СИСТЕМА ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА ИЗ ВНУТРЕННЕГО ОБЪЕМА ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКИ ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА Российский патент 2023 года по МПК G21C15/00 

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла (СЛОТ) из внутреннего объема защитной оболочки (ЗО) водо-водяного энергетического реактора и предназначено для охлаждения ЗО реактора путем естественной циркуляции охлаждающей воды в контуре системы.

Из уровня техники известно множество конструкций систем отвода тепла из ЗО реактора с использованием естественной циркуляции тепла.

В патенте РФ №2125744 раскрыта система для пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной конструкции ядерного реактора, содержащая первый теплообменник, размещенный снаружи защитной конструкции, второй теплообменник, расположенный внутри защитной конструкции реактора. Первый и второй теплообменники гидравлически соединены друг с другом в замкнутом контуре с помощью труб, содержащих теплоноситель и проходящих через защитную конструкцию и вытяжную трубу сверху, сообщающуюся с внешней атмосферой. Система также включает резервуар, заполненный водой до заданного уровня, связанный с защитной конструкцией и расположенный вблизи ее верхней стены. Первый теплообменник погружен под воду в резервуаре и вытянут вертикально от основания, примыкающего ко дну резервуара, к верхнему участку, разделяя резервуар на две гидравлически связанные области. Резервуар снабжен перекрытием, определяющим первый и второй каналы, каждый из которых перекрывает соответствующую область из областей, образованных первым вертикальным теплообменником, и соединен только с соответствующей областью. Один из каналов связан с наружным воздухозабором, а другой - с вытяжной трубой, а сообщение между каналами блокируется водой, находящейся в резервуаре, когда он заполнен до заданного уровня.

В патенте РФ №2302674 раскрыта система отвода тепла из ЗО, содержащая смонтированный под ЗО теплообменник, вход и выход которого пропущены через ЗО и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя, включающему турбину с электрогенератором, расположенные под ЗО энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство и пароводяную турбину, при этом теплообменник установлен под куполом ЗО и выполнен в виде двухъярусно расположенных кольцеобразных труб, соединенных между собой С-образными оребренными трубками, концы которых направлены к стенке ЗО и охватывают гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока.

Недостатком вышеприведенных известных устройств является возможность возникновения гидроударов в системе.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система пассивного отвода тепла из внутреннего объема ЗО водо-водяного энергетического реактора, раскрытая в патенте РФ №2595639. Система содержит, по меньшей мере, один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий теплообменник, размещенный внутри объема ЗО и включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником, емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема ЗО и соединенную с опускным трубопроводом, паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом, размещенное в емкости запаса воды и гидравлически связанное с последней.

Недостатком данной системы является значительные габариты теплообменника по высоте, неравномерная раздача воды по теплообменным трубкам, отсутствие возможности использовать теплообменник при нормальной эксплуатации в режиме кондиционирования.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности системы одновременно с уменьшением габаритов по высоте и массы теплообменника и обеспечением использования системы при нормальной эксплуатации в режиме кондиционирования.

Технический результат достигается тем, что в СПОТ из внутреннего объема ЗО водо-водяного энергетического реактора, включающей, по меньшей мере, один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий теплообменник, размещенный внутри объема ЗО и включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, образующими вертикальный пучок, подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником, емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема ЗО и соединенную с опускным трубопроводом, паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом, размещенное в емкости запаса воды и гидравлически связанное с последней, теплообменная секция имеет двухрядный вертикальный пучок, выполненный из изогнутых трубок, которые имеют дросселирующие устройства, и размещена в негерметичном кожухе, подсоединенному через воздуховод с циркулятором воздуха к холодильной машине, при этом часть кожуха выполнена съемной.

Предложенная конструкция позволяет поместить необходимую теплообменную поверхность на меньшей высоте, за счет того что теплообменная секция выполнена из изогнутых трубок.

Расположение теплообменных трубок в два ряда позволяет за счет уменьшения перфорации коллекторов теплообменной секции убавить необходимую из условий прочности их толщину, что уменьшает массу теплообменника и стоимость системы в целом.

Наличие дросселирующих устройств в трубках позволяет устранить неравномерность раздачи воды по ним, что повышает эффективность теплоотвода.

Размещение теплообменной секции в негерметичном кожухе, подсоединенном через воздуховод с циркулятором воздуха к холодильной машине, позволяет использовать ее при нормальной эксплуатации в режиме кондиционирования, за счет этого теплообменная секция охлаждается потоком воздуха, поступающим через воздуховод от циркулятора воздуха (например, вентилятора), а вода в теплообменную секцию поступает от холодильной машины.

Съемная часть кожуха позволяет устранить течь в случае разгерметизации теплообменных трубок путем установки заглушек на неплотную трубку.

Суть технического решения рассмотрим на примере системы с одним контуром циркуляции охлаждающей воды и поясним чертежами, где представлены:

фиг. 1 - общая схема СПОТ из внутреннего объема ЗО;

фиг. 2 - общий вид теплообменной секции системы;

фиг. 3 - вид Б теплообменной секции сбоку фиг.2;

фиг. 4 - вид А теплообменной секции сверху фиг.2;

фиг. 5 - выносной элемент В фиг.3 в увеличенном масштабе (иллюстрация дросселирующих устройств).

