Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии от объекта Российский патент 2020 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано на разных промышленных объектах, на тепловых и атомных станциях для пассивного отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема объекта при полном отключении электрического питания перекачивающих насосов в системах охлаждения.

Известны устройства, например, для автономного охлаждения реакторных установок похожего назначения по описанию изобретения к авторскому свидетельству СССР № 1503047. МПК G21C 15/18, авторов В.И. Андреева, С.А. Зверева и В.Н. Упырева «Система аварийного расхолаживания исследовательского ядерного реактора» [1].

Система содержит бак аварийного охлаждения, расположенный ниже уровня теплоносителя в бассейне реактора, часть которого сообщена трубопроводом с подзонным пространством реактора, образованных разделительной перегородкой и днищем реактора, причем верхняя часть бака соединена с дополнительным трубопроводом с подзонным пространством, а на трубопроводе установлен ограничитель расхода.

Недостатком данного устройства является ограниченный объем воды для аварийного охлаждения реактора, который сосредоточен в баке аварийного охлаждения и в подзонном пространстве. Кроме того, усложняется система из необходимости размещать в ее конструкции значительный запас воды.

Известна «Система ограничения последствий аварии на атомной электростанции» автора Муравьева В.П. по патенту РФ № 2030801. МПК G21 C13/10, G21C 15/18.

Данная система отвода тепла содержит расположенную в внутри реакторного помещения спринклерную установку, приямок сбора воды через теплообменник, охладитель, контур низкокипящей жидкости, состоящий из турбины, конденсатора, насоса, обратного клапана и теплообменника-испарителя, расположенного в приямке сбора воды реакторного помещения, причем насосы спринклерной воды, охлаждающей воды и низкокипящей жидкости имеют общий привод от турбины.

Недостатком данной системы являются ее сложное конструктивное исполнение, требующее дополнительного низкокипящего контура с турбиной, насосом, конденсатором, обратным клапаном и теплообменником-испарителем. Кроме того, система имеет узкое технологическое применение, так как начинает работать после уже свершившейся аварии и ограничивает только ее последствия.

Наиболее близким аналогом (прототипом) [3] является «Система пассивного расхолаживания судовых ядерных реакторов» авторов И.И. Свириденко и С.М. Ткач по патенту Украины №83019. МПК G21C15/18.

Данное устройство содержит реактор на судне, охлаждение которого осуществляется забортной водой посредством двухфазного термосифона, содержащего внутренний теплообменник в реакторе и наружный забортный теплообменник, причем теплообменники соединены подающим и обратным трубопроводами. Кроме того, для усиления циркуляции воды и лучшего охлаждения забортного теплообменника устройство содержит баллон сжатого воздуха и воздушный трубопровод с распылителем в зоне этого теплообменника.

Недостатки прототипа следующие:

- сложное конструктивное исполнение, которое требует регулировок и обслуживания;

- узкое предназначение: используется только для охлаждения судовых реакторов в условиях моря;

- не является универсальным устройством, конструкция и рабочее тело которого может использоваться для дистанционного отвода тепловой энергии от разных промышленных агрегатов, АЭС и ТЭЦ.

Назначение предлагаемого изобретения в устранение указанных недостатков и создание устройства для пассивного отвода тепловой энергии от разных типов источников, имеющих высокую производительность и широкий диапазон используемых температур.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- упрощена конструкция и повышена надежность устройства при использовании его для пассивного дистанционного отвода избыточной энергии в водоем, не имеет подвижных элементов и не содержит регулируемых узлов;

- расширен выбор возможных рабочих тел (рабочих жидкостей) для разных условий применения устройства на промышленных объектах, ТЭЦ и АЭС.

Технический результат достигается за счет того, что герметичный испарительный теплообменник, заполненный рабочей жидкостью с требуемой температурой испарения, размещен в бассейне охладителе на объекте, внешний герметичный конденсаторный теплообменник находится в удаленном охлаждающем водоеме, теплообменники соединены нагнетающим пароводяным и конденсационным сливным трубопроводами, оба конца нагнетающего пароводяного трубопровода установлены на уровне дна обоих теплообменников, нижний конец конденсационного сливного трубопровода размещен у дна внешнего конденсаторного теплообменника, а его верхний конец – в верхней части герметичного испарительного теплообменника в бассейне охладителе.

На чертеже представлено «Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии от объекта» с размещением внешнего теплообменника на удалении от объекта в охлаждающем водоеме.

Устройство содержит бассейн 1 охладитель каких- либо изделий на промышленных объектах, на АЭС или ТЭЦ, в котором размещен герметичный испарительный теплообменник 2, соединенный нагнетательным пароводяным трубопроводом 3 и конденсационным сливным трубопроводом 4 с внешним герметичным конденсаторным теплообменником 5, размещенным на удалении в водоеме. Оба теплообменника содержат рабочую жидкость 6 с заданной температурой испарения, которая необходима для поддержания необходимой температуры в бассейне охладителе, заполненным, например, тепловыделяющими сборками 7 из реактора, а теплообменники оснащены радиаторами 8 охлаждения.

