Энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения Российский патент 2023 года по МПК G21D5/12 F02G1/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергохолодильных систем для автономного энергообеспечения и термостатирования (охлаждения) оборудования подземных сооружений различного функционального назначения, например, подземных атомных электростанций, технологического оборудования подземных пунктов управления, специальных объектов и центров обработки данных, линий метрополитена и др.

Известна энергетическая система для резервного энергообеспечения подземных объектов, например, метрополитена, содержащая хранилище топлива, в качестве которого используется сжиженный природный газ - СПГ, и энергетическую установку, работающую на этом виде топлива (Патент РФ №2298722, опубл. от 10.05.2007, Бюл. №13).

Недостатком данного технического решения является необходимость создания больших подземных хранилищ СПГ для гарантированного автономного энергоснабжения подземного объекта, потребляющего значительное количество электроэнергии.

Известно устройство специального подземного сооружения с технологическим оборудованием, работающим без связи с наземной окружающей средой, содержащего автономную энергетическую установку, холодильную машину, потребителей холода в виде системы кондиционирования воздуха подземного сооружения и технологического оборудования, связанных с холодильной машиной контуром теплоносителя с насосом, емкость с топливом и линией подачи топлива в энергетическую установку, емкость с окислителем (сжатым воздухом) и линию подачи окислителя в автономную электростанцию, резервуар для хранения технической воды, из которого техническая вода подается по трубопроводам для охлаждения автономной энергетической установки и холодильной машины (Лапшин Г.А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. - стр. 83-84).

Однако продолжительность функционирования подземного сооружения, работающего без связи с наземной окружающей средой, в первую очередь, зависит от объемов технической воды и ее температуры, поскольку эта вода используется для охлаждения автономной энергетической установки и холодильной машины. При исчерпании охлаждающего потенциала технической воды специальное подземное сооружение прекращает свое функционирование, поскольку подача технической воды с высокой температурой в системы охлаждения автономной энергоустановки и холодильной машины приводит к их перегреву и выходу из строя.

Известны автономные стационарные энергохолодильные системы для объектов, функционирующих без связи с наземной окружающей средой, представляющие собой структурно-функциональное объединение преобразователя прямого цикла (автономной энергетической установки для производства электроэнергии) и преобразователя обратного цикла (холодильной машины), предназначенных для совместного производства электрической энергии и холода за счет энергии высокотемпературного источника теплоты, например, получаемого от сгорания углеводородного топлива. Для нормального функционирования энергетической установки и холодильной машины от них необходимо отводить тепло (1 и 2 законы термодинамики), и ввиду отсутствия связи с атмосферой, это низкопотенциальное тепло должно аккумулироваться и складироваться внутри объекта. Поэтому охлаждение энергетической установки и холодильной машины осуществляется за счет теплоаккумулирующего вещества (TAB), в качестве которого выступает вода, при температуре от +4 до +8°C, что обуславливает необходимость создания хранилищ с большими объемами для хранения холодной воды и воды аккумулировавшей тепло от двигателя и холодильной машины. При этом установлено, что срок режима функционирования объекта без связи с атмосферой зависит, прежде всего, от объема хранилища запасенного теплоаккумулирующего вещества - холодной воды (Гришутин М.М., Севастьянов А.П. Теория и методы расчетов автономных энергохолодильных установок. М.: Изд. МЭИ, 1992. - 240 с.).

Известна энергетическая система на основе установки органического цикла Ренкина, представляющая собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором и систему охлаждения с теплообменником и циркуляционным насосом, при этом система снабжена источником тепловой энергии для нагрева рабочего тела установки органического цикла Ренкина для счет сжигания попутного газа (Патент РФ №2573541, опубл. от 20.01.2016, Бюл. №2). В качестве рабочего тела установки органического цикла Ренкина могут применяться различные виды органических веществ, например, пентан, пропан, бутан и др.

Однако данное техническое решение не может быть применено при использовании в качестве источника тепловой энергии ядерного реактора.

