2 Система закрытого цикла

Схема возможного варианта системы закрытого цикла представлена на рис. 6.1. В такой схеме рабочий газ непрерывно циркулирует по закрытому контуру. Поскольку потери рабочего газа при этом практически исключаются, он может быть выбран в соответствии с требованиями, предъявляемыми к свойствам, характеризующим передачу тепла, и электрическим свойствам. Инертные газы, обладающие малым сродством к электрону, являются наиболее подходящими в качестве рабочего тела закрытого цикла. Кроме того, экономически оправданным становится использование цезиевой присадки вместо калиевой, так как цезий имеет более низкий потенциал ионизации. Создание системы закрытого цикла позволило бы использовать неравновесную ионизацию и соответственно увеличившуюся электрическую проводимость.

В качестве теплового источника в системы закрытого цикла обычно включается ядерный реактор, хотя существует возможность нагрева продуктами сгорания в высокотемпературном теплообменнике. Однако в последнем случае весь поток энтальпии к рабочему телу придется передавать через теплообменник, который получится громоздким и дорогим. Герметизация контура схемы закрытого цикла представляет серьезную проблему, так как утечки рабочего тела должны быть минимальными и попавшие в контур примеси значительно снижают проводимость.

Возможны два основных типа закрытого цикла, подобных циклам Брайтона и Ренкина. Цикл Брайтона применим для систем открытого и закрытого циклов. В цикле Ренкина в качестве рабочего тела применяется литий. Циклы Ренкина не пригодны для крупной стационарной энергетики потому, что, как и в цикле Ренкина паросиловой станции, вследствие высоких температур (а следовательно, и высоких максимальных давлений), необходимых для достижения высокой эффективности преобразования, возникают серьезные проблемы, связанные с выбором конструкционных материалов. Однако циклы Ренкина более приемлемы для космических приложений, где отвод тепла от рабочего тела производится в конденсированной фазе путем излучения при постоянной температуре, а для обеспечения циркуляции рабочего тела в контуре можно использовать небольшой конденсаторный насос вместо громоздкого компрессора, необходимого в цикле Брайтона. При космических применениях тепло должно отводиться излучением, а, так как тепловой поток пропорционален температуре в четвертой степени, охлаждаемая среда должна иметь высокую температуру.

Выбор газов для закрытого МГД-цикла Брайтона обычно ограничивается гелием, неоном и аргоном. Эти инертные газы перечислены в порядке их пригодности с точки зрения теплопередачи. Аргон характеризуется большим поперечным сечением захвата нейтронов и поэтому в меньшей степени совместим с ядерным реактором в качестве теплового источника. Макнари и Джексон показали, что неравновесная проводимость при использовании цезиевой присадки в неоне получается выше, чем в гелии, и что в случае неона требуется компрессор меньшей мощности. Однако в литературе рассмотрено также большое число циклов с гелием в качестве рабочего тела.