Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6900
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
G 21C 1/00
(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР
(21) Номер заявки: u 20100308
(22) 2010.03.24
(71) Заявитель: Сычик Василий Андре-
евич (BY)
(72) Авторы: Сычик Василий Андреевич;
Тихонов Виктор Владимирович (BY)
(73) Патентообладатель: Сычик Василий
Андреевич (BY)
(57)
Энергетический реактор, содержащий корпус, кипящую и перегревающую активные
зоны, систему подачи воды и вывода генерируемого пара, отличающийся тем, что он
снабжен ионизатором газа, разделителем ионов дейтерия по спиновым орбитальным мо-
ментам, ионными ускорителями, при этом ускоренные пучки ионов дейтерия с + 1/2S и
-1/2S спинами встречно подаются в активную кипящую зону, выполненную в форме кру-
гового эллипса с острым углом ϕ = 5...30° к вершине, а рабочая поверхность перегреваю-
щей активной зоны выполнена волнообразной.
(56)
1. А.с. СССР 1351448, МПК4
G 01D 1/02 // Бюл. 7. - 1985.
2. А.с. СССР 1441973, МПК4
G 21С 1/08 // Бюл. 7. - 1986.
Фиг. 1
Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в
паровых турбинных генераторах для выработки электрической энергии.
Известен энергетический реактор [1], который содержит контур многократной цирку-
ляции греющего теплоносителя, в который параллельно перегревателю включены пароге-
BY6900U2010.12.30

2. BY 6900 U 2010.12.30
2
нератор и подогреватель топливной воды. Теплоноситель первого контура нагревается и
частично испаряется в кипящей активной зоне, откуда вода поступает в парогенератор и
подогреватель, где отдает часть своего тепла, а затем насосом возвращается на вход в ки-
пящую активную зону. Недостатками такого энергетического реактора являются невысо-
кий КПД и сложная его конструкция.
Прототипом предлагаемой полезной модели является энергетический реактор [2], со-
держащий кипящую и перегревающую активные зоны, парогенератор, пароперегреватель
второго контура, паровой канал, соединяющий сепаратор влажного пара, погруженный
под уровень теплоносителя, перегревающую активную зону и пароперегреватель.
Недостатками энергетического реактора-прототипа являются:
1. Невысокий КПД, обусловленный сложной конструкцией реактора и неэффектив-
ным использованием системы парообразования, включающей кипящую и перегревающую
активные зоны.
2. Невысокая производительность парогенератора вследствие неэффективной тепло-
отдачи кипящей активной зоны теплоносителю.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности рабо-
ты энергетического реактора и его КПД.
Поставленная задача достигается тем, что энергетический реактор, содержащий кор-
пус, кипящую и перегревающую активные зоны, систему подачи воды и вывода генериру-
емого пара, снабжен ионизатором газа, разделителем ионов дейтерия по спиновым
орбитальным моментам, ионными ускорителями, при этом ускоренные пучки ионов дей-
терия с + 1/2S и -1/2S спинами встречно подаются в кипящую активную зону, выполнен-
ную в форме кругового эллипса с острым углом ϕ = 5...30° к вершине, а рабочая
поверхность перегревающей активной зоны выполнена волнообразной.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция
энергетического реактора, а на фиг. 2 - сечение корпуса энергетического реактора.
Конструктивно энергетический реактор состоит из корпуса 1 тороидального типа,
включающего кипящую активную зону 2 (камеру синтеза), которая снабжена кольцевой
металлизацией 3 с подводимым к ней положительным электродом. Отрицательный элек-
трод с кольцевой металлизацией 4 установлен на тороидальном основании корпуса 1
энергетического реактора. На корпусе 1 установлен водоохлаждаемый кожух 5, внутри
которого размещена перегревающая активная зона 6. Энергетический реактор также
снабжен ионизатором газа 7, разделителем ионов по орбитальным моментам 8, двумя
ускорителями ионов 9, баллоном-накопителем дейтерия 10, вакуумной системой с ваку-
умным насосом 11.
Корпус 1 энергетического реактора выполнен в форме тороидального диска с цен-
тральным отверстием, в котором размещена система откачки синтезируемого в кипящей
активной зоне 2 гелия. В центральной части тороидального корпуса 1 размещена кипящая
активная зона 2 (камера синтеза), выполненная в форме кругового эллипса с острым углом
ϕ = 5...30° к вершине эллипса.
Корпус 1 энергетического реактора выполнен из термостойкого материала типа плав-
леных оксидов с малой диэлектрической проницаемостью ε, высокими удельным сопро-
тивлением, теплопроводностью, например оксида алюминия Al2O3, а отношение
наружного диаметра корпуса 1 к его толщине составляет от 5:1 до 20:1. Сжатие корпуса 1
необходимо для фокусировки ионных пучков. Наружный диаметр корпуса 1 находится в
диапазоне 0,3...3 метра. В остроугольной части кипящей активной зоны 2 размещена ме-
таллизация 3 из термостойких металлов, например Ti, Mo, Wo, Ni, с подведенным к ней
положительным электродом, ϕ = + 25 кВ. В основании тороидального корпуса 1 нанесена
кольцевая металлизация 4 из термостойких материалов (Ti, Wo, Mo), к которой подведен
отрицательный электрод с ϕ = -25 кВ.