Известно, что основной недостаток двухконтурных ядерных энергетических установок на основе водо-водяных реакторов (реакторов с водой под давлением) с водяными паротурбинными установками заключается в низких параметрах водяного пара второго контура на выходе из парогенераторов: давление около 3,0-3,7 МПа и температура 285-300°C, что вызвано ограничением температуры теплоносителя первого контура - воды для сохранения ее в жидкой фазе. Из-за низких начальных параметров водяного пара в паровом контуре проточная часть паровой турбины работает в области влажного пара. В связи с этим, при низких начальных параметрах пара из-за высокой влажности возникает интенсивная капельно-ударная эрозия лопаток турбоагрегатов (Патент РФ №2757737, опубл. от 21.10.2021, Бюл. №30).

Для устранения перечисленных недостатков необходимо применять промежуточную сепарацию и промежуточный перегрев пара, что приводит к значительному услужению схемы ядерных энергетических установок на основе водо-водяных реакторов и требует применения дополнительного объемного массогабаритного оборудования.

Известна двухконтурная ядерная энергетическая система для обеспечения работы подземного сооружения, содержащая энергетическое оборудование, расположенное в подземном сооружении, включающее в себя ядерный реактор, и два контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй, паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостной контур проходит через ядерный реактор и парогенератор парового контура, и наземные вспомогательные объекты, расположенные на земной поверхности, включающее в себя градирню и вспомогательные сооружения, при этом оборудование, расположенное в подземном сооружении, связано с наземными объектами инженерными сетями, размещенными в шахтах, связывающих подземное сооружение с поверхностью земли (Патент РФ №2273901, опубл. от 10.04.2006, Бюл. №10). При этом охлаждающая вода для охлаждения и функционирования ядерной энергетической системы подается из градирни, расположенной на поверхности земли, а срок эксплуатации на одной загрузке ядерного топлива составляет до 8 лет.

Недостатком данного технического решения является возможность работы ядерной энергетической системы только в режиме при сохранении связи с оборудованием наземных вспомогательных объектов, отсутствие в подземном сооружение необходимых запасов охлаждающей воды для обеспечения надежности работы энергетической системы и вероятность аварийной ситуации в ядерном реакторе при нарушении подачи охлаждающей воды с поверхности земли из наземных вспомогательных объектов (градирни), которое может возникнуть при различных видах стихийных бедствий, негативных природных и автогенных воздействий (например, ураганах, пожаров, применения боевых средств поражения вероятного противника и др.), что приведет к прекращению охлаждения парового контура и ядерного реактора, а, следовательно, и остановки работы ядерной энергетической системы, а, также высокая коррозионная активность водяного пара в паровом контуре, приводящая к коррозии лопаток паровой турбины.

Известна энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения, работающая без связи в окружающей наземной средой и содержащая автономную энергетическую установку для производства электроэнергии, в виде дизельной энергетической установки замкнутого цикла, холодильную машину, содержащую конденсатор и испаритель, для охлаждения потребителей холода, потребителей холода в виде тепловыделяющего технологического оборудования и системы кондиционирования сооружения, хранилище запасенной технической воды, хранилище нагретой воды, промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, линию подачи технической воды с циркуляционным насосом из хранилища чистой технической водой для охлаждения конденсатора холодильной машины, линию подачи воды с циркуляционным насосом для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной чистой воды, линию частичного возврата нагретой охлаждающей воды от автономной энергетической установки в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды с расположенным на ней регулирующим вентилем, при этом продолжительность работы автономной энергетической установки без связи в окружающей наземной средой зависит от объемов запаса дизельного топлива, кислорода и чистой технической воды, а работа автономной энергетической установки обеспечивается за счет использования для сгорания горючего и смеси кислорода с частично очищенными отработанными газами (Патент РФ №2766659, опубл. от 15.03.2022, Бюл. №8).

Однако, данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков, к которым можно отнести возможность работы только без связи в окружающей наземной средой и ограниченный срок работы в зависимости от объемов запаса дизельного топлива, кислорода и технической воды, высокую взрывоопасность хранения дизельного топлива и кислорода в подземном сооружении, а также оборудования для нейтрализации отработанных газов и приготовления раствора нейтрализующего химического вещества из сухого химического вещества.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения заключается в возможности работы энергохолодильной системы подземного сооружения в двух режимах, в обычном режиме со связью с окружающей наземной средой и без связи с наземной средой, увеличении срока работы энергохолодильной системы без пополнения источника тепловой энергии (топлива), а также повышения взрывопожаробезопасности энергетического оборудования подземного сооружения, уменьшения массогабаритных характеристик паровой турбины и снижения коррозии лопаток паровой турбины.

