устройство для определения тепловой мощности электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях

Формула изобретения

Устройство для определения тепловой мощности электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях, содержащее металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него электрогенерирующих элементов испытуемой термоэмиссионной сборки, и систему калориметрических секций, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки, отличающееся тем, что между корпусом и каждой секцией размещены электрически изолированные от корпуса и секций электронагреватели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую и может быть использовано при создании энергоустановок с термоэмиссионным реактором-преобразователем (ТРП) с расположенными внутри активной зоны термоэмиссионными электрогенерирующими сборками (ЭГС).

Тепловыделение и соответственно тепловая мощность ЭГС, из которых набран ТРП, являются важнейшими параметрами ЭГС, которые определяют как энергетические, так и ресурсные ее характеристики, и их определение является важнейшей задачей при экспериментальной отработке ЭГС и прежде всего при петлевых реакторных испытаниях.

Существует несколько как прямых, так и косвенных методов определения тепловыделения и, следовательно, тепловой мощности ЭГС.

Известно устройство для определения тепловыделения в топливных сердечниках ЭГС и соответственно тепловой мощности в виде специального макета с моделью ЭГС [1].

Однако требуются дополнительные к петлевым испытаниям больше финансовые и материальные затраты на создание и испытания макета.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения тепловыделения в многоэлементной электрогенерирующей сборке при петлевых испытаниях, предложенное в патенте [2]. Оно содержит металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него элементов испытываемой электрогенерирующей сборки, и систему калориметрических секций, число которых выбрано равным числу элементов сборки и расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки.

Однако это устройство градуируется до установки в реактор на лабораторном стенде и полученные градуировочные характеристики каждой секции считаются неизменными в течение всего реакторного эксперимента. В то же время условия работы устройства в реакторе и условия проведения лабораторной градуировки по разным причинам могут отличаться, в результате чего погрешность измерения повышается. Кроме того, в процессе ресурсных испытаний могут изменяться и термоэлектрические свойства батареи термоэлементов, что также повысит погрешность измерения тепловыделения.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение точности определения тепловыделения и тепловой мощности испытываемой ЭГС.

Указанный технический результат достигается в устройстве для определения тепловой мощности электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки при петлевых реакторных испытаниях, содержащем металлический цилиндрический корпус, выполненный с возможностью размещения внутри него элементов испытываемой электрогенерирующей сборки, и систему калориметрических секций, расположенных на наружной боковой поверхности корпуса вдоль мест расположения элементов сборки и выполненных из последовательно соединенных термоэлементов, причем границы секций совмещены с границами элементов сборки, в котором между корпусом и каждой секцией размещены электрически изолированные от корпуса и секций электронагреватели. Возможно выполнение электронагревателя не в каждой секции, а в виде одного нагревателя с потенциометрическими зонтами, выведенными с границ секций.

На чертеже приведена конструкционная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит металлический корпус 1, внутри которого может быть размещена испытываемая ЭГС 2 с последовательно соединенными элементами 3. На наружной поверхности корпуса 1 напротив размещения ЭГС 2 размещена система 4 калориметрических секций 5 из последовательно соединенных термоэлементов 6. Границы 7 секций совмещены с границами 8 отдельных элементов 3. Каждая секция 5 системы 4 снабжена двумя потенциометрическими зондами 9, обычно выполняемых в виде термопар. Между корпусом 1 и секциями 5 через слои электроизоляции 10 размещены электронагреватели 11, каждый из которых снабжен токоподводами 12.

Устройство работает следующим образом.

После изготовления системы 4 каждая калориметрическая секция 5 градуируется, для чего внутрь корпуса 1 размещают секционированный по числу элементов ЭГС стендовый электронагреватель или используют встроенные в устройство нагреватели 11. Зная мощность секций стендового нагревателя или каждого из встроенных нагревателей Wi и электрические сигналы каждой секции Ei, регистрируемые зондами 9, определяют коэффициенты чувствительности (градуировочные характеристики) каждой секции для разных температур.

Ki = Ei / Wi (1)

После градуировки внутрь корпуса 1 устанавливают ЭГС 2 с последовательно соединенными элементами 3. Устройство с ЭГС монтируют в испытательном устройстве в виде так называемого полевого канала (ПК) и после необходимых проверок помещают в ячейку исследовательского реактора. Мощность реактора поднимают до рабочего значения. С помощью зондов-термопар 9 измеряют электрический сигнал Ei и среднюю температуру Ti каждой секции калориметра. После этого тепловую мощность каждого элемента определяют по соотношению.

Qi = Ki Ei (2)

Для повышения точности периодически в процессе ресурсных испытаний проводятся корректировка градуировочной характеристики (1). Для этого токоподводы 12 каждой секции подключают к внешнему источнику тока, измеряют подводимую к каждому нагревателю 11 электрическую мощность Wi, измеряют изменение электрического сигнала каждой секции dEi. Повторив это для разных температур секций, соответственно получают новую градуировочную характеристику каждой секции по выражению

Ki(Ti) = dEi / Wi (3)

После этого определение тепловой мощности проводится по формуле (2) с использованием новой градуировочной характеристики (3). Возможно определение Qi и по более сложной формуле с учетом генерируемой ЭГС электроэнергии.

В качестве конкретного примера выполнения изобретения рассмотрим экспериментальный образец предложенного устройства. Оно представляет собой трубку из жаропрочного металла с наружным диаметром 28 мм, толщиной 6 мм и длиной 480 мм, на наружной поверхности которой на длине 320 мм были сделаны 6 секций калориметра длиной примерно 40 мм каждая. Секция представляет собой цепочку из последовательно соединенных термоэлементов из хромеля и алюминия квадратного сечения шириной до 1,2 мм и суммарной толщиной не более 1,6 мм. Между секцией и корпусом между двух слоев изоляции из напыленного оксида алюминия навит электронагреватель в виде тонкой проволоки из нихрома мощностью до 30 Вт.

Таким образом, предложенное устройство за счет обеспечения возможности градуировки секций калориметра позволяет повысить точность измерения тепловой мощности каждого элемента и соответственно всей ЭГС.

Источники информации

1. Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 55 - 56.

2. Патент SU 1786534 A1, H 01 J 45/00, Устройство для определения тепловыделения в многоэлементном электрогенерирующем канале при петлевых испытаниях.