RU2756231C1 - Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем - Google Patents
Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756231C1 RU2756231C1 RU2021106629A RU2021106629A RU2756231C1 RU 2756231 C1 RU2756231 C1 RU 2756231C1 RU 2021106629 A RU2021106629 A RU 2021106629A RU 2021106629 A RU2021106629 A RU 2021106629A RU 2756231 C1 RU2756231 C1 RU 2756231C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hot chamber
- hot
- shell
- coolant
- chamber
- Prior art date
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 16
- 238000009499 grossing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/32—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core
- G21C1/322—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core wherein the heat exchanger is disposed above the core
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C13/00—Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
- G21C13/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/28—Selection of specific coolants ; Additions to the reactor coolants, e.g. against moderator corrosion
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C13/00—Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
- G21C13/02—Details
- G21C13/06—Sealing-plugs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к обеспечению безопасности ядерных реакторов (ЯР), прежде всего ЯР интегрального типа с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. ЯР содержит корпус реактора с нижней камерой, активной зоной, горячей камерой, верхней камерой и теплообменниками. Горячая камера размещена над активной зоной и содержит корпус по существу цилиндрической формы с патрубками отвода горячего теплоносителя, поступающего из активной зоны в теплообменники, и пробку. Корпус горячей камеры содержит внутреннюю обечайку и по меньшей мере одну дополнительную обечайку, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке и формирующую по меньшей мере один охлаждающий канал. Каждый патрубок содержит внутреннюю обечайку патрубка и по меньшей мере одну дополнительную обечайку патрубка, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке патрубка и формирующую по меньшей мере один охлаждающий канал патрубка. Техническим результатом является снижение тепловой нагрузки на элементы горячей камеры, прежде всего корпуса горячей камеры и патрубков отвода горячего теплоносителя, в том числе сглаживание и снижение градиента температур, возникающих в указанных элементах, и как следствие повышение срока их службы. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности, к обеспечению безопасности ядерных реакторов (ЯР), прежде всего реакторов с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем (ТЖМТ) на основе свинца или сплавов на основе свинца и висмута.
При выборе теплотехнических параметров ЯР, в частности максимальной температуры теплоносителя, ограничивающими факторами являются прежде всего коррозионная стойкость материалов и прочностные характеристики, связанные с особенностями нагружения конструкции. При этом максимальная температура теплоносителя в реакторах с жидкометаллическим охлаждением, как правило, достигается на выходе из активной зоны. Обычно подогрев теплоносителя в активной зоне носит неравномерный характер, что связано с неравномерностью расхода теплоносителя по радиусу активной зоны и неравномерностью поля энерговыделения по объему активной зоны. Таким образом, элементы конструкции, располагающиеся в области выхода теплоносителя из активной зоны находятся под воздействием теплоносителя с максимальными температурами и температурными неоднородностями.
Предпринимаются специальные меры по выравниванию нагрева теплоносителя в активной зоне, однако эффективность этих мер ограничена, и неравномерность температуры теплоносителя на выходе из активной зоны в реакторах с ТЖМТ может достигать нескольких десятков градусов. В зависимости от типа теплоносителя второго контура ЯР, схемы циркуляции теплоносителя в камере над активной зоной и по пути к теплообменнику или парогенератору происходит перемешивание теплоносителя и постепенное выравнивание температуры теплоносителя. Повышению надежности и безопасности реакторной установки способствует применение специальных конструктивных решений, ограничивающих воздействие неблагоприятных факторов, таких как высокие значения локальных температур в камере на выходе из активной зоны или высоких градиентов температур в элементах конструкции, ограничивающих указанную камеру.
Уровень техники
Из патента RU2461085 известен реактор с ТЖМТ бассейнового типа. Недостатком конструкции такого типа реакторов является большой объем горячего теплоносителя, температура которого соответствует температуре выхода из активной зоны. Как следствие, часть внутрикорпусных элементов, соединительные элементы между приводами органов системы управления и защиты (СУЗ) и органами воздействия на реактивность (стержнями или сборками стержней СУЗ) находятся под воздействием высоких температур и/или больших градиентов температур.
