RU2465677C1 - Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала - Google Patents
Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465677C1 RU2465677C1 RU2011122412/07A RU2011122412A RU2465677C1 RU 2465677 C1 RU2465677 C1 RU 2465677C1 RU 2011122412/07 A RU2011122412/07 A RU 2011122412/07A RU 2011122412 A RU2011122412 A RU 2011122412A RU 2465677 C1 RU2465677 C1 RU 2465677C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cesium
- heat emission
- parameters
- egc
- real
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 31
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 201000011591 microinvasive gastric cancer Diseases 0.000 description 26
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к космической, с использованием ядерных реакторов с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием. Технический результат - возможность проведения испытаний многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов вне реактора при оценке качества их изготовления и при проведении экспериментов по исследованию возможных режимов их работы, включая термоэмиссию в космических ядерных энергоустановках. Способ предусматривает формирование расчетного режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала (ЭГК) с целью оценки качества его изготовления и установления исходного режима для проведения планируемых экспериментов и использует сравнение наклона регистрируемой стационарной ВАХ и совпадение ее с расчетной ВАХ. 2 ил.
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к космической, с использованием ядерных реакторов с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием, например, при проведении испытаний многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов вне реактора при оценке качества их изготовления и при проведении экспериментов по исследованию возможных режимов их работы, включая термоэмиссию в космических ядерных энергоустановках.
Изобретение предназначено для формирования расчетного режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала (ЭГК) при необходимости проведения испытаний многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов вне реактора при оценке качества их изготовления и при проведении экспериментов по исследованию возможных режимов их работы.
При испытаниях экспериментального термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) на лабораторном стенде одной из возможностей получения информации о его внутренних (не измеряемых непосредственно) параметрах является использование при анализе результатов эксперимента математических моделей процессов, протекающих в ТЭП [7].
Конечной целью вычислительного эксперимента является получение максимально возможной информации о состоянии электрогенерирующих сборок (ЭГС) в процессе испытаний.
Подчеркивается, что для проведения вычислительного эксперимента на всех этапах разработки и испытаний ЭГС требуется совокупность математических моделей, наиболее полно отражающих плазменные, электрические, тепловые и т.п. процессы в различных режимах работы ЭГС [8].
Математическое моделирование используется при изучении влияния различных факторов и внешних условий на характеристики ЭГК, а также при анализе и интерпретации результатов эксперимента, включая аномальные эффекты и различного рода нарушения режимов работы [9].
В данном изобретении предлагается проводить сравнение расчетной статической ВАХ, полученной при моделировании требуемого режима работы ЭГК, с ВАХ, полученной при оценке режима работы контрольного ЭГК, готовом к установке в активную зону реактора.
Расчетные оценки стационарных вольтамперных характеристик (ВАХ) проводятся с учетом работ [2, 3, 4 и т.д.] и принятых значений констант для ЭГК данной конструкции.
В качестве регулируемых параметров настройки используется давление паров цезия в межэлектродном зазоре (МЭЗ), которое задается из отдельного резервуара с источником паров цезия и значение температуры эмиттера [2, 3, 4, 10].
Давление насыщенных паров цезия в тракте системы оценивается по уравнению Ленгмюра [4]:
1q P=13.1781-1.35 1q Т-4041/Т,
где Р - давление паров цезия в трассе, Па;
Т - температура резервуара с цезием, К.
При отработке конструкции ЭГК и оценке получаемых результатов используется зависимость удельной электрической мощности от температуры резервуара с жидким цезием [4] (температура электродов остается постоянной).
Однако указанное решение не позволяет достоверно оценить качество конструкции, не обеспечивает возможность проведения большого объема испытаний полномасштабных ЭГК при рабочих температурах на стенде с электрическим нагревом и аппроксимировать с достаточной точностью результаты испытаний на реальные условия, при обеспечении удобства использования.
При оценке качества готовой конструкции ЭГК предлагается использовать стационарную ВАХ, позволяющую оценить оптимальность давления цезия и температуру эмиттера.
