УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Предложение относится к техническим средствам для преобразования тепловой энергии высокого порядка (5-10 МэВ и более) в промежуточную тепловую энергию рабочей среды с последующим использованием этой перегретой рабочей среды для привода лопастей турбины, привода генератора или любого механического привода агрегатов.
В настоящее время широко известны устройства для преобразования энергий: из тепловой в тепловую, из тепловой в механическую, из которых наиболее представительным является устройство для получения механической или электрической энергии /Промышленное и строительное оборудование, Сб. №36, 2003, М - СПб, с.92-99; с.140-142/.
Существенными и очевидными недостатками такого типа устройств является незначительная удельная энергопроизводительность рабочей камеры и низкий КПД преобразования тепловой энергии при одновременной высокой металлоемкости устройства.
235
239
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для преобразования энергии, содержащее корпус, рабочую камеру, заполненную делящимся радиоактивным материалом и замедлителем нейтронов, рабочая камера соединена с камерой для разделения нейтронов и заряженных частиц, имеющую электромагнитный фильтр и нейтронную оптическую систему для ориентирования потока нейтронов /Гончаров В.В., Тридцатилетие первого советского ядерного реактора, ж. Атомная энергия, 1977, т.42, в.2./. В качестве активного материала используют U и Pu, а в качестве замедлителя используют: графит, воду с присадками/.
Существенными недостатками такого устройства (ядерного реактора) являются: значительные габариты и материалоемкость, высокие трудозатраты на производство и эксплуатацию при невысокой степени безопасности работы устройства как в штатном, так и в экстремальных условиях (землетрясение, грозовая активность и т.п.).
Технической задачей и технологическим результатом предлагаемого
устройства для преобразования энергии является существенное увеличение удельной энергоотдачи (съема энергии с единицы и объема активного материала и геометрического объема рабочей камеры), повышение надежности работы устройства при одновременном уменьшении габаритов и материале емкости устройства.
Это в устройстве для преобразования энергии достигается за счет выполнения корпуса, его рабочей камеры, заполненной делящимся радиоактивным материалом и замедлителем нейтронов, рабочая камера соединена с камерой для разделения нейтронов и заряженных частиц, имеющую электромагнитный фильтр и нейтронную оптическую систему для ориентирования потока нейтронов, при этом рабочая камера снабжена каскадами в виде дисков, расположенных один за другим и составленных из делящегося радиоактивного материала и замедлителя нейтронов, размер каждого последующего диска, начиная от первого, размещенного у калиброванного отверстия-нейтроновода, превышает размер предыдущего диска, внутренние стенки рабочей камеры имеют криволинейный профиль, соответствующий последовательному увеличению размеров дисков каскада, начиная от первого диска каскада к последнему, а нейтронная оптическая система имеет калиброванное отверстие для выхода нейтронов в теплообменную трубку, расположенную в теплообменной камере, соединенной с корпусом устройства, эта теплообменная камера имеет двойные стенки с кольцевой полостью между ними, причем полость теплообменной камеры и полость кольцевой камеры имеют патрубки для ввода в них хладагента и имеют трубы для вывода из них перегретого рабочего агента потребителю.
При этом размер каждого последующего диска каскада превышает аналогичный размер предыдущего диска, начиная от первого, в 1,5-1,8 раза в направлении, перпендикулярном оси корпуса устройства.
На чертеже показан общий вид устройства с сечением по оси.
Устройство для преобразования энергии содержит корпус 1, рабочую камеру 2 с криволинейным профилем ее стенок; в полости этой рабочей камеры размещены по нормали к оси корпуса устройства каскады 3 в виде дисков, составленные из делящегося радиоактивного материала
типа U235-Pu239 и замедлителя нейтронов (графит, вода с присадками), выполненных в виде дисков и расположенных один за другим. Начало камеры 2 имеет калиброванное отверстие 4 (строго выверенного диаметра 1-3 мм) в виде канала-нейтроновода, через которое подают пучок медленных нейтронов на диск первого каскада 5.
Кривизна стенок камеры 2 обеспечивает отражение и движение нейтронов только в одном направлении: от первого диска - 5 каскада к последнему диску 6 каскада за счет поочередного увеличения поперечного размера диска и камеры в 1,5-1,8 раза, нейтроны поступают в камеру их накопления и разделения нейтронов к заряженных частиц, где с помощью нейтронной оптической системы 7 и 8 нейтроны фокусируют к выпускному калиброванному отверстию 9 (0,5-2,0 мм).
2
2
С корпусом 1 соединена теплообменная камера 10 с полостью 11 для приема хладагента (воды с продуктами испарения твердого СО), в полости камеры имеется теплообменная трубка 12, куда через отверстие 9 поступают нейтроны для организации теплообменного процесса в полости 11 камеры, имеющей периферийную кольцевую камеру 13. В полость 11 камеры 10 введен патрубок 14 подачи хладагента (воды с присадками, чистой воды, воды с испарением СО), а полость камеры 13 имеет вводной патрубок 15 для подачи такого же хладагента. А выход перегретой рабочей жидкости из указанных полостей обеспечивают трубы 16 и 17, соответственно, из полости 11 и 13; эту перегретую рабочую жидкость подают или на лопасти турбины, или на привод генератора, или на приводы механических агрегатов (приводя на чертеже не показаны ввиду тривиальности такого техн. решения. например, см. Сб. №36, 2003 г., Промышленное и строительное оборудование, М. - СПб, с.92-99, с.140-142.).
Для поддержания стабильности движения нейтронов к нейтронной оптической системе 7-8 корпус 1 оснащен электромагнитным фильтром 18, отделяющим заряженные частицы от потока нейтронов.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через калиброванное отверстие-нейтроновод (канал) 4 подают пучок медленных
7
9
235
239
13
15
нейтронов (плотностью 10 - 10 нейтр./сек) на первый диск 5 каскада рабочей камеры 2, с которого через замедлитель нейтронов они попадают на следующий диск каскада и так до последнего - 6 в этом каскаде дисков из делящегося радиоактивного материала типа U-Pu и замедлителя (графит, вода и т.п.) при этом коэффициент размножения нейтронов достигает 10 - 10 нейтронов/сек. Такой энергетически мощный пучок выпускают через калиброванное отверстие 9 в полость теплообменной трубки 12, которую омывает и интенсивно проходит хладагент, снимая высокую температуру со стенки трубки 12; из полостей 11 и 13 камеры 10 перегретая рабочая жидкость поступает, как указано, на приводы агрегатов или используется как самостоятельный теплоноситель в различных технологических процессах потребителей.
Таким образом, предлагаемое устройство для преобразования энергии при существенно незначительных размерах (диаметр 20-50 см и длина 50-120 см) позволяет получать высокие тепловые характеристики для процессов теплообмена и использования тепловой энергии перегретой рабочей жидкости (рабочего агента) для теплового оснащения технологических производств или для передачи этой энергии на приводы различных технических средств.