Экструдер

 

Использование: в области термоядерного синтеза, в частности при изготовлении топливных таблеток. Сущность изобретения: экструдер содержит криогенные теплообменники 2, 3 с полостью конденсации 9 и полостью экструзии 12, поршни 19 и привод 24. В дне криогенного теплообменника 2 выполнены дуговые канавки, разделенные перемычкой и открытые в полость конденсации 9. Одна из канавок соединена дополнительным каналом 8 с полостью конденсации 9, а другая соединена каналом 10 с полостью другого теплообменника 3, к выходному отверстию которого подсоединена задвижка 14. В полости конденсации 9 установлен вкладыш 17, соединенный валом 26 с приводом 27 и подпружиненный ко дну теплообменника. Внутри вкладыша 17 на радиусе канавок выполнены осевые отверстия, в которых расположены поршни 19 с тягами 20 и наклонным диском 22. Диск 22 установлен с возможностью поворота и через его центральное отверстие 25 проходит вал 26 вкладыша 17. 2 ил.

Изобретение относится к области формирования и изготовления таблеточного термоядерного топлива и может быть использовано в пневматических, центробежных и других типах инжекторах для дальнейшего ускорения таблеток.

Известны устройства, предназначенные для изготовления твердоводородных таблеток термоядерного топлива из газообразного исходного материала (1). В этом устройстве имеется криогенная полость для конденсации и накопления в виде пастообразной массы рабочего материала, которая выдавливается с помощью поршня в отверстие вращающегося вкладыша. Этот вкладыш при повороте отрезает таблетку и доставляет ее в ствол пневматического инжектора. Недостатком такого устройства является прерывистость в экструдировании рабочего материала при возвратном движении поршня.

Известно также устройство для изготовления твердоводородной полосы и формирования из нее таблеток топлива (2). Это устройство содержит криогенные теплообменники, в которых выполнены полости для конденсации газообразного водорода в жидкость, замораживания ее и экструзии с помощью поршня твердоводородной полосы. Формирование таблеток производится с помощью торцевой части ствола инжектора.

Недостатки этого устройства заключаются в следующем: 1. Наличие одного поршня в полости экструзии и его использование в качестве клапана для полости конденсации создает паузу в работе устройства, связанную с возвратным движением поршня, что приводит к перебоям в инжекции топлива в термоядерную установку.

2. Для компенсации паузы в работе и повышении производительности необходимо иметь несколько экструдеров, что усложняет их эксплуатацию и снижает надежность.

3. Использование одного поршня, проходящего через оба теплообменника требует осесимметричного их расположения, что ограничивает конструктивные возможности при сочленении устройства с различными типами формирователей и ускорителей таблеток (например, при горизонтальном формировании топливного стержня).

Задачей изобретения является повышение надежности непрерывного цикла работы и расширение эксплуатационных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем первый криогенный теплообменник с полостью конденсации и патрубком для подачи газообразного водорода и второй криогенный теплообменник с полостью экструзии, сообщающейся с полостью конденсации с зазором относительно боковых стенок, установлен вкладыш с возможностью вращения, соединенный валом с приводом и подпружиненный к дну первого криогенного теплообменника, при этом в дне первого криогенного теплообменника выполнены две канавки в форме дуг окружности с центром на оси вала-вкладыша, сообщенные с полостями конденсации и экструзии и разделенные между собой перемычкой, при этом в дне теплообменника выполнены два дополнительных канала, причем первый дополнительный канал сообщается с одной стороны с первой канавкой и с другой стороны с полостью конденсации, а второй дополнительный канал сообщается с одной стороны со второй канавкой и с другой стороны с полостью экструзии второго криогенного теплообменника, при этом на выходе второго криогенного теплообменника установлена задвижка, причем внутри вкладыша выполнены отверстия, соосное с валом вкладыша и расположенные напротив дугообразных канавок, при этом в каждом отверстии размещено по одному поршню, которые соединены тягами с наклонным диском, установленным с возможностью углового поворота, при этом в диске выполнено центральное отверстие, через которое проходит вал вкладыша.

Предложенное решение по сравнению с известным приводит к следующему техническому результату: наличие нескольких поршней, расположенных в полости конденсации криогенного теплообменника и работающих на один выходной канал, обеспечивает непрерывность получения твердой фазы водорода и доставки его к выходному отверстию экструдера; размещение поршней во вращающемся вкладыше обеспечивает цикличность работы от одного привода без пауз в работе; применение наклонного диска с регулируемым углом наклона изменяет расход подачи топливного материала, что расширяет эксплуатационные возможности устройства; использование нескольких поршней в одном криогенном теплообменнике сокращает общее количество устройств и эксплуатационные расходы.

Принципиальная схема устройства показана на фиг. 1 и 2.

