[go: up one dir, main page]

RU2224328C2 - Thermal emission reactor-converter of packaged circuit - Google Patents

Thermal emission reactor-converter of packaged circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2224328C2
RU2224328C2 RU2002103583/09A RU2002103583A RU2224328C2 RU 2224328 C2 RU2224328 C2 RU 2224328C2 RU 2002103583/09 A RU2002103583/09 A RU 2002103583/09A RU 2002103583 A RU2002103583 A RU 2002103583A RU 2224328 C2 RU2224328 C2 RU 2224328C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
trp
coolant
active part
energy
thermal emission
Prior art date
Application number
RU2002103583/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002103583A (en
Inventor
вский В.В. Син
В.В. Синявский
В.Д. Юдицкий
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority to RU2002103583/09A priority Critical patent/RU2224328C2/en
Publication of RU2002103583A publication Critical patent/RU2002103583A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2224328C2 publication Critical patent/RU2224328C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: thermal emission method of energy conversion in nuclear power engineering and space technology. SUBSTANCE: thermal emission reactor-converter is intended for use in space power installations. Proposed thermal emission reactor has two or more energy-generating packages in the form of sealed case provided with branch pipes for inlet and outlet of heat transfer agent. Energy-generating assemblies cooled by heat transfer agent with active part and collectors for distribution and collection of heat transfer agent placed close to faces of packages are positioned inside case. Part of heat tube of melting system of heat transfer agent is installed in center of each energy- generating package uniaxially with thermal emission assemblies. Evaporation zone of heat tube is placed in heat transfer agent opposite to active part of energy- generating assembly. Outer diameter of evaporation zone of heat tube can be equal to outer diameter of active part of energy-generating assembly. Body of heat tube can be made of same materials as external case of active part of energy-generating assembly. EFFECT: increased operational safety of thermal emission reactor in space, simplified technique of multiple planned starts-up and shut-downs of thermal emission reactor in process of its long-term operation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую, атомной и космической энергетике и может быть использовано при создании преимущественно космических ядерно-энергетических установок. The invention relates to a thermionic method of converting thermal energy into electrical, nuclear and space energy and can be used to create primarily space nuclear power plants.

Термоэмиссионный реактор-преобразователь (ТРП) космической ядерно-энергетической установки (ЯЭУ) может быть на тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах. ТРП на тепловых (и промежуточных) нейтронах из-за наличия в активной зоне замедлителя могут быть созданы лишь до электрических мощностей не более 100...150 кВт и относительно невысокого ресурса. ТРП на быстрых нейтронах могут быть созданы на мощности от 100...150 кВт до мегаватного уровня. The thermionic reactor-converter (TRP) of a space nuclear power plant (NPP) can be based on thermal, intermediate, and fast neutrons. TRP on thermal (and intermediate) neutrons due to the presence in the core of the moderator can only be created up to electric powers of not more than 100 ... 150 kW and a relatively low resource. TRPs with fast neutrons can be created at powers from 100 ... 150 kW to a megawatt level.

Известен ТРП на тепловых нейтронах космической ЯЭУ "Топаз" [1]. Он содержит активную зону (AЗ), состоящую из замедлителя и термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЭГС), обычно называемых термоэмиссионными электрогенерирующими каналами (ЭГК), отражателя, в котором размещены органы управления в виде поворотных барабанов. ЭГС снаружи охлаждаются теплоносителем в виде эвтектического сплава NaK. Known TRP on thermal neutrons of the space nuclear power plant "Topaz" [1]. It contains an active zone (AZ), consisting of a moderator and thermionic electric power generating assemblies (EGS), usually called thermionic electric power generating channels (EHC), a reflector in which the controls are in the form of rotary drums. EHS from the outside are cooled by a heat carrier in the form of a eutectic NaK alloy.

Такой ТРП успешно отработал в космосе, генерируя электрическую мощность примерно 5 кВт в течение около года. Such a TRP successfully worked out in space, generating an electric power of about 5 kW for about a year.

Однако для пуска ТРП в космосе теплоноситель должен быть предварительно в наземных условиях подогрет на несколько сот градусов и пуск ТРП должен быть произведен в течение не более трех часов после старта с Земли ракеты с ЯЭУ с ТРП. В таком ТРП отсутствует система расплавления теплоносителя, поэтому многократный пуск невозможен. Не обеспечено также аварийное расхолаживание ТРП. However, in order to launch TRP in space, the coolant must be preheated in ground conditions by several hundred degrees and the TRP should be launched within no more than three hours after the launch from the Earth of a rocket from a nuclear power plant with TRP. In such a TRP, there is no system for melting the coolant, therefore, multiple start-up is impossible. The emergency cooling down of the TRP is also not ensured.

Известен ТРП на быстрых нейтронах по патенту [2]. Он содержит AЗ, набранную из ЭГС и бустерных твэл, снабженных системой вывода газообразных осколков деления. Такой ТРП имеет относительно малый объем AЗ, и, следовательно, малую массу радиационной защиты. Однако наземная отработка такого ТРП требует большого объема работ, так как основной объем испытаний по проверке технических решений и отработке показателей надежности должен быть выполнен при ядерно-энергетических испытаниях ТРП или даже ЯЭУ с ТРП. Не обеспечено также аварийное расхолаживание ТРП. Known TRP on fast neutrons according to the patent [2]. It contains AZ, recruited from EHS and booster fuel elements equipped with a system for removing gaseous fission fragments. Such a TRP has a relatively small volume of AZ, and, consequently, a small mass of radiation protection. However, ground-based testing of such a TRP requires a large amount of work, since the bulk of the tests to verify technical solutions and development of reliability indicators should be performed during nuclear power tests of TRP or even nuclear power plants with TRP. The emergency cooling down of the TRP is also not ensured.

