Способ магнитогидродинамического перемещения в циркуляционном контуре жидкого металла Российский патент 2018 года по МПК H02K44/12 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в перспективных атомных и термоядерных установках.

Известны циркуляционные контуры для перемещения жидкого металла с использованием МГД насосов [1].

Однако эффективность атомных и термоядерных установок, использующих такие контуры, невелика из-за больших гидравлических сопротивлений контуров и низкой скорости перемещения жидкого металла.

В качестве прототипа можно использовать Способ магнитогидродинамического перемещения в циркуляционном контуре [2] жидкого металла с помощью МГД насосов между источником выделения тепла и стоком тепла, выполненным в виде теплообменника с разными теплоносителями, и систему управления циркуляций.

Однако и такие контуры из-за больших гидравлических сопротивлений контуров и низкой скорости перемещения жидкого металла не обеспечивают высокой эффективности охлаждения атомного или термоядерного реактора.

Предложенный способ магнитогидродинамического перемещения в циркуляционном контуре жидкого металла с помощью МГД насосов между источником выделения тепла и стоком тепла, выполненным в виде теплообменника с разными теплоносителями, и система управления циркуляций.

Особенностью вновь предложенного контура можно признать то, что циркуляционный контур жидкого металла выполнен преимущественно в горизонтальной плоскости в виде замкнутой восьмерки, разбит на две магнитогидродинамические восходящие части разгона жидкого металла с последовательным направлением циркуляции жидкого металла, части контуров выполнены двойными, с внутренним участком, выполненным из пористого магнитопрозрачного металла, разделяющим участки на участки подачи высокотемпературного инертного газа и участок перекачки жидкого металла, причем подачу высокотемпературного газа на участок контура жидкого металла осуществляют при повышенном давлении газа над давлением в контуре жидкого металла, а ускоренное перемещение жидкого металла осуществляют на газовой «подушке» из высокотемпературного инертного газа.

К другим особенностям можно отнести то, что циркуляционный контур между участками снабжен сборниками для отделения газа от жидкого металла, расположенными на выходах участков 7 и 8 и соединенными газовыми контурами с началами участков, и то, что в качестве высокотемпературного газа используют инертные газы, а газовые контуры на участках замкнуты и снабжены дополнительными подогревателями и компрессорами.

На рис. 1 схематично изображен циркуляционный контур, работающий с применением данного способа, циркуляционный контур 1 жидкого металла 2 выполнен преимущественно в горизонтальной плоскости в виде замкнутой восьмерки, разбит на две магнитогидродинамические восходящие части 7 и 8 разгона жидкого металла 2 с последовательным направлением циркуляции жидкого металла 2, части контуров 7 и 8 выполнены двойными, с внутренним участком 9, выполненным из пористого магнитопрозрачного металла, разделяющим участки 7 и 8 на участки подачи высокотемпературного инертного газа 10 и участок перекачки 11 жидкого металла 2, причем подачу высокотемпературного газа на участок контура 11 жидкого металла 2 осуществляют при повышенном давлении газа над давлением в контуре 11 жидкого металла 2, а ускоренное перемещение жидкого металла 2 осуществляют на газовой «подушке» из высокотемпературного инертного газа 10.

На Рис. 2 приведен укрупненно участок, поясняющий формирование газовой подушки.

К другим особенностям можно отнести то, что циркуляционный контур 1 между участками 7 и 8 снабжен сборниками 12 для отделения газа 10 от жидкого металла 2, расположенными на выходах участков 7 и 8 и соединенными газовыми контурами 13 и 14 с началами участков 7 и 8, и то, что в качестве высокотемпературного газа используют инертные газы, а газовые контуры 13 и 14 на участках 7 и 8 замкнуты и снабжены дополнительными подогревателями 15 и компрессорами 16.