Для реализации данного технического результата энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения, содержащая расположенных в подземном сооружении автономную энергетическую установку для производства электроэнергии, холодильную машину, содержащую конденсатор и испаритель, для охлаждения потребителей холода, потребителей холода в виде тепловыделяющего технологического оборудования и системы кондиционирования сооружения, хранилище запасенной технической воды, промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, линию подачи технической воды с циркуляционным насосом из хранилища запасенной технической водой для охлаждения конденсатора холодильной машины, линию подачи воды с циркуляционным насосом для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды, линию частичного возврата нагретой охлаждающей воды от автономной энергетической установки в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды с расположенным на ней регулирующим вентилем, снабжена в качестве автономной энергетической установки двухконтурной ядерной установкой, включающей в себя ядерный реактор, и два контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй, паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостной контур проходит через ядерный реактор и парогенератор парового контура, промежуточным хранилищем технической воды, выполненным из железобетона с высокой центральной перегородкой, разделяющей хранилище на две сообщающихся между собой в верхней части хранилища емкости, одна из которых предназначена для приема и выдачи охлажденной воды, а вторая для сбора нагретой воды, линией подачи охлажденной технической воды с циркуляционным насосом из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в хранилище технической воды, байпасной линией подачи охлажденной технической воды через регулирующий вентиль из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, градирней, расположенной на земной поверхности, промежуточным хранилищем нагретой воды, центральной линией подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды с циркуляционным насосом, разделяющейся на линию подачи нагретой воды в градирню с регулирующим вентилем и линию сброса нагретой воды в емкость для сбора нагретой воды с регулирующим вентилем, линией подачи охлажденной воды из градирни в емкость с охлажденной водой с циркуляционным насосом и оборотной системой охлаждения потребителей холода, включающей в себя емкость с холодной водой, емкость с теплой водой, линию подачи холодной воды с циркуляционным насосом, соединяющей емкость с холодной водой с емкостью с теплой водой через потребителей холода, линию подачи теплой воды с циркуляционным насосом, соединяющей емкость с теплой водой с емкостью с холодной водой через испаритель холодильной машины, при этом линия подачи воды для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости проходит через конденсатор парового контура и поступает в промежуточное хранилище нагретой воды, линия подачи охлажденной воды из градирни в емкость с охлажденной водой и линия подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды в градирню размещены в вертикальной шахте, связывающей подземное сооружение с поверхностью земли.

В качестве парового контура используется контур с органическим рабочим телом.

