При этом тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра. Теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя может быть выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы с кольцевым коллектором припаяны с внутренней стороны по образующей, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки либо с аналогичным по конструкции холодильником-излучателем.

На чертеже приведена конструктивная схема ЯЭУ.

Предлагаемая ЯЭУ содержит ядерный реактор 1, радиационную защиту 2, агрегаты жидкометаллического контура 3, холодильник-излучатель 4, теплоизлучающая поверхность 5 которого выполнена из тонкостенного металлического листа. К теплоизлучающей поверхности 5 припаяны тепловые трубы 6 за исключением испарительного участка, который помещен в коллектор 7 с протекающим по нему теплоносителем. Коллектор 7 расположен со стороны тепловых труб 6 и защищен от возможного метеорного пробоя теплоизлучающей поверхностью 5. Тепловая труба 6 на участке между коллектором 7 и местом контакта с теплоизлучающей поверхностью 5 снабжена кольцевым гофром 8 для снижения возможных температурных напряжений, способных возникнуть при метеорном пробое соседней тепловой трубы. Теплоизлучающая поверхность 5 может быть выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы 6 с кольцевым коллектором 7 припаяны с внутренней стороны по образующей. Торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами 9 для стыковки с соседними агрегатами ЯЭУ или аналогичным по конструкции холодильником-излучателем.

Представленная конструкция функционирует следующим образом. Ядерный реактор 1 (реактор-преобразователь) нагревает теплоноситель, который по элементам жидкометаллического контура 3 попадает в холодильник-излучатель 4, в котором происходит сброс в космическое пространство не преобразованного в электричество тепла. Радиационная защита 2 обеспечивает экранирование холодильника-излучателя 4 и КА от ионизирующего излучения.

Выполнение теплоизлучающей поверхности 5 в виде цельного металлического листа значительно упрощает конструкцию и снижает ее массу.

Вместе с тем в процессе функционирования ЯЭУ при нагретом холодильнике-излучателе 4 выход из строя тепловой трубы, например, в результате метеорного пробоя и падения на этом участке теплоизлучающей поверхности 5 температуры создаст условия для возникновения температурных напряжений в заделке тепловых труб 6 в коллектор 7 и опасность его разгерметизации. Однако из-за малой длины участка между коллектором 7 и местом припайки тепловой трубы 6 к теплоизлучающей поверхности 5, а также наличия в нем кольцевого гофра 8 температурные напряжения в стыке между тепловой трубой 6 и коллектором 7 резко снижаются.

Холодильник-излучатель 4, в котором теплоизлучающая поверхность 5 выполнена в виде поверхности вращения с припаянными по образующим тепловыми трубами 6 и размещенными по торцам фланцами 9, представляет собой жесткую конструкцию, способную воспринимать нагрузки, возникающие при выводе на орбиту ЯЭУ. При этом кольцевой коллектор 7 с протекающим по нему теплоносителем и размещенным в нем испарительными участками тепловых труб 6 защищен от метеорного пробоя излучающей поверхностью 5.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и может быть использовано в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. Космическая ядерная энергетическая установка содержит ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, причем теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем. Изобретение позволяет обеспечить жесткость конструкции холодильника-излучателя при одновременном уменьшении его массы, снижение возможных температурных напряжений в стыке между тепловой трубой и коллектором с теплоносителем, возникающих при выходе из строя тепловой трубы при метеорном пробое. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Космическая ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, радиационную защиту, агрегаты жидкометаллического контура и холодильник-излучатель на тепловых трубах, отличающаяся тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена в виде тонкостенного металлического листа, например биметаллического листа из стали и меди, к поверхности которого припаяны тепловые трубы, за исключением испарительного участка, который помещен в находящийся со стороны тепловых труб коллектор с протекающим в нем теплоносителем.

2. Космическая ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что тепловая труба на участке между коллектором и припаянной к тепловой трубе излучающей поверхностью снабжена компенсатором, выполненным на тепловой трубе в виде кольцевого гофра.

3. Космическая ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизлучающая поверхность холодильника-излучателя выполнена из тонкостенного металлического листа в виде поверхности вращения, при этом тепловые трубы с кольцевым коллектором припаяны с внутренней стороны по образующей, а торцы поверхности вращения снабжены фланцами или кронштейнами для стыковки с соседними агрегатами космической ядерной энергетической установки либо с аналогичным холодильником-излучателем.