Термоэмиссионный реактор-преобразователь
THERMIONIC REACTOR-CONVERTER

Заявленное техническое решение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионного реактора-преобразователя с жидкометаллическим или водяным теплоносителем.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к заявленному техническому решению является термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий корпус с активной зоной, ограниченной по периметру торцевыми и боковым отражателями, в вертикальных каналах которой, изготовленных из замедлителя, с зазором для прохода теплоносителя установлены цилиндрические гильзы с помещенными в них электрогенерирующими каналами, токовыводы которых соединены с токовыводами коммутационных камер, снабженных патрубками для подвода и отвода цезия («Атомная энергия», т. 36, вып. 6, июнь 1974, стр. 450).
Недостатками известного решения является опасность утечки теплоносителя внутрь коммутационных камер, отсутствие возможности снижения температуры на наружной поверхности направляющих электрогенерирующих каналов, а также температуры регулировки. Кроме того, в известной конструкции невозможно получить на токовыводах напряжения выше ЗОВ по причине электрического пробоя между электрическими цепями и элементами соседних электрогенерирующих каналов, невозможность использования водяного теплоносителя.
Задачей, решаемой с помощью заявляемого изобретения, является повышение надежности и безопасности термоэмиссионного реактора-преобразователя, возможность использования разных видов теплоносителя, в том числе водяного теплоносителя под давлением.
Техническими результатами, которые достигают при использовании изобретения, являются: снижение вероятности попадания теплоносителя в электрогенерирующие каналы, возможность уменьшить температуру теплоносителя и возможность увеличения напряжения на токовыводах.
Технический результат достигается тем, что в термоэмиссионном реакторе-преобразователе, содержащем корпус с активной зоной, ограниченной по периметру торцевыми и боковым отражателями, в вертикальных каналах которой, изготовленных из замедлителя, с зазором для прохода теплоносителя установлены цилиндрические гильзы с помещенными в них электрогенерирующими каналами, токовыводы которых соединены с токовыводами коммутационных камер, снабженных патрубками для подвода и отвода цезия, токовыводы электрогенерирующих каналов имеют одностороннее расположение, при этом над активной зоной установлена емкость с токовыводами, заполненная инертным газом, в которую помещены коммуникационные камеры, токовыводы которых соединены между собой и токовыводами емкости, а к гильзам прикреплены днища и они коаксиально с зазором помещены в защитные стаканы, при этом зазоры между гильзами и стаканами сообщены с коллектором подвода (отвода) газа, установленным между емкостью с инертным газом и верхним торцевым отражателем, гильзы герметично соединены с емкостью с инертным газом.
Заявленное изобретение поясняется рисунком 1, на котором изображен термоэмиссионный реактор-преобразователь.
Термоэмиссионный реактор-преобразователь содержит корпус 1 с активной зоной, ограниченной по периметру торцевыми 2 и боковыми 3 отражателями. В вертикальных каналах 4 из замедлителя 5 активной зоны с зазором 6 для прохода теплоносителя установлены цилиндрические гильзы 7 с днищами. Внутренняя поверхность цилиндрических гильз 7 покрыта электроизоляцией 8. В гильзы 7 помещены электрогенерирующие каналы (ЭГК) 9 с односторонним расположением токовыводов. Токовыводы разделены на центральные 10 (эмиттерные или коллекторные), выполненные в виде стержней, и внешние 11 (эмиттерные или коллекторные) - в виде кольцевых трубок. Центральные токовыводы 10 соединены с токовыводами 12 и 13 коммуникационных камер 14, а внешние токовыводы 11 герметично соединены с коммуникационными камерами 14. Коммуникационные камеры 14 снабжены патрубками для подвода 15 и отвода 16 цезия. Над активной зоной установлена емкость 17 с токовыводами 18 и 19, заполненная инертным газом, в которую помещены коммуникационные камеры 14, токовыводы 12 и 13 которых соединены между собой и токовыводами 18 и 19 емкости 17. Цилиндрические гильзы 7 герметично соединены с емкостью 17 с инертным газом и коаксиально с зазором помещены в защитные стаканы 20, при этом зазоры между гильзами 7 и стаканами 20 сообщены с коллектором 21 подвода (отвода) газа, установленным между емкостью 17 с инертным газом и верхним торцевым отражателем 2. Зазоры 6 для прохода теплоносителя соединены с входным 22 и выходным 23 коллекторами, имеющими соответствующие патрубки для подвода 24 и отвода 25 теплоносителя. В боковом отражателе 3 расположены вращающиеся вокруг вертикальной оси цилиндры 26, часть боковой поверхности которых покрыта материалом поглотителя.