Введение в состав энергохолодильной системы для обеспечения работы подземного сооружения в качестве автономной энергетической установки двухконтурной ядерной установки, включающей в себя ядерный реактор, и два контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй, паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостной контур проходит через ядерный реактор и парогенератор парового контура, промежуточного хранилища технической воды, выполненного из железобетона с высокой центральной перегородкой, разделяющей хранилище на две сообщающихся между собой в верхней части хранилища емкости, одна из которых предназначена для приема и выдачи охлажденной воды, а вторая для сбора нагретой воды, линии подачи охлажденной технической воды с циркуляционным насосом из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в хранилище технической воды, байпасной линии подачи охлажденной технической воды через регулирующий вентиль из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, градирни, расположенной на земной поверхности, промежуточного хранилища нагретой воды, центральной линии подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды с циркуляционным насосом, разделяющейся на линию подачи нагретой воды в градирню с регулирующим вентилем и линию сброса нагретой воды в емкость для сбора нагретой воды с регулирующим вентилем, линии подачи охлажденной воды из градирни в емкость для приема и выдачи охлажденной воды с циркуляционным насосом и оборотной системы охлаждения потребителей холода, включающей в себя емкость с холодной водой, емкость с теплой водой, линию подачи холодной воды с циркуляционным насосом, соединяющей емкость с холодной водой с емкостью с теплой водой через потребителей холода, линию подачи теплой воды с циркуляционным насосом, соединяющей емкость с теплой водой с емкостью с холодной водой через испаритель холодильной машины, при этом линия подачи воды для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости проходит через конденсатор парового контура и поступает в промежуточное хранилище нагретой воды, линия подачи охлажденной воды из градирни в емкость с охлажденной водой и линия подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды в градирню размещены в вертикальной шахте, связывающей подземное сооружение с поверхностью земли, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности работы энергохолодильной системы подземного сооружения в двух режимах, в обычном режиме со связью с наземной средой за счет теплообмена с внешней средой в градирне, расположенной на поверхности земли, и в режиме без связи с окружающей наземной средой, например, при выходе из строя градирни вследствие различных стихийных бедствий или средств боевого поражения, за счет использования запаса объема технической воды и атомной энергии двухконтурной ядерной установки для производства электрической энергии, увеличения срока работы энергохолодильной системы вследствие замены дизельной энергетической установки на двухконтурную ядерную установку, имеющую срок эксплуатации на одной загрузке ядерного топлива до 8 лет, что исключает необходимость постоянного пополнения органическим топливом подземных хранилищ в обычном режиме со связью с наземной средой, повышения взрывопожаробезопасности энергетического оборудования подземного сооружения за счет исключения из состава оборудования хранилищ дизельного топлива, кислорода и оборудования для нейтрализации отработанных газов и приготовления раствора нейтрализующего химического вещества из сухого химического вещества, а также уменьшения массогабаритных характеристик паровой турбины и снижения коррозии лопаток паровой турбины за счет использования в качестве рабочего тела парового контура органического рабочего тела.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема энергохолодильной системы для обеспечения работы подземного сооружения, где:

1 - подземное сооружение;

2 - ядерный реактор;

3 - жидкостной контур;

4 - циркуляционный насос жидкостного контура;

5 - паровой контур;

6 - парогенератор;

7 - паровая турбина;

8 - электрогенератор;

9 - конденсатор парового контура;

10 - циркуляционный насос парового контура;

11 - градирня, расположенная на земной поверхности,

12 - холодильная машина для охлаждения потребителей холода;

13 - конденсатор холодильной машины;

14 - испаритель холодильной машины;

15 - потребители холода (например, тепловыделяющее технологическое оборудование и система кондиционирования сооружения);

16 - хранилище запасенной технической воды;

17 - промежуточная смесевая емкость для хранения утепленной воды;

18 - линия подачи технической воды из хранилища запасенной технической водой для охлаждения конденсатора холодильной машины,

19 - циркуляционный насос линии подачи технической воды для охлаждения конденсатора холодильной машины;

20 - линия подачи воды для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды;

21 - циркуляционный насос линии подачи воды для охлаждения автономной энергетической установки;

22 - линия частичного возврата нагретой охлаждающей воды от автономной энергетической установки в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды,

23 - регулирующий вентиль линия частичного возврата нагретой охлаждающей воды;

24 - промежуточное хранилище технической воды, выполненное из железобетона;

25 - центральная перегородка промежуточного хранилища технической воды;

26 - емкость для приема и выдачи охлажденной воды;

27 - емкость для сбора нагретой воды;

28 - линия подачи охлажденной технической воды из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в хранилище технической воды,

29 - циркуляционный насос линия подачи охлажденной технической воды в хранилище технической воды;

30 - байпасная линия подачи охлажденной технической воды из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды;

31 - регулирующий вентиль байпасной линии подачи охлажденной технической воды;

32 - промежуточное хранилище нагретой воды;

33 - центральная линия подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды;

34 - циркуляционный насос линия подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды;

35 - линия подачи нагретой воды в градирню;

36 - регулирующий вентиль линия подачи нагретой воды в градирню;

37 - линия сброса нагретой воды в емкость для сбора нагретой воды;

38 - регулирующий вентиль линии сброса нагретой воды;

39 - линия подачи охлажденной воды из градирни в емкость для приема и выдачи охлажденной воды;

40 - циркуляционный насос линия подачи охлажденной воды из градирни

41 - емкость с холодной водой оборотной системы охлаждения потребителей холода;

42 - емкость с теплой водой оборотной системы охлаждения потребителей холода;

43 - линия подачи холодной воды оборотной системы охлаждения;

44 - циркуляционный насос линии подачи холодной воды оборотной системы охлаждения;

45 - линия подачи теплой воды оборотной системы охлаждения;

46 - циркуляционный насос линии подачи теплой воды оборотной системы охлаждения;

47 - вертикальная шахта, связывающая подземное сооружение с поверхностью земли.

