ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА Российский патент 2009 года по МПК G21C3/38 

Описание патента на изобретение RU2355053C1

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в ядерных реакторах, охлаждаемых водой под давлением.

Известна тепловыделяющая сборка, содержащая микротвэльные элементы, размещенные в перфорированном чехле, а также центральный коллектор для подвода теплоносителя и направляющие трубы для регулирующих стержней, продольно установленные внутри чехла, хвостовик и головку (см. FR 2807563 А1, МПК7 G21C 3/07, опубл. 12.10.2001).

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является наличие большой водяной полости в центральном коллекторе. Соответственно, вблизи коллектора имеет место сильный всплеск потока тепловых нейтронов, приводящий к неравномерной глубине выгорания микротвэльных элементов по радиусу тепловыделяющей сборки, что повышает затраты на топливо.

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является тепловыделяющая сборка, содержащая микротвэльные элементы, размещенные в перфорированном стальном чехле, а также коллекторы для подвода теплоносителя и направляющие трубы для регулирующих стержней, продольно установленные внутри чехла, хвостовик и головку, к которым прикреплены чехол и коллекторы (Перспективы применения микротвэлов в ВВЭР / Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Хрулев А.А., Дегальцев Ю.Г., Глушков Е.С., Филиппов Г.А., Гришанин Е.И., Фальковский Л.Н. // Атомная энергия. Т.86. Вып. 6. Июнь 1999. С.443-449).

В прототипе все детали конструкции сборки, кроме микротвэльных элементов, выполнены из нержавеющей стали. Это обеспечивает работоспособность тепловыделяющей сборки в режимах тяжелой аварии с нагревом ее металлоконструкций и наружных защитных покрытий микротвэлов до температуры ~1200°С. Между тем, коллекторы для подвода теплоносителя и направляющие трубы для регулирующих стержней даже при тяжелой аварии охлаждаются проходящим по ним входным потоком теплоносителя и поэтому всегда имеют относительно низкую температуру. Завышенное количество стали в тепловыделяющей сборке ухудшает в ней нейтронный баланс и понижает глубину выгорания микротвэльных элементов, что повышает затраты на топливо.

Таким образом, недостатком прототипа является пониженная глубина выгорания микротвэльных элементов из-за повышенного количества стали в тепловыделяющей сборке.

Технической задачей изобретения является повышение глубины выгорания микротвэльных элементов путем снижения количества стали в тепловыделяющей сборке.

Техническая задача решается в тепловыделяющей сборке, содержащей микротвэльные элементы, размещенные в перфорированном стальном чехле, а также коллекторы для подвода теплоносителя и направляющие трубы для регулирующих стержней, продольно установленные внутри чехла, хвостовик и головку, причем коллекторы для подвода теплоносителя и трубы для регулирующих стержней выполнены из сплава циркония, а чехол выполнен подвижным в продольном направлении относительно головки.

Кроме того, головка выполнена с радиальными штифтами, а чехол имеет продольные пазы, в которых установлены штифты головки.

Выполнение коллекторов для подвода теплоносителя и труб для регулирующих стержней из сплава циркония снижает количество стали в тепловыделяющей сборке и повышает глубину выгорания микротвэльных элементов. При этом чехол обязательно должен быть выполнен подвижным в продольном направлении относительно головки. Объясняется это тем, что сплав циркония, из которого выполнены упомянутые коллекторы и трубы, имеет в 2 раза меньший коэффициент линейного расширения по сравнению с нержавеющей сталью, материалом чехла. К тому же рабочая температура, до которой разогревается чехол, существенно превышает температуру коллекторов и труб, охлаждаемых проходящими по ним входными потоками теплоносителя. Поэтому если чехол не выполнить подвижным в продольном направлении относительно головки, он разрушится, и поставленная техническая задача не будет решена.

При возникновении тяжелых аварий работоспособность наружных защитных покрытий микротвэлов в контакте с конструкционными материалами тепловыделяющей сборки подтверждена экспериментально до температуры 1200°С.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид тепловыделяющей сборки; на фиг.2 - узел I фиг.1.

Тепловыделяющая сборка содержит микротвэльные элементы 1, размещенные в перфорированном стальном чехле 2, а также коллекторы 3 для подвода теплоносителя и направляющие трубы 4 для регулирующих стержней, продольно установленные внутри чехла 2 и выполненные из сплава циркония. Коллекторы 3 выполнены перфорированными по высоте и по радиусу и соединены с хвостовиком 5 и головкой 6. При этом чехол 2 соединен с хвостовиком 5 и выполнен подвижным в продольном направлении относительно головки 6. Для этого головка 6 выполнена с радиальными штифтами 7, а чехол 2 имеет продольные прорези 8, в которых расположены штифты 7.

Трубы 4 для регулирующих стержней установлены внутри коллекторов 3 для подвода теплоносителя. Однако возможен вариант выполнения тепловыделяющей сборки, в котором трубы 4 размещены в засыпке микротвэльных элементов 1 (на чертеже этот вариант условно не показан).

Неподвижность микротвэльных элементов 1 обеспечивается прижимной крышкой 9 и пружинами 10, установленными между засыпкой и головкой 6.

Несколько тепловыделяющих сборок, установленных с зазором относительно друг друга и параллельно включенных по теплоносителю, образуют активную зону ядерного реактора (на чертеже активная зона ядерного реактора условно не показана).

Тепловыделяющая сборка работает следующим образом.