СПОТ ЗО (фиг.1) включает контур циркуляции охлаждающей воды, который содержит емкость запаса охлаждающей воды 1, паросбросное устройство 2, подъемный 3 и опускной 4 трубопроводы связанные с теплообменником, холодильную машину 5, теплообменник 6, воздуховод 7, циркулятор воздуха 8. Емкость запаса охлаждающей воды 1 размещена выше теплообменника 6 вне объема ЗО и соединенную с опускным трубопроводом 4. Паросбросное устройство 2 соединено с подъемным трубопроводом 3 и размещено в емкости запаса воды 1, гидравлически связанное с этой емкостью 1.

Теплообменная секция теплообменника 6, представленная на фиг.2-5, включает верхний 12 и нижний коллектор 13. Коллекторы соединены изогнутыми теплообменными трубками 9, которые расположены в два ряда и образуют вертикальный пучок.

Теплообменная секция теплообменника 6 размещена в негерметичном кожухе 10, который через воздуховод 7 с циркулятором воздуха 8 подсоединен к холодильной машине 5, а часть кожуха 10 выполнена съемной.

Теплообменные трубки 9 секции имеют дросселирующие устройства 14 (фиг.5), которые выполнены в виде калиброванных отверстий в стенке нижнего коллектора 13 на входе в теплообменные трубки 9.

Система работает следующим образом.

При нормальной эксплуатации (режим кондиционирования) реакторной установки на мощности вода от холодильной машины 5 подается в нижний коллектор 13 теплообменной секции теплообменника 6, проходит по теплообменным трубкам 9 секции через дросселирующие устройства 14, отводя тепло из 30, и поступает в верхний коллектор 12 теплообменной секции теплообменника 6, затем возвращается в холодильную машину 5. Теплообменная секция теплообменника 6 охлаждается потоком воздуха от циркулятора воздуха 8, поступающего через фланец 11 подсоединения к воздуховоду 7 в кожух 10.

В авариях, связанных с течью теплоносителя первого или второго контура в 30, теплообменник 6 отключается от холодильной машины 5 и подключается к емкости запаса охлаждающей воды 1 (режим конденсации).

Работа системы осуществляется за счет естественной циркуляции теплоносителя.

В этом случае вода из емкости запаса охлаждающей воды 1 поступает по опускному трубопроводу 4 в нижний коллектор 13 теплообменной секции теплообменника 6, проходит по теплообменным трубкам 9 секции через дросселирующие устройства 14 и нагревается. Подогретая вода собирается в верхних коллекторах 12 теплообменной секции теплообменника 6 и по подъемному трубопроводу 3 через паросбросное устройство 2 отводится в емкость запаса охлаждающей воды 1, размещенную выше теплообменника 6 вне объема ЗО. Из паросбросного устройства 2 теплоноситель поступает в объем емкости запаса охлаждающей воды 1, после чего охлажденный теплоноситель (вода) поступает по опускному трубопроводу 4 обратно в теплообменные секции теплообменника 6. Таким образом, с помощью контура циркуляции путем выпаривания воды в емкости 1 осуществляется передача тепловой энергии от внутреннего объема ЗО к конечному поглотителю - окружающей атмосфере.

При этом пар из парогазовой смеси, образующейся при аварии, связанной с течью первого или второго контура в ЗО, конденсируется на поверхности теплообменных трубок 9 теплообменных секций, снижая давление в ЗО.

Эффективность предлагаемого изобретения подтверждена проведенными в АО «ОКБМ Африкантов» стендовыми испытаниями.

Таким образом, выполнение СПОТ из внутреннего объема ЗО с теплообменной секцией, имеющей двухрядный вертикальный пучок, выполненный из изогнутых трубок, которые имеют дросселирующие устройства, и размещенной в негерметичном кожухе, в котором часть выполнена съемной и который через воздуховод с циркулятором воздуха подсоединен к холодильной машине, позволяет повысить эффективность системы одновременно с уменьшением габаритов по высоте и массы теплообменника и обеспечением использования системы при нормальной эксплуатации в режиме кондиционирования.

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системе пассивного отвода тепла (СПОТ) из внутреннего объема защитной оболочки (ЗО) водо-водяного энергетического реактора и предназначено для охлаждения ЗО реактора путем естественной циркуляции охлаждающей воды в контуре системы. Система включает, по меньшей мере, один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий теплообменник, размещенный внутри объема ЗО и включающий верхний и нижний коллекторы. Коллекторы соединены теплообменными трубками, образующими вертикальный пучок. Емкость запаса охлаждающей воды размещена выше теплообменника вне объема ЗО и соединена с опускным трубопроводом, паросбросное устройство соединено с подъемным трубопроводом, гидравлически связано с последней и размещено в емкости запаса воды. Причем теплообменная секция имеет двухрядный вертикальный пучок, выполненный из изогнутых трубок, которые имеют дросселирующие устройства, и размещена в негерметичном кожухе, подсоединенном через воздуховод с циркулятором воздуха к холодильной машине. Часть кожуха, в которой размещена секция, выполнена съемной. Техническим результатом является повышение эффективности системы одновременно с уменьшением габаритов по высоте и массы теплообменника и обеспечение использования системы при нормальной эксплуатации в режиме кондиционирования.1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора, включающая, по меньшей мере, один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий теплообменник, размещенный внутри объема защитной оболочки и включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, образующими вертикальный пучок, подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником, емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема защитной оболочки и соединенную с опускным трубопроводом, паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом, размещенное в емкости запаса воды и гидравлически связанное с последней, отличающаяся тем, что теплообменная секция имеет двухрядный вертикальный пучок, выполненный из изогнутых трубок, которые имеют дросселирующие устройства, и размещена в негерметичном кожухе, который подсоединен через воздуховод с циркулятором воздуха к холодильной машине.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что часть кожуха, в которой размещена секция, выполнена съемной.