МАГНИТОУЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕЗИНТЕГРАТОР ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА Российский патент 2001 года по МПК C12M1/33 C02F3/00 C02F1/36 C02F1/46 G21F9/08 

Изобретение относится к технике магнитоультразвуковой обработки воды в первичном контуре циркуляции водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР) и может быть использовано для отделения из нее трития в виде тритиевой воды и выработки на ее основе трития в реакторах-размножителях трития.

Известен дезинтегратор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса /РФ патент N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1993/, который не обеспечивает отделения тритиевой воды от обычной, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что ротор выполнен в виде диска из магнитопродуцирующего материала с отверстиями, взаимодействующими через зазор с отверстиями пластины щелевого патрубка подвода гелия /He/, а торцевая поверхность диска, снабженного приводом, взаимодействует с перфорированным кольцом, сообщающим своими отверстиями кольцевой канал с полостью, изолированной от патрубков входа и выхода и сообщенной патрубком со сборником смеси обычной и тритиевой воды и через гидравлический затвор с ректификационной колонной /РК с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции сообщенные друг с другом по воде переливными трубами, а нижняя секция снабжена теплообменником и сообщена со сборником питателя реактора-размножителя трития, а верхняя секция РК сообщена по пару с дефлегматором, который по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор сообщен с РК, а по избыточной обычной воде с патрубком выхода дезинтегратора, состыкованного байпасом относительно главного насоса циркуляционного контура реактора ВВЭР.

Источником трития в виде тритиевой воды являются его утечки через негерметичность твэлов, результатом реакции нейтронной активации лития и бора, растворенных в воде первого контура, активации дейтерия, содержащегося в воде контура, образования по результатам деления ядерного топлива. По действием магнитного силового поля, создаваемого ротором дезинтегратора, происходит распределение молекул воды по временным ассоциативным образованиям в виде линейных макромолекул, водородные связи между молекулами обычной и сверхтяжелой воды разрываются ультразвуковым воздействием и кавитационными явлениями в кольцевом канале между ротором и перфорированным кольцом корпуса, причем сверхтяжелая вода имеет плотность, на 33% превышающую плотность обычной воды, и она через отверстия перфорированного кольца проходит в полость между перфорированным кольцом и корпусом, вытесняя оттуда обычную воду, а выходу сверхтяжелой воды препятствует вязкость сверхтяжелой воды, на 23% превышающая вязкость обычной. Температура кипения сверхтяжелой воды 104^oC, она плохо испаряется и хорошо конденсируется в сравнении с обычной водой, и отделение ее от обычной воды осуществляют за счет многократных частичных испарений и конденсаций смеси в РК. В реакторе-размножителе происходит наработка трития воздействием высокоэнергетических ионов на литиевые и бериллиевые обечайки бланкетного теплообменника и ввод лития из дуговых электродов.

На чертеже схематически показан магнитоультразвуковой дезинтегратор в составе водо-водяного реактора ВВЭР и реактора-размножителя трития на фиг. 1; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Дезинтегратор включает корпус 1 с патрубками: 2 - входа и 3 - выхода, установленный по оси корпуса 1 ротор 4 с отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7 корпуса.

Ротор 4 выполнен в виде диска из магнитопродуцирующего материала с отверстиями 5, взаимодействующими через зазор с отверстиями 8 пластины 9 щелевого патрубка 10 подвода гелия /He/ через отверстия 8 и 5 в полость 11 корпуса 1, а торцевая поверхность диска ротора 14, снабженного приводом 12, взаимодействует лопастями 13 с отверстиями 7 перфорированного кольца 14, сообщающего своими отверстиями 7 кольцевой канал 6 с полостью 15, изолированной от патрубков 2 и 3 и сообщенной патрубком 6 со сборником 17 смеси обычной и тритиевой воды и через гидравлический затвор 18 с РК с ППП 20, образующими секции 21, сообщенные друг с другом по воде переливными трубами 22. Нижняя секция 21 снабжена теплообменником 23 и сообщена со сборником 24 питателя 25 реактора-размножителя 26 трития, а верхняя секция 21 РК 19 сообщена по пару с дефлегматором 27, который по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 28 сообщен с РК 19, а по избыточной обычной воде - с патрубком 3 корпуса 1 дезинтегратора 29, состыкованного байпасом 30 относительно главного насоса 31 циркуляционного контура 32 реактора ВВЭР 33 и сепаратора 34.