Известен ТРП по патенту [3]. Он содержит AЗ, набранную из ЭГК и бустерных твэл, которые размешены компактно в дополнительном герметичной корпусе, снабженном автономной системой охлаждения. Такой ТРП имеет относительно малый объем активной зоны и, следовательно, малую массу радиационной защиты. Однако наземная отработка такого ТРП требует большого объема работ, так как основной объем испытаний по проверке технических решений и отработке показателей надежности должен быть выполнен при ядерно-энергетических испытаниях ТРП или даже ЯЭУ с ТРП. Не обеспечено также аварийное расхолаживание ТРП. Known TRP patent [3]. It contains an AZ composed of EGCs and booster fuel elements, which are compactly placed in an additional sealed enclosure equipped with an autonomous cooling system. Such a TRP has a relatively small volume of the core and, therefore, a small mass of radiation protection. However, ground-based testing of such a TRP requires a large amount of work, since the bulk of the tests to verify technical solutions and development of reliability indicators should be performed during nuclear power tests of TRP or even nuclear power plants with TRP. The emergency cooling down of the TRP is also not ensured.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ТРП пакетной (модульной) схемы на быстрых нейтронах для космической ЯЭУ большой мощности, предложенный в [4]. ТРП содержит AЗ, набранную из гидравлически независимых электрогенерирующих пакетов (ЭГП), состоящих из корпуса, внутри которого размещены термоэмиссионные ЭГС. Каждый ЭГП в ТРП имеет независимую систему охлаждения в виде автономного литиевого контура с размещенными у торцев коллекторами теплоносителя, имеющими патрубки для входа и выхода теплоносителя. В боковой отражателе ТРП размещены органы управления в виде поворотных барабанов. Closest to the invention in technical essence is the TRP of a packet (modular) fast neutron scheme for high-power space nuclear power plants, proposed in [4]. TRP contains AZ, recruited from hydraulically independent power generating packages (EGP), consisting of a housing inside which thermionic EHS is placed. Each EGP in the TRP has an independent cooling system in the form of an autonomous lithium circuit with coolant collectors located at the ends, having nozzles for entering and leaving the coolant. The controls in the form of rotary drums are located in the side reflector of the TRP.

Такой ТРП также может иметь относительно невысокую массу и проектируется на электрическую мощность от 100...150 кВт до нескольких мегаватт. Модульное построение ТРП существенно упрощает экспериментальную отработку, так как основной объем испытаний по проверке технических решений и отработке показателей надежности может быть выполнен при стендовой безъядерной отработке ЭГП с электронагревом. Введение модульного (из ЭГП) построения упрощает сборку ТРП, так как он собирается из ограниченного числа ЭГП. Such a TRP can also have a relatively low mass and is designed for electric power from 100 ... 150 kW to several megawatts. The modular construction of TRP significantly simplifies experimental testing, since the bulk of the tests to verify technical solutions and develop reliability indicators can be performed with bench-based nuclear-free testing of EGP with electric heating. The introduction of modular (from EGP) construction simplifies the assembly of TRP, since it is assembled from a limited number of EGP.

Однако для пуска ТРП в космосе теплоноситель как в ТРП, так и в системе охлаждения должен быть предварительно расплавлен и подогрет на несколько десятков или сот градусов выше температуры замерзания теплоносителя. Это может быть сделано, например, с использованием электронегревателей, питаемых от внешнего источника электроэнергии, например аккумуляторных батарей. При необходимости многократного планового останова и повторного пуска ТРП должна быть также предусмотрено специальная программа замораживания теплоносителя, обеспечивающая затем плановый пуск ТРП. Это производится медленным снижением по специальной программе тепловой мощности ТРП. Однако возможны ситуации, когда производится аварийный, практически моментальный останов ТРП. В этом случае необходимо аварийное расхолаживание ТРП. При отсутствии специальной системы аварийного расхолаживания работавшего ТРП за счет остаточного тепловыделения в активной зоне произойдет расплавление топливных сворок в ЭГС и последующее образование по крайней мере в каждом из ЭГП (возможно, и во всей активной зоне) застывшего монолита сплава делящегося вещества с тугоплавкими металлами. Особенно актуальна эта задача для ТРП с большим объемом активной зоны, большой мощности и длительного ресурса. Это может привести к изменению реактивности ТРП в худшую с точки зрения безопасности сторону. Кроме того, при столкновении с космическим "мусором" такой монолит при падении на Землю не сгорит в атмосфере, а упадет на Землю, что крайне нежелательно с точки зрения обеспечения радиационной безопасности населения Земли. However, for the launch of the TRP in space, the coolant both in the TRP and in the cooling system must be pre-melted and heated several tens or hundreds of degrees above the freezing temperature of the coolant. This can be done, for example, using electric heaters powered by an external source of electricity, such as batteries. If it is necessary to repeatedly scheduled shutdown and restart the TRP, a special program for freezing the coolant must also be provided, which then ensures the scheduled start of the TRP. This is done by slow reduction according to the special program of thermal power of the TRP. However, situations are possible when an emergency, almost instantaneous shutdown of the TRP is performed. In this case, an emergency cooling down of the TRP is necessary. In the absence of a special emergency cooling system for the operating TRP due to the residual heat in the core, the fuel bundles will melt in the EHS and the solidified monolith of the alloy of fissile material with refractory metals will form in at least each of the EGPs (and possibly in the entire core). This task is especially relevant for TRP with a large core volume, high power and long life. This can lead to a change in the reactivity of TRP for the worse from a safety point of view. In addition, in a collision with space "debris" such a monolith upon falling to Earth will not burn in the atmosphere, but will fall to Earth, which is extremely undesirable from the point of view of ensuring the radiation safety of the Earth's population.

