CN204834070U - 一种热离子燃料元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热离子燃料元件，现有的热离子燃料元件采用直筒型的造型，发射极和接收极之间的极间间隙固定不变，无法调整，不能满足在不同极间间隙情况下获取特性参数的数据信息。在批量生产燃料元件时，为保证极间间隙的一致性需要更高的加工精度。本实用新型所提供的热离子燃料元件，包括发射极，环绕在所述发射极外围的接收极，所述发射极和接收极之间相隔极间间隙，其中所述发射极和接收极采用两端直径不一致的锥筒造型。采用本实用新型所述的热离子燃料元件，可以实现对极间间隙进行调整，可以实现在不同极间间隙情况下获取特性参数的数据信息，并在批量生产燃料元件时，相对现有设计可降低对热离子燃料元件对径向的加工精度要求。

Description

一种热离子燃料元件

技术领域

本实用新型属于热离子发射设备领域，具体涉及一种热离子燃料元件。

背景技术

热离子反应堆是将其核热能在反应堆内直接转换为电能，其电能可以直接作为动力。热离子反应堆在美俄是作为宇宙空间站的电源而设计的，故又称空间反应堆。其中的热离子燃料元件则是空间反应堆的关键部件之一，利用金属表面电子受热离开金属表面在接收极形成电流的效应实现热-电转换(热离子发射方法)。自从上世纪60年代苏美等国家开展研发以来，热离子燃料元件一直采用中空圆柱形发射极及外包圆筒形接收极的结构(见图1)。其优点是加工工艺简单，其缺点是电极间的极间间隙不可调，对电极径向精度要求高。

提高效率和参数的稳定性一直是热离子发射方法研究的主要方向，而电极温度、极间间隙和电极间介质气体压力与热-电转换效率密切相关。在研发阶段需要一种电极之间的极间间隙可调的热离子燃料元件作为实验元件，以满足获得不同间隙下的特性参数信息并以此找出优化的可能；此外，在实际器件装配时需要对热离子燃料元件进行装配微调，以弥补加工工艺等误差带来的径向尺寸不一致，以利于特性参数的一致性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的电极间间隙不可调整的缺陷，本实用新型的目的是提供一种热离子燃料元件。该热离子燃料元件能够实现发射极和接收极之间的极间间隙的调整。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种热离子燃料元件，包括发射极，环绕在所述发射极外围的接收极，所述发射极和接收极之间相隔极间间隙，所述发射极和接收极采用两端直径不一致的锥筒造型。

进一步，所述发射极和接收极的锥度一致。

更进一步，所述发射极和所述接收极能够沿轴向相对运动，所述极间间隙的宽度能够随所述相对运动进行调整。

本实用新型的效果有以下几点：

1.可以通过轴向调节实现发射极和接收极之间的极间间隙的调整；

2.常规机加工即可，降低了对径向加工精度的要求，有利于批量生产组装，并可通过装配微调，弥补加工误差；

3.可以方便的实现最佳极间间隙的实验验证；

4.可代替多个固定间隙燃料元件，减少了实验样件的数量，大大节省了研发经费；

5.在实际生产中，采用锥筒型结构可使成品率大大提高。

附图说明

图1是现有技术中的热离子燃料元件的示意图；

图2是本实用新型所提供的热离子燃料元件的示意图；

图中：1-接收极，2-发射极，3-极间间隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

如图2所示，本实用新型所提供的一种热离子燃料元件，包括发射极2，以及环绕在发射极2外围的接收极1，其中，发射极2和接收极1均采用锥筒造型(圆锥型截取的其中一部分)，也就是说发射极2和接收极1的一端直径大于另一端的直径，所需要的锥度(正圆锥体底圆直径与其高度的比)可以根据实际需要来进行调整。发射极2的小直径一端从接收极1大直径一端插入，发射极2和接收极1同轴，并且，发射极2和接收极1能够沿轴向相对运动，从而实现两极之间的极间间隙3的调整，通过轴向调节实现了径向调节的效果。

以目前典型的单节热离子燃料元件(直筒型)为例，其料件长度在800mm左右，工作段为其中的500mm到600mm，发射极2外径为19.6mm，接收极1内径为20.6mm，极间间隙为0.5mm。按照本实用新型所提供的热离子燃料元件，如果发射极2一端外径设计为18.6mm，另一端外径设计为20.6mm，接收极1一端外径设计为19.6mm，另一端外径设计为21.6mm，则发射极2相对于接收极1轴向每调节8mm可实现径向调节0.01mm的效果，倾角角度α＝arctan1/800。这样也可以降低对加工精度的要求，对批量生产组装是有实际意义的，例如在对元件组装调试过程中，就可以通过微调极间间隙3来达到实际所需的极间间隙标准，使得热离子燃料元件的成品率大大提高。而直筒型的热离子燃料元件无法调节极间间隙，要达到特定的间隙尺寸加工精度比较大，并且一旦出现偏差，则无法满足元件所要达到的极间间隙标准，甚至造成热离子燃料元件无法使用。

如果具有高精度加工能力，可适当降低倾角α的角度。增大倾角α的角度可用于生产实验用途的热离子燃料元件，即实验元件(电加热)，用于不同极间间隙3条件下特性参数的研究，因为实验元件的工作段可以选择更短的中间段。在对新材料使用中，最佳的极间间隙3一定要通过实验验证，而采用本实用新型所提供的热离子燃料元件作为实验元件，可实现在小范围(±0.15mm)内对极间间隙3进行调整，可以替代多个不同规格的直筒型的热离子燃料元件。热离子燃料元件一般为特殊材料制作，价格较贵，在实验研究中使用可变间隙的实验元件可以大大减少样件的数量，节约可观的研发费用。

本实用新型所述的元件并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。

Claims (3)

1.一种热离子燃料元件，包括发射极(2)，环绕在所述发射极(2)外围的接收极(1)，所述发射极(2)和接收极(1)之间相隔极间间隙(3)，其特征是：所述发射极(2)和接收极(1)采用两端直径不一致的锥筒造型。

2.如权利要求1所述的一种热离子燃料元件，其特征是：所述发射极(2)和接收极(1)的锥度一致。

3.如权利要求1或2所述的一种热离子燃料元件，其特征是：所述发射极(2)和所述接收极(1)能够沿轴向相对运动，所述极间间隙(3)的宽度能够随所述相对运动进行调整。