Реакторная ТЭГ для работы на глубине

Для электропитания глубоководной аппаратуры различного назначения в США разрабатывается реакторный ТЭГ для работы на глубине до 5-500 м. Мощность реактора составит 2500 кет (т.). В нем планируется использовать низкообогащенное ядерное топливо. Тепловая энергия реактора поступит к термобатарее, охлаждаемой забортной водой.

По проекту термобатарея будет вырабатывать полезную мощность около 130 квт при напряжении 40 в, которое преобразователем будет повышаться до 110 в. Эта электроэнергия будет накапливаться никель-кадмиевой аккумуляторной батареей. Проектируемая установка, включает верхний и нижний сферические резервуары высокого давления, соединенные между собой трубчатым стояком, три группы термобатарей, контейнер с аккумуляторами, преобразователи и трубопроводы для теплоносителя. Нижний сферический резервуар высокого давления служит для размещения активной зоны реактора, экрана и тепловой изоляции. Внешний его диаметр 1,562 м. В нем имеется 4 отверстия— одно для стояка и три для трубопроводов. Верхний сферический резервуар имеет наружный диаметр 1,257 м и служит для размещения механизма привода управляющих стержней, а также является расширительным баком для компенсации объемного расширения теплоносителя. Из верхнего резервуара теплоноситель по трем трубопроводам подводится к группам термобатарей. Внешние поверхности резервуара, стояка и трубопроводов термически изолируются от морской воды, причем материал теплоизоляции должен успешно противостоять давлению воды.

Активная зона представляет собой капсулу трубчатой конструкции высотой 711,2 мм с 12 топливными блоками квадратного сечения, каждый из которых содержит по 104 твэла. Управление осуществляется четырьмя стержнями из карбида бора. Вся активная зона реактора помещена в термоизоляционную оболочку. В качестве ядерного топлива используется двуокись урана, обогащенная до 8,7%. Общий вес топлива 967 кГ, вес 73 кГ. В активной зоне расположено 1248 твэлов.

В качестве замедлителя, отражателя и теплоносителя используется обыкновенная вода, что обусловливает большой отрицательный температурный коэффициент активной зоны, а это обеспечивает саморегулирующий процесс поддержания стабильной средней температуры. Среднее время цикла теплоносителя 50 сек. Поверхность нагрева активной зоны равна 35,58 м2. Температура теплоносителя на выходе из реактора в начале работы равна 343,3 °С, а в конце работы 321,1°С.

Термобатарея состоит из трех групп, каждая из которых подразделена на семь блоков. В каждый блок входит 34 комплекта из пяти параллельно соединенных пар термоэлементов. Группы и блоки соединены последовательно. Каждый блок имеет ширину 762, длину 1575 и толщину 51 мм. Термоэлементы n-типа состоят из теллурида висмута на холодном конце и сплава на горячем конце. Термоэлементы р-типа состоят из пластин сплава на холодном конце и теллурида свинца на горячем конце. Каждый элемент имеет площадь 19,03 см2 при толщине 9,65 мм. В качестве прослойки между пластинками термоэлементов использованы медные прокладки. Токонесущие элементы электрически изолированы окисью алюминия в виде покрытия или прокладок. Блоки термоэлементов имеют снаружи антикоррозионное покрытие из сплава хастеллой.

Теплоноситель проходит через группу термоэлементов по 41 каналу диаметром 11,3 мм. На каждый конец блока термоэлементов наварено по одному патрубку для равномерного распределения потока теплоносителя между термоэлементами. Температура горячего спая 285 °С, а холодного 60° С. При этом напряжение на термоэлементе составляет 56,7 мв при токе около 3300 а. К. п. д. термобатареи ожидается 6%. На всех 714 последовательно соединенных термоэлементах получается напряжение 40 б и полезная мощность 130 квт. Полученный ток подается на 12 параллельно соединенных независимых статических преобразователей постоянного тока и регуляторы зарядного тока батарей. Полученный ток после повышения его напряжения до 120 б подается на зарядку аккумуляторов.

Каждая из 12 групп аккумуляторной батареи, которая включает 85 элементов общей емкостью 160 а-ч, заряжается по независимой цепи от отдельного преобразователя-регулятора. Контейнер с аккумуляторной батареей расположен над верхним резервуаром. С учетом к. п. д. преобразователей постоянного тока (90%) и аккумуляторных батарей (85%) полезная мощность, отдаваемая от последних потребителю, составляет 100 квт. Таким образом, общий к. п. д. этого реакторного ТЭГ составляет 5%, что, учитывая небольшую разность температур, следует считать удовлетворительным.

Представляются не совсем удачными выбор материалов каскадных термоэлементов на указанный интервал температур и сложная конструкция единичного термоэлемента, приводящая к неоправданным тепловым и электрическим потерям. В целом конструкция установки оригинальна, и она может найти практическое применение, обладая достаточно высокими энергетическими характеристиками.

Для питания баз и станций, размещенных в отдаленных районах, в США начата разработка реакторного ТЭГ URIPS мощностью 100 квт (эл.), который мог бы работать без обслуживания и перезагрузки топлива 5 лет. В этой установке предложен новый принцип управления реактором, исключающий регулирующие стержни с механическим приводом. Управление производится миграцией водорода в твэл и из твэла. В установке используется реактор с естественной циркуляцией. В качестве теплоносителя в проекте принят тетрафосфористый трисульфид, стойкий к излучениям. Теплоноситель, нагретый в реакторе, испаряется и поступает в термобатарею, где он конденсируется на горячей стороне тонких вафлеобразных пластинчатых термоэлементов. Холодные спаи поддерживаются при требуемой температуре с помощью воздуходувки. Сконденсированный теплоноситель стекает обратно в реактор. При эксплуатации реакторную часть предлагается разместить в земле с целью радиационной защиты. Кроме того, для этой цели предусмотрен свинцовый кожух. Установка должна быть очень подвижна, разбираться на два блока и собираться в полевых условиях за 7 ч. Отсутствие подробных данных о ней не? позволяет сказать, насколько эффективны ее конструкция и выбор материалов.

Среди более ранних американских проектов реакторных ТЭГ следует отметить установки мощностью 100 и 1300 кет (эл.) для подводных объектов. В обоих случаях термоэле­менты представляют собой каскад из материалов, аналогичный описанному для глубоководной установки мощностью 130 кет. Расчетные значения к. п. д. — соответственно 6 и 10,6%. Более высокий к. п. д. у более мощной установки обусловлен увеличением в ней температуры горячего спая в результате применения теплоносителя с большей температурой кипения. Известен также проект ТЭГ мощностью 3000 кет (эл.) и сроком службы 18 месяцев.

Дата публикации: 24.04.2012

Похожие записи:

• Высокотемпературный реактор-преобразователь SNAP-8
• Выносные реакторы ТЭГ
• Высокотемпературный реактор-преобразователь «Ромашка»
• Термобатарея «Ромашка»
• РЕАКТОРНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ
• Планы развития атомной энергетики