Задачей изобретения является повышение безопасности эксплуатации ТРП в космосе с одновременным упрощением процессов многократных плановых пусков и остановов ТРП в процессе длительной работы. The objective of the invention is to increase the safety of the operation of the TRP in space while simplifying the processes of multiple scheduled launches and shutdowns of the TRP during continuous operation.

Указанная задача решается в ТРП пакетной схемы, содержащей не менее двух ЭГП в виде герметичного корпуса, снабженного патрубками для входа и выхода теплоносителя, с размещенными внутри корпуса охлаждаемыми теплоносителем термоэмиссионными ЭГС с активной частью и коллекторами раздачи и сбора теплоносителя, размещенными у торцов ЭГП, в которой в центре каждого ЭГП соосно с термоэмиссионными ЭГС установлена часть тепловой трубы системы расплавления теплоносителя, причем зона испарения тепловой трубы размещена в теплоносителе напротив активной части ЭГС. Наружный размер зоны испарения тепловой трубы может быть выбран равным наружному размеру активной части ЭГС, а корпус тепловой трубы может быть выполнен из того же материала, что и корпус ЭГС. This problem is solved in the TRP of a batch scheme containing at least two EGPs in the form of a sealed enclosure equipped with nozzles for entering and leaving the coolant, with thermoemissive EGSs with an active part and coolant distribution and collection collectors located at the ends of the EGPs located inside the enclosure, in which, in the center of each EGP, coaxially with the thermionic EHS, a part of the heat pipe of the heat transfer system is installed, and the evaporation zone of the heat pipe is placed in the heat carrier opposite to a active part of the EHS. The outer size of the evaporation zone of the heat pipe can be chosen equal to the outer size of the active part of the EHS, and the body of the heat pipe can be made of the same material as the body of the EHS.

Фиг.1 и 2 поясняют суть предлагаемого ТРП пакетной (модульной) схемы. Figure 1 and 2 explain the essence of the proposed TRP batch (modular) scheme.

На фиг.1 приведен поперечный разрез ТРП, а на фиг.2 - продольный разрез ЭГП. Figure 1 shows a transverse section of the TRP, and figure 2 is a longitudinal section of the EGP.

ТРП содержит ЭГП 1 и боковой отражатель 2, в котором размещены органы управления ТРП в виде поворотных цилиндров 3 с поглощающими нейтроны накладками 4. ЭГП включает герметичный корпус 5, внутри которого размещены термоэмиссионные ЭГС 6, наружные корпуса 7 которых охлаждаются теплоносителем 8, например эвтектическим сплавом NаК или Li. Внутри корпусов 7 ЭГС 6 размещены последовательно соединенные электрогенерирующие элементы (ЭГЭ) 9, образующие активную часть 10, и элементы торцовых отражателей 11 и 12, в которых расположены токовыводы 13 и 14. Активные части 10 всех ЭГС 6 всех ЭГП 1 образуют активную зону ТРП, которая окружена боковым отражателем 2 и элементами торцевых отражателей 11 и 12. The TRP contains an EGP 1 and a side reflector 2, in which the TRP controls are placed in the form of rotary cylinders 3 with neutron-absorbing plates 4. The EGP includes a sealed housing 5, inside of which are thermionic EHS 6, the outer cases 7 of which are cooled by a heat carrier 8, for example, a eutectic alloy NaK or Li. Inside the buildings 7 EHS 6 placed in series connected power generating elements (EGE) 9, forming the active part 10, and the elements of the end reflectors 11 and 12, in which the current leads 13 and 14. The active parts 10 of all EHS 6 of all EHP 1 form the active zone TRP, which is surrounded by a side reflector 2 and elements of the end reflectors 11 and 12.

Выше и ниже активной части 10 ЭГС 6 расположены соответственно коллектор 15 раздачи теплоносителя 8 и коллектор 16 сбора теплоносителя 8. Подвод теплоносителя в ЭГП 1 осуществляется через патрубок 17, подсоединенный к коллектору 15, а отвод - через патрубок 18, подсоединенный к коллектору 16. Above and below the active part 10 of the EHS 6, respectively, are the collector 15 of the distribution of the coolant 8 and the collector 16 for collecting the coolant 8. The supply of coolant in the EHP 1 is through the pipe 17 connected to the manifold 15, and the outlet through the pipe 18 connected to the collector 16.

