FR2837613A1 - Thermo-electric power generator for space vehicle comprises container tritium with insulated cover apart from portion connected to heat converter - Google Patents

Abstract

The power generator (1) comprises at least one tritium-filled container in the form of a pressure-resistant shell (3) with an impermeable inner lining (2) of gold, having its outer surface covered by a thermal insulation material (4) apart from one portion that is connected to a heat converter (7). The tritium can be in the form of a liquid, gas or grains in a ceramic material, hydride, micro-porous structure or glass balls. The container is connected to the heat converter via a hot plate (5) and thermal element (10) on a heat drain (8).

Description

nalisation primaire (8), du composant (4, 9) du circuit primaire.primary control (8), of the component (4, 9) of the primary circuit.

GENERATEUR DE THERMO-ELECTRICITE DANS UN VEHICULE  THERMOELECTRICITY GENERATOR IN A VEHICLE

SPATIALSPATIAL

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Le sujet de cette invention est la génération de thermo-électricité dans un véhicule spatial, et l 'invention elle-même peut être décomposée en un générateur d'énergie et en un ensemble thermo  The subject of this invention is the generation of thermoelectricity in a spacecraft, and the invention itself can be broken down into an energy generator and a thermo assembly

électrique incorporant ce générateur.  electric incorporating this generator.

A côté des panneaux solairés, les matières fissiles constituent une source appréciée d'énergie pour les véhicules spatiaux à cause de la sûreté de fourniture pendant une longue période pour un faible poids de matière em'=arquée. Le plutonium est en général utilisé dans cette application, sans crainte d' irradiation puisque presque tous les véhicules spatiaux sont inhabités. On ne peut malheureusement pas exclure les accidents au lancement qui auraient pour conséquence de libérer la matière fissile sur le sol terrestre, ce que l' opinion refuserait de plus en plus dadmettre. On peut donc s'attendre que l'emploi du plutonium pour cette application sera interdit dans un  Next to solar panels, fissile materials constitute a valued source of energy for spacecraft because of the security of supply for a long period of time with a low weight of material em '= arched. Plutonium is generally used in this application, without fear of irradiation since almost all spacecraft are uninhabited. Unfortunately, one cannot exclude launching accidents which would result in the release of fissile material onto the ground, which public opinion would increasingly refuse to admit. It can therefore be expected that the use of plutonium for this application will be prohibited in a

avenir proche.near future.

L' invention à pour objet une solution à ce problème naissant, et elle consiste à choisir du tritium comme la matière fissile employée pour fournir  The subject of the invention is a solution to this emerging problem, and it consists in choosing tritium as the fissile material used to supply

de l'énergie électrique à un véhicule spatial.  electrical energy to a space vehicle.

Le tritium a pour propriété de se décomposer en émettant des rayons bêta beaucoup moins dangereux que les rayons gamma produits par la plupart des corps fissiles, et de plus la décroissance de son activité est relativement rapide. On peut donc juger qu'un relâchement accidentel de tritTum serait inoffensif. Les générateurs au tritium peuvent ainsi être manipulés et montés sur le véhicule spatial avant le lancement de façon plus commode. Un autre avantage de l 'invention est donc la facilité avec laquelle le  Tritium has the property of decomposing by emitting beta rays much less dangerous than the gamma rays produced by most fissile bodies, and moreover the decrease in its activity is relatively rapid. We can therefore judge that an accidental release of tritTum would be harmless. Tritium generators can be more conveniently manipulated and mounted on the spacecraft before launch. Another advantage of the invention is therefore the ease with which the

véhicule peut être équipé.vehicle can be equipped.

Il faut aj outer que les modes préférés demploi du tritTum seront sous forme gazeuse sous pression ou sous forme liquide susceptible d'accroître sa pression pendant le fonctionnement, ce qui a obligé à concevoir des réservoirs adaptés pour résoudre cette difficulté, en remplacement des étuis utilisés pour  It should be added that the preferred modes of use of the tritTum will be in gaseous form under pressure or in liquid form capable of increasing its pressure during operation, which has forced the design of suitable tanks to solve this difficulty, replacing the cases used. for

contenir le plutonium.contain plutonium.

