СБОРКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2016 года по МПК G21C3/322 

Область техники

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением.

Предшествующий уровень техники

Энерговыделение по сечению тепловыделяющей сборки ядерного реактора имеет существенные неравномерности. Это приводит к неравномерному распределению параметров теплоносителя и, соответственно, запасов до кризиса теплообмена в ячейках между тепловыделяющими элементами. Для выравнивания параметров теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки применяют перемешивающие устройства в виде решеток с дефлекторами (лопатками) или наклонными гранями.

Известен способ повышения критических тепловых потоков в тепловыделяющих сборках при помощи устройства (перемешивающая решетка) для перемешивания теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки [Патент RU №2383954, заявлен 15.09.2008. G21C 3/32], включающего решетку, выполненную из пересекающихся пластин, образующих при пересечении шестигранные ячейки для размещения твэлов, снабженные дефлекторами (отклоняющими элементами). Дефлекторы наклонены в одном окружном направлении вокруг шестигранной ячейки.

Тепловыделяющая сборка с известным устройством для перемешивания теплоносителя обладает недостатком, заключающимся в том, что дефлекторы создают движение теплоносителя вокруг каждого твэла, т.е. смешение теплоносителя происходит только в ячейках, окружающих конкретный твэл и, таким образом, не совсем эффективно выравнивает энтальпию теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки. Кроме того, в области повышенного паросодержания теплоносителя в тепловыделяющих сборках с повышенным энерговыделением, а также в режимах с пониженными, относительно номинальных, параметрами теплоносителя (давление, массовая скорость), данное устройство не эффективно. В этой области необходимо применить решетки с высокими турбулизирующими свойствами.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является обеспечение теплоотвода от тепловыделяющих элементов тепловыделяющих сборок с повышенным энерговыделением.

Задачей изобретения является создание тепловыделяющей сборки, имеющей схему интенсификации теплообмена, обеспечивающей достаточные запасы до кризиса теплообмена как в области отрицательной, так и в области положительной относительной энтальпии.

Техническим результатом изобретения является снижение максимального паросодержания (улучшение условий эксплуатации оболочек твэл) и повышение запасов до кризиса теплообмена при работе РУ.

Достижение цели изобретения - повышение критических тепловых потоков - обеспечивается тем, что тепловыделяющие сборки (1) ядерного реактора содержат тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1), образуют гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя. Новым является то, что по направлению движения потока (6) теплоносителя установлены устройства (7), выполненные так, что отклоняют поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (6) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).

Такая схема организации потока теплоносителя, когда в области отрицательной энтальпии применяются устройства, позволяющие эффективно перемешивать теплоноситель (например, перегонять теплоноситель в смежные ячейки), а в области положительной энтальпии применяются устройства с высокими турбулизирующими свойствами (например, обеспечивающими закрутку потока в каждой ячейке, образованной твэлами), позволит снизить максимальное паросодержание (улучшение условий эксплуатации оболочек твэл) и повысить запасы до кризиса теплообмена.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 - тепловыделяющая сборка с устройствами для перемешивания теплоносителя;

фиг. 2 - схема горизонтальных векторов скорости при отклонении потока теплоносителя (вид сверху);

фиг. 3 - схема векторов скорости при закрутке потока теплоносителя в ячейке.

Варианты осуществления изобретения

В тепловыделяющих сборках (1) ядерного реактора, содержащих тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1) и образующие гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя по направлению движения потока (6) теплоносителя в области отрицательной энтальпии, установлены устройства (7), отклоняющие поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (5) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).

В тепловыделяющей сборке с такими устройствами повышение критических тепловых потоков в активной зоне ядерного реактора осуществляется следующим образом.

Теплоноситель поступает в тепловыделяющую сборку (1) и нагревается соответственно энерговыделениям в тепловыделяющих элементах. Так как энерговыделения по сечению и высоте тепловыделяющей сборки имеют существенную неравномерность, то и подогрев теплоносителя тоже оказывается неравномерным. В области отрицательной энтальпии для выравнивания температур и паросодержаний теплоносителя в разных ячейках и тепловыделяющих сборках отклоняет потоки (6) в каждой ячейке (5), образованной тепловыделяющими элементами (2), обеспечивая для них перемещение в смежные ячейки (5), что приводит к соответствующему усреднению по сечению тепловыделяющей сборки температур и паросодержаний. При этом направление перемещения потока выбирается таким образом, чтобы суммарная результирующая горизонтальной силы от потока теплоносителя на элементы тепловыделяющей сборки была равна нулю. В области положительной энтальпии применяют устройства, турбулизирующие поток, увеличивая интенсивность теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов.

Таким образом, предлагаемое решение, а именно использование двух последовательных схем - перемешивание с последующей турбулизацией потока теплоносителя, обладают существенной новизной и технической эффективностью.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется также повышением безопасности ядерного реактора за счет снижения неравномерности параметров теплоносителя в тепловыделяющей сборке и активной зоне и возможностью повышения мощности реактора за счет увеличения запасов до критических параметров охлаждающего теплоносителя.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерного реактора (ТВС). ТВС содержит тепловыделяющие элементы, расположенные рядами в дистанционирующих решетках с определенным шагом и образующие гидравлические ячейки для прохода теплоносителя. По направлению движения потока теплоносителя в области отрицательной энтальпии установлены устройства, отклоняющие поток теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока теплоносителя из одной гидравлической ячейки в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства, выполненные так, что происходит закрутка потока теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки. Технический результат - снижение максимального паросодержания и повышение запасов до кризиса теплообмена при работе реактора. 3 ил.

Тепловыделяющая сборка (1) ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1), образующие гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что по направлению движения потока (6) теплоносителя в области отрицательной энтальпии установлены устройства (7), отклоняющие поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (5) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).