Визуализация - это мощный инструмент выявления закономерностей, заложенных в изображаемые образы. В стационарную ВАХ заложена информация о двух параметрах - давлении паров цезия непосредственно в межэлектродном зазоре (МЭЗ) и величине температуры эмиттера.
Также в качестве близкого аналога можно рассматривать конструкцию одноэлементного ЭГК [6] (представлены результаты исследований и разработок космических ядерных энергетических установок с прямым преобразованием тепловой энергии, выполненных Курчатовским институтом в содружестве с многими российскими организациям), в котором вместо топливного сердечника возможно установить электрический нагреватель. Одним из основных преимуществ такой конструкции является возможность проведения большого объема испытаний полномаштабных ЭГК при рабочих температурах на стенде с электрическим нагревом [11]. Для известного решения [2, 3] измерение в МЭЗ давления паров цезия, температуры эмиттера и коллектора многоэлементного ЭГК невозможно по конструктивным причинам (МЭЗ равен 0.4 мм, а ЭГК - это неразборное изделие, готовое к работе в активной зоне реактора). Наиболее чувствительным контролируемым параметром, реагирующим на изменения условий в МЭЗ, является величина изменения тока на клеммах ЭГК.
Также известно техническое решение - прототип: патент РФ №1839998, МПК H01J 45/00, от 03.03.1989 «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА РАБОТОСПОСОБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТЕРМОЭМИССИОННОМ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕМ КАНАЛЕ», включающее расчет вольт-амперной характеристики - ВАХ для оптимальных значений параметров системы, регулирование реальных параметров работы системы, включая подачу паров цезия в межэлектродный зазор ЭГК, измерение реальной ВАХ, сравнение углов наклона измеренной ВАХ с углами наклона расчетной ВАХ.
Однако в решении неоптимальны либо недостаточны: точность измерений, в частности измеряемого давления паров цезия в цезиевой системе, в МЭЗ, оценка качества конструкции, обеспечение возможности проведения большого объема испытаний полномасштабных ЭГК при рабочих температурах на стенде с электрическим нагревом и возможность аппроксимировать с достаточной точностью результаты испытаний на реальные условия, при обеспечении удобства использования.
Техническая задача, решаемая предложенным изобретением, состоит в повышении точности измерений, в частности измеряемого давления паров цезия в цезиевой системе, в МЭЗ, в достоверной оценке качества конструкции, обеспечении возможности проведения большого объема испытаний полномасштабных ЭГК при рабочих температурах на стенде с электрическим нагревом и возможности аппроксимировать с достаточной точностью результаты испытаний на реальные условия, при обеспечении удобства использования.
Указанная техническая задача обеспечена использованием предложенной совокупности существенных признаков.
Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала, включающий расчет вольт-амперной характеристики - ВАХ для оптимальных значений параметров системы, регулирование реальных параметров работы системы, включая подачу паров цезия в межэлектродный зазор ЭГК, измерение реальной ВАХ, сравнение углов наклона измеренной ВАХ с углами наклона расчетной ВАХ, причем осуществляют программное формирование образов расчетной ВАХ и реальной ВАХ, регулирование реальных параметров работы системы осуществляют, изменяя режим работы системы подачи паров цезия в межэлектродный зазор ЭГК и режим нагрева эмиттера одновременно, до совпадения предварительно программно-сформированных образов ВАХ.
Предложенное решение поясняют графические материалы.
На фиг.1 показан график зависимости наклона стационарной ВАХ от давления цезия:
На фиг.2 показано в координатах следующее.
1. Изменение тока и напряжения на клеммах ЭГК при сопротивлении внешней цепи 0.3 Ом.
2. Регистрируемое изменение тока и напряжения на клеммах ЭГК при давлении цезия в МЭЗ в 1.0 мм рт.ст. и сопротивлении внешней цепи 0.1…0.3 Ом.
3. Изменение тока и напряжения на клеммах ЭГК при сопротивлении внешней цепи 0.2 Ом.