Токовыводы 13 и 14 через гермовводы 17 и 18 выведены в коммутационные камеры 19 и 20, где обеспечивается коммутация ЭГС 6, например последовательно-параллельная, для получения требуемого напряжения и тока каждого ЭГП 1. Из коммутационной камеры 20 через гермовыводы 21 идут два токовывода 22, которые позволяют осуществлять дальнейшую коммутацию ЭГП вне корпуса 5 ЭГП 1. The current outputs 13 and 14 through the hermetic inputs 17 and 18 are led into the switching chambers 19 and 20, where the EHS 6 is switched, for example, serial-parallel, to obtain the required voltage and current of each EHP 1. From the switching chamber 20, two current outputs 22 go through the hermetic terminals 21, which allow for further switching of the EHP outside the body 5 of the EHP 1.

В центре каждого ЭГП 1 соосно с термоэмиссионными ЭГС 6 установлена часть тепловой трубы 23 системы расплавления теплоносителя, причем зона испарения 24 тепловой трубы 23 размещена в теплоносителе 8 напротив активной части 10 ЭГС 6. Адиабатическая зона 25 тепловой трубы частично расположена в коллекторе 16, частично - в коммутационной камере 20 и частично - вне корпуса 5 ЭГП 1. Наружный размер (диаметр) d зоны испарения 24 тепловой трубы выбран равным наружному размеру (диаметру) D активной части 10 ЭГС 6, а корпус 26 тепловой трубы 23 выполнен из того же материала, что и корпус 7 ЭГС 6, Внутри тепловой трубы 23 по всей ее длине установлена капиллярная структура 27. In the center of each EGP 1 coaxially with the thermionic EHS 6, a part of the heat pipe 23 of the heat transfer melting system is installed, the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 is located in the heat carrier 8 opposite the active part 10 of the EHS 6. The adiabatic zone 25 of the heat pipe is partially located in the collector 16, partially in the switching chamber 20 and partially outside the housing 5 of the EHP 1. The outer size (diameter) d of the evaporation zone 24 of the heat pipe is chosen equal to the outer size (diameter) D of the active part 10 of the EHS 6, and the housing 26 of the heat pipe 23 is made of the same mat rial that EGS 7 and the housing 6, inside the heat pipe 23 along its entire length the capillary structure 27 is installed.

ТРП пакетной схемы работает следующим образом. TRP packet scheme works as follows.

В исходном состоянии размещенные в отражателе 2 поворотные цилиндры 3 находятся в положении поглощающими накладками 4 к активной зоне с ЭГП 1. Поэтому ТРП не критичен и в таком состоянии в составе ЯЭУ он выводится в космос. При этом теплоноситель 8 в ТРП может быть как в жидком (расплавленном), так и твердом (замороженном) состоянии. In the initial state, the rotary cylinders 3 located in the reflector 2 are in the position of the absorbing plates 4 to the core with the EGP 1. Therefore, the TRP is not critical and in this state it is launched into space as part of the nuclear power plant. When this coolant 8 in the TRP can be both in liquid (molten) and solid (frozen) state.

На радиационно-безопасной орбите, например, высотой 800 км, производится пуск ТРП. Для этого автоматически по команде с Земли (или системы управления ЯЭУ или КА) осуществляется разворот поворотных цилиндров 3 таким образом, что накладки 4 отходят от активном зоны с ЭГП 1. Сначала ТРП выводится на промежуточный, относительно небольшой уровень тепловой мощности. Начинается реакция деления топливного материала в ЭГЭ 9 активной части 10 ЭГС 6 с выделением тепла. Выделяющееся тепло отводится с наружной поверхности корпусов 7 ЭГС 6 в непрокачиваемый в начальный момент теплоноситель 8, например эвтектический сплав NаК или Li. При этом теплоноситель 8 нагревается, а если он был твердым, то плавится и затем нагревается выше температуры плавления. Через некоторое время весь теплоноситель 8 в каждой из ЭГП 1 ТРП будет расплавлен и несколько подогрет. Так как зона испарения 24 тепловой трубы 23 расположена в этом же теплоносителе, то тепло теплопроводностью от нагреваемого теплоносителя 8 через корпус 26 будет передаваться в зону испарения 24 тепловой трубы 23. За счет подвода тепла с капиллярной структуры 27 зоны испарения 24 тепловой трубы будет происходить испарение рабочего тела, пар которого, пройдя адиабатическую зону 25, сконденсируется в зоне испарения ( не показан) тепловой трубы, проложенной вдоль магистралей с теплоносителем системы охлаждения (не показан). Тем самым будет разогрет и расплавлен теплоноситель вне ТРП. После этого включается циркуляция теплоносителя и охлаждение ТРП производится циркулирующим теплоносителем 8. Подвод теплоносителя 8 в ЭГП 1 осуществляется через патрубок 17, далее через раздаточный коллектор 15 он попадает в активную часть 10, охлаждая наружные корпуса 7 ЭГС 6. Подогретый в активной части 10 теплоноситель попадает в сборный коллектор 16, а из него через патрубок 18 попадает в систему охлаждения (не показана). Стрелками показано движение теплоносителя 8 в ЭГП 1 в номинальной режиме работы ТРП пакетной схемы. In a radiation-safe orbit, for example, with an altitude of 800 km, the TRP is launched. To do this, automatically, on command from the Earth (or the control system of a nuclear power plant or spacecraft), the rotary cylinders 3 are rotated so that the plates 4 extend from the core with the EGP 1. First, the TRP is brought to an intermediate, relatively small level of thermal power. The reaction of fission of the fuel material in the EGE 9 of the active part 10 of the EHS 6 begins with the release of heat. The generated heat is removed from the outer surface of the EHS 6 housings 7 to the coolant 8 which was not pumped at the initial moment, for example, the NaK or Li eutectic alloy. When this coolant 8 is heated, and if it was solid, it melts and then heats above the melting point. After some time, the entire coolant 8 in each of the EGP 1 TRP will be melted and slightly heated. Since the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 is located in the same coolant, heat conduction from the heated coolant 8 through the housing 26 will be transferred to the evaporation zone 24 of the heat pipe 23. Due to the supply of heat from the capillary structure 27 of the evaporation zone 24 of the heat pipe, evaporation will occur a working fluid, the vapor of which, having passed the adiabatic zone 25, is condensed in the evaporation zone (not shown) of the heat pipe laid along the mains with the coolant of the cooling system (not shown). Thereby, the coolant outside the TRP will be heated and melted. After that, the coolant circulation is turned on and the TRP is cooled by the circulating coolant 8. The coolant 8 is supplied to the EGP 1 through the pipe 17, then through the transfer manifold 15 it enters the active part 10, cooling the outer shells 7 of the EHS 6. The coolant heated in the active part 10 into the collection manifold 16, and from it through the pipe 18 enters the cooling system (not shown). The arrows show the movement of the coolant 8 in the EGP 1 in the nominal operating mode of the TRP of the batch circuit.