Устройство работает следующим образом.

При достижении в бассейне 1 охладителя и, соответственно, в герметичном испарительном теплообменнике 2, оснащенном радиаторами 8, заданной для теплоотвода температуры, в верхней части теплообменника 2 скапливаются пары жидкости, которые создают избыточное давление и выталкивают рабочую жидкость 6 через нагнетательный трубопровод 3 пароводяной смеси во внешний герметичный конденсаторный теплообменник 5, размещенный в охлаждающем водоеме.

Поскольку конденсаторный теплообменник 5 герметичен и полностью заполнен рабочей жидкостью 6, то последняя вынуждена при наличии избыточного давления подниматься по конденсационному сливному трубопроводу 4, переливаясь снова в герметичный теплообменник 2.

Отвод тепла в водоем производится путем охлаждения водой корпуса теплообменника 5 непосредственно и через его радиаторы 8.

Например, в бассейне 1 охладителя для тепло выделяющих сборок реактора необходимо поддерживать температуру порядка 43 градусов Цельсия. Для этого применяем рабочую жидкость 6 из смесевого состава воды в равных пропорциях с перфторгексаном и перфторпентаном, имеющих температуры кипения соответственно 57,2 и 29,3 градусов Цельсия, а среднюю – 43,2 градусов. Таким образом, испаряющиеся пары этих перфторорганических соединений вынуждают перемещаться по контуру между теплообменниками воду с более высокой теплоемкостью, что повышает эффективность теплообмена.

Атомные электрические и тепловые электрические станции всегда сооружались вблизи естественных или искусственных водохранилищ, поэтому предлагаемое изобретение, позволяет упростить техническую проблему охлаждения бассейна охладителя за счет дистанционного расположения внешнего теплообменника в ближайшем водоеме.

Учитывая изложенное считаем, что предлагаемое изобретение, использующее соответствующие рабочие жидкости с заданной температурой и теплотой испарения имеет высокую производительность и может найти универсальное применение на разных промышленных объектах, на АЭС и ТЭС.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Андреев В.И. и другие. Система аварийного расхолаживания исследовательского ядерного реактора. Авторское свидетельство СССР № 1503047. МПК G21C 15/18. (аналог).

2. Муравьев В.П. Система ограничения последствий аварии на атомной электростанции. Патент РФ № 2030801. МПК G21C13/10; G21C15/18(аналог).

3.Свириденко И.И., Ткач С.И. Система пассивного расхолаживания судового ядерного реактора. Патент Украины № 83019. МПК G21C15/18 (прототип).

4.Колыхан Л.И., Наганов А.В. и др. Система пассивной безопасности атомной электростанции. Авторское свидетельство СССР № 1829697. МПК G21CC9/00 (аналог).

5.Патент Великобритании № 1225997. МПК G21C15/18, 1971 (аналог).

6.Патент ФРГ № 3129289. МПК G21C15/18? 1982 (аналог).

Изобретение относится к области электроэнергетики. Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии от объекта содержит теплообменник на объекте, теплообменник внешний, расположенный в водоеме, и трубопроводы, соединяющие теплообменники. Введены в устройство герметичный испарительный теплообменник, который размещен в бассейне охладителе на объекте, герметичный внешний конденсаторный теплообменник в удаленном охлаждающем водоеме, причем теплообменники соединены нагнетающим трубопроводом пароводяной смеси и конденсационным сливным трубопроводом, оба конца трубопровода пароводяной смеси установлены на уровне дна обоих теплообменников, нижний конец конденсационного трубопровода размещен у дна конденсаторного теплообменника. Верхний конец – в верхней части испарительного теплообменника. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии от объекта, содержащее теплообменник на объекте, теплообменник внешний, расположенный в водоеме, и трубопроводы, соединяющие теплообменники, отличающееся тем, что введены герметичный испарительный теплообменник, который размещен в бассейне охладителе на объекте, герметичный внешний конденсаторный теплообменник в удаленном охлаждающем водоеме, причем теплообменники соединены нагнетающим трубопроводом пароводяной смеси и конденсационным сливным трубопроводом, оба конца трубопровода пароводяной смеси установлены на уровне дна обоих теплообменников, нижний конец конденсационного трубопровода размещен у дна конденсаторного теплообменника, а его верхний конец – в верхней части испарительного теплообменника.

2. Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии от объекта по п. 1, отличающееся тем, что в качестве рабочей жидкости для низкотемпературных объектов используется смесевой состав из воды с низкокипящими перфторорганическими соединениями.