La génération d'électricité s'accomplit par une conversion de la chaleur produite par le rayonnement, ce qui est probablement le moyen le plus  Electricity generation is accomplished by converting the heat produced by radiation, which is probably the most

efficace pour exploiter utilement l'énergie de fission.  efficient for exploiting fission energy usefully.

L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures: - la figure 1 est une vue générale d'un ensemble de génération d'électricité conformément à l'invention, - la figure 2 est un détail de la figure 1, et la figure 3 est une vue d'une autre  The invention will now be described in connection with the figures: - Figure 1 is a general view of an electricity generating assembly according to the invention, - Figure 2 is a detail of Figure 1, and Figure 3 is a view of another

réalisation de l' invention.realization of the invention.

A la figure 1, le tritTum est contenu dans un réservoir 1 comprenant une doublure 2 interne en or, destinée à établir l'étanchéité, une coque 3 destinée à résister aux pressions et un capuchon 4 calorifuge entourant le reste du réservoir 1. I1 est sous forme gazeuse à une pression pouvant être de 800 bars. La  In FIG. 1, the tritTum is contained in a reservoir 1 comprising an internal gold lining 2, intended to establish the seal, a shell 3 intended to resist pressure and a heat-insulating cap 4 surrounding the rest of the reservoir 1. It is in gaseous form at a pressure which may be 800 bars. The

doublure 2 est en or pour bien résister à la corrosion.  lining 2 is gold to resist corrosion.

La coque 3 peut être en matière composite bobinée. La doublure 2 est continue, la coque 3 presque continue sauf en bas à une plaque d'évacuation de la chaleur 5, et le capuchon 4 est ouvert à une portion inférieure 6  The shell 3 can be made of wound composite material. The lining 2 is continuous, the shell 3 almost continuous except at the bottom to a heat dissipation plate 5, and the cap 4 is open to a lower portion 6

permettant d'exposer la plaque 5.to expose the plate 5.

L'ensemble de production d'électricité comprend encore un module 7 de conversion de chaleur en électricité, dépendant directement du véhicule spatial et sur lequel sont disposés un drain thermique 8 constitué d'une plaque froide, et un thermo-élément 10 à effet Peltier comprenant une pluralité de jonctions chaudes et froides. Un caloduc (non représenté) maintient la basse température du drain thermique 8 en le reliant à une portion du véhicule donnant sur lextérieur. Le thermo-élément 10 est installé sur le drain thermique 8. Un cTrcuit électrique 11 a ses bornes branchées au thermo-élément 10 pour recuoillir lélectricité produite là. Le réservoir 1 est associé au module 7 de facon que la plaque d'évacuation de chaleur 5 s'encastre sur le thermo-élément 10. Le maintien en place du réservoir 1, avec la pression souhaitée de la plaque 5 sur le thermo-élément 10, s'effectue dans cette forme de réalisation par des tirants 13 disposés autour du capuchon 4 et dont les portions supérieures maintiennent une bride 14 pesant sur un sommet 21 du capuchon 4 et les extrémités inférieures sont engagées dans des linguets 15 basculant autour d' axes horizontaux 16 fixés au module 7 et dont les extrémités internes forment des pions de verrouillage 17 s'engageant par- dessus une couronne  The electricity production assembly also includes a module 7 for converting heat into electricity, directly dependent on the spacecraft and on which are arranged a heat sink 8 consisting of a cold plate, and a thermo-element 10 with Peltier effect. comprising a plurality of hot and cold junctions. A heat pipe (not shown) maintains the low temperature of the heat sink 8 by connecting it to a portion of the vehicle overlooking the exterior. The thermo-element 10 is installed on the heat sink 8. An electric circuit 11 has its terminals connected to the thermo-element 10 to collect the electricity produced there. The reservoir 1 is associated with the module 7 in such a way that the heat evacuation plate 5 is embedded on the thermo-element 10. The holding in place of the reservoir 1, with the desired pressure of the plate 5 on the thermo-element 10, is carried out in this embodiment by tie rods 13 arranged around the cap 4 and the upper portions of which hold a flange 14 weighing on a top 21 of the cap 4 and the lower ends are engaged in latches 15 rocking around horizontal axes 16 fixed to module 7 and the internal ends of which form locking pins 17 engaging over a crown

extérieure 18 de la plaque dévacuation de chaleur 5.  outside 18 of the heat dissipation plate 5.