4. Расчетное изменение тока и напряжения на клеммах ЭГК при давлении цезия в МЭЗ 2.0 мм рт.ст. и сопротивлении внешней цепи 0.1…0.3 Ом.
5. Изменение тока и напряжения на клеммах ЭГК при сопротивлении внешней цепи 0.1 Ом.
В предложенном решении за критерий качества исследуемого ЭГК принимаем критерий подобия расчетного и регистрируемого процесса, т.е. принимается совпадение расчетной статической ВАХ и регистрируемой ВАХ в рабочей области.
Давление цезия в межэлектродном зазоре (МЭЗ, равный 0.4 мм) ЭГК, которое определяет наклон ВАХ в рабочей части [2, 3]. Изменение проводимости в межэлектродном зазоре:
Для иллюстрации на фигуре 1 приведена экспериментальная зависимость
где ΔJ - изменение величины тока, регистрируемого на клеммах ЭГК при изменении сопротивления в цепи нагрузки, измеряется в амперах,
ΔV - изменение величины напряжения, регистрируемого на клеммах ЭГК при изменении сопротивления в цепи нагрузки, измеряется в вольтах,
ΔR - изменение внутреннего сопротивления МЭЗ.
- При оптимальном значении давления паров цезия в МЭЗ температура эмиттера определяет соотношение значений параметров J и V, регистрируемых на клеммах ЭГК [10].
Перед проведением экспериментальных исследований с ЭГК выпускается программа испытаний, содержащая расчетные прогнозные зависимости для требуемых режимов работы ЭГК:
- Стационарные ВАХ для всех требуемых режимов работы с указанием оптимального давления паров цезия (№4 на фиг.2).
- Зависимость наклона стационарной ВАХ от давления цезия - 
- изменение проводимости в межэлектродном зазоре (фиг.1).
При выводе ЭГК на требуемый режим работы проводится сравнительный анализ:
- Сравнивается расчетная ВАХ (№4) со стационарной ВАХ (№2), полученной на данном режиме работы. Вычисляется величина 
и оценивается несоответствие установленного в МЭЗ давления цезия принятому в расчетах за оптимальное. Давление цезия изменяется до выравнивания наклона ВАХ, внося изменения в положение регулятора давления паров цезия.
- Сравнивается совпадение ВАХ. Если они не совпадают, то, следовательно, температура эмиттера исследуемого ЭГК не соответствует расчетной. Требуется изменить нагрев эмиттера до совпадения ВАХ, выдавая соответствующие команды на управления в систему нагрева эмиттера.
При совпадении ВАХ (№2 и №4 на фиг.2) для испытываемого ЭГК можно считать, что условия работы МЭЗ (температура эмиттера и коллектора, состояние поверхностей и давление цезия) соответствует параметрам, принятым при расчете характеристик ЭГК. Полученный результат позволяет следующее.
Считать испытываемую конструкцию ЭГК качественной и готовой к монтажу в активной зоне реактора.
Перейти к дальнейшим экспериментам по использованию методик оценки величин неизмеряемых параметров МЭЗ в ЭГК [5].
По окончании запланированных исследований ЭГК выясняются причины зарегистрированных расхождений параметров.
Таким образом, данное решение позволит проводить испытания многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов вне реактора при оценке качества их изготовления и при проведении экспериментов по исследованию возможных режимов их работы, включая термоэмиссию в космических ядерных энергоустановках.
Литература
1. Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Усов B.C., Мадеев В.Т., Дроздов А.А. и др. Уникальные разработки и экспериментальная база Курчатовского института. М.: ИздАт, 2008.
2. Jean-Louis Desplat. Evaluation of Oxygen-Dispensing Collectors for Thermionics. General Atomics, P.O. Box 85608, San Diego, CA 92121-1194. С.1452-1457.
3. Гуськов Ю.К., Лебедев М.А., Стаханов И.П. Низковольтная дуга в парах цезия. УДК 537.523.5. Журнал технической физики. Том XXXIV, вып.8, 1964.