Работает устройство следующим образом. Теплоноситель, поступает в нижний входной коллектор 22, откуда раздается по кольцевым зазорам 6 между защитными стаканами 20 и замедлителем 5. Двигаясь снизу-вверх теплоноситель нагревается, забирая выделяющееся из электрогенерирующих каналов 9 тепло, и поступает в верхний выходной коллектор 23 и, далее, на выход из реактора. За счет отвода тепла, обеспечиваемого циркуляцией теплоносителя, достигаются определенные значения температур коллекторов и эмиттеров электрогенерирующих каналов 9. Получение оптимальных для протекания термоэлектрической эмиссии температур коллекторов и эмиттеров, а также заполнение зазора между ними парами цезия позволяют обеспечить в зазорах максимальный ток при замыкании токовыводов 10,11 электрогенерирующих каналов 9 на полезную нагрузку. Очистка паров цезия от газообразных продуктов деления, выделяющихся в топливе при работе реактора, производится за счет их удаления вместе с цезием из коммутационных камерах 14 электрогенерирующих каналов 9.
Регулирование температур коллектора и эмиттера с целью получения их оптимальных значений для протекания термоэлектроэмиссии осуществляется путем подачи в коллектор 21 и, соответственно, в зазоры между защитными стаканами 20 и цилиндрическими гильзами 7 газа или смеси газов (например, гелия, неона или их смеси), создания в данном объеме требуемого давления. В случае нарушения герметичности защитных стаканов 20, с целью исключения проникновения теплоносителя в зазоры между цилиндрическими гильзами 7 и защитными стаканами 20, в коллекторе 21 и вышеуказанных зазорах создается противодавление, препятствующее дальнейшему проникновению теплоносителя в эти зазоры и ухудшению условий теплоотвода.
При замыкании токовыводов 18 и 19 в емкости 17 на полезную нагрузку между эмиттерами и коллекторами электрически соединенных между собой электрогенерирующих каналов 9 за счет явления термоэлектроэмиссии возникает электрический ток, и на токовыводах 10, 11 электрогенерирующих каналов 9 и их элементах, на токовыводах 12, 13 коммутационных камер 14 и на токовыводах 18, 19 емкости 17, фактически являющихся токовыводами реактора, появляется напряжение. При этом напряжение между элементами электрогенерирующих каналов 9, токовыводами 10, 11 и внутренними стенками конструктивно связанной с ними коммутационной камеры 14, контактирующими с парами цезия, ограничено из-за возможности электрического пробоя через электропроводящую среду, а напряжение между коммутационными камерами 14, их токовыводами 12,13 и токовыводами 18,19 емкости 17 при параллельном соединении коммутационных камер 14 не будет превышать напряжения электрического пробоя, а при последовательном соединении коммутационных камер 14 напряжение будет существенно выше за счет размещения данных элементов внутри емкости 17, заполненной инертным газом.
Таким образом, использование изобретения позволяет снизить вероятность попадания теплоносителя в электрогенерирующие каналы 9, обеспечивает возможность увеличения напряжения на токовыводах, а также - возможность использования воды в качестве теплоносителя благодаря уменьшению температуры теплоносителя в реакторе.