Атомная станция Советский патент 1993 года по МПК G21D7/04 G21C15/18 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для снаб- жения теплом и электроэнергией небольших населенных пунктов.

Цель изобретения - повышение безопасности и обеспечение длительной работы без обслуживания при постоянстве, электрической мощности независимо от колебаний нагрузки в системе теплоснабжения.

Для достижения указанной цели предложена атомная станция, содержащая первый контур, заключенный в защитный корпус и состоящий из водо-водяного ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя и теплообменников первого-второго контура, второй промежуточный

контур и третий контур теплоснабжения, причем защитный корпус заполнен теплоносителем второго контура, теплообменни- к и первого-второго контура выполнены в виде термоэлектрических генераторов, а параллельно контуру теплоснабжения подключен контур отвода избыточного тепла, включающий теплообменник отвода избыточного тепла, расположенный на холодной нитке промежуточного контура и воздушный теплообменник, соединенный по второй стороне с атмосферой.

Кроме этого, предложено использовать с качестве теплоносителя контура отвода избыточного тепла кипящий теплоноситель с температурой насыщения равной темпеСО

ратуре возвратной воды второго контура на номинальном режиме.

Контур отвода избыточного тепла позволит снимать избыточную тепловую нагрузку при колебаниях (суточных, сезонных) нагрузки у потребителя, что обеспечивает однорежимную работу ядерного-реактора, кроме того обеспечивает отвода тепла от реактора в аварийных ситуациях. Т.о., введение этого контура позволит обеспечить постоянство тепловой мощности реактора и, следовательно, электрической мощности станции. В качестве теплоносителя этого контура можно использовать различные спирты или воду при пониженном давлении. В этом случае при уменьшении мощности потребляемой в системе теплоснабжения (третьем контуре) повысится температура возвратной воды второго контура, что приведет к возникновению кипения теплоносителя контура отвода избыточного тепла и переносу тепла с паром в воздушный теплообменник. При этом, чем меньше мощность отводится в третьем контуре, тем интенсивнее кипение, выше паросодержание и перенос тепла теплоносителем контура отвода избыточного тепла. Это позволит реализовать режим саморегулирования в этом контуре, также как и во всей станции.

На чертеже показана принципиальная схема станции, где 1 - активная зона, 2 - прочный корпус, 3- страховочный корпус, 4 - термоэмиссионный генератор (ТЭГ), 5 - защитный корпус, 6 - теплообменник системы теплоснабжения, 7 - герметичный бокс, 8 - стержни регулирования, 9 -теплообменник отвода избыточного тепла, 10 - воздушный теплообменник.

Первый контур, т.е. активная зона 1, теплоноситель вода, заключены в прочный корпус 2, рассчитанный на рабочее давление 200 кг/см2, прочный корпус в свою очередь з а исключением теплопередающих поверхностей ТЭГ, окружен страховочным корпусом 3, рассчитанным для случая разгерметизации прочного корпуса на давление 50 кг/см2. Полость между корпусами 2 и 3 заполнена газом (азотом) с давлением 1 кг/см2 и служит в качестве тепловой изоляции реактора. Весь первый контур с ТЭГ 4 размещен в защитном корпусе 5, заполненном водой промежуточного второго контура с давлением 2 кг/см , и выдерживающего давление 15 кг/см2 на случай разгерметизации корпусов 2 v; 3. За теплообменником системы теплоснабжения 6 установлен теплообменник отвода избыточного тепла, который вместе с воздушным теплообменником 10 составляет автономный контур отвода избыточного тепла. Воздушный теплообменник 10 расположен вне герметичного бокса 7 и охлаждается, например, атмосферным воздухом. Стержни регулирования 8 расположены в верхней части корпуса реактора и предназначены для пуска и останова реактора.

Устройство работает следующим образом. Тепло от активной зоны 1 естественной циркуляцией водяного теплоносителя пер0 вого контура с температурой 320° С передается к горячим спаям ТЭГ 4. Охлажденный на 15-20° С теплоноситель возвращается на вход в активную зону 1. Генерация электрической энергии происходит вследствие раз5 ности температур, поддерживаемой между теплоносителями первого и второго контура. Схема циркуляции теплоносителя вТЭГах организована по типу трубки Фильда, горячий теплоноситель течет внутри, а холодный

0 возвращается по внешней полости. Для упрощения чертежа внутрикорпусные устройства на фигуре не показаны. Схема циркуляции теплоносителя первого контура аналогична общепринятой схеме труба в

5 трубе. Непреобразованная в электрическую энергию часть тепла отводится от холодных спаев ТЭГ 4 водяным теплоносителем второго контура с температурой 90-95° С и за счет естественной цйр0 куляции поступает в теплообменник системы теплоснабжения 6. Охлажденный на 5-10° С теплоноситель возвращается к холодным спаям ТЭГ 4. Подача тепл.а потребителям от теплообменника системы тепло5 .снабжения 6 осуществляется теплоноси- ; телем третьего контура с давлением 3-4 кг/см с температурой на линии теплоснабжения 85° С и на возвратной 55° С. Контур отвода избыточного тепла, также, с естест0 венной циркуляцией, включает теплообменник отвода избыточного тепла 9, установленный на холодной нитке второго контура за теплообменником 6, и воздушный теплообменник 10. Изменение доли

5 тепла, передаваемой этим контуром, осуществляется регулированием расхода теплоносителя через теплообменники 9 и 10, или (и) расхода воздуха через теплообменник 10, например, изменением положения за0 слонки э воздушном тракте теплообменника 10. Более целесообразным является использование в этом контуре кипящего теплоносителя с температурой насыщения равной температуре возвратной воды вто5 рого контура на номинальном режиме. В качестве конкретного теплоносителя для контура отвода избыточного тепла рассматривался спирт, например, этиловый с температурой кипения 78° С. Теплоносителем может быть и вода, при этом давление в

контуре должно быть ниже атмосферного. В этом случае при уменьшении мощности потребляемой системой.теплоснабжения (третьим контуром) повысится температура возвратной воды второго контура, что приведет к возникновению кипения теплоносителя в контуре отвода избыточного тепла и переносу тепла с паром в теплообменник 10. При этом, чем меньше мощность отводится в третьем контуре, тем интенсивнее кипение, выше паросодержание и перенос тепла теплоносителем в-этом контуре. Это решение позволит реализовать режим саморегулирования в этом контуре. .

Все параметры станции рассчитываются, исходя из следующих требований; температура воды у потребителя 85 С, электрическая мощность - 100 кВт, тепловая мощность - 3 мВт.

Таким образом, контур работает постоянна и позволяет обеспечить потребителя 100% электрической мощности, в том числе и в летнее время, когда потребление тепла практически отсутствует, а электроэнергия необходима. Что касается аварийных ситуаций в третьем контуре., то такая схема позволит отводить тепло и в этой ситуации. Введение контура отвода избыточного тепла совместно со схемой организации первого и второго контуров позволит создать саморегулируемую станцию с высокой степенью безопасности, т.е. поддерживается однорежимный режим работы ядерного реактора при неизбежных изменениях (суточ- ных, сезонных) нагрузки в системе теплоснабжения, а также для отвода тепла от реактора в аварийных ситуациях и обеспечения независимой выработки электроэнергии при отключении или выходе из строя разветвленного третьего контура. В сочетании с отсутствием подвижных частей 5 этим решением практически достигается необслуживаемость атомной станции. Формула изобретения 1. Атомная станция, включающая первый контур, состоящий из водоводяного

0 ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя и теплообменников, второго промежуточного контура и контура теплоснабжения, отличающаяся тем, что, с целью повышения безопасности и

5 обеспечения длительной работы без обслуживания при постоянстве электрической мощности независимо от колебаний нагрузки в системе теплоснабжения, первый контур заключен в защитный корпус,

0 заполненный теплоносителем второго контура, теплообменники первого-второго контуров выполнены в виде термоэлект- рических генераторов и расположены внутри защитного корпуса, а параллельно конту5 ру теплоснабжения подключен контур отвода избыточного тепла, включающий теплообменник отвода избыточного тепла, расположенный на холодной нитке промежуточного контура, и воздушный теплооб.0 менник, соединенный по второй стороне с атмосферой.

, 2. Станция по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что теплоносителем контура отвода избыточного тепла является кипящий тепло5 носитель с температурой насыщения, равной температуре возвратной воды второго контура на номинальном режиме.

Сущность изобретения:-предложена атомная станция, состоящая из водо-водя- ного ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя, теплообменников первого-второго контура, выполненных в виде термоэлектрических генераторов, реактор и термоэлектрические генераторы заключены в защитный корпус, заполненный теплоносителем второго промежуточного контура, и третьего контура теплоснабжения, причем параллельно контуру теплоснабжения на холодной нитке промежуточного контура подключен контур отвода избыточного тепла, включающий теплообменник отвода избыточного тепла и воздушный теплообменник, соединенный по второй стороне с атмосферой. При этом теплоносителем контура отвода избыточного тепла является теплоноситель с температурой насыщения равной температуре возвратной воды второго контура на номи- нальном режиме. 1 з.п. ф-лы. 1 ил. (Л