После достижения рабочего уровня тепловой мощности в ЭГС 6 подается рабочее тело (пар цезия) и они начинают генерировать электроэнергию. ЭГС 6 снабжены токовыводами 13 и 14, с помощью которых внутри корпуса 5 ЭГП 1 ЭГС 6 коммутируются параллельно, последовательно или параллельно-последовательно. Коммутация осуществляется в коммутационных камерах 19 и 20, из последней с помощью изолированных от корпуса токовыводов 22 электроэнергия попадает в устройства внешней коммутации (не показаны) и потребителям, в том числе для питания насосов, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя (не показаны). Непреобразованная в ЭГС 6 теплота термодинамического цикла отводится теплоносителем 8, как это описано выше, и затем о помощью системы охлаждения сбрасывается в космос излучением в холодильнике-излучателе ЯЭУ (не показано). After reaching the working level of thermal power, a working fluid (cesium vapor) is supplied to the EHS 6 and they begin to generate electricity. EHS 6 are equipped with current outputs 13 and 14, with which inside the housing 5 EHP 1 EHS 6 are switched in parallel, sequentially or parallel-sequentially. Switching is carried out in the switching chambers 19 and 20, from the latter, with the help of current outputs 22 isolated from the housing, the electric power enters the external switching devices (not shown) and consumers, including for supplying pumps that provide coolant circulation (not shown). The heat of the thermodynamic cycle, which was not converted to EHS 6, is removed by the heat carrier 8, as described above, and then, using the cooling system, it is discharged into space by radiation in a nuclear power refrigerator (emitter) (not shown).

После окончания запланированного цикла работы производится останов ТРП. Для этого тепловая мощность ТРП постепенно понижается о уменьшением генерируемой ЭГС 6 электрической мощностью. После достижения некоторого промежуточного пониженного уровня тепловой мощности генерация электроэнергии в ЭГС 6, а следовательно, и в ЭГП 1 и во всем ТРП прекращается. Соответственно прекращается из-за отсутствия электропитания циркуляция теплоносителя 8 в ЭГП 1. Однако охлаждение ЭГП 1 не прекращается, так как отвод выделяющегося в топливной материале ЭГЭ 9 активной части 10 ЭГС 6 осуществляется теплопроводностью через пока еще расплавленный теплоноситель 8 к зоне испарения 24 тепловой трубы 23. За счет подвода тепла с капиллярной структуры 27 зоны испарения 24 тепловой трубы будет происходить испарение рабочего тела, пар которого, пройдя адиабатическую зону 25, сконденсируется в зоне испарения тепловой трубы, проложенной вдоль магистралей с теплоносителем системы охлаждения (не показана). Тем самым будет осуществлен сброс тепла в космос. After the end of the planned work cycle, the TRP is stopped. For this, the thermal power of the TRP is gradually reduced by a decrease in the electric power generated by the EHS 6. After reaching a certain intermediate reduced level of thermal power, the generation of electricity in EGS 6, and therefore in EGP 1 and in the whole TRP, stops. Accordingly, the circulation of the heat carrier 8 in the EGP 1 stops due to lack of power supply. However, the cooling of the EGP 1 does not stop, since the active part 10 of the EGS 6 released in the fuel material of the EGE 9 is carried out by heat conduction through the as yet molten coolant 8 to the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 Due to the supply of heat from the capillary structure 27 of the evaporation zone 24 of the heat pipe, the working fluid will evaporate, the vapor of which, passing through the adiabatic zone 25, will condense in the evaporation zone of the heat pipe s laid along the mains with a coolant cooling system (not shown). Thus, heat will be released into space.