Предлагаемая энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения функционирует следующим образом.

Предлагаемая энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения может работать в обычном (повседневном) режиме со связью с наземной средой и в режиме без связи с окружающей наземной средой.

В обычном режиме со связью с наземной средой энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения работает следующим образом.

В этом режиме энергоснабжение подземного сооружения 1 обеспечивается работой автономной энергетической установки, в качестве которой используется двухконтурная ядерная установка, состоящая из ядерного реактора 2, жидкостного контура 3 и парового контура 5.

В ядерном реакторе 2 за счет реакции деления ядерного топлива выделяется тепловая энергия и передается рабочему телу жидкостного контура 3 (например, воде под высоким давлением), что приводит к нагреву рабочего тела до высокой температуры. Циркуляция рабочего тела контура 3 обеспечивается за счет работы циркуляционного насоса 4. При этом рабочее тело контура 3 свое агрегатное состояние в процессе циркуляции по контуру 3 не меняет и постоянно остается в жидком состоянии.

Нагретое до высокой температуры рабочее тело контура 3 передает тепловую энергию рабочему телу парового контура 5 в парогенераторе 6. После теплопередачи, охлажденное рабочее тело контура 3 вновь поступает в ядерный реактор 2 с помощью циркуляционного насоса 4.

При передаче тепловой энергии в парогенераторе 6, рабочее тело парового контура 5, в качестве которого используется органическое вещество (например, пентан) за счет тепловой энергии нагревается, переходит в пар, который перегревается до высокой температуры и давления. Из парогенератора 6 контура 5 перегретый пар органического рабочего тела под высоким давлением поступает в паровую турбину 7 с электрогенератором 8 на одном валу. За счет вращения турбины 7 в электрогенераторе 8 вырабатывается полезная электрическая энергия для потребителей холода 15 (например, технологического оборудования), привода холодильной машины 12 и другого оборудования (насосов и т.д.), расположенных в подземном сооружении 1.

Применение в качестве рабочего тела контура 5 органического рабочего тела, позволяет уменьшить массогабаритные характеристики паровой турбины 7 и снизить коррозию лопаток паровой турбины 7.

Проходя паровую турбину 7, пары органического рабочего тела снижают давления и поступают в конденсатор 9 парового контура 5, где конденсируются за счет охлаждения от охлаждающей среды, подаваемой по линии подачи воды 20 для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды 17. Затем, из конденсатора 9 жидкое органическое рабочее тело парового контура 5 вновь подается в парогенератор 6 с помощью циркуляционного насоса 10.

Охлаждающая вода, подаваемая с помощью циркуляционного насоса 21 по линии подачи воды 20 для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды 17, проходя через конденсатор 9 парового контура 5 нагревается и поступает в промежуточное хранилище нагретой воды 32. При этом, часть нагретой охлаждающей вода возвращается в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды 17 по линии частичного возврата нагретой охлаждающей воды 22. Для регулировки количества возвращаемой воды предназначен регулирующий вентиль 23 линии частичного возврата нагретой охлаждающей воды 22. Объем (количество) возвращаемой воды является расчетной величиной, зависящей от свойств применяемого рабочего тела парового контура 5 (например, от температуры конденсации) и характеристик изменения вырабатываемой мощности паровой турбины 7.

Из промежуточного хранилища нагретой воды 32 нагретая вода с помощью циркуляционного насоса 34 по центральной линии подачи нагретой воды 33 при открытом регулирующим вентиле 36 поступает в линию подачи нагретой воды 35 с дальнейшим поступлением в градирню 11, расположенной на земной поверхности. При этом регулирующий вентиль 38 линии сброса нагретой воды 37 в емкость для сбора нагретой воды 27 закрыт.