Работает предлагаемый циркуляционный контур следующим образом. При частичном заполнении контура 1 жидким металлом, при котором жидкий металл соприкасается со всеми поверхностями теплообмена в источнике выделения тепла 4 и источниками 5 отвода тепла, включаются МГД насосы 3 для перекачки жидкого металла 2. Поскольку все элементы контура 1 выполнены преимущественно в горизонтальной плоскости и выполнены в виде восьмерки, МГД насосы справляются с перемещением жидкого металла 2. Для дальнейшего увеличения мощности в источнике выделения тепла 4 включаются компрессоры 16 и инертный газ, разогретый нагревателями 15, через внутренний участок 9, выполненный из пористого магнитопрозрачного материала (например, нержавеющей стали) начинает формировать газовую «подушку», на которой «зависает» жидкий металл 2. Гидравлическое сопротивление жидкого металла о стенки 9 резко снижается и жидкий металл с увеличенной скоростью начинает перемещаться по всему контуру 1. При этом нежелательным явлением можно признать попадание на поверхности источника 4 и стока 5 жидкого металла с пузырями инертного газа 10. Во избежание этого циркуляционный контур 1 между участками 7 и 8 снабжен сборниками 12 для отделения газа 10 от жидкого металла 2, расположенными на выходах участков 7 и 8 и соединенных газовыми контурами 13 и 14 с началами участков 7 и 8.

Такое решение позволяет многократно ускорить циркуляцию жидкого металла 2 по контуру 1 и, следовательно, поднять тепловую мощность на поверхности источника 4. Систему управления таким контуром оптимально располагать в центре «восьмерки» контура 1 и строить на принципах теплового баланса в контурах 7 и 8.

Источники патентной информации

1. Патент РФ №2018202.

2. Патент РФ №2198231.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в перспективных атомных и термоядерных установках. Технический результат состоит в повышении скорости циркуляции жидкого металла. Циркуляционный контур жидкого металла выполнен преимущественно в горизонтальной плоскости в виде замкнутой восьмерки, разбит на две магнитогидродинамические восходящие части разгона жидкого металла с последовательным направлением циркуляции жидкого металла. Части контуров выполнены двойными с внутренним участком, выполненным из пористого магнитопрозрачного металла, разделяющим участки на участки подачи высокотемпературного инертного газа и участок перекачки жидкого металла. Подачу высокотемпературного газа на участок контура жидкого металла осуществляют при повышенном давлении газа над давлением в контуре жидкого металла. Ускоренное перемещение жидкого металла осуществляют на газовой «подушке» из высокотемпературного инертного газа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ магнитогидродинамического перемещения в циркуляционном контуре 1 жидкого металла 2 с помощью магнитогидродинамических насосов 3 между источником выделения тепла 4 и стоком тепла 5, выполненным в виде теплообменника 6 с разными теплоносителями, и системой управления циркуляций, отличающийся тем, что циркуляционный контур 1 жидкого металла 2 выполнен преимущественно в горизонтальной плоскости в виде замкнутой восьмерки, разбит на две магнитогидродинамические восходящие части 7 и 8 разгона жидкого металла 2 с последовательным направлением циркуляции жидкого металла 2, части контуров 7 и 8 выполнены двойными, с внутренним участком 9, выполненным из пористого магнитопрозрачного металла, разделяющим участки 7 и 8 на участки подачи высокотемпературного инертного газа 10 и участок перекачки 11 жидкого металла 2, причем подачу высокотемпературного газа на участок контура жидкого металла 2 осуществляют при повышенном давлении газа над давлением в контуре 11 жидкого металла 2, а ускоренное перемещение жидкого металла 2 осуществляют на газовой «подушке» из высокотемпературного инертного газа 10.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный контур 1 между участками 7 и 8 снабжен сборниками 12 для отделения газа 10 от жидкого металла 2, расположенными на выходах участков 7 и 8 и соединенными газовыми контурами 13 и 14 с началами участков 7 и 8.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного газа используют инертные газы, а газовые контуры 13 и 14 на участках 7 и 8 замкнуты и снабжены дополнительными подогревателями 15 и компрессорами 16.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитопрозрачного пористого металла используют нержавеющую сталь.