МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИЙ КАНАЛ ТЕРМОЭМИССИОННОГО РЕАКТОРА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
MULTI-ELEMENT ELECTRIC GENERATING CHANNEL OF THERMIONIC CONVERTER REACTOR

Изобретение относится к области термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании многоэлементных электрогенерирующих каналов термоэмиссионного реактора-преобразователя.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к настоящему изобретению является многоэлементный электрогенерирующий канал термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащий многослойный коллекторный пакет, в котором коаксиально размещены с образованием межэлектродных зазоров относительно многослойного пакета эмиттерные сборки, каждая из которых состоит из эмиттерной оболочки с передней и задней торцевыми крышками, в которой установлен топливный сердечник с газоотводной трубкой, размещенной в осевых отверстиях топливного сердечника и передней торцевой крышки, которая выполнена с выступом, установленным в отверстии кольцевого электроизолятора, размещенного в осевом отверстии коммутационной перемычки, которая соединена с задней торцевой крышкой соседней эмиттерной сборки и выполнена с периферийными отверстиями, сообщающими между собой полости межэлектродных зазоров с образованием тракта для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале (патент РФ № 2465678, опубл. 27.10.2012, МПК H01J 45/00).
В известном многоэлементном электрогенерирующем канале термоэмиссионного реактора-преобразователя газоотводная трубка одним концом входит в осевое отверстие задней торцевой крышки, а другой ее конец, расположенный в средней части полости, образованной осевым отверстием топливного сердечника, свободен. Выходящие из топливного сердечника газообразные продукты деления концентрируются в его полости, через газоотводную трубку выходят из полости и через периферийные отверстия, выполненные в коммутационной перемычке, поступают в тракт для паров цезия, где смешиваются с парами цезия и удаляются. В известном устройстве тракт, образованный полостями межэлектродных зазоров, одновременно является трактом для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале и трактом для удаления газообразных продуктов деления из многоэлементного электрогенерирующего канала. Удаление газообразных продуктов деления происходит вакуум-цезиевой системой термоэмиссионного реактора-преобразователя за счет разности давлений газообразных продуктов деления в смеси, находящейся в упомянутом тракте и раздаточном коллекторе вакуум-цезиевой системы термоэмиссионного реактора-преобразователя. Удаление газообразных продуктов деления из тракта, образованного полостями межэлектродных зазоров, происходит медленно, что при ресурсе работы многоэлементного электрогенерирующего канала, составляющем семь и более лет, может привести к покрытию электродов (особенно коллекторов) компонентами газообразных продуктов деления и, как следствие, к деградации эмиссионно-адсорбционных характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала и выходных характеристик термоэмиссионного реактора-преобразователя в целом.
Недостатком известного многоэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионного реактора-преобразователя является возможная нестабильность выходных характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала из-за адсорбции газообразных продуктов деления на эмиттере и коллекторе многоэлементного электрогенерирующего канала, что объясняется выходом газообразных продуктов деления из топливных сердечников через полости газоотводных трубок и периферийные отверстия в коммутационных перемычках в тракт, образованный полостями межэлектродных зазоров, и последующим их смешением с парами цезия, находящимися в тракте.
Технической проблемой настоящего изобретения является создание многоэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионного реактора-преобразователя, обладающего стабильными эмиссионно-адсорбционными характеристиками, которые способствуют стабильности выходных параметров термоэмиссионного реактора-преобразователя в целом.
Техническим результатом настоящего изобретения является исключение выхода газообразных продуктов деления в тракт для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале, что препятствует последующему смешению газообразных продуктов деления с парами цезия, находящимися в тракте, и адсорбции газообразных продуктов деления на электродах (эмиттере и коллекторе).
Указанный технический результат достигается тем, что в известном многоэлементном электрогенерирующем канале термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащем многослойный коллекторный пакет, в котором коаксиально размещены с образованием межэлектродных зазоров относительно многослойного коллекторного пакета эмиттерные сборки, каждая из которых состоит из эмиттерной оболочки с передней и задней торцевыми крышками, в которой установлен топливный сердечник с газоотводной трубкой, размещенной в осевых отверстиях топливного сердечника и передней торцевой крышки, которая выполнена с выступом, установленным в отверстии кольцевого электроизолятора, размещенного в осевом отверстии коммутационной перемычки, которая соединена с задней торцевой крышкой соседней эмиттерной сборки и выполнена с периферийными отверстиями, сообщающими полости межэлектродных зазоров между собой с образованием тракта для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале, согласно заявленному изобретению газоотводная трубка выполнена с радиальными капиллярными отверстиями и введена в осевое отверстие, которое выполнено в задней торцевой крышке, при этом полости газоотводных трубок соседних эмиттерных сборок сообщены между собой и образуют тракт для отвода газообразных продуктов деления из многоэлементного электрогенерирующего канала.
