ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1995 года по МПК G21C1/08 G21C3/32 

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и может быть использовано при создании ядерных реакторов, в которых необходимо иметь высокую удельную мощность активной зоны (например, в бридерах, охлаждаемых пароводяной смесью или насыщенным паром).

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая корпус, кольцевые тепловыделяющие элементы с оболочками, расположенные с зазором относительно друг друга, и сборную камеру перегретого пара с патрубком отвода пара [2].

Получение перегретого пара осуществляется следующим образом. Питательная вода, предварительно смешанная с сепаратором, подается в межтвельное пространство, проходя через которое снизу вверх частично испаряется и поступает в сепаратор, где разделяется на насыщенный пар и воду, при этом насыщенный пар через специальный патрубок подается во внутренние полости ТВЭЛов, где перегревается и далее поступает в сборную камеру перегретого пара, откуда через патрубок подается потребителю, а сепарат поступает в контур многократной принудительной циркуляции, после чего цикл повторяется. Недостаток этого решения заключается в низком удельном энергосъеме, который ограничен из-за возможности кризиса теплоотдачи при кипении воды на наружной поверхности тепловыделяющих элементов, а также из-за необходимости организации больших термических сопротивлений стока тепла в воду. Кроме того, наличие контура многократной циркуляции воды, расход которой превышает расход получаемого перегретого пара снижает коэффициент паропроизводительности. К тому же в известном устройстве необходимыми элементами конструкции ТВС являются сепаратор и система принудительной циркуляции воды в межтвэльном пространстве, что усложняет конструкцию ТВС.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения процесса кипения в оболочках ТВЭЛов и повышение экономической эффективности за счет увеличения удельного энергосъема с единицы массы топлива.

Достигается это тем, что в известной тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей корпус, кольцевые тепловыделяющие элементы с оболочками, расположенные с зазором относительно друг друга, и сборную камеру перегретого пара с патрубком отвода пара, ТВЭЛы снабжены, по крайней мере, с одной стороны цилиндрическими концевыми деталями с осевыми отверстиями и внутри ТВЭЛов с зазором установлены трубы, которые нижними концами закреплены в трубной доске, отделяющей ТВЭЛы от камеры с теплоносителем, а корпус соединен со сборной камерой перегретого пара, отделенной от межтвэльного пространства перегородкой, при этом ТВЭЛы кольцевыми деталями закреплены с зазором относительно трубной доски, и через них выведены в межтвэльное пространство верхние концы труб.

Предлагаемая конструкция ТВС повышает надежность эксплуатации, так как исключает возможность возникновения кризиса теплообмена на оболочках тепловыделяющих элементов. Кроме того, обеспечивая интенсивный отвод тепла как с внутренней, так и с наружной поверхности топлива, можно увеличить удельную энергосъема с единицы массы топлива, что повышает экономическую эффективность тепловыделяющей сборки.

На чертеже (фиг. 1) представлена конструкция тепловыделяющей сборки ядерного реактора.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит корпус 1 с патрубком 2 подачи жидкого тепло носителя в ТВС и патрубком 3 отвода перегретого пара из ТВС, кольцевые тепловыделяющие элементы 4, имеющие внутреннюю 5 и наружную оболочку 6. Тепловыделяющие элементы 4 снабжены цилиндрическими концевыми деталями 7 с осевыми отверстиями. В каждом ТВЭЛе 4 с зазором относительно внутренней оболочки 5 установлены трубы 8, нижние концы которых закреплены в трубной доске 9, установленной за патрубком 2 подачи теплоносителя и образующей в корпусе 1 раздаточную камеру 10. Верхние концы труб 8 закреплены в концевых деталях 7 тепловыделяющих элементов 4 и выведены в межтвэльное пространство 11, которое перекрыто перегородкой 12, установленной перед патрубком 3 от вода перегретого пара и образующей в корпусе 1 сборную камеру 13. Верхние концевые детали 7 ТВЭЛов 4 закреплены в перегородке 12, а нижние концевые детали 7 ТВЭЛов 4 установлены с зазором относительно трубной доски 9.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора работает следующим образом. Теплоноситель в виде воды поступает через патрубок 2 и раздаточную камеру 10 в трубы 8. Двигаясь по трубам 8, вода отбирает часть тепла, выделяющегося в тепловыделяющих элементах 4, испаряется и в виде насыщенного пара попадает в межтвэльное пространство 11. Оттуда пар, перемещаясь по зазорам между чехлом 1 и наружными оболочками ТВЭЛов 4 и осушаясь, попадает в зазоры между внутренними оболочками 5 ТВЭЛов 4 и трубами 8. Там пар, перегревается, достигает требуемых параметров через сборную камеру 13 патрубок 3 выводятся из тепловыделяющей сборки, например, на турбину.

Таким образом, в тепловыделяющей сборке предлагаемой конструкции тепловыделяющие элементы охлаждаются теплоносителем, который на протяжении всех их длины находится в одном агрегатном состоянии - в виде пара. За счет этого исключаются большие градиенты температуры, возникающие на оболочках ТВЭЛов, охлаждаемых водой и паром, и исключается вероятность возникновения кризиса теплообмена на поверхности оболочек тепловыделяющих элементов, т.к. на них не происходит кипения воды. В результате снижается вероятность разрушения оболочек тепловыделяющих элементов, выхода из них топлива и продуктов деления, повышается надежность ТВС. Кроме того, количество тепла, снимаемого с ТВЭЛа данной конструкции тепловыделяющей сборки, уже не ограничено критическими тепловым нагрузками, поэтому удельный энергосъем с единицы массы топлива увеличивается, что повышает экономическую эффективность ядерного реактора со сборками такого типа.

Сущность изобретения: теплоноситель в виде воды поступает через патрубок 2 подачи жидкого теплоносителя и раздаточную камеру 10 в трубы 8, установленные в каждом кольцевом твэле 4 с зазором относительно внутренней оболочки 5. Двигаясь по трубам 8, нижние концы которых закреплены в концевых деталях 7 твэлов, вода испаряется и в виде насыщенного пара попадает в межтвэльное пространство 11, которое перекрыто перегородкой 12, установленной перед патрубком 3 отвода перегретого пара из тепловыделяющей сборки. Оттуда пар, перемещаясь по зазорам между корпусом 1 и наружными оболочками кольцевых твэлов 4 и осушаясь, попадает в зазоры между внутренними оболочками 5 и трубами 8. Там пар перегревается и через патрубок 3 выводится из тепловыделяющей сборки. Таким образом, твэлы охлаждаются теплоносителем, находящимся в одном агрегатном состоянии - в виде пара. 1 ил.

ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащая корпус, кольцевые твэлы с оболочками, расположенные с зазором относительно друг друга, и сборную камеру перегретого пара с патрубком отвода пара, отличающаяся тем, что твэлы снабжены по крайней мере с одной стороны цилиндрическими концевыми деталями с осевыми отверстиями и внутри твэлов с зазором установлены трубы, которые нижними концами закреплены в трубной доске, отделяющей твэлы от камеры с теплоносителем, а корпус соединен со сборной камерой перегретого пара, отделенной от межтвэльного пространства перегородкой, при этом твэлы концевыми деталями закреплены в перегородке и установлены с зазором относительно трубной доски и через них выведены в межтвэльное пространство верхние концы труб.