Le capuchon 4 peut comprendre une paroi latérale 19 fixée au module 7 et comprenant une empreinte cylindro- conique 20 de réception du réservoir 1, et le sommet 21 amovible mais solidaire du réservoir 1. Un amortisseur de vibrations 22 peut être disposé entre le réservoir 1 et le capuchon 4 i dans cette réalisation, il est placé sous le sommet 21, dans une empreinte cylindrique de celui-ci et autour d'une broche 23 de la doublure 2. La figure 2 montre que le capuchon 4 n'est pas forcément dépaisseur uniforme, mais "u'il peut plutôt comprendre des nervures de renfort 24, notamment de part et  The cap 4 may comprise a side wall 19 fixed to the module 7 and comprising a cylindrical conical impression 20 for receiving the reservoir 1, and the removable top 21 but integral with the reservoir 1. A vibration damper 22 may be disposed between the reservoir 1 and the cap 4 i in this embodiment, it is placed under the apex 21, in a cylindrical imprint of the latter and around a pin 23 of the lining 2. FIG. 2 shows that the cap 4 is not necessarily uniform thickness, but "u'il rather include reinforcing ribs 24, in particular on the side and

d'autre des tirants 13.other of the tie rods 13.

Des variantes de réalisation apparaissent sur le mode de la figure 3. Le réservoir 1 unique est dabord remplacé par une série de réservoirs 1', analogues au réservoir 1 précédent, et logés dans un étui 25 glissé dans le capuchon 4. L'étui 25 n'a d'autre rôle que de rassembler les réservoirs 1', qui  Variant embodiments appear in the mode of FIG. 3. The single reservoir 1 is first replaced by a series of reservoirs 1 ′, similar to the preceding reservoir 1, and housed in a case 25 slid into the cap 4. The case 25 has no other role than to collect the reservoirs 1 ', which

sont ici au nombre de quatre et disposés en carré.  are here four in number and arranged in a square.

Une autre différence principale avec le mode de réalisation précédent est l'absence du système à tirants 13, qui est remplacé par une portière 26 mobile sur une armature 27 liée au module thermo électrique 12; le verrouillage de la portière 26 sur larmature 27 maintient le sommet 21 du capuchon 4 enfoncé et donc le contact de l'étui 25 sur la plaque  Another main difference with the previous embodiment is the absence of the tie rod system 13, which is replaced by a door 26 movable on a frame 27 linked to the thermoelectric module 12; locking the door 26 on the frame 27 keeps the top 21 of the cap 4 pressed and therefore the contact of the case 25 on the plate

chaude.hot.

D' autres modifications qu' on peut encore apporter ont trait au combustible fissile lui-même: le tritium gazeux à haute pression pourrait être remplacé par du tritium stocké dans des hydrures, des structures microporeuses ou nanoporeuses, des billes de verre ou par de l'eau de tritium T2O, qui seraient logés dans  Other modifications that can still be made relate to the fissile fuel itself: the gaseous tritium at high pressure could be replaced by tritium stored in hydrides, microporous or nanoporous structures, glass beads or by l T2O tritium water, which would be housed in

des réservoirs analogues à ceux qu'on a représentés.  reservoirs similar to those that have been represented.

Les liquides ne seraient pas sous pression au départ, mais la pression dans les réservoirs monterait à mesure de la fission, ce qui justifie de les rendre encore résistants à la pression. La situation serait la même avec d'autres liquides tritiés utilisés comme combustible, notamment des hydrocartures o certains acomes d'nydroyène seraient remplacés par des atomes de  The liquids would not be under pressure at the start, but the pressure in the tanks would rise as the fission took place, which justifies making them still resistant to pressure. The situation would be the same with other tritiated liquids used as fuel, in particular hydrocartures where certain hydrogen atoms are replaced by atoms.

tritTum.tritTum.