Во внутренней полости 35 реактора-размножителя 26 у его торцевых стенок размещены электроды 36 и 37, сообщенные с конденсаторной батареей 38, а по оси реактора-размножителя 26 между электродами 36 и 37 установлен бланкетный теплообменник 39 с обечайками: 40 - литиевой, 41 - бериллиевой, 42 - графитовой, сообщенными охлаждающим контуром 43 с сепаратором 44 и по пару с паровой турбиной 45 привода электрогенератора 46. Питатель 25, снабженный приводом 47, своими отверстиями 48 сообщен с камерой плазмолиза 49, снабженной дуговыми электродами 50 и 51, установленными с возможностью перемещения навстречу друг другу, содержащими в своем составе впрессованный порошкообразный литий, причем камера 49 плазмолиза сообщена по плазме с внутренней полостью 35 реактора-размножителя 26, противоположная торцевая стенка которого выполнена с отверстиями 52 в диске 53, которые взаимодействуют с отверстием 54 приводной ступицы 55 и по пару сообщена с конденсатором 56, который в свою очередь сообщен со сборником 57 гелия /He/ и сборника 58 тритиевой /T₂O/ воды. Паровая турбина 45 по отработанному пару сообщена с конденсатором 59, РК 60 и сборником 61 товарной тритиевой /T₂O/ воды реактора-размножителя 26 трития.

Дезинтегратор в установке работает следующим образом.

При работе водо-водяного реактора типа ВВЭР в его первом контуре 32 циркуляции образуется тритий в виде тритиевой воды. Байпасом 30 относительно главного циркуляционного насоса 31 патрубками 2 и 3 корпуса 1 присоединен дезинтегратор 29, в который отводят 1-2% воды от объема, циркулирующего в контуре 32 реактора 35. При перемещении воды в полости 11 корпуса 1 дезинтегратора 29 она подвергается воздействию магнитного силового поля, создаваемого магнитопродуцирующим диском ротора 4, приводящим к временным ассоциативным преобразованиям молекул обычной и тритиевой воды в виде линейных макромолекул, водородные связи между которыми разрываются под воздействием ультразвуковых пульсаций, создаваемых сжатым гелием, при его прохождении из щелевого патрубка 10, через пластину 8 с отверстиями 7, совпадающими с отверстиями 5 ротора 4. Под воздействием генерируемого ультразвука происходит разрыв водородных связей между ассоциатами молекул обычной и тритиевой воды. В кольцевом канале 6 лопасти 13 ротора 4 многократно выбрасывают и захватывают ассоциаты молекул. Ассоциаты тритиевой воды имеют плотность на 33% больше плотности ассоциатов молекул обычной воды и через отверстия 7 перфорированного кольца 14 ассоциаты тритиевой воды проходят в полость 15, вытесняя оттуда ассоциаты обычной воды, выходу ассоциатов молекул тритиевой воды препятствует их вязкость, которая на 23% выше вязкости ассоциатов молекул обычной воды. В патрубке 3 гелий /He/ отделяется отстаиванием и возвращается на продувку в щелевой патрубок 10, а обычная вода проступает в контур 32.

Смесь ассоциатов молекул обычной и тритиевой воды из полости 16 по патрубку 16 через сборник 17 и гидравлический затвор 18 поступает в РК 19. Тритиевая вода имеет температуру кипения 104^oC, следовательно, она хуже испаряется и легче конденсируется в сравнении с обычной водой. Путем многократных частичных испарений и конденсации вверху колонны 19 в его секции 21 получаем пары почти чистой обычной воды. Часть паров конденсируют в дефлегматоре 27 и в виде флегмы /конденсатора/ через гидравлический затвор 28 возвращают в орошение РК 19, а остальная вода направляется в контур 32. В РК 19 пар перемещается вверх через перфорацию ППП 21, а вода перетекает по переливным патрубкам 22 в теплообменник 23, и тритиевая вода поступает в сборник 24 и через отверстия 48 питателя 25, снабженного перемещающим приводом 47, заполняет камеру 49 плазмолиза и под действием тепла, выделяющегося при горении дуги между дуговыми электродами 50 и 51, превращается в плазму в виде электронов и ионов и в полости 35 реактора-размножителя 26 трития перемещается в поле электроразряда между электродами 36 и 37, создаваемого конденсаторной батареей 38, к отверстиям 52 диска 53. Отверстия 52 подключаются к отверстиям 54 прерывисто перемещающейся ступицы 55, сообщенной с конденсатором 56. Прерывистое вращение питателя 25, ступицы 55 и разряды конденсаторной батареи 38 совпадают по времени, создавая импульсы поля плазмы и поля электротока в полости 35, причем поле плазмы приобретает форму спиральных траекторий под влиянием перемещений ступицы 55.

