ТЕПЛОВОЕ УСТРОЙСТВО СБРОСА ПОГЛОТИТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК G21C7/08 G21C7/12 G21C9/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам прямодействующей аварийной защиты ядерных реакторов по превышению допустимого уровня температуры, и может быть использовано также для защиты по уровню температуры химического, технологического и энергетического оборудования.

Известно устройство (патент США N 3115453 от 02.08.61, кл. МКИ C 21 G 7/08, кл. НКИ 376-336), содержащее рабочий элемент из температурочувствительного вещества, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства. Один конец рабочего элемента - фиксированный, а на втором, подвижном, конце закреплен поглотитель нейтронов.

Рабочий элемент при достижении определенной температуры срабатывания плавится и происходит падение поглотителя нейтронов в активную зону.

Недостатками известного устройства являются:
1. Невозможность вторичного использования (разовый характер срабатывания).

2. Нерегулируемость.

3. Трудность подбора материала рабочего элемента из-за коррозионного воздействия теплоносителя.

4. Материал рабочего элемента может являться источником загрязнения теплоносителя.

5. Высокая инерционность устройства из-за необходимости проплавления рабочего элемента по всему сечению.

6. Отсутствие силового элемента, обеспечивающего расщепление устройства с поглотителем нейтронов при его сбросе.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является термочувствительный автоматический механизм быстрого выключения реактора согласно патенту Великобритании N 1580322, G 21 C 7/12, 03.12.80.

Известное тепловое устройство сброса поглотителя представляет собой контейнер, размещенный около верхнего конца тепловыделяющих стержней, соединенный с сильфоном, связанным со спусковым механизмом сброса поглотителя в активную зону, заполненный жидким металлом (жидкостью).

Недостатками прототипа являются:
1. Низкая чувствительность к изменению температуры температурочувствительного вещества, которая обусловлена его небольшой величиной температурного коэффициента объемного расширения.

2. Отсутствие фиксированной пороговой температуры срабатывания.

3. Невозможность регулировки развиваемого усилия.

4. Низкая надежность устройства, т.к. из-за постоянного колебания температуры сильфон все время находится в работе (циклы растяжение-сжатие), а ресурс такой его работы весьма ограничен.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности срабатывания устройства за счет увеличения чувствительности, обеспечение пороговости и уменьшения инерционности.

Для решения указанной задачи предлагается в известном устройстве, содержащем контейнер, соединенный с сильфоном, связанным со спусковым механизмом сброса поглотителя в активную зону, заполненным жидкостью, в контейнер поместить капиллярно-пористую матрицу, не смачиваемую температурочувствительным веществом и заполненную им, температура плавления вещества соответствует температуре срабатывания устройства. С введением в контейнер теплового устройства сброса поглотителя капиллярно-пористой матрицы, не смачиваемой температурочувствительным веществом, заполненной им и плавящимся при температуре срабатывания устройства, получим:
- увеличивается чувствительность устройства, т.к. разогреть надо меньшую массу: объем пор капиллярно-пористой матрицы может достигать 90% объема матрицы. Это также позволит реализовать устройства с различными величинами рабочих ходов, при существенно меньших габаритах устройства, чем у прототипа;
- пороговость срабатывания устройства, т.к. плавление происходит при фиксированной температуре, то жидкое температурочувствительное вещество под действием давления Лапласа выходит из пор капиллярно-пористой матрицы, увеличивая объем жидкости в контейнере. Из полости контейнера жидкость поступает в полость сильфона, удлиняет его, воздействует на спусковой механизм, который сбрасывает поглотитель;
- возможность регулирования развиваемого при срабатывании усилия за счет применения капиллярно-пористой матрицы с различными размерами пор;
- увеличение надежности: во-первых, за счет пороговости срабатывания и, во-вторых, за счет исключения постоянных циклических нагрузок на сильфон.

Предлагаемое устройство обладает большей чувствительностью, меньшей инерционностью, пороговостью и срабатывает от нескольких физических эффектов. Все это говорит о повышении надежности устройства в целом.

Использование предлагаемого технического решения позволит увеличить безопасность эксплуатации ЯЭУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
фиг. 1 - устройство в исходном состоянии (до срабатывания);
фиг. 2 - местный разрез капиллярно-пористой матрицы, заполненной не смачивающим ее температурочувствительным веществом;
фиг. 3 - устройство после срабатывания;
фиг. 4 - местный разрез капиллярно-пористой матрицы после срабатывания.

Устройство (фиг. 1 и 2) состоит из сильфона 1. жидкости 2, трубки 3, корпуса 4, контейнера 5, температурочувствительного вещества 6, капиллярно-пористой матрицы 7 с капиллярами (порами) 8, поглотителя 9, опор 10, спускового механизма 11, состоящего из захватов 12, кронштейнов 13, подвижного стакана 14 с крышкой 15 и кольцом 16. В исходном состоянии поры 8 не смачиваемой капиллярно-пористой матрицы 7 заполнены температурочувствительным веществом 6, находящимся в твердом состоянии. Корпус установлен на опорах 10 в головке тепловыделяющей сборки 17, спусковой механизм 11 при нормальном температурном режиме эксплуатации ЯЭУ удерживает поглотитель 9. Контейнер 5 находится в активной зоне 18. Устройство омывается теплоносителем.

Устройство работает следующим образом (фиг. 3 и 4): при аварийной ситуации температура в активной зоне 18 ЯЭУ начинает расти, растет и температура выходящего из нее теплоносителя. Температурочувствительное вещество 6, заполняющее не смачиваемую им капиллярно-пористую матрицу 7, при повышении температуры выше температуры срабатывания плавится и под действием давления Лапласа выходит из пор 8 капиллярно-пористой матрицы 7, затем из контейнера 5 и по трубке 3 толкает жидкость 2 в сильфон 1, который удлиняется, воздействует на спусковой механизм 11, а тот отпускает поглотитель 9.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить надежность срабатывания устройства за счет увеличения его чувствительности, обеспечения пороговости и уменьшения инерционности и срабатывания от нескольких физических эффектов, что повышает безопасность эксплуатации ЯЭУ.

Использование: в системах прямодействующей аварийной защиты ядерных реакторов по превышению допустимого уровня температуры и для защиты по уровню температуры химического, технологического и энергетического оборудования. В тепловом устройстве сброса поглотителя, содержащем сильфон, заполненный жидкостью, связанный со спусковым механизмом сброса поглотителя в активную зону, дополнительно содержится контейнер, внутренняя полость которого заполнена температурочувствительным веществом, а полость контейнера соединена с полостью сильфона. Полости сильфона и контейнера соединены при помощи трубки, заполненной жидкостью. В качестве температурочувствительного вещества выбрано вещество, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства, причем вещество увеличивает объем при плавлении. В контейнер помещена капиллярно-пористая матрица, не смачиваемая температурочувствительным веществом, плавящимся при температуре срабатывания устройства, причем в исходном состоянии температурочувствительное вещество, по крайней мере частично, находится в порах матрицы. В качестве жидкости и температурочувствительного вещества использован теплоноситель. Технический результат: увеличивается безопасность эксплуатации ядерных энергетических установок. 4 ил.

Тепловое устройство сброса поглотителя, содержащее контейнер, соединенный с сильфоном, связанным со спусковым механизмом сброса поглотителя в активную зону, заполненный жидкостью, отличающееся тем, что контейнер содержит капиллярно-пористую матрицу, не смачиваемую температурочувствительным веществом и заполненную им, температуру плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства.