Ядерный реактор Советский патент 1976 года по МПК G21C1/00 

(54) ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

1

Изобретение относится к области ядерной энерГИИ.

Известен ядерный реактор на быстрых нейтронах, содержащий активную зону, образованную грунной топливных сборок и охлаждаемую циркулируюидим жидким металлом, обычно натрием, заключенным, по крайней мере частично, внутри лервого бака, так называемого первичного бака, и содержащего также активную зону, этот первичный бак окружен вторым баком, так называемым главным баком, нри этом блок этих баков помещен в коНСтрукциЕО, составляющую внещнюю биологическую защиту, главный бак содержит теплообменник и насосы, позволяющие обеспечить отвод тепла от натрия после его прохождения через активную зону и обеспечить его непрерывную циркуляцию из одного бака в другой, причем каждый теплообменник имеет входные и выходные отверстия для натрия, выходящего из первичного бака, соответственно выполненные в его верхней и нижней частях, и окружен внешней обечайкой, расположенной вместе с теплообменником в зоне, заключенной между первичным баком и главным баком.

Цель изобретения - упрощение конструкции реактора.

Это дсстиггется тем, что предлагаемый реактор содержит теплообменники, каждый из которых имеет входные и выходные отверстия ;1ля натрия, выходящего из первичного бака,

устроенные, соответственно, на его верхнем конце и на его нижнем конце, и окружен внешней обечайкой, проходящей вместе с теплообме;1никэ:-.; в зону, заключакянуюся между первичным баком и глаз)ым баком. Причем в

соответствии с данным изобретением эта сбекайка ограничивает вокруг теплообмешпп а кольцевое пространство, присоедщгеиное на уровне входных отверстий в теплообменники ка конце, по крайней мере, одного колеичатого канала, погруженио(го другим концом в натрий, содержаи ийся в главном баке, причем это кольцевое пространство соеди)1ено трубкой связи с источником перекачивания, создающим в этолт кольцевом пространстве

кольцевой перепад давлений, обеснечиваюп;ий включение сифоиа, состоящего из первичного бака, изогнутого канала и кольцевого пространства. Каждый теплообменник содержит на своей верхней поверхности между входными и выходными отверстиями для натрня выступающие фланцы, ограничивающие циркуляцию натрня в кольцевом пространстве внешняя обечайка, окружающая каждый теплообменник, продолжается в своей верхней части трубчатым элементом, проходящим через верхнюю защиту и образующим опорную и поддерживающую поверхность для теплообменника. На чертеже показан вариант схемы предлагаемого реактора, частичный разрез. Активная зона 1 расположева внутри первого бака 2, так называемого первичного бака, который сам окружен вторым баком 3, так называемым главным баком, коаксиальным с первым, причем баки 2 и 3 открыты в своей верхней части. Бак 3 может быть подвешен средствами 4 к толстой плите 5, закрывающей сверху внещнюю защиту 6. Баки 2 и 3 наполнены соответствующим объемом жидкого металла (например, натрия) служащего для охлаждения активной зоны 1 и для передачи телла, полученного при контакте с топливными сборками (на чертеже не показаны) вторичной жидкости, обеспечивающей вне реактора производство электрической энергии. Такая конструкция позволяет, в частности, изолировать горячий натрий, выходящий из активной зоны 1 после .прохождения через последнюю снизу вверх, внутри бака 2, причем остающийся натрий, в частности тот, который содержится в баке 3, находится при менее высокой температуре, из-за охлаждения, осуществляющегося при прохождении через теплообменники. Эти теплоо бменники расположены в главном баке 3, снаружи первичного бака 2 и соединены с циркуляционными насосами (на чертеже не показаны), содержащимися в баке 3 и позволяющими снова забирать натрий 7 .при выходе из теплообменников и отправлять его |под активную зону 1 для нового прохождения через последнюю. Вследствие работы этих насосов и последующей затем потери напора уровепь 8 в баке 2 слегка новыщен по отнощению к уровню 9 в баке 3. Каждый теплообменник 10 представлен в виде блока общей цилиндрической формы с вертикальной осью, в который проходят через его верхнюю часть трубы 11 и 12, служащие для подачи и удаления любой вторичной жидкости (натрия или воды), проходящей внутри теплообменника через ряд циркуляционных труб (на чертеже не показаны), поддерживаемых параллельно оси блока трубными досками. Блок теплообменника 10 содержит на своем верхнем и нижнем концах входные 13 и выходные 14 отверстия для натрия, содержащегося в баках 2 и 3 с тем, чтобы позволить ему войти в контакт с циркуляционными трубами вторичной жидкости. Натрий проходит через теплообменник сверху вниз, насосы снова забирают его у выхода и отсылают к активной зоне 1. На своем верху теплообменник 10 имеет по-перечный фланец 15, опирающийся на выступ 16, принадлежащий элементу, образующему оболочку 17 прохождения через плиту 5 защиты 6, и служащий для поддержания теплообменника, который может таким образом напосредствеино погружаться в объем натрия, содержащегося Между баками 2 и 3. Оболочка 17 продолжается внизу цилиндрической обечайкой 18, окружающей теплообменник и ограничивающей вокруг него кольцевое пространство 19, причем это пространство соединено патрубком 20, снабженным регулирующим вентилем 21, с источником нагнетания (на чертеже не .показан), находящимся снаружи реактора и позволяющим устанавливать в этом кольцевом пространстве перепад давлений по отнощению к давлению инертного защитного газа, который заполняет пространство над натрием в баках 2 и 3. На внещней поверхности теплообменник 10 имеет серию фланцев 22, радиально выступающих к стенке напротив обечайки 18, причем эти фланцы образую с этой стенкой щлюз, ограничивающий по крайней мере, частично циркуляцию через кольцевое пространство 19. В верхней части обечайки 18 на уровне входных отверстий 13 это пространство 19 соединено с коленчатым каналом 23, конец которого погружен под уровень 8 натрия в первич«ом баке 2. Канал 23 имеет горизонтальную часть 24 и вертикальную часть 25, которая погружена в натрий до уровня, определенного условиями действия устройства и, в частности, скоростью циркуляции через теплообменник 10 и активную зону 1. Ядерный реактор работает следующим образом. Под воздействием циркуляционных насосов натрий, собранный в главном баке на выходе из теплообменников 10, нагнетается через коллекторы (на чертеже не показаны) под активную зону 1 в бак 2, затем он проходит через активную зону снизу вверх, контактируя с топливными сборками. Горячий натрий, выходящий из активной зоны, находится в этих условиях замкнутым в первичном баке 2. Для обеспечения его переноса к главному баку 3 в кольцевом пространстве понижают давление соответствующим образом посредством патрубка 20, причем это понижение, составляющее по величине, например, 0,1 атмосферы, осуществляется постепенно. Уровень натрия поднимается одновременно в канале 23 (нгправление стрелки С) и вокруг пучка циркуляционных труб вторичной жидкости внутри блока каждого теплообменника 10. Когда уровень достигает нижней образующей горизонтальной части 24 канала 23, вытекание начинается из первичного бака 2 к главному баку 3, причем горячий натрий проникает через входные отверстия 13. Если уровень натрия продолжает подниматься эти отверстия полностью покрываются. Теплообменник работает в таком режиме непрерывно, причем канал 23 играет роль классического сифона. Входные отверстия 13 расположены специально так, чтобы создавать при вытекании натрия легкую турбулентность, необходимую для устойчивости функцинирования. Действительно, если бы вытекание происходило без турбулентности, натрий, исходящий из первичного бака 2, увлек бы за собой небольшое количество инертного газа, находящегося под уровнем 8 в этом баке, это количество может при иостепенном накоплении в кольцевом пространстве 19 произвести повышение давления и соответственно -понижение уровня натрия по отношению к отверстиям до включения сифона. Наоборот, вследствие образования соответствующей турбулентности, этот газ увлекается натрием, проходящим через теплообменники, и понижение давления в кольцевом пространстве 19 поддерживается, таким образом, на иостояином значении.

Таким образом, в ядерном реакторе, при одновременном обеспечении изоляции горячего натрия внутри первичного бака достигают понижения объема гэря:его иатрия, содержащегося в реакторе, или еще прибавление высоты теплообменников для данного объема.

Другое преимущество изобретения - это возможность по желанию изолировать один или несколько теплообменников простой регулировкой давления в кольцевом пространстве- нагнетанием подходящего количества соответствующего инертного газа, например аргона, под давлением. Это обеспечивает понижение уровня натрия в этом пространстве и немедленное выключение соответствующего сифона. Достаточно, чтобы нагнетаемый газ представлял объемный расход, равный расходу натрия, нроходящего через теплообменник, т. е. чтобы коли1-с;тво газа было равно объему, представляющему собой совокупность объемов теплообменника и его обечайки.

Кроме того, (преимущество ядерного реактора обеспечивается монтажом каждого теплообменника в цилиндрической обечайке, проходящей через верхнюю плиту защиты, допускающим относительные сдвиги этого теплообменника и обоих баков без взаимодействия этих различных элементов независимо от величины дифференциальных расширений. Наконец, пр-именение канала связи между кольцевым пространством, предусмотренным вокруг каждого теплообменника, и первичным баком избавляет от необходимости модификации формы этого бака и позволяет соблюдать целостность его, в частности, устраняя необходимость создания отверстий через стенку чтого бака для прохода натрия.

В других вариантах шлюз, предназначенный для ограничения циркуляции в кольцевом пространстве 19, может быть выполнен другими средствами при употреблении другого типа механического соединения (может быть скреплен с теплообменником 10 или с обечайкой 18) или гидравлического затвора.

Формула изобретения

образованную группой топливных сборок и охлаждаемую циркулирующим жидким металлом, например натрием, заключенным по крайней мере частично внутри первичного бака, содержащего активную зону, причем первичный бак окружен главным баком, блок этих баков размещен во внешней биологической защите, главный бак содержит теплообмениики и насосы, позволяющие обеспечить отвод тепла от натрия после его прохождения

через активную зону и обеспечить его непрерывную циркуляцию из одного бака в другой, причем каждый теплообменник имеет входные и выходные отверстия для натрия, выходящего из первичного бака, соответственно выиолненные в его верхней и нижией частях, и окружен внешней обечайкой, расположенной вместе с теплообменником в зоне, заключенной между первичным баком и главным баком, отличающийся тем. что, с целью упроЩ2НИЯ конструкции реактора, обечайка ограничивает вокруг теплообменника кольцевое пространство, присоединенное на уровне входных отверстий в теплообменнике к концу по крайней мере одного коленчатого канала, погруженного другим концом в натрий, содержащи1 ся в глазном баке, причем это кольцевое пространство соединено патрубком с источником давления, создаюп им в этом пространстве регулируемый перепад давлений, осуществляющий пуск в ход сифона, состоящего из пер вичногэ бака, коленчатого канала и кольцевого пространства.

внешней inoBepxnocTn между входными и выходными отверстиями для натрия выстуиающие фланцы, ограничивающие циркуляцию натрия в кольцевом пространстве.

теплообменник, продолжена в своей верхнеГ части трубчатым элементом, проходящим через верхнюю часть защиты и образующим опорную поверхность для теплообменника.

IB

I

/

,: f r° -v.y;: Q- r- ti,-; ./}: o,y

(

mai-Si-ml

r