В дальнейшем ТРП глушится поворотом размешенных в отражателе 2 поворотных цилиндров 3 в положение поглощающими накладками 4 к активной зоне с ЭГП 1. ТРП становится некритичным, его нейтронная мощность равна нулю. Однако тепловая мощность не равна нулю, так как существует остаточное тепловыделение в топливных сердечниках ЭГЭ 9. Это тепло аналогично рассмотренному выше теплопроводностью доставляется к зоне испарения 24 тепловой трубы 23 и с ее помощью сбрасывается в космос. Постепенно остаточное тепловыделение становится вое меньше, температура теплоносителя 8 в ЭГП 1 понижается к в какой-то момент он замерзает. Subsequently, the TRP is suppressed by turning the rotary cylinders 3 placed in the reflector 2 to the position with absorbing plates 4 to the core with EGP 1. The TRP becomes non-critical, its neutron power is zero. However, the thermal power is not equal to zero, since there is residual heat in the fuel cores of the EGE 9. This heat, similar to the heat conduction considered above, is delivered to the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 and is discharged into space using it. Gradually, the residual heat becomes lesser, the temperature of the coolant 8 in the EGP 1 decreases to at some point it freezes.

Повторный запуск ТРП производится аналогично описанному выше первому запуску. The restart of the TRP is carried out similarly to the first launch described above.

Однако возможны ситуации, когда во время работы ТРП на любой уровне мощности производится аварийный останов ТРП путей практически моментального поворота размещенных в отражателе 2 поворотных цилиндров 3 в положение поглощающими накладками 4 к активной зоне с ЭГП 1. ТРП становится некритичным, его нейтронная мощность равна нулю, генерации электроэнергии в ЭГС 6 не происходит, а следовательно, прекращается и циркуляция теплоносителя в ЭГП 1. Однако тепловая мощность не равна нулю, так как существует остаточное тепловыделение в топливных сердечниках ЭГЭ 9. В этой случае необходимо аварийное расхолаживание ТРП. При отсутствии специальной системы аварийного расхолаживания работавшего ТРП за счет остаточного тепловыделения в активной зоне произойдет расплавление топлива в ЭГЭ 9, ЭГС 6 и последующее образование, по крайней мере, в каждом из ЭГП 1, а возможно, и во всей активной зоне ТРП, застывшего монолита сплава делящегося вещества с тугоплавкими металлами. Особенно актуальна эта задача для ТРП с большим объемом активной зоны, большой мощности и длительного ресурса. Это может привести к изменению реактивности ТРП в худшую с точки зрения безопасности сторону. Кроме того, при столкновении с космическим "мусором" такой монолит при падении на Землю не сгорит в атмосфере, а упадет на Землю, что крайне нежелательно с точки зрения обеспечения радиационной безопасности населения Земли. However, situations are possible when during TRP operation at any power level the TRP emergency stops the paths of almost instantly turning the rotary cylinders 3 located in the reflector 2 to the position of the absorbing plates 4 to the core with EGP 1. The TRP becomes non-critical, its neutron power is zero, Generation of electricity in the EGS 6 does not occur, and therefore, the circulation of the coolant in the EGP 1 also stops. However, the thermal power is not equal to zero, since there is residual heat in the fuel sulfur echnikah EGE 9. In this case, you need an emergency cooling TRP. In the absence of a special emergency cooldown system for the operating TRP due to residual heat generation in the core, the fuel will melt in EGE 9, EHS 6 and subsequent formation, at least in each of the EGP 1, and possibly in the entire active zone of the TRP, solidified monolith alloy fissile material with refractory metals. This task is especially relevant for TRP with a large core volume, high power and long life. This can lead to a change in the reactivity of TRP for the worse from a safety point of view. In addition, in a collision with space "debris" such a monolith upon falling to Earth will not burn in the atmosphere, but will fall to Earth, which is extremely undesirable from the point of view of ensuring the radiation safety of the Earth's population.

Однако наличие зоны испарения 24 тепловой трубы 23 в теплоносителе 8 в центре каждого ЭГП 1 предотвращает эту опасную с радиационной точки зрения ситуацию, так как с ее помощью осуществляется автоматическое расхолаживание каждого ЭГП 1 в ТРП пакетной схемы. При этом не требуется никаких дополнительных систем и устройств аварийного расхолаживания ТРП. Не требуется и дополнительных источников электроэнергии, так как расхолаживание обеспечивается без затрат электроэнергии. Выделяющееся тепло аналогично рассмотренному выше теплопроводностью доставляется к зоне испарения 24 тепловой трубы 23 и с ее помощью сбрасывается в космос. Постепенно остаточное тепловыделение становится все меньше, температура теплоносителя 8 в ЭГП 1 понижается и в какой-то момент он замерзает. However, the presence of the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 in the coolant 8 in the center of each EGP 1 prevents this situation, which is dangerous from the radiation point of view, since it automatically cools each EGP 1 in the TRP of the batch circuit. At the same time, no additional systems and devices for emergency cooling of the TRP are required. No additional sources of electricity are required, as the cooldown is provided without the cost of electricity. The generated heat, similarly to the thermal conductivity discussed above, is delivered to the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 and is discharged into space with its help. Gradually, the residual heat becomes smaller, the temperature of the coolant 8 in the EGP 1 decreases and at some point it freezes.