В градирне 11 нагретая вода охлаждается за счет теплообмена с воздухом окружающей среды, а затем охлажденная вода по линии подачи охлажденной воды 39 из градирни 11 подается в емкость для приема и выдачи охлажденной воды 26 с помощью циркуляционного насоса 40.

При этом линия подачи охлажденной воды 39 и линия подачи нагретой воды 35 размещены в вертикальной шахте 47, связывающей подземное сооружение 1 с поверхностью земли.

Емкость для приема и выдачи охлажденной воды 26 и емкость для сбора нагретой воды 27 являются составными частями железобетонного промежуточного хранилища технической воды 24 и разделяются внутри хранилища 24 высокой центральной перегородкой 25, при этом в верхней части хранилища емкости 26 и 27 сообщаются между собой, что обеспечивает возможность перелива воды между емкостями.

После охлаждения воды до температуры окружающей наземной поверхности в градирне 11 и последующего слива охлажденной воды из градирни 11 в емкость для приема и выдачи охлажденной воды 26 промежуточного хранилища технической воды 24, вода подается по линии подачи охлажденной технической воды 28 из емкости для приема и выдачи охлажденной воды 26 в хранилище технической воды 16 с помощью циркуляционного насоса 29.

Для регулирования уровня и температуры воды в промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды 17, часть воды из емкости для приема и выдачи охлажденной воды 26 поступает в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды 17 по байпасной линии подачи охлажденной технической воды 30. Для регулировки количества воды, подаваемой по байпасной линии подачи охлажденной технической воды 30 в промежуточную емкость 17 предназначен регулирующий вентиль 31.

Хранилище технической воды 16 является основным хранилищем запасенной технической воды, обеспечивающим охлаждение всего энергетического и технологического оборудования подземного сооружения 1. Для этих целей, охлажденная до температуры окружающей среды техническая вода по линии подачи технической воды 18 из хранилища запасенной технической водой 16 с помощью циркуляционного насоса 19 подается, первоначально для охлаждения конденсатора 13 холодильной машины 12, где нагревается до температуры около 20-25°C, а затем поступает в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды 17.

Далее вода из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды 17 поступает по линии подачи воды 20 на охлаждение автономной энергетической установки за счет теплообмена в конденсаторе 9 парового контура 5 двухконтурной ядерной установки.

Далее вода циркулирует по вышеописанному порядку, проходя через градирню 11. Тем самым замыкается кругооборот технической воды и обеспечивается работа автономной энергетической установки в виде двухконтурной ядерной установки в режиме со связью с окружающей наземной средой.

Использование в качестве автономной энергетической установки двухконтурной ядерной установки обеспечивает в режиме со связью с окружающей наземной средой увеличение срока работы энергохолодильной системы без постоянного пополнения хранилищ топлива вследствие возможности работы двухконтурной ядерной установки на одной загрузке ядерного топлива до 8 лет, а также повышение взрывопожаробезопасности энергетического оборудования подземного сооружения за счет исключения из состава оборудования пожароопасных хранилищ углеводородного топлива и кислорода.

В режиме без связи с окружающей наземной средой работа автономной энергетической установки и движение технической воды осуществляется следующим образом.

Режим без связи с окружающей наземной средой при выходе из строя градирни 11, например, в вследствие различных стихийных бедствий или средств боевого поражения, осуществляется за счет использования запаса объема технической воды в хранилище 16 и работы автономной энергетической установки (двухконтурной ядерной установки) для производства электрической энергии.

При работе в этом режиме закрывается регулирующий вентиль 36 на линии подачи нагретой воды 35 в градирню 11, и, одновременно, открывается регулирующий вентиль 38 на линии сброса нагретой воды 37 в емкость для сбора нагретой воды 27.

В результате этого нагретая вода после охлаждения автономной энергетической установки поступает из промежуточного хранилища нагретой воды 32 с помощью циркуляционного насоса 34 по центральной линии подачи нагретой воды 33 и линии сброса нагретой воды 37 в емкость для сбора нагретой воды 27. Уровень воды в емкости для сбора нагретой воды 27 увеличивается, так как с нее нет отбора воды.