Теплоноситель подается через хвостовик 5 в перфорированные коллекторы 3, равномерно распределяется по засыпке микротвэльных элементов 1 и нагревается в ней. Нагретый теплоноситель через перфорацию чехла 2 выходит в полость между соседними тепловыделяющими сборками, и затем выводится из активной зоны ядерного реактора.

Похожие патенты RU2355053C1

название год авторы номер документа
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ 2018
  • Алексеев Павел Николаевич
  • Гришанин Евгений Иванович
  • Фонарев Борис Ильич
  • Маслов Николай Владимирович
RU2668230C1
ПАКЕТНАЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА С ШАРОВЫМИ ТВЭЛАМИ 2011
  • Варава Александр Николаевич
  • Болтенко Эдуард Алексеевич
  • Захаренков Александр Валентинович
  • Ильин Александр Валентинович
  • Комов Александр Тимофеевич
  • Мясников Виктор Васильевич
RU2473990C1
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ С АКТИВНОЙ ЗОНОЙ НА ОСНОВЕ МИКРОТВЭЛОВ И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЕГО РАБОТЫ 2012
  • Гришанин Евгений Иванович
  • Алексеев Павел Николаевич
RU2475869C1
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР 2003
  • Гришанин Е.И.
  • Фонарев Б.И.
  • Жуков Н.А.
  • Филиппов Г.А.
  • Фальковский Л.Н.
RU2236048C1
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА СТЕРЖНЕВЫХ ТВЭЛОВ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ 2014
  • Гришанин Евгений Иванович
  • Алексеев Павел Николаевич
  • Фонарев Борис Ильич
RU2558656C1
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2016
  • Форстман Владимир Александрович
RU2651263C1
Модульный ядерный реактор на быстрых нейтронах малой мощности с жидкометаллическим теплоносителем и активная зона реактора (варианты) 2019
  • Котов Ярослав Александрович
  • Алексеев Павел Николаевич
  • Гришанин Евгений Иванович
  • Шимкевич Александр Львович
RU2699229C1
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (варианты) 2020
  • Аксёнов Пётр Михайлович
  • Бондарь Юрий Николаевич
  • Крылов Александр Леопольдович
  • Суслин Вадим Иванович
  • Козырев Роман Евгеньевич
  • Лузан Юрий Васильевич
  • Кукушкин Юрий Анатольевич
RU2728894C1
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА С МИКРОТВЭЛАМИ 2000
  • Фальковский Л.Н.
RU2229176C2
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2016
  • Форстман Владимир Александрович
RU2647707C1

Реферат патента 2009 года ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА

Изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для использования в ядерных реакторах, охлаждаемых водой под давлением. Тепловыделяющая сборка содержит микротвэльные элементы, перфорированные коллекторы для подвода теплоносителя, направляющие трубы для регулирующих стержней, хвостовик и головку. Микротвэльные элементы размещены в перфорированном стальном чехле. Направляющие трубы продольно установлены внутри чехла. Коллекторы для подвода теплоносителя и трубы для регулирующих стержней выполнены из сплава циркония. Чехол выполнен подвижным в продольном направлении относительно головки. Изобретение направлено на повышение глубины выгорания микротвэльных элементов путем снижения количества стали в тепловыделяющей сборке. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 355 053 C1

1. Тепловыделяющая сборка, содержащая микротвэльные элементы, размещенные в перфорированном стальном чехле, а также перфорированные коллекторы для подвода теплоносителя и направляющие трубы для регулирующих стержней, продольно установленные внутри чехла, хвостовик и головку, отличающаяся тем, что коллекторы для подвода теплоносителя и трубы для регулирующих стержней выполнены из сплава циркония, а чехол выполнен подвижным в продольном направлении относительно головки.

2. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что головка выполнена с радиальными штифтами, а чехол имеет продольные пазы, в которых установлены штифты головки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2355053C1

ПОНОМАРЕВ-СТЕПНОЙ Н.Н
и др
Перспективы применения микротвэлов в ВВЭР
- Атомная энергия, июнь, 1999, т.86, вып.6, с.443-449, рис.2
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (ВАРИАНТЫ) 2003
  • Рыжов С.Б.
  • Васильченко И.Н.
  • Кобелев С.Н.
  • Пономаренко Г.Л.
  • Демин Е.Д.
  • Вьялицын В.В.
RU2246142C1
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1999
  • Васильченко И.Н.
  • Демин Е.Д.
  • Кобелев С.Н.
  • Ионов В.Б.
  • Рожков В.В.
  • Енин А.А.
  • Сиников Ю.Г.
  • Плужников Д.В.
RU2190263C2
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 2005
  • Кострицын Владимир Алексеевич
  • Евстигнеев Игорь Владимирович
  • Самойлов Олег Борисович
  • Курылев Вадим Иванович
  • Кайдалов Виктор Борисович
  • Преображенский Дмитрий Григорьевич
  • Романов Александр Иванович
  • Шишкин Алексей Александрович
RU2294570C1
Способ определения величины пульсовых колебаний объема кровотока в области макулы и диска зрительного нерва 2023
  • Иомдина Елена Наумовна
  • Лужнов Петр Вячеславович
  • Милаш Сергей Викторович
  • Тарутта Елена Петровна
  • Маркосян Гаянэ Айказовна
  • Кушнаревич Нина Юрьевна
RU2807563C1

RU 2 355 053 C1

Авторы

Гришанин Евгений Иванович

Фонарев Борис Ильич

Фальковский Лев Наумович

Даты

2009-05-10Публикация

2007-09-21Подача