Размещение зоны испарения 24 тепловой трубы 23 в теплоносителе 8 обеспечивает наилучший тепловой контакт при передачи тепла теплопроводностью от ЭГС 6 к корпусу 26 зоны испарения 24 тепловой трубы. Расположение зоны испарения 24 тепловой трубы в центре ЭГП 1 напротив и соосно активной части 10 ЭГС 6 обеспечивает наилучшие условия теплоотвода при минимальном температурном перепаде от всех ЭГС 6 при нециркулирующем теплоносителе 8. The placement of the evaporation zone 24 of the heat pipe 23 in the coolant 8 provides the best thermal contact during heat transfer by heat conductivity from the EHS 6 to the housing 26 of the evaporation zone 24 of the heat pipe. The location of the evaporation zone 24 of the heat pipe in the center of the EHP 1 opposite and coaxially active part 10 of the EHC 6 provides the best conditions for heat removal with a minimum temperature difference from all the EHC 6 with non-circulating coolant 8.

Выбор наружного размера (диаметра d) зоны испарения 24 тепловой трубы, равный наружному размеру (диаметру D) активной части 10 ЭГС 6, обеспечивает одинаковые скорости теплоносителя, а следовательно, и условия теплосъема как в периферийных ЭГС, так и в ЭГС, расположенных рядом с зоной испарения тепловой трубы. The choice of the outer size (diameter d) of the evaporation zone 24 of the heat pipe, which is equal to the outer size (diameter D) of the active part 10 of the EHS 6, provides the same coolant speeds and, therefore, the conditions of heat removal both in the peripheral EHS and in the EHS located next to heat pipe evaporation zone.

Выполнение корпуса 26 тепловой трубы из того же материала, что и корпуса 7 активной части 10 термоэмиссионной ЭГС, например, из ниобиевого сплава, обеспечивает отсутствие процессов массопереноса разнородных материалов в циркулирующем теплоносителе. The implementation of the housing 26 of the heat pipe from the same material as the housing 7 of the active part 10 of the thermionic EHS, for example, from a niobium alloy, ensures the absence of mass transfer processes of dissimilar materials in the circulating coolant.

Таким образом, размещение в теплоносителе в центре каждого ЭГП напротив активной части и соосно с термоэмиссионными ЭГС части тепловой трубы системы расплавления теплоносителя упрощает процессы многократных плановых пусков и остановов ТРП в процессе длительной работы и повышает безопасность эксплуатации ТРП в космосе, в том числе в аварийных ситуациях, за счет обеспечения автоматического без затрат электроэнергии расхолаживания реактора. Thus, the placement in the coolant in the center of each EHP opposite the active part and coaxially with the thermionic EHS parts of the heat pipe of the melting system of the coolant simplifies the processes of multiple scheduled starts and shutdowns of TRP during long-term operation and increases the safety of operation of TRP in space, including in emergency situations , due to the provision of automatic, without the cost of electricity, cooldown of the reactor.

Источники информации
1. Кузнецов В.А., Грязнов Г.М., Артюхов Г.Я. и др. Разработка и создание термоэмиссионной ЯЭУ "Топаз". - Атомная энергия" 1974. Т.36, вып.6. С.450-454.
Sources of information
1. Kuznetsov V.A., Gryaznov G.M., Artyukhov G.Ya. et al. Development and creation of a thermal emission nuclear power plant "Topaz". - Atomic energy "1974. T.36, issue 6. S.450-454.

2. Патент RU 207638S С1, МКИ Н 01 J 45/00. Термоэмиссионный реактор-преобразователь. Опубл. 27.03.97. Бюл. 9. 2. Patent RU 207638S C1, MKI H 01 J 45/00. Thermionic converter reactor. Publ. 03/27/97. Bull. 9.

3. Патент RU 2086036 C1, МКИ Н 01 J 45/00. Термоэмиссионный реактор-преобразователь. Опубл. 27.07.97. Бил. 21. 3. Patent RU 2086036 C1, MKI H 01 J 45/00. Thermionic converter reactor. Publ. 07/27/97. Bill. 21.

4. Патент RU 2168794 C1, МКИ Н 01 J 45/00. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы. Опубл. 10.06.2001. Бюл. 16. 4. Patent RU 2168794 C1, MKI H 01 J 45/00. Thermionic reactor-converter of a batch circuit. Publ. 06/10/2001. Bull. 16.

Claims (3)

1. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы, содержащий не менее двух электрогенерирующих пакетов в виде герметичного корпуса, снабженного патрубками для входа и выхода теплоносителя, с размещенными внутри корпуса охлаждаемыми теплоносителем, термоэмиссионными электрогенерирующими сборками с активной частью, коллекторами раздачи и сбора теплоносителя, размещенными у торцов пакета, отличающийся тем, что в центре каждого электрогенерирующего пакета соосно с термоэмиссионными электрогенерирующими сборками установлена часть тепловой трубы системы расплавления теплоносителя, причем зона испарения тепловой трубы размещена в теплоносителе напротив активной части электрогенерирующих сборок.1. The thermionic emission reactor-converter of the batch circuit, containing at least two power generating packages in the form of a sealed enclosure, equipped with nozzles for entering and leaving the coolant, with the coolant coolant located inside the enclosure, thermionic power generating assemblies with the active part, distribution and collection collectors of the coolant located at the ends of the package, characterized in that in the center of each power generation package coaxially with thermionic power generation assemblies installed portion of the heat pipe coolant system melting, and vaporization zone of the heat pipe is placed in the coolant opposite the active part of the power generating assemblies. 2. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр зоны испарения тепловой трубы выбран равным наружному диаметру активной части термоэмиссионной электрогенерирующей сборки.2. The thermionic emission reactor-converter of the batch circuit according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the evaporation zone of the heat pipe is chosen equal to the outer diameter of the active part of the thermionic power generating assembly. 3. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы по п.1, отличающийся тем, что корпус тепловой трубы выполнен из того же материала, что и наружный корпус активной части термоэмиссионной электрогенерирующей сборки.3. The thermionic emission reactor-converter of the batch circuit according to claim 1, characterized in that the casing of the heat pipe is made of the same material as the outer casing of the active part of the thermionic power generating assembly.
RU2002103583/09A 2002-02-08 2002-02-08 Thermal emission reactor-converter of packaged circuit RU2224328C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103583/09A RU2224328C2 (en) 2002-02-08 2002-02-08 Thermal emission reactor-converter of packaged circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103583/09A RU2224328C2 (en) 2002-02-08 2002-02-08 Thermal emission reactor-converter of packaged circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002103583A RU2002103583A (en) 2003-10-27
RU2224328C2 true RU2224328C2 (en) 2004-02-20