Одновременно из емкости для приема и выдачи охлажденной воды 26 с помощью циркуляционного насоса 29 вода откачивается в хранилище технической воды 16. Так как поступления воды в емкость для приема и выдачи охлажденной воды 26 из градирни 11 в этом режиме нет, а перекачка воды из нее в хранилище технической воды 16 идет постоянно, то уровень воды в емкости для приема и выдачи охлажденной воды 26 будет снизаться до момента полной откачки охлажденной воды в емкости 26.

В то же время уровень нагретой воды в емкости для сбора нагретой воды 27 будет увеличиваться до тех пор, пока нагретая вода не станет переливаться через центральную перегородку 25, а в дальнейшем энергохолодильная система будет работать в режиме без связи с окружающей наземной средой до тех пор, пока весь объем промежуточного хранилища технической воды 24 не будет заполнен нагретой водой. Данное положение соответствует использованию всего объема хранилища запасенной технической воды 16 и его полного опорожнения.

Подача воды из хранилища технической воды 16 для охлаждения холодильной машины 12 и автономной энергетической установки (конденсатора 9 парового контура 5) с последующим сбросом в промежуточное хранилище нагретой воды 32 происходит аналогично, как было описано в режиме работы со связью с окружающей наземной средой.

Тем самым осуществляется оборот технической воды и обеспечивается работа автономной энергетической установки в виде двухконтурной ядерной установки в режиме без связи с окружающей наземной средой.

Использование в качестве автономной энергетической установки двухконтурной ядерной установки обеспечивает в режиме без связи с окружающей наземной средой повышение взрывопожаробезопасности энергетического оборудования подземного сооружения за счет исключения из состава пожароопасного оборудования для нейтрализации отработанных газов и приготовления раствора нейтрализующего химического вещества из сухого химического вещества, а также взрывопожароопасного оборудования хранилищ углеводородного топлива и кислорода.

Работа холодильной машины 12 и охлаждение потребителей холода 15 (тепловыделяющего технологического оборудования и системы кондиционирования) в режимах со связью и без связи с окружающей наземной средой осуществляется по одинаковой схеме, в качестве которой выбрана схема оборотной системы охлаждения.

По данной схеме потребители холода 15 охлаждаются за счет подачи холодной воды при температуре от 4 до 8°C из емкости с холодной водой 41 оборотной системы холодоснабжения по линии подачи холодной воды 43 с помощью циркуляционного насоса 44, при этом холодная вода проходит через потребителей холода 15, нагревается до температуры от 16 до 19°C и поступает в емкость с теплой водой 42 оборотной системы холодоснабжения.

Из емкости с теплой водой 42 теплая вода по линии подачи теплой воды 45 с помощью циркуляционного насоса 46 подается в испаритель 14 холодильной машины 12, где охлаждается до температуры от 4 до 8°C и затем поступает в емкость с холодной водой 41.

Так осуществляется схема оборотной системы охлаждения, при этом работа холодильной машины 12 обеспечивается за счет энергоснабжения от электрогенератора 8 и ее охлаждения за счет подачи воды в конденсатор 13 холодильной машины 12 по линии подачи технической воды 18 из хранилища запасенной технической водой 16.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Патент РФ №2298722, опубл. от 10.05.2007, Бюл. №13.

2. Лапшин Г. А. Специальные фортификационные сооружения и их комплексы. Учебное пособие для иностранных курсантов военных вузов строительных специальностей. 1-е изд., ВИ(ИТ)-СПб. Высшая школа, 2012. - стр. 83-84.

3. Гришутин М.М., Севастьянов А.П. Теория и методы расчетов автономных энергохолодильных установок. М.: Изд. МЭИ, 1992. - 240 с.

4. Патент РФ №2573541, опубл. от 20.01.2016, Бюл. №2.

5. Патент РФ №2757737, опубл. от 21.10.2021, Бюл. №30.

6. Патент РФ №2273901, опубл. от 10.04.2006, Бюл. №10.

