ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОРПУСНОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК G21C9/00 G21C15/18 

Изобретение относится к ядерной технике.

Известны ядерные энергетические установки (ЯЭУ) корпусного типа [1] в которых для послеаварийного отвода тепла от слоя обломков активной зоны предусмотрен поддон, расположенный под активной зоной внутри корпуса. В ряде конструкций реакторов предусмотрены устройства, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя вокруг поддона.

Недостатками указанных устройств являются увеличение габарита корпуса, загромождение проточной части реактора на входе в активную зону, возмущение поступающего в активную зону потока и относительно высокое гидравлическое сопротивление проточной части.

Наиболее близкой к заявляемой является ЯЭУ корпусного типа [2] включающая, в частности, корпус с активной зоной, днищем и патрубками, помещенными в бокс. В указанной установке при возникновении аварийной ситуации бокс заполняется охлаждающей жидкостью, например, из сплинклерной установки, а отвод избыточного тепловыделения от днища реактора осуществляется за счет естественной циркуляции указанной жидкости.

Недостатком указанного устройства является ее относительно низкая безопасность. При аварии, связанной с разрушением активной зоны и попаданием кориума на днище, имеет место относительно малая интенсивность отвода тепла от перегретой внешней поверхности днища в результате образования паровых конгломератов в плоской центральной части днища и недостаточно интенсивная их эвакуация. В этой ситуации возможно возникновение кризиса теплоотдачи на обращенной вниз обогреваемой поверхности днища, его разогрев и проплавление, что вызывает разгерметизацию первого контура и взаимодействие кориума с основанием бокса.

Для решения поставленной в изобретении задачи предложено в ЯЭУ вертикального исполнения, включающей, в частности, корпус с активной зоной, днище с патрубками, помещенными в бокс, систему сжатого газа и устройство для заполнения бокса жидкостью, закрепить с зазором относительно внешней поверхности днища перфорированную оболочку, охватывающую его центральную часть, в пределах которой угол между касательными к днищу и продольной осью симметрии составляет не более 65^о, причем оболочку следует снабдить патрубком, один конец которого направить на днище, а другой соединить с системой сжатого газа. Для решения задачи также предлагается разместить на внешней поверхности днища систему элементов, установленных с зазором по отношению к днищу и друг к другу, их внутреннюю поверхность выполнить в виде усеченной поверхности вращения, большее основание которой обращено в сторону днища, а ось симметрии совместить с продольной осью симметрии корпуса, каждый предыдущий элемент по сравнению с последующим элементом в любом поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси симметрии корпуса, выполнить с меньшим внутренним диаметром и с большим углом раскрытия условного круглого конуса, обращенного основанием в сторону днища и установленного вдоль продольной оси симметрии корпуса с касанием его боковой поверхности, причем каждый предыдущий элемент частично ввести внутрь последующего элемента.

На фиг. 1 и 2 схематично изображены продольные осевые сечения ЯЭУ соответственно с перфорированной оболочкой и системой элементов.

ЯЭУ содержит систему 1 сжатого газа, корпус 2 с активной зоной 3, днищем 4 и патрубками 5. Корпус 2 с укрепленными на нем конструктивными элементами 3, 4 и 5 помещен в бокс 6. В ЯЭУ (фиг.1) на днище 4 с зазором 7 относительно его внешней поверхности закреплена перфорированная оболочка 8, охватывающая, по меньшей мере, центральную часть днища 4. Центральная часть днища 4 это та часть, в пределах которой угол между касательными к днищу 4 и продольной осью симметрии составляет не более 65^о. Оболочка 8 снабжена патрубком 9, один конец которого направлен на днище 4, а другой соединен с системой 1 сжатого газа. Вблизи патрубка 9 в оболочке предусмотрены отверстия 10 для прохода воды. В бокс выведено устройство 11 для заполнения бокса 6 жидкостью, например сплинклерное устройство.

В ЯЭУ, изображенной на фиг. 2, в отличие от ЯЭУ, представленной на фиг. 1, на внешней поверхности днища 4 вместо перфорированной оболочки 8 закреплена система элементов 12. Элементы 12 установлены с зазором 7 по отношению к днищу 4 и друг к другу. Внутренняя поверхность элементов 12 имеет вид усеченной поверхности вращения, например конической, их большее основание обращено в сторону днища 4, а продольная ось симметрии совпадает с продольной осью симметрии корпуса 2. Каждый предыдущий элемент 12 по сравнению с последующим элементом 12 в любом поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси симметрии корпуса 2, имеет меньший внутренний диаметр и больший угол раскрытия условного круглого конуса, обращенного основанием в сторону днища 4 и установленного вдоль продольной оси симметрии корпуса 2 с касанием его боковой поверхности. Каждый предыдущий элемент 12 частично введен внутрь последующего элемента 12.

ЯЭУ работает следующим образом.

При возникновении аварийной ситуации, связанной с расплавлением активной зоны 3 и попаданием кориума на днище 4, бокс 6 заполняется водой из устройства 11, газ из системы 1 сжатого газа через патрубок 9 попадает в зазор 7 между перфорированной оболочкой 8 и днищем 4 (фиг.1) или в зазоры 7 между системой пластин 12 и днищем 4 (фиг.2). В результате увеличения температуры днища 4 возникающие в его центральной части паровые конгломераты выносятся потоком газа из патрубка 9, увеличивая при этом интенсивность теплоотдачи от днища 4. Интенсификация теплоотдачи происходит также в результате подсоса потоком воздуха к центральной части днища 4 дополнительных порций воды с относительно низкой температурой из бокса 6. В устройстве, представленном на фиг. 1, вода поступает в зазор между днищем 4 и перфорированной оболочкой 8 через отверстия 10 в ее центральной части, а в устройстве, изображенном на фиг. 3, через зазоры 7 между элементами 12.

Использование: в ядерной технике, в ядерных энергетических установках корпусного типа. Сущность изобретения: в ядерной энергетической установке корпусного типа, включающей размещенный в боксе вертикальный цилиндрический корпус с активной зоной и закругленным днищем с патрубками, систему сжатого газа и устройство для заполнения бокса жидкостью, с зазором относительно внешней части днища закреплена перфорированная оболочка, охватывающая его центральную часть, в пределах которой угол между касательными к днищу и продольной осью симметрии составляет не более 65^o. Оболочка снабжена патрубком, один конец которого направлен на днище, а другой конец соединен с системой сжатого газа. В другом варианте ядерной энергетической установки на внешней поверхности днища закреплена система элементов, установленных с зазором по отношению к днищу и друг к другу, у которых внутренняя поверхность имеет вид конической усеченной поверхности вращения, большее основание обращено в сторону днища, а ось симметрии совпадает с продольной осью симметрии корпуса, каждый предыдущий элемент частично введен внутрь последующего элемента, расположенного на большей по сравнению с предыдущим высоте, нижний элемент снабжен патрубком, один конец которого направлен на днище, а другой конец соединен с системой сжатого газа. 2 с. и, 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Ядерная энергетическая установка корпусного типа, включающая вертикальный цилиндрический корпус с закругленным днищем, содержащий активную зону и размещенный в боксе, снабженном устройством для заполнения бокса жидкостью, отличающаяся тем, что в ней с зазором относительно внешней поверхности днища закреплена перфорированная оболочка, охватывающая его центральную часть, в пределах которой угол между касательным к днищу и продольной оси симметрии составляет не более 65^o, причем оболочка снабжена патрубком, один конец которого направлен на днище, а другой соединен с системой сжатого газа. 2. Установка п.1, отличающаяся тем, что устройство для заполнения бокса жидкостью выполнено в виде спринклерной установки. 3. Ядерная энергетическая установка корпусного типа, включающая вертикальный цилиндрический корпус с закругленным днищем, содержащий активную зону и размещенный в боксе, снабженном устройством для заполнения бокса жидкостью, отличающаяся тем, что в ней на внешней поверхности днища закреплена система элементов, установленных с зазором по отношению к днищу и друг к другу, у которых внутренняя поверхность имеет вид конической усеченной поверхности вращения, большее основание обращено в сторону днища, а ось симметрии совпадает с продольной осью симметрии корпуса, каждый предыдущий элемент частично введен внутрь последующего элемента, расположенного на большей по сравнению с предыдущим элементом высота, нижний элемент снабжен патрубком, один конец которого направлен на днище, а другой соединен с системой сжатого газа.