Family

ID=32172344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002103583/09A RU2224328C2 (en) 2002-02-08 2002-02-08 Thermal emission reactor-converter of packaged circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2224328C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU171057U1 (en) * 2016-04-11 2017-05-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" DEVICE FOR ACCELERATED FREEZING AND FOLLOWING DEFROSTING LIQUID ALKALI METAL IN TUBES OF REACTORS OF NPP
CN111128412A (en) * 2019-12-31 2020-05-08 中国核动力研究设计院 Heat pipe reactor core structure for multiple power generation modes
CN113555193A (en) * 2020-04-26 2021-10-26 南京南瑞继保电气有限公司 Electric reactor
RU2774329C1 (en) * 2021-09-22 2022-06-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for freezing liquid sodium in npp pipelines

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4506183A (en) * 1980-11-30 1985-03-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High thermal power density heat transfer apparatus providing electrical isolation at high temperature using heat pipes
US6100621A (en) * 1998-03-26 2000-08-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Thermionic converter with differentially heated cesium-oxygen source and method of operation
RU2165656C1 (en) * 1999-08-26 2001-04-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Thermionic converter reactor
RU2168794C1 (en) * 2000-02-15 2001-06-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Stack-arrangement thermionic converter reactor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4506183A (en) * 1980-11-30 1985-03-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High thermal power density heat transfer apparatus providing electrical isolation at high temperature using heat pipes
US6100621A (en) * 1998-03-26 2000-08-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Thermionic converter with differentially heated cesium-oxygen source and method of operation
RU2165656C1 (en) * 1999-08-26 2001-04-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Thermionic converter reactor
RU2168794C1 (en) * 2000-02-15 2001-06-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Stack-arrangement thermionic converter reactor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU171057U1 (en) * 2016-04-11 2017-05-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" DEVICE FOR ACCELERATED FREEZING AND FOLLOWING DEFROSTING LIQUID ALKALI METAL IN TUBES OF REACTORS OF NPP
CN111128412A (en) * 2019-12-31 2020-05-08 中国核动力研究设计院 Heat pipe reactor core structure for multiple power generation modes
CN111128412B (en) * 2019-12-31 2023-01-03 中国核动力研究设计院 Heat pipe reactor core structure for multiple power generation modes
CN113555193A (en) * 2020-04-26 2021-10-26 南京南瑞继保电气有限公司 Electric reactor
RU2774329C1 (en) * 2021-09-22 2022-06-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for freezing liquid sodium in npp pipelines
RU2776418C1 (en) * 2021-11-30 2022-07-19 Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Side reflector of a nuclear reactor of a space power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4755350A (en) Thermionic reactor module with thermal storage reservoir
RU2515496C2 (en) System and method of steam generation by high-temperature gas-cooled reactor
RU2015113440A (en) MODULAR TRANSPORTED NUCLEAR GENERATOR
JP2010540962A (en) Control of laser inertial confinement fusion and fission power plants
US20240312649A1 (en) Nuclear Reactor and Operation Method for Nuclear Reactor
RU2224328C2 (en) Thermal emission reactor-converter of packaged circuit
RU2140675C1 (en) Dual-function space nuclear power plant
RU2165656C1 (en) Thermionic converter reactor
RU2282905C2 (en) Method for servicing space two-mode nuclear power unit incorporating thermionic converter reactor and additional heat-to-power converter
RU2168794C1 (en) Stack-arrangement thermionic converter reactor
RU2219603C2 (en) Thermionic conversion power reactor
Oman Deep space travel energy sources
RU2076385C1 (en) Thermionic nuclear reactor-converter
RU2213312C2 (en) Liquid-metal cooling system
RU2086036C1 (en) Thermionic conversion reactor
RU2084044C1 (en) Thermal-emission converting reactor
RU2238598C2 (en) Space-based double-mode nuclear power unit of transport-and-power module
RU2172041C1 (en) Thermionic converter reactor
RU2090466C1 (en) Cooling system of space power plant
RU2138096C1 (en) Thermionic conversion reactor
Carre et al. Status of CEA design and simulation studies of 200 KWe turboelectric space power system
RU2086035C1 (en) Adiabatically isolated nuclear power plant
RU2173898C1 (en) Method for operating dual-purpose spacecraft nuclear power plant with thermionic converter reactor and additional heat-to-electricity converter
RU2849048C1 (en) Electricity generation plant based on utilisation of heat from nuclear power plant reactor
Pitts Cascade: a high-efficiency ICF power reactor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050209