7. Патент РФ №2766659, опубл. от 15.03.2022, Бюл. №8 - прототип.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергохолодильных систем для автономного энергообеспечения и термостатирования (охлаждения) оборудования подземных сооружений различного функционального назначения. Энергоснабжение подземного сооружения обеспечивается работой двухконтурной ядерной установки, состоящей из ядерного реактора, жидкостного контура и парового контура. Для работы ядерной установки техническая вода по линии подачи из хранилища запасенной технической воды подается первоначально для охлаждения холодильной машины, а затем для охлаждения ядерной установки за счет теплообмена в конденсаторе парового контура двухконтурной ядерной установки. Охлаждение потребителей холода осуществляется по схеме оборотной системы охлаждения. Потребители холода охлаждаются за счет подачи холодной воды при температуре от 4 до 8°С из емкости с холодной водой по линии подачи холодной воды, при этом холодная вода проходит через потребителей холода, нагревается до температуры от 16 до 19°С и поступает в емкость с теплой водой системы холодоснабжения. Из емкости с теплой водой вода по линии подачи теплой воды подается в испаритель холодильной машины, где охлаждается до температуры от 4 до 8°С и затем поступает в емкость с холодной водой. Достигаемый технический результат - возможность работы энергохолодильной системы подземного сооружения в двух режимах со связью и без связи с окружающей наземной средой, увеличение срока работы энергохолодильной системы без пополнения источника тепловой энергии (топлива), а также повышение взрывопожаробезопасности энергетического оборудования подземного сооружения, уменьшение массогабаритных характеристик паровой турбины и снижение коррозии лопаток паровой турбины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения, содержащая расположенные в подземном сооружении автономную энергетическую установку для производства электроэнергии, холодильную машину, содержащую конденсатор и испаритель, для охлаждения потребителей холода, потребители холода в виде тепловыделяющего технологического оборудования и системы кондиционирования сооружения, хранилище запасенной технической воды, промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, линию подачи технической воды с циркуляционным насосом из хранилища запасенной технической воды для охлаждения конденсатора холодильной машины, линию подачи воды с циркуляционным насосом для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости для хранения утепленной воды, линию частичного возврата нагретой охлаждающей воды от автономной энергетической установки в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды с расположенным на ней регулирующим вентилем, отличающаяся тем, что снабжена в качестве автономной энергетической установки двухконтурной ядерной установкой, включающей в себя ядерный реактор и два контура, первый из которых является жидкостным контуром с циркуляционным насосом, а второй - паровым контуром, включающим в себя парогенератор, паровую турбину с электрогенератором на одном валу, конденсатор и жидкостной насос, при этом жидкостный контур проходит через ядерный реактор и парогенератор парового контура, промежуточным хранилищем технической воды, выполненным из железобетона с высокой центральной перегородкой, разделяющей хранилище на две сообщающихся между собой в верхней части хранилища емкости, одна из которых предназначена для приема и выдачи охлажденной воды, а вторая для сбора нагретой воды, линией подачи охлажденной технической воды с циркуляционным насосом из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в хранилище технической воды, байпасной линией подачи охлажденной технической воды через регулирующий вентиль из емкости для приема и выдачи охлажденной воды в промежуточную смесевую емкость для хранения утепленной воды, градирней, расположенной на земной поверхности, промежуточным хранилищем нагретой воды, центральной линией подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды с циркуляционным насосом, разделяющейся на линию подачи нагретой воды в градирню с регулирующим вентилем и линию сброса нагретой воды в емкость для сбора нагретой воды с регулирующим вентилем, линией подачи охлажденной воды из градирни в емкость для приема и выдачи охлажденной воды с циркуляционным насосом и оборотной системой охлаждения потребителей холода, включающей в себя емкость с холодной водой, емкость с теплой водой, линию подачи холодной воды с циркуляционным насосом, соединяющую емкость с холодной водой с емкостью с теплой водой через потребителей холода, линию подачи теплой воды с циркуляционным насосом, соединяющую емкость с теплой водой с емкостью с холодной водой через испаритель холодильной машины, при этом линия подачи воды для охлаждения автономной энергетической установки из промежуточной смесевой емкости проходит через конденсатор парового контура и поступает в промежуточное хранилище нагретой воды, линия подачи охлажденной воды из градирни в емкость с охлажденной водой и линия подачи нагретой воды из промежуточного хранилища нагретой воды в градирню размещены в вертикальной шахте, связывающей подземное сооружение с поверхностью земли.

2. Энергохолодильная система для обеспечения работы подземного сооружения по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве парового контура используется контур с органическим рабочим телом.