3. BY 6900 U 2010.12.30
3
В основании корпуса 1 имеется проем, к которому посредством электромагнитного
клапана подведена система откачки с вакуумным насосом 11, обеспечивающим вакуум в
кипящей активной зоне 2 порядка 10-6
Па.
Установленный на корпусе 1 водоохлаждаемый кожух 5 выполнен из термостойкого,
механически прочного материала с высокой теплопроводностью, например из нержавею-
щей стали. Внутренняя полость кожуха 5 представляет перегревающую активную зону 6, в
которую через вентиль 12 поступает вода, где она мгновенно преобразуется в пар, и через
вентиль 13 пар высокого давления поступает на паровую турбину (на фигуре не показано).
Для повышения кондуктивного теплообмена между кипящей активной зоной 2 и пере-
гревающей активной зоной 6 внутренняя рабочая поверхность кожуха 5 в перегревающей
активной зоне 6 выполнена волнистой с амплитудой волны А = (0,1... 0,4)dk, где dk - тол-
щина кожуха 5 со стороны корпуса 1. При этом активная рабочая поверхность перегрева-
ющей активной зоны 6 возрастает более чем в 3 раза и резко возрастает теплопередача.
Энергетический реактор снабжен ионизатором газа 7 стандартного типа, разделителем
ионов по орбитальным моментам 8 стандартного типа, двумя ускорителями ионов 9 типа
циклотрона или синхрофазотрона, ускоряющих ионы газа до скоростей порядка 4000
км/сек. Основной газ - дейтерий - содержится в баллоне-накопителе дейтерия 10, являю-
щийся баллоном высокого давления, который посредством вентиля соединен с ионизато-
ром газа 7. Форма сечения поверхности кипящей активной зоны в виде эллипса с острием
к вершине корпуса 1 и приложенные потенциалы + 25 кВ и -25 кВ обеспечивают высокий,
практически 100-процентный, коэффициент взаимодействия встречных потоков ионов
дейтерия.
Энергетический реактор работает следующим образом.
Из баллона-накопителя дейтерия 10 газообразный дейтерий 1D2
поступает на иониза-
тор газа 7, в котором атомы дейтерия распадаются на ионы дейтерия, обладающие спино-
выми моментами ± 1/2S. Ионы дейтерия с ионизатора газа 7 подаются на разделитель
ионов по орбитальному моменту 8, где формируются два пучка ионов со спинами ± 1/2S,
-1/2S.
Для слияния двух ядер дейтерия нужна энергия 0,1 МэВ; поскольку ионы разделяются
на встречные пучки со спинами ± 1/2S и -1/2S, то встречные ионы дейтерия должны обла-
дать энергией Wu, не превышающей 0,5 МэВ. Следовательно, эту энергию W = 0,5 МэВ
ионы дейтерия получают в разделителе ионов по орбитальному моменту 8. Пучки ионов
каждый со своим спином с разделителя ионов 8 поступают на ускорители ионов 9, где они
разгоняются до скоростей порядка 4000 км/сек, и ионы дейтерия приобретают энергию
Wu ≅ 23 МэВ. Ускоренные потоки ионов дейтерия с антипараллельными спинами с уско-
рителей ионов 9 поступают в энергетический реактор, в его кипящую активную зону 2.
При взаимодействии направленных навстречу друг другу ионов дейтерия с противопо-
ложными спинами происходит слияние ионов с образованием ионов гелия по реакции
1D2
+ 1/D2 → 2He4
+ Q. В результате синтеза ионов гелия выделяется энергия порядка
23 МэВ. Поскольку 1 эВ = 1,6⋅10-19
Дж, то в результате синтеза ионов гелия выделяется
тепловая энергия в каждом акте слияния Q0 ≅ 23⋅106
× 1,6⋅10-19
= 36,8⋅10-13
Дж. С учетом
средней концентрации ионных пучков дейтерия в кипящей активной зоне
N ≥ 1018
ионов/см3
, то выделяется в результате синтеза атомов гелия огромная тепловая
энергия Q = NQ0 ≅ 36,8⋅10-13
⋅1018
= 36,8⋅105
Дж. Выделяемая в кипящей активной зоне 2
огромная тепловая энергия Q передается путем кондуктивного и конвективного теплооб-
мена в перегревающую активную зону 6, куда поступает через вентиль 12 вода и мгновен-
но она испаряется. Пар высокого давления и температуры ~300...400 °С поступает через
вентиль 13 высокого давления на паровую турбину электрогенератора, вырабатывающую
электрическую энергию.
Синтезированные ионы гелия притягиваются к кольцевой металлизации 4 с отрица-
тельным электродом, на которую подается потенциал -25 кВ, и преобразуются в атомы.

4. BY 6900 U 2010.12.30
4
Поток атомов гелия откачивается через проем в основании корпуса 1 вакуумным насосом
11 в накопитель гелия 14.
Созданный по указанной на фиг. 1 и 2 конструкции макетный образец энергетическо-
го реактора, диаметр корпуса которого составляет 1 метр, ширина корпуса составляет
100:5 = 20 см, площадь рабочей поверхности кипящей активной зоны S ≅ 110 см2
, позво-
ляет генерировать водяной пар с регулируемым давлением до 100 атмосфер и температу-
рой пара до 350 °С.
По сравнению с прототипом и аналогами предлагаемый энергетический реактор поз-
воляет повысить КПД более чем на 70 %, а производительность генерации водяного пара
более чем в 3 раза. При выработке тепловой энергии в кипящей активной зоне энергетиче-
ского реактора отсутствуют ионизирующие излучения, то есть отсутствуют радиоактив-
ные загрязнения окружающей среды.
Промышленное освоение предлагаемого энергетического реактора возможно на пред-
приятиях энергетической промышленности и машиностроения.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.