4. Каландаришвили А.Г. Источники рабочего тела для термоэмиссионных преобразователей энергии. М.: Энергоатомиздат, 1993.
5. Кайбышев В.З. Термоэмиссия в космических ядерных энергоустановках. М.: Энергоатомиздат, 2008.
6. Кухаркин Н.Е., Пономарев-Степной Н.Н., Усов В.А. Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием - «Ромашка» и «Енисей») М.: ИздАТ, 2008. С.78.
7. Болонкин B.C., Визгалов А.В., Ружников В.А., Сибир Е.Е., Сидельников В.Н. Идентификация внутренних параметров экспериментального ТЭП с шестигранными вольфрамовыми электродами. Физико-энергетический институт. Отраслевая юбилейная конференция «Ядерная энергетика в космосе». Обнинск, 1990. С.93.
8. Ю.В.Бабушкин, В.П.Зимин. Кибернетический центр при Томском политехническом институте. Томск. В.В.Мартьянов, В.В.Синявский. НПО «Энергия». Калининград московской области. Применение вычислительного эксперимента для анализа работы термоэмиссионных сборок. Физико-энергетический институт. Отраслевая юбилейная конференция «Ядерная энергетика в космосе». Обнинск, 1990. С.323.
9. В.В.Синявский. Особенности определения не измеряемых характеристик при петлевых испытаниях термоэмиссионных электрогенерирующих каналов. НПО «Энергия» Калининград московской области. Физико-энергетический институт. Отраслевая юбилейная конференция «Ядерная энергетика в космосе». Обнинск, 1990. С.325.
10. Ю.А.Нечаев. Космические ядерные энергоустановки «Ромашка» и «Енисей» (измерение реактивности, идентификация и диагностика, количественная оценка надежности). М.: ИздАТ, 2011.
11. В.И.Выбыванец, А.С.Гонтарь, С.А.Еремин, О.Л.Ижванов, Р.Я.Кучеров, В.А.Модин, Ю.В.Николаев, В.П.Чебоненко, Ю.Г.Дегальцев, А.А.Дроздов. Н.Н.Пономарев-Степной, А.Г.Каландаришвили, Н.Е.Менабде и др. Отраслевая юбилейная конференция «Ядерная энергетика в космосе». Обнинск, 1990. С.382.
Claims (1)
- Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала, включающий расчет вольт-амперной характеристики - ВАХ для оптимальных значений параметров системы, регулирование реальных параметров работы системы, включая подачу паров цезия в межэлектродный зазор ЭГК, измерение реальной ВАХ, сравнение углов наклона измеренной ВАХ с углами наклона расчетной ВАХ, отличающийся тем, что осуществляют программное формирование образов расчетной ВАХ и реальной ВАХ, регулирование реальных параметров работы системы осуществляют, изменяя режим работы системы подачи паров цезия в межэлектродный зазор ЭГК и режим нагрева эмиттера одновременно, до совпадения предварительно программно-сформированных образов ВАХ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122412/07A RU2465677C1 (ru) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122412/07A RU2465677C1 (ru) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2465677C1 true RU2465677C1 (ru) | 2012-10-27 |
Family
ID=47147620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011122412/07A RU2465677C1 (ru) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465677C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3432690A (en) * | 1966-08-31 | 1969-03-11 | Us Army | Thermionic conversion of microwave energy to direct current |
| RU2131630C1 (ru) * | 1997-12-02 | 1999-06-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Способ определения тепловой мощности термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях |
| RU2187156C2 (ru) * | 2000-06-29 | 2002-08-10 | Государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. академика А.И.Лейпунского" | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль для активной зоны ядерного реактора с вынесенной термоэмиссионной системой преобразования тепловой энергии в электрическую (варианты) |
| EP1245796B1 (en) * | 2001-03-30 | 2007-08-08 | Siemens Power Generation, Inc. | Hybrid combustion power system |
| US20080203849A1 (en) * | 2005-07-08 | 2008-08-28 | Innovy | Energy Converting Apparatus, Generator and Heat Pump Provided Therewith and Method of Production Thereof |