Une situation différente régnerait si le combustible était solide, ce qui serait le cas en disposant des grains de tritTum insérés dans des matrices de céramique. De tels corps composites sont difficiles à fabriquer et c'est pourquoi les solutions précédentes ont la préférence, mais ils ne sont  A different situation would prevail if the fuel was solid, which would be the case by having grains of tritTum inserted in ceramic dies. Such composite bodies are difficult to manufacture and that is why the above solutions are preferred, but they are not

cependant pas exclus de l 'invention.  however not excluded from the invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1) Générateur de thermo-électricité pour un véhicule spatial, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réservoir (11') occupé par du tritTum, le réservoir étant entouré par un capuchon (4) calorifuge sauf à une portion de raccordement à un convertisseur  1) Thermoelectricity generator for a space vehicle, characterized in that it comprises at least one tank (11 ') occupied by tritTum, the tank being surrounded by a heat-insulating cap (4) except for a connection portion to a converter de chaleur (7).heat (7). 2) Générateur thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tritium occupe sous forme gazeuse le réservoir, le réservoir comprend une coque (3) résistant à la pression et une  2) thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the tritium occupies in gas form the tank, the tank comprises a shell (3) resistant to pressure and a doublure (2) interne étanche.waterproof internal lining (2). 3) Gcnérateur thermo-électrique selon 'a revendication 1, caractérisé en ce que le tritTum occupe le réservoir sous forme d'eau de tritTum ou de liquide tritié, et le réservoir comprend une coque résistant à la pression et une doublure interne étanche. 4) Générateur thermo-électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la doublure  3) Thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the tritTum occupies the tank in the form of tritTum water or tritiated liquid, and the tank comprises a pressure-resistant shell and a sealed internal lining. 4) thermoelectric generator according to claim 2 or 3, characterized in that the lining est d'or.is gold. ) Générateur thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tritium occupe le réservoir sous forme de grains inclus dans une céramique, d'hydrures, de structures microporeuses  ) Thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the tritium occupies the reservoir in the form of grains included in a ceramic, hydrides, microporous structures ou des billes de verre.or glass beads. 6) Ensemble thermo-électrique sur un véhicule spatial, comprenant un générateur et un convertisseur de chaleur (7) conformes à l'une  6) Thermoelectric assembly on a space vehicle, comprising a generator and a heat converter (7) in accordance with one quelcouque des revendications précédentes, et un  any of the preceding claims, and a mécanisme de maintien du générateur en place, avec la portion de raccordement pressoe sur une surface du convertisseur. 7) Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion de raccordement est une plaque chaude (5), et la surface du convertisseur appartient à un thermo-élément (10) reposant sur un  generator holding mechanism in place, with press connection portion on a surface of the converter. 7) An assembly according to claim 6, characterized in that the connection portion is a hot plate (5), and the surface of the converter belongs to a thermo-element (10) resting on a drain thermique (8).heat sink (8). 8) Ensemble selon l'une quelcouque des  8) Together according to any of the revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le  claims 6 or 7, characterized in that the mécanisme de maintien comprend une pièce (14, 26)  holding mechanism comprises a part (14, 26) pressant sur un sommet (21) du capuchon (4).  pressing on a top (21) of the cap (4). 9) Ensemble selon l'une quelconque des  9) Assembly according to any one of revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le  claims 6 to 8, characterized in that the mécanisme de maintien comprend des verrous basculant  holding mechanism includes tilting locks (15) pressant sur la portion de raccordement.  (15) pressing on the connection portion. ) Ensemble selon les revendications 8 et  ) Assembly according to claims 8 and 9, caractérisé en ce que les verrous basculants sont  9, characterized in that the tilting latches are reliés à la pièce par des tirants (13).  connected to the part by tie rods (13).