Выполнение газоотводной трубки с радиальными капиллярными отверстиями обеспечивает вход газообразных продуктов деления в полость газоотводной трубки, а введение трубки в осевое отверстие задней торцевой крышке позволяет сообщить полости газоотводных трубок соседних эмиттерных сборок между собой с образованием тракта для отвода газообразных продуктов деления из многоэлементного электрогенерирующего канала. По сравнению с наиболее близким известным многоэлементным электрогенерирующим каналом в заявленном устройстве организованы два независимых тракта: тракт для направленного отвода газообразных продуктов деления ядерного топлива из многоэлементного электрогенерирующего канала и тракт для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале, что исключает возможность выхода газообразных продуктов деления в тракт для паров цезия за счет разницы давлений в трактах.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен многоэлементный электрогенерирующий канал термоэмиссионного реактора-преобразователя (общий вид).
Многоэлементный электрогенерирующий канал термоэмиссионного реактора-преобразователя содержит многослойный коллекторный пакет 1, в котором коаксиально размещены с образованием радиальных межэлектродных зазоров 2 относительно многослойного пакета 1 эмиттерные сборки. Каждая эмиттерная сборка состоит из цилиндрической эмиттерной оболочки 3, которая закрыта передней торцевой крышкой 4 и задней торцевой крышкой 5. Передняя торцевая крышка 4 и задняя торцевая крышка 5 выполнены с кольцевым выступом, который расположен на внешней поверхности крышки. В передней торцевой крышке 4 и задней торцевой крышке 5 выполнены осевые отверстия. Внутри эмиттерной оболочки 3 расположен топливный сердечник, состоящий из набора кольцевых таблеток 6 ядерного топлива. В осевых отверстиях таблеток 6 и в осевых отверстиях передней торцевой крышки 4 и задней торцевой крышки 5 установлена газоотводная трубка 7. Газоотводная трубка 7 установлена с технологическим зазором относительно внутренней кольцевой поверхности таблеток бис контактом в осевых отверстиях передней и задней торцевых крышек 4, 5. Газоотводная трубка 7 выполнена с радиальными капиллярными отверстиями, которые предназначены для вывода газообразных продуктов деления из полости эмиттерной сборки с топливным сердечником 6 в полость газоотводной трубки 7. Между передней торцевой крышкой 4 и задней торцевой крышкой 5 соседних эмиттерных сборок размещена коммутационная перемычка 8. Коммутационная перемычка 8 представляет собой втулку с кольцевым выступом и с периферийными отверстиями. Коммутационная перемычка 8 своим кольцевым выступом установлена на заднюю торцевую крышку 5. В осевом отверстии коммутационной перемычки 8 установлен кольцевой электроизолятор 9. Наружной кольцевой поверхностью кольцевой электроизолятор 9 контактирует с внутренней поверхностью осевого отверстия коммутационной перемычки 8, а внутренней кольцевой поверхностью кольцевой электроизолятор 9 контактирует с наружной поверхностью кольцевого выступа передней торцевой крышки 4. Полости газоотводных трубок 7 последовательно установленных соседних эмиттерных сборок сообщены между собой через осевые отверстия передних и задних торцевых крышек 4, 5 и полость, ограниченную внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого электроизолятора 9, торцевыми наружными поверхностями выступов передней и задней торцевых крышек 4, 5, и образуют газоотводной тракт для направленного отвода газообразных продуктов деления из многоэлементного электрогенерирующего канала. Свободные полости внутри электрогенерирующего канала, включающие пространство межэлектродных зазоров 2, сообщены между собой посредством периферийных отверстий в коммутационных перемычках 8 и образуют тракт для паров цезия в многоэлементном электрогенерирующем канале.
Многоэлементный электрогенерирующий канал термоэмиссионного реактора-преобразователя работает следующим образом.
-2
В процессе ядерной реакции деления в топливных сердечниках эмиттерных сборок выделяется тепловая энергия, часть которой преобразуется в электрическую по известным законам термоэмиссии, а другая часть отводится с наружной поверхности многослойного коллекторного пакета 1 теплоносителем. Тракт для паров цезия, образованный полостями межэлектродных зазоров 2, заполняется парами цезия давлением от 1 до 5 мм рт. ст. В процессе работы из каждого топливного сердечника выделяются газообразные продукты деления, которые через радиальные капиллярные отверстия газоотводных трубок 7 выводятся из полостей эмиттерных сборок с топливными сердечниками в полости газоотводных трубок 7 и заполняют газоотводный тракт для направленного отвода газообразных продуктов деления, при этом давление газообразных продуктов деления составляет не более 10 мм рт. ст. Поскольку полость газоотводного тракта негерметична по отношению к тракту для паров цезия из-за технологических зазоров в посадочных поверхностях коммутационной перемычки 8, кольцевого электроизолятора 9 и передней торцевой крышки 4, а также из-за разницы давлений в вышеуказанных трактах возможно проникновение некоторого объема пара цезия в полость газоотводного тракта, однако это не приведет к ухудшению эмиссионно-адсорбционных характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала. В полости газоотводного тракта происходит смешивание пара цезия с газообразными продуктами деления. Далее указанная смесь удаляется из многоэлементного электрогенерирующего канала посредством вакуум-цезиевой системы термоэмиссионного реактора-преобразователя без контакта с парами цезия, находящимися в тракте для паров цезия, и в результате исключается адсорбция газообразных продуктов деления на электродах (эмиттере и коллекторе) и деградация эмиссионно-адсорбционных характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала и выходных характеристик термоэмиссионного реактора-преобразователя в целом.