Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

что в каждом отдельном случае необходимо учитывать следующие конкретные требования:

- длительность непрерывной работы без замены источника энергии;

- стоимость;

- габаритно-весовые ограничения;

- безопасность использования.

Теоретически радиоактивные изотопы представляют собой идеальный источник тепловой энергии для термоэлектрогенераторов. Действительно, подвод теплоты к горячим спаям термоэлементов осуществляется в этом случае теплопроводностью непосредственно от источника теплоты. Благодаря этому исключается необходимость в использовании теплоносителей и средств, обеспечивающих их циркуляцию. Кроме того, радиоактивные изотопы позволяют обеспечить работу термоэлектрогенераторов в течение многих месяцев и лет без замены топлива.

Однако габариты и вес термоэлектрических установок, в которых используются эти источники энергии, могут быть получены удовлетворительными лишь при мощностях от нескольких до десятков ватт. Таким образом, область их применения весьма ограничена и позволяет рассматривать радиоизотопные термоэлектрические установки только как источники электроэнергии для питания приборов и некоторых видов судовой аппаратуры, особенно там, где необходима исключительно высокая надежность источников питания.

ЯДЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Ядерные источники энергии представляют наибольший интерес с точки зрения их использования в сочетании с термоэлектрическими генераторами большой мощности - порядка сотен и тысяч киловатт [94], [116, 117]. Источники энергии такого типа не требуют атмосферного воздуха и специальных систем для подачи топлива. Они характеризуются большими сроками непрерывной работы на одной загрузке ядерного топлива и имеют максимальную плотность энерговыделения. Кроме того, при использовании ядерных источников энергии (а также и радиоизотопных) отсутствует потеря теплоты с уходящими газами, понижающая общую эффективность установок, в которых используется органическое топливо.

Действительно, выше было показано, что для наибольшей эффективности термоэлементов источник и сток теплоты должны характеризоваться равномерностью температур по поверхностям теплообмена в практически осуществимых пределах. При использовании различных видов органического топлива образующиеся газы на выходе из термоэлектрогенератора должны иметь минимальную температуру. Выполнение этого условия приводит к тому,



Рис. 72. Принципиальная схема атомной термоэлектрической установки с выносным термоэлектрогенератором

ЧТО разность температур газа на входе и выходе из термоэлектрогенератора оказывается довольно значительной, а температурный перепад на термоэлементах связан с величиной средней температуры газов. Увеличение последней возможно путем повышения либо гш-, максимальной температуры га-

.ifllll. за, либо температуры газа на

/Ш s, IJJLi выходе, что чаще всего неприем-

1В I II IIIII лемо.

llllr .1 Поскольку в случае ядерного

ll \щ [ 1Шм 11 источника тепловой энергии си-

I I 1 Щ/ тема работает по замкнутому

II МШЩ циклу, обеспечить изотермич- Гч Ди ность подвода теплоты значи-11 тельно проще, особенно при vHKn использовании в качестве теплоносителей жидкостей, изменяющих свое агрегатное состояние в" процессе отвода теплоты из активной зоны ядерного реактора и подвода энергии к горячим спаям термоэлементов.

Рассмотрим некоторые особенности применения ядерных источников в сочетании с термоэлектрогенераторами 134].

Так же как и в схемах судовых атомных энергетических установок, ядерный реактор может рассматриваться как источник тепловой энергии, которая частично преобразуется в электрическую. В этом случае для транспортировки тепловой энергии от реактора к термоэлектрогенератору необходимы те или иные теплоносители, средства, обеспечивающие циркуляцию этих теплоносителей и, естественно, системы, обеспечивающие отвод теплоты от холодных спаев термоэлементов (рис. 72).

При наличии всех этих элементов термоэлектрогенератор представляет собой электрогенерирующий теплообменный аппарат, включаемый в схему аналогично парогенераторам судовых атомных паротурбинных установок.

Однако, как это видно из рис. 73, существуют и другие возможности использования термоэлектрогенераторов. В этом случае контур теплоносителя, который служит для переноса теплоты из активной зоны ядерного реактора к термоэлектрогенератору, отсутствует, термоэлементы располагаются непосредственно на 124


Рис. 73. Принципиальная схема атомной термоэлектрической установки с термоэлектрогенератором, расположенным в активной зоне ядерного реактора



тепловыделяющих элементах (ТВЭ) активной зоны, а подвод к ним теплоты осуществляется теплопроводностью. Для отвода теплоты должен быть использован охладитель, характеристики которого выбираются в зависимости от температуры холодных спаев, давления в системе, возможности циркуляции охладителя через активную зонуидругих факторов [116].


I S 6 7

10 11 12

Рис. 74. Конструктивные схемы совмещенных ядерных тепловыделяющих элементов - термоэлектрогенераторов.

1 - ядерное топливо; 2 - оболочка тепловыделяющего элемента; 3,8 - электроизоляционные кольца; 4, 5 - электроизоляционные слои; 6 - ветвь л-типа; 7 - ветвь р-типа; S, 10 - коммутационные кольца; И - кожух; 12 - прокладка

Помимо рассмотренных, можно привести еще ряд интересных технических решений, связанных с использованием для работы термоэлектрогенераторов тепловой энергии ядерных реакций [128]. В I главе указывалось, что некоторые химические соединения расщепляющихся материалов обнаруживают полупроводниковые свойства. В частности, отмечалось, что такие свойства присущи двуокиси урана UOj.

Поскольку это соединение при соответствующей степени обогащения изотопом и** широко применяется в качестве материала тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, напрашивается вывод о возможности совмещения термоэлементов и тепловыделяющих элементов (рис. 74). Такая конструкция при успешном раз-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.001