Спирали поля плазмы поджимаются к линейному полю электроразряда между электродами 36 и 37 при испарении ионов и их контакте с литиевой обечайкой 40 бланкетного теплообменника 39. Высокоэнергетичные ионы воспроизводят тритий в литиевой обечайке 40 и бериллиевой 41. Выделяющееся тепло отводится с охлаждающей водой контура 43 в сепаратор 44 и для вращения паровой турбины 45 электрогенератора 46. Отработанный пар конденсируют, а дейтериевую и тритиевую воду разделяют в РК 60, аналогичной по конструкции с РК 19. При конденсации плазмы в пар и переходе пара в воду в конденсаторе 38 в полости 35 реактора-размножителя 26 трития создается разрежение. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется гелий /He/, который является неконденсирующейся примесью и отводится в сборник 57, а из него - в щелевой патрубок 10 дезинтегратора 29. Тритиевая /T₂O/ вода реактора-размножителя 26 из сборника 61 является товарным продуктом и используется на предприятиях агропромышленного комплекса /АПК/ при комплексной биологической переработке /КБП/ сельхозотходов, /СХО/ с применением протокковых водорослей /хлореллы, сине-зеленых и т. д. /, которые накапливают дейтеревую воду в концентрациях 0,4 - 0,6%.

Тритиевая вода является резонатором в реакторах-размножителях предприятий АПК при выработке на них энергии в отдаленных районах Крайнего Севера. 1 кг дейтерия дейтеревой воды эквивалентен по тепловому эквиваленту сжиганию 10000 т угля, т.е. 100 вагонов грузоподъемностью 100 т каждый, т.е. решает энергетическую проблему удаленных районов.

Изобретение относится к технике магнитоультразвуковой обработки воды в первичном контуре циркуляции водо-водяного реактора типа ВВЭР и может быть применено для отделения из нее трития в виде тритиевой воды и выработки на ее основе товарной тритиевой воды в реакторах-размножителях трития для нужд предприятия агропромышленного комплекса при биологической переработке сельхозотходов. Дезинтегратор включает корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса. Ротор выполнен в виде диска из магнитопродуцируемого материала с отверстиями, взаимодействующими через зазор с отверстиями пластины щелевого патрубка подвода гелия. Торцевая поверхность диска ротора взаимодействует лопастями с отверстиями перфорированного кольца, которое сообщено отверстиями через кольцевой канал с полостью, изолированной от патрубков входа и выхода. Данная полость сообщена патрубком со сборником смеси обычной и тритиевой воды и через гидравлический затвор связана с ректификационной колонной (РК), снабженной поперечными перфорированными перегородками (ППП), образующими секции. Последние связаны друг с другом переливными трубами. Нижняя секция снабжена теплообменником и сообщена со сборником питателя реактора-размножителя трития. Верхняя секция РК сообщена по пару с дефлегматором, который по флегме через гидравлический затвор связан с РК, а по избыточной обычной воде - с патрубком корпуса дезинтегратора. Последний связан байпасом относительно главного насоса циркуляционного контура реактора ВВЭР и сепаратора. Конструкция дезинтегратора позволяет упростить процесс выделения трития и тритиевой воды по сравнению с известными техническими решениями. 2 ил.

Магнитоультразвуковой дезинтегратор водо-водяного энергетического реактора, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска из магнитопродуцирующего материала с отверстиями, взаимодействующими через зазор с отверстиями пластины щелевого патрубка подвода гелия (He) через отверстия в полость корпуса, а торцевая поверхность диска ротора, снабженного приводом, взаимодействует лопастями с отверстиями перфорированного кольца, сообщающим своими отверстиями кольцевой канал с полостью, изолированной от патрубков входа и выхода и соединенной патрубком со сборником смеси обычной и тритиевой воды и через гидравлический затвор с ректификационной колонной, снабженной поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, связанные друг с другом по воде переливными трубами, а нижняя секция снабжена теплообменником и сообщена со сборником питателя реактора-размножителя трития, при этом верхняя секция ректификационной колонны сообщена по пару с дефлегматором, который по флегме (конденсату) через гидравлический затвор связан с ректификационной колонной, а по избыточной обычной воде - с патрубком корпуса дезинтегратора, состыкованного байпасом относительно главного насоса циркуляционного контура реактора ВВЭР и сепаратора.