СИСТЕМА ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА Российский патент 1996 года по МПК F22B1/06 G21C15/18 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в качестве системы аварийного отвода тепла от водоводяных ядерных реакторов.

Известны системы пассивного отвода тепла ядерного энергетического реактора в виде отдельного циркуляционного контура, включающий парогенератор и воздушный теплообменник, где отвод остаточных тепловыделений в реакторе при обесточивании осуществляется путем конденсации пара из парогенератора в воздушном теплообменнике (1).

В известной системе подвода воздуха осуществляется в межтрубное пространство, а конденсация пара происходит внутри труб пpи опускном движении пароводяной смеси.

Вследствие высокого давления в пароводяном тракте со стороны парогенератора и низкой эффективности теплоотдачи к воздуху теплообменники обладают большой массой и габаритами, что может привести к недопустимым нагрузкам на строительные конструкции и затрудняет защиту системы от внешних воздействий, вследствие чего требуется дополнительное резервирование для обеспечения необходимой надежности системы.

Известна также система пассивного отвода тепла ядерного энергетического реактора (2).

Система содержит циркуляционный контур теплоносителя, в котором парогенератор реакторной установки подключен трубопроводами к теплообменнику, поверхность которого охлаждается водой атмосферного бака. При включении системы в работу пар из парогенератора поступает в теплообменник, где конденсируется, и конденсат сливается обратно в парогенератор. При этом охлаждающая вода поступает в другую полость теплообменника, где нагревается до кипения, испаряется, и пар сбрасывается в атмосферу.

Система с водяным охлаждением обладает эффективным теплоотводом, однако время ее функционирования определяется запасом охлаждающей воды, величина которого ограничивается также нагрузками на строительные конструкции и затратами на их сооружение.

Прототипом заявляемого изобретения является система, представленная в (2).

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности системы постоянного отвода тепла при сокращении затрат на ее сооружение.

Решение указанной задачи достигается тем, что на линии отвода пара из теплообменника, охлаждаемого водой атмосферного бака, дополнительно установлен воздушный теплообменник для конденсации пара.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид системы пассивного отвода тепла.

Система пассивного отвода тепла содержит контур теплоносителя, включающий парогенератор 1, теплообменник 2 с трубопроводом подвода 3 и отвода 4, атмосферный бак 5 с трубопроводом отвода 6 с запорным устройством 7, трубопровод сброса 8 и воздушный теплообменник 9 с тяговым воздушным трактом 10.

В вариантном исполнении, показанном на фиг. 2, теплообменник 2 погружен в охлаждающую воду атмосферного бака 5.

Система работает следующим образом.

В режиме ожидания контур теплоносителя заполнен паром. Запорное устройство 7 на трубопроводе отвода 6 находится в закрытом состоянии.

При включении системы в работу происходит открытие запорного устройства 7. Вода из бака 5 самотеком подается на вход теплообменника 2, в котором подогревается до температуры кипения, испаряется и пар по трубопроводу 8 подается на вход воздушного теплообменника 9. В теплообменнике 9 пар, отдавая тепло через теплопередающую поверхность атмосферному воздуху, конденсируется, и конденсат самотеком сливается в бак 8.

В то же время пар из парогенератора 1 подается на трубопроводу 3 в другую полость теплообменника 2, где, передавая тепло через теплопередающую поверхность охлаждающей воде, пар конденсируется и направляется по трубопроводу 4 обратно в парогенератор 1.

Движение рабочих сред (теплоносителя, охлаждающей воды и воздуха) в системе осуществляется за счет естественной циркуляции.

В описанной системе пассивного отвода тепла исходный запас охлаждающей воды создается только для обеспечения начального этапа расхолаживания, характеризующегося наибольшей мощностью остаточных тепловыделений в реакторе. Восполнение запаса охлаждающей воды для последующего этапа расхолаживания с существенно меньшим уровнем мощности остаточных тепловыделений обеспечивается за счет конденсации пара в воздушном теплообменнике 9.

Например, при аварийном расхолаживании реактора в начальные 3-5 час расходуется приблизительно 20-30% от массы охлаждающей воды, необходимой для расхолаживания в течение суток, а мощность остаточных тепловыделений за первые 3-5 час снижается в 4- 5 раз. Следовательно, масса охлаждающей воды для последующего расхолаживания может непрерывно восполняться путем конденсации пара в воздушном теплообменнике, тепловая мощность которого в несколько раз меньше начального уровня мощности остаточных тепловыделений в реакторе.

При этом, поскольку воздушный теплообменник работает в условиях атмосферного давления как со стороны пароконденсатного тракта, так и воздушного, то его теплопередающие поверхности могут быть выполнены тонкостенными.

Оба эти фактора уменьшение мощности воздушного теплообменника и атмосферные условия его работы позволяют уменьшить массу указанного теплообменника приблизительно в 10-20 раз (по сравнению с массой воздушного теплообменника в системе (1), и которая может достигать приблизительно 10-20 тонн. А поскольку запас охлаждающей воды, необходимый для расхолаживания современных ядерных реакторов, выражается сотнями тонн, то очевидно существенное уменьшение общей массы системы.

Таким образом, при осуществлении изобретения может быть получен конкретный технический результат, который состоит в следующем:
1) увеличение (практически неограниченного) времени непрерывного функционирования системы пассивного отвода тепла в режиме расхолаживания путем восполнения запаса охлаждающей воды;
2) уменьшение массы системы и, соответственно, нагрузок на строительные конструкции.

Использование: в качестве системы аварийного отвода тепла от водоводяных ядерных реакторов. Сущность изобретения: система пассивного отвода тепла содержит корпус теплоносителя, включающий парогенератор 1 и теплообменник 2, поверхность которого охлаждается водой атмосферного бака; на линии отвода пара из теплообменника 2 установлен воздушный теплообменник 9 для конденсации пара. 2 ил.

Система пассивного отвода тепла ядерного реактора, содержащая контур теплоносителя в виде парогенератора, соединительных трубопроводов, теплообменника конденсатора, поверхность которого охлаждается водой атмосферного бака, тяговый воздушный тракт, дополнительный теплообменник, установленный на линии отвода пара из теплообменника конденсатора, отличающаяся тем, что дополнительный теплообменник установлен в тяговом воздушном тракте и расположен выше уровня воды в атмосферном баке.