Устройство содержит вакуумную камеру 1, в которой расположен первый криогенный конденсационный теплообменник 2 и второй криогенный экструзионный теплообменник 3. В дне 4 теплообменника 2 выполнены две дугообразные канавки, всасывающая канавка 5 и нагнетательная канавка 6, разделенные перемычкой 7. Всасывающая канавка 5 соединена каналом 8 с полостью конденсации 9 первого теплообменника 2. Нагнетательная канавка 6 соединена каналом 10 через трубку 11 с полостью экструзии 12 теплообменника 3. Выходное отверстие 13 теплообменника 3 закрытого задвижкой 14 с приводом 15. В полости конденсации 9 с радиальным зазором 16 относительно боковых стенок на дно 4 установлен вкладыш 17. Во вкладыше 17 напротив дугообразных канавок 5 и 6 выполнены осевые отверстия 18, в которых установлены поршни 19. Поршни 19 через тяги 20 подпружинены пружинами 21 к наклонному диску 22. Диск 22 закреплен на оси 23 в корпусе теплообменника и соединен с приводом 24. В диске 22 выполнено центральное отверстие 25, через которое проходит вал 26 вкладыша 17. Привод вкладыша 27. Патрубки 28, 29, 30, 31 для подачи хладагентов в теплообменники. Патрубок 32 для подачи газообразного водорода. Жидкий водород 33 в полости конденсации. Твердоводородный стержень 34. Уплотнения - 35. Нагреватель 36.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении в полости камеры 1 вакуум, криогенный теплообменник 2 обеспечивает температуру, необходимую для конденсации газообразного водорода, задвижка 14 перекрывает выходное отверстие 13 экструзионного теплообменника 3, который имеет температуру, необходимую для отверждения жидкого водорода. Через патрубок 32 газообразный водород подают в полость конденсации криогенного теплообменника 2. Здесь водород конденсируется на внутренних стенках, температура которых регулируется расходом жидкого гелия через теплообменник и нагревателем 36. Жидкий водород стекает на дно 4 и накапливается в зазоре 16 полости 9, заполняя канавку 7 и подпоршневую полость. Затем с помощью привода 27 начинают вращать вкладыш 17, а с помощью привода 24 устанавливают наклонный диск 22 под некоторым углом ""α"". Благодаря тому, что тяги 20 поршней 19 подпружинены к наклонному диску поршни наминают совершать возвратно-поступательные движения "вверх-вниз". Когда поршни находятся над канавкой 5 они всасывают жидкий водород в подпоршневую полость. Затем, когда поршни проходят зону перемычки 7 порция водорода удерживается под поршнем, а когда поршни проходят канавку 6 эта порция водорода выдавливается в канавку и по каналу 11 поступает в теплообменник 3. Температура в теплообменнике 3 такова, что жидкий водород начинает замерзать. Когда водород замерзнет открывают задвижку 14. Следующая порция жидкого водорода выталкивает твердоводородный стержень через выходное отверстие 13, а сама замерзает при прохождении по каналу теплообменника.

В дальнейшем этот твердоводородный стержень нарезают на отдельные таблетки, ускоряют до необходимой скорости (например, с помощью сжатого газа или центрифуги) и по направляющей трубке подают в плазму термоядерного реактора. Система формирования и ускорения таблеток не входит в предмет изобретения и на схеме не показана.

Таким образом, с помощью преложенного устройства осуществляется непрерывный процесс превращения газообразного водорода в жидкость и формирование твердоводородного топливного стержня.

Количество поршней, их ход и скорость вращения вкладыша выбирают такими, чтобы обеспечить непрерывную работу устройства.

Измененяя угол "α" наклона диска можно плавно от нуля до максимума менять производительность устройства и согласовывать ее с потреблением топлива термоядерной установкой.

Кроме того, в предложенном экструдере экструзионный теплообменник, а, следовательно, и твердоводородный стержень могут быть направлены в любом как радиальном, так и азимутальном направлении благодаря только гидравлическому каналу, соединяющему теплообменники между собой, что обеспечивает различные варианты подсоединения экструдера к различным системам формирования и ускорения таблеток.

Таким образом, предложенное устройство дает возможность осуществить непрерывную подачу топливного материала и его регулировку при более широких эксплуатационных возможностях и надежности.

Формула изобретения

Экструдер, содержащий первый криогенный теплообменник с полостью конденсации и патрубком для подачи газообразного водорода и второй криогенный теплообменник с полостью экструзии, сообщающейся с полостью конденсации, отличающийся тем, что в полости конденсации с зазором относительно боковых стенок установлен вкладыш с возможностью вращения, соединенный валом с приводом и подпружиненный к дну первого криогенного теплообменника, при этом в дне первого криогенного теплообменника выполнены две канавки в форме дуг окружности с центром на оси вала вкладыша, сообщенные с полостями конденсации и экструзии и разделенные между собой перемычкой, при этом в дне теплообменника выполнены два дополнительных канала, причем первый дополнительный канал сообщается с одной стороны с первой канавкой и с другой стороны с полостью конденсации, а второй дополнительный канал сообщается с одной стороны со второй канавкой и с другой стороны с полостью экструзии второго криогенного теплообменника, при этом на выходе второго криогенного теплообменника установлена задвижка, причем внутри вкладыша выполнены отверстия, соосные с валом вкладыша и расположенные напротив дугообразных канавок, при этом в каждом отверстии размещено по одному поршню, которые соединены тягами с наклонным диском, установленным с возможностью углового поворота, при этом в диске выполнено центральное отверстие, через которое проходит вал вкладыша.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2