-
2011
- 2011-06-03 RU RU2011122412/07A patent/RU2465677C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3432690A (en) * | 1966-08-31 | 1969-03-11 | Us Army | Thermionic conversion of microwave energy to direct current |
| RU2131630C1 (ru) * | 1997-12-02 | 1999-06-10 | Акционерное общество открытого типа "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Способ определения тепловой мощности термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях |
| RU2187156C2 (ru) * | 2000-06-29 | 2002-08-10 | Государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. академика А.И.Лейпунского" | Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль для активной зоны ядерного реактора с вынесенной термоэмиссионной системой преобразования тепловой энергии в электрическую (варианты) |
| EP1245796B1 (en) * | 2001-03-30 | 2007-08-08 | Siemens Power Generation, Inc. | Hybrid combustion power system |
| US20080203849A1 (en) * | 2005-07-08 | 2008-08-28 | Innovy | Energy Converting Apparatus, Generator and Heat Pump Provided Therewith and Method of Production Thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barcellona et al. | Aging effect on the variation of Li-ion battery resistance as function of temperature and state of charge | |
| Tian et al. | Fractional-order model-based incremental capacity analysis for degradation state recognition of lithium-ion batteries | |
| JP6352944B2 (ja) | バッテリを試験する方法およびバッテリを試験するように構成された装置 | |
| Veth et al. | Thermal characterizations of a large-format lithium ion cell focused on high current discharges | |
| JP7497345B2 (ja) | 電池の熱力学データ（エンタルピーおよびエントロピー）を、実時間でかつその場で測定するための方法および装置 | |
| Liu et al. | A study on the transient heat generation rate of lithium-ion battery based on full matrix orthogonal experimental design with mixed levels | |
| König et al. | Validating and improving a zero-dimensional stack voltage model of the vanadium redox flow battery | |
| Haussmann et al. | Internal cell temperature measurement and thermal modeling of lithium ion cells for automotive applications by means of electrochemical impedance spectroscopy | |
| WO2019225664A1 (ja) | 腐食量推定装置および腐食量推定方法 | |
| Xu et al. | Heat generation and surrogate model for large-capacity nickel-rich prismatic lithium-ion battery as against 18650 battery | |
| Osara et al. | A methodology for analyzing aging and performance of lithium-ion batteries: Consistent cycling application | |
| CN103728570A (zh) | 一种基于电池热特性的健康状态检测方法 | |
| Labudová et al. | Uncertainty of the thermal conductivity measurement using the transient hot wire method | |
| RU2465677C1 (ru) | Способ формирования режима работы термоэмиссионного электрогенерирующего канала | |
| Yang et al. | A phase-based method for estimating the internal temperature of solid-state battery | |
| CN103698802B (zh) | 基于热电偶的用于测量强流粒子束准实时功率的方法 | |
| CN113125511A (zh) | 基于电导法的汽泡参数和硼酸浓度同步测量双用探针系统 | |
| Hua et al. | Methods for faster estimation of the entropy profile of a lithium-ion battery: A comparison of accelerated potentiometry and the estimation of entropy through thermal signatures | |
| Schinagl et al. | Impact of temperature on Li-ion battery impedance and compensation strategies | |
| Millet et al. | Isothermal calorimeter heat measurements of a 20Ah lithium iron phosphate battery cell | |
| US11624743B2 (en) | Apparatus and method for the non-destructive measurement of hydrogen diffusivity | |
| Lazuchenkov | Determination of plasma parameters in a jet of a gas-discharge source using an insulated probe system with cylindrical electrodes | |
| Caposciutti et al. | A novel approach for open-circuit voltage and entropic heat coefficient characterization | |
| CN117269640A (zh) | 热离子能量转换器发射极功函数的测量方法 | |
| Wang et al. | Distributed reference electrode for lithium plating detection and fast charging optimization in Lithium-Ion batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170604 |