Из патента RU2153708 известен реактор с ТЖМТ интегрального типа. Основным преимуществом реакторов такого типа является возможность размещения в одном корпусе ЯР активной зоны, насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя в первом контуре ЯР, и теплообменника (парогенератора) для отвода генерируемого в активной зоне тепла.
Температурные градиенты в элементах конструкции, отделяющих горячий теплоноситель с температурой выхода из активной зоны от холодного теплоносителя после выхода из теплообменника (парогенератора), играют существенную роль при разработке конструкции ЯР. С учетом того, что в современных конструкциях ЯР с ТЖМТ разность между максимальной температурой и минимальной температурой в первом контуре лежит, как правило, в диапазоне 100-150°C, для создания благоприятных рабочих условий для внутрикорпусных элементов конструкции, разделяющих горячие и холодные потоки теплоносителя, требуется разработка специальных конструктивных решений.
Важной особенностью известных ЯР с ТЖМТ является необходимость контроля концентрации кислорода в определенном диапазоне. Присутствие кислорода в теплоносителе необходимо для формирования защитных оксидных покрытий на поверхности сталей, что предупреждает выход в теплоноситель металлических примесей, прежде всего железа, ввиду коррозионных и эрозионных процессов преимущественно в горячей части первого контура. При выходе в первый контур значительных объемов примесей железа необходимо использовать специальные системы для их улавливания, что усложняет конструкцию ЯР.
Таким образом, максимальное ограничение площади поверхностей, контактирующих с горячим теплоносителем, позволит существенно снизить тепловую нагрузку на внутрикорпусные элементы ЯР, и является задачей, которая должна быть решена применением специальных конструктивных решений.
Патент РФ RU2521863https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2312656&TypeFile=html раскрывает ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий корпус, внутри которого установлена разделительная оболочка, образующая кольцевое пространство, и в котором размещают по меньшей мере один парогенератор и по меньшей мере один насос, установленные каждый в своей обечайке. Внутри разделительной оболочки, в ее верхней части, размещена защитная пробка, а в нижней части - активная зона, над которой расположен горячий коллектор, сообщающийся с парогенератором по высоте в средней или верхней части парогенератора посредством входного патрубка для разделения потока жидкометаллического теплоносителя на восходящий и нисходящий потоки, омывающие соответственно верхнюю и нижнюю части парогенератора.
Ядерный реактор с жидкометаллическим охлаждением согласно патенту РФ RU2408094 содержит горячий коллектор над активной зоной и холодный коллектор, окружающий горячий коллектор, разделенные разделяющей конструкцией, где циркулирует первичная текучая среда для охлаждения активной зоны. Реактор также включает по меньшей мере одну интегрированную сборку циркуляции и теплообмена, содержащую насос, по меньшей мере один теплообменник и конвейерную конструкцию, через которую первичная текучая среда проходит от насоса к теплообменнику, причем последние прочно соединены друг с другом для образования единой конструкции. Интегрированная сборка размещена полностью в холодном коллекторе и имеет впускное отверстие, присоединенное к горячему коллектору, и по меньшей мере одну выпускную секцию в холодном коллекторе.
Недостатком указанных известных ЯР является значительный перепад температур в патрубке, через который горячий поток теплоносителя выходит в парогенератор или насос для последующего охлаждения, что влияет на срок службы и надежность данного элемента конструкции.
Ближайшим аналогом заявленного изобретения является ЯР согласно патенту РФ RU2331939. В указанном патенте раскрыта конструкция ядерного реактора с преимущественным использованием в качестве теплоносителя первого контура жидкометаллического теплоносителя. Тепловая защита корпуса реактора содержит корзину активной зоны, кольцевые стальные обечайки, установленные и закрепленные в корзине, и разделительную обечайку, закрепленную на днище корпуса. В состав теплового экрана входят блоки с карбидом бора; они расположены за разделительной обечайкой и образуют в плане многослойный кольцевой экран по всей высоте активной зоны. Зазоры между указанными блоками одного слоя перекрываются блоками следующего слоя.
Недостатком ближайшего аналога является жесткое закрепление обечаек в корпусе реактора, что при соприкосновении обечаек с потоком горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны, будет создавать значительную тепловую нагрузку в узлах соединения элементов и может привести к возникновению протечек теплоносителя. Жесткое закрепление обечаек, соприкасающихся с потоком горячего теплоносителя, также усложняет проведение регламентных и ремонтных работ.
Раскрытие сущности изобретения
Техническими задачами, решаемыми в заявленном изобретении, являются сокращение объема и площади поверхностей внутрикорпусных конструкционных элементов реактора, контактирующих с потоком горячего теплоносителя, обеспечение теплоизоляции горячей камеры и благоприятного температурного режима для внутрикорпусных конструкционных элементов, при котором перепады температур ограничены величинами, при которых температурные напряжения не превышают предел текучести, а также обеспечение удобства сборки и контроль протечек теплоносителя в разъемных соединениях.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение тепловой нагрузки на элементы горячей камеры, прежде всего корпуса горячей камеры и патрубков отвода горячего теплоносителя, в том числе сглаживание и снижение градиента температур, возникающих в указанных элементах, и как следствие повышение срока их службы, а также всего ЯР.
Поставленные технические задачи решаются, а заявленный технический результат достигается тем, что ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем содержит корпус реактора с нижней камерой, активной зоной, горячей камерой, верхней камерой и теплообменниками, причем горячая камера размещена над активной зоной и содержит корпус горячей камеры по существу цилиндрической формы с патрубками отвода горячего теплоносителя, поступающего из активной зоны в теплообменники. Корпус горячей камеры содержит внутреннюю обечайку горячей камеры и по меньшей мере одну дополнительной обечайку горячей камеры, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке горячей камеры, контактирующую с внешней стороны с холодным теплоносителем и формирующей по меньшей мере один канал сообщающийся с холодным теплоносителем. При этом каждый патрубок содержит внутреннюю обечайку патрубка и по меньшей мере одну дополнительную обечайку патрубка, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке патрубка, контактирующую с внешнейстороны с холодным теплоносителем и формирующую по меньшей мере один канал сообщающийся с холодным теплоносителем. В указанные по меньшей мере один канал горячей камеры и по меньшей мере один канал патрубка холодный теплоноситель поступает с выхода теплообменников.
Описанная конструкция горячей зоны ЯР позволяет равномерно распределить температуру по корпусу горячей камеры и патрубку, а также снизить тепловую нагрузку на указанные элементы конструкции ЯР, что положительно сказывается на их надежности и сроке службы.
Возможны также частные варианты исполнения изобретения, в которых также решается поставленные задачи и достигается заявленный технический результат.
Так, для дополнительного обеспечения равномерного распределения температуры по корпусу горячей камеры и патрубку по меньшей мере в одной дополнительной обечайке горячей камеры и/или по меньшей мере в одной дополнительной обечайке патрубка выполняют сквозные отверстия. Указанные сквозные отверстия обеспечивают дополнительный проток теплоносителя в тех случаях, когда протяженность каналов, замыкающихся на камеры с холодным теплоносителем значительна и препятствует протоку теплоносителя в них. Проток теплоносителя необходим, в том числе, для поддержания необходимой концентрации растворенного в теплоносителе кислорода в каналах. Форма отверстий может быть произвольной и определяется только функциональным назначением этих отверстий. Требования к уровню концентрации кислорода определяются известными соотношениями.
Интенсивность потока теплоносителя, проходящего в зазорах между обечайками, регулируется, в том числе, шириной зазоров между обечайками и отверстиями в дополнительных обечайках. Указанная интенсивность подбирается таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение перепада температур между внутренней обечайкой и соответствующими дополнительными обечайками, предпочтительно по линейному закону.
Для обеспечения удобства и надежности сборки, компенсации температурных перемещений элементов, сопряжения пробки, внутренней обечайки горячей камеры и внутренней обечайки патрубка, а также для исключения попадания горячего теплоносителя в полости между дополнительными обечайками и/или внутренними обечайками и соответствующими дополнительными обечайками, в конструкции горячей камеры могут быть предусмотрены уплотнения с поршневыми кольцами. В частности, является предпочтительным, если между внутренней обечайкой горячей камеры и пробкой размещено по меньшей мере одно первое уплотняющее поршневое кольцо, между внутренней обечайкой горячей камеры и соседней с ней дополнительной обечайкой горячей камеры размещено по меньшей мере одно второе уплотняющее поршневое кольцо, и между внутренней обечайкой патрубка и соседней с ней дополнительной обечайкой патрубка размещено по меньшей мере одно третье уплотняющее поршневое кольцо.
Поршневые кольца предпочтительно изготавливают из высокопрочного и коррозионностойкого материала, например, серого чугуна с пластинчатым графитом, легированного хромом и кремнием.
В вертикальном направлении, выше активной зоны, горячая камера ограничена пробкой. Предпочтительная форма пробки - конусовидная трапеция, что позволяет сгладить направление потока горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны, и повернуть поток ориентировочно на 90°, чтобы облегчить его прохождение из горячей камеры в патрубок отвода горячего теплоносителя, что положительно сказывается на распределении тепловой нагрузки, приходящейся на компоненты горячей камеры. В частности, пробка может состоять по меньшей мере из двух дисковых элементов, установленных с зазором один над другим и выполненных из стали.
Далее возможные варианты осуществления изобретения более подробно раскрываются со ссылками на фигуры.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен 3-D вид реактора интегрального типа согласно изобретению.
На фиг. 2 представлен фрагмент А 3-D вида реактора.
На фиг. 3 приведен разрез 1-1 реактора интегрального типа согласно изобретению.
На фиг. 4 приведен разрез 2-2 реактора интегрального типа согласно изобретению.
На фиг. 5 приведена область патрубка отвода потока горячего теплоносителя в разрезе.
Ни фиг. 6 приведен вариант реализации отводя горячего теплоносителя только вверх.
Позициями на фигурах показаны:
1 - корпус реактора;
2 - нижняя камера;
3 - активная зона;
4 - горячая камера;
5 - верхняя камера;
6 - теплообменник (парогенератор);
7 - насос;
8 - канал подачи теплоносителя;
9 - патрубок;
10 - корпус горячей камеры;
11 - пробка;
12 - внутренняя обечайка горячей камеры;
13 - дополнительная обечайка горячей камеры;
14 - охлаждающий канал горячей камеры;
15 - внутренняя обечайка патрубка;
16 - дополнительная обечайка патрубка;
17 - охлаждающий канал патрубка;
18 - выход теплообменника;
19 - первое уплотняющее поршневое кольцо;
20 - третье уплотняющее поршневое кольцо;
21 - дисковый элемент пробки.
В общем случае ядерный реактор, упрощенно показанный на фиг. 3, включает корпус 1 реактора, в котором размещены нижняя камера 2, активная зона 3, горячая камера 4, верхняя камера 5 и теплообменники (парогенераторы) 6. Назначение каждого из указанных компонентов ЯР хорошо известно специалисту в данной области техники и не требует дополнительных пояснений, поэтому далее будут описаны только особенности исполнения отдельных компонентов ЯР, относящиеся к настоящему изобретению.
Стрелками на фигурах показаны направления потоков теплоносителя.
Холодный теплоноситель посредством насоса 7 подается в нижнюю камеру 2, откуда по каналам 8 подачи теплоносителя поступает на вход в активную зону 3. В активной зоне 3 теплоноситель нагревается и поступает в горячую камеру 4, размещенную над активной зоной 3, с температурой выхода из активной зоны. Далее горячий теплоноситель направляется в патрубки 9 отвода горячего теплоносителя, которые обеспечивают подачу потока горячего теплоносителя в теплообменники (парогенераторы) 6.
Горячая камера 4 (фиг. 2) содержит корпус 10 горячей камеры по существу цилиндрической формы с патрубками 9 отвода горячего теплоносителя, поступающего из активной зоны в теплообменники 6, и пробку 11.
Согласно изобретению, корпус 10 горячей камеры содержит внутреннюю обечайку 12 горячей камеры и по меньшей мере одну дополнительную обечайку 13 горячей камеры. Дополнительные обечайки 13 горячей камеры установлены с зазором снаружи от внутренней обечайки 12 горячей камеры и концентрично ей, таким образом формируя по меньшей мере один охлаждающий канал 14 горячей камеры.
Согласно изобретению, каждый патрубок 9 также содержит внутреннюю обечайку 15 патрубка и по меньшей мере одну дополнительную обечайку 16 патрубка, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке 15 патрубка и формирующую по меньшей мере один охлаждающий канал 17 патрубка.
Охлаждающие каналы 14 горячей камеры и охлаждающие каналы 17 патрубка сообщаются с выходами 18 (фиг.3) теплообменников для направления потока охлажденного теплоносителя в указанные охлаждающие каналы 14, 17.
На фиг. 3 показано, что после входа горячего теплоносителя в теплообменник 6 поток разделяется на две части: Первая часть потока горячего теплоносителя, движущаяся вверх, охлаждается теплоносителем второго контура и поступает в верхнюю камеру 5. Вторая часть потока горячего теплоносителя, движущаяся вниз, также охлаждается теплоносителем второго контура и поступает на выход 18 теплообменника, где разворачивается и движется в направлении вверх по охлаждающим каналам 14, 17.
Такое движение теплоносителя, включающее его прохождение по охлаждающим каналам 14, 17, способствует выравниванию температуры по поперечному сечению корпуса 10 горячей камеры и патрубка, снижению на них тепловой нагрузки и возникающих термических напряжений, что сказывается на надежности работы и сроке службы данных конструкционных элементов ЯР.
Величину зазоров между внутренними обечайками 12, 15 и соответствующими дополнительными обечайками 13, 16, а также между соответствующими дополнительными обечайками 13, 16 подбирают таким образом, чтобы в результате температурных расширений и перемещений элементов конструкции ЯР не возникало прямого контакта между указанными обечайками, т.е. чтобы в любом случае между указанными обечайками оставался гарантированный зазор для циркуляции теплоносителя в охлаждающих каналах 14, 17.
Расход теплоносителя, подаваемого в охлаждающие каналы 14, 17 рассчитывают таким образом, чтобы теплопередача вдоль охлаждающих каналов 14, 17 была существенно меньше теплопередачи между внутренними обечайками 12, 15 и соответствующими дополнительными обечайками 13, 16, а также между соответствующими дополнительными обечайками 13, 16.
Кроме того, согласно настоящему изобретению, по меньшей мере в одной дополнительной обечайке 13 горячей камеры и/или по меньшей мере в одной дополнительной обечайке 16 патрубка (Фиг. 5б, 5в) могут быть выполнены сквозные отверстия. Указанные сквозные отверстия обеспечивают проток горячего теплоносителя, как это показано стрелками на рисунках. Форма отверстий может быть произвольной и определяется только функциональным назначением этих отверстий. Интенсивность потока теплоносителя, проходящего по охлаждающим каналам 14, 17, регулируется, в том числе, и указанными сквозными отверстиями в дополнительных обечайках. Эта интенсивность подбирается таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение перепада температур между внутренней обечайкой 12, 15 и соответствующими дополнительными обечайками 13, 16, предпочтительно по линейному закону.
Для исключения возникновения больших напряжений при перемещениях конструкционных элементов ЯР в результате температурного расширения внутренние обечайки 12, 15 не имеют прочного соединения соответствующими ответными компонентами ЯР. При этом должны быть предусмотрены подвижные уплотнения, предпочтительным вариантом которых являются уплотнения типа поршневых колец.
Так, между внутренней обечайкой 12 горячей камеры и пробкой 11 может размещено по меньшей мере одно первое уплотняющее поршневое кольцо 19; между внутренней обечайкой 13 горячей камеры и соседней с ней дополнительной обечайкой горячей камеры может быть размещено по меньшей мере одно второе уплотняющее поршневое кольцо (на фигурах не показано); между внутренней обечайкой 16 патрубка и соседней с ней дополнительной обечайкой патрубка может быть размещено по меньшей мере одно третье уплотняющее поршневое кольцо 20.
Наиболее предпочтительным материалом указанных поршневых колец является высокопрочный и коррозионностойкий материал, в частности, серый чугун с пластинчатым графитом, легированный хромом и кремнием.
Пробка 11 ограничивает горячую камеру 4 в вертикальном направлении, выше активной зоны. Предпочтительной формой пробки 11 является конусовидная трапеция, что позволяет сгладить направление потока горячего теплоносителя, выходящего из активной зоны 3, и повернуть поток ориентировочно на 90°, чтобы облегчить его прохождение из горячей камеры 4 в патрубок 9 отвода горячего теплоносителя, что положительно сказывается на распределении тепловой нагрузки, приходящейся на компоненты горячей камеры 4. В частности, пробка 11 может состоять по меньшей мере из двух дисковых элементов 21, установленных с зазором один над другим и выполненных из стали.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет сократить объем и площадь поверхностей внутрикорпусных конструкционных элементов ядерного реактора, контактирующих с потоком горячего теплоносителя, обеспечить теплоизоляцию горячей камеры и благоприятный температурный режим для указанных элементов, обеспечить удобство сборки и контроль протечек теплоносителя в разъемных соединениях. Как следствие, перепады температур в указанных элементах ограничены величинами, при которых температурные напряжения не превышают предел текучести, снижается тепловая нагрузка на них, прежде всего на корпус горячей камеры и патрубки отвода горячего теплоносителя, повышается срок их службы.
Claims (13)
1. Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий корпус реактора с нижней камерой, активной зоной, горячей камерой, верхней камерой и теплообменниками,
причем горячая камера размещена над активной зоной и содержит корпус горячей камеры по существу цилиндрической формы с патрубками отвода горячего теплоносителя, поступающего из активной зоны в теплообменники, и пробку, а упомянутые патрубки омываются снаружи холодным теплоносителем с выхода теплообменников,
отличающийся тем, что
корпус горячей камеры содержит внутреннюю обечайку горячей камеры и по меньшей мере одну дополнительную обечайку горячей камеры, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке горячей камеры и формирующую по меньшей мере один канал горячей камеры,
каждый патрубок содержит внутреннюю обечайку патрубка и по меньшей мере одну дополнительную обечайку патрубка, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке патрубка и формирующую по меньшей мере один канал патрубка, и
по меньшей мере один канал горячей камеры и по меньшей мере один канал патрубка сообщаются с выходом теплообменников для направления потока холодного теплоносителя в указанные каналы.
2. Ядерный реактор по п. 1, в котором по меньшей мере в одной дополнительной обечайке горячей камеры и/или по меньшей мере в одной дополнительной обечайке патрубка выполнены сквозные отверстия.
3. Ядерный реактор по п. 1, в котором между внутренней обечайкой горячей камеры и пробкой размещено по меньшей мере одно первое уплотняющее поршневое кольцо,
между внутренней обечайкой горячей камеры и соседней с ней дополнительной обечайкой горячей камеры размещено по меньшей мере одно второе уплотняющее поршневое кольцо, и
между внутренней обечайкой патрубка и соседней с ней дополнительной обечайкой патрубка размещено по меньшей мере одно третье уплотняющее поршневое кольцо.
4. Ядерный реактор по п. 3, в котором указанные уплотняющие поршневые кольца и/или пробка выполнены из высокопрочного и коррозионно-стойкого материала.
5. Ядерный реактор по п. 4, в котором указанным материалом является серый чугун с пластинчатым графитом легированный хромом и кремнием.
6. Ядерный реактор по любому из предыдущих пунктов, в котором пробка содержит по меньшей мере два дисковых элемента.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106629A RU2756231C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем |
PCT/RU2021/000419 WO2022197205A1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-10-04 | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем |
US18/281,928 US20240153653A1 (en) | 2021-03-15 | 2021-10-04 | Nuclear reactor with a liquid metal coolant |
CN202180095690.1A CN117083682B (zh) | 2021-03-15 | 2021-10-04 | 具有液态金属冷却剂的核反应堆 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106629A RU2756231C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2756231C1 true RU2756231C1 (ru) | 2021-09-28 |
Family
ID=77999855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021106629A RU2756231C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240153653A1 (ru) |
CN (1) | CN117083682B (ru) |
RU (1) | RU2756231C1 (ru) |
WO (1) | WO2022197205A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798478C1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-06-23 | Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2034343C1 (ru) * | 1990-06-25 | 1995-04-30 | Репин Александр Ильич | Радиационно-тепловая защита ядерного реактора |
RU2153708C2 (ru) * | 1994-06-22 | 2000-07-27 | Фраматом | Ядерный реактор на быстрых нейтронах интегрального типа |
RU2331939C1 (ru) * | 2006-12-28 | 2008-08-20 | ФГУП Опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Тепловая защита корпуса ядерного реактора |
RU2408094C2 (ru) * | 2005-09-21 | 2010-12-27 | Ансальдо Нуклеаре С.П.А. | Ядерный реактор, в частности ядерный реактор с жидкометаллическим охлаждением |
RU2521863C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем (варианты) |
RU2545517C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2015-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода |
RU158303U1 (ru) * | 2014-02-07 | 2015-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Ядерная энергетическая установка |
EP3338283B1 (en) * | 2015-08-23 | 2020-10-07 | Copenhagen Atomics ApS | Method for operating a molten salt nuclear reactor |
WO2020214873A1 (en) * | 2019-04-19 | 2020-10-22 | BWXT Advanced Technologies LLC | Molten metal fuel buffer in fission reactor and method of manufacture |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE638823A (ru) * | 1962-10-17 | |||
US4762667A (en) * | 1982-12-20 | 1988-08-09 | Westinghouse Electric Corp. | Passive reactor auxiliary cooling system |
IT1289801B1 (it) * | 1996-12-24 | 1998-10-16 | Finmeccanica Spa | Reattore nucleare a circolazione naturale migliorata del fluido di raffreddamento. |
RU2188472C2 (ru) * | 2000-11-08 | 2002-08-27 | Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" | Способ передачи тепловой энергии источника рабочему телу энергетической установки посредством жидкометаллического теплоносителя |
CN103147120B (zh) * | 2013-04-01 | 2016-04-20 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种高温合金的定向凝固装置 |
RU2530984C1 (ru) * | 2013-08-01 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Охладитель расплава жидкометаллического теплоносителя |
RU2545098C1 (ru) * | 2014-01-31 | 2015-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Реакторная установка с реактором на быстрых нейтронах и свинцовым теплоносителем |
CN103914088B (zh) * | 2014-03-19 | 2016-01-13 | 中国科学院近代物理研究所 | 液态铅铋合金中氧含量控制装置及方法 |
CN206016995U (zh) * | 2016-08-18 | 2017-03-15 | 云南科威液态金属谷研发有限公司 | 采用液态金属散热的斯特林热机冷却器 |
CN106205749B (zh) * | 2016-08-29 | 2018-06-15 | 北京新核清能科技有限公司 | 核反应堆*** |
-
2021
- 2021-03-15 RU RU2021106629A patent/RU2756231C1/ru active
- 2021-10-04 CN CN202180095690.1A patent/CN117083682B/zh active Active
- 2021-10-04 WO PCT/RU2021/000419 patent/WO2022197205A1/ru active Application Filing
- 2021-10-04 US US18/281,928 patent/US20240153653A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2034343C1 (ru) * | 1990-06-25 | 1995-04-30 | Репин Александр Ильич | Радиационно-тепловая защита ядерного реактора |
RU2153708C2 (ru) * | 1994-06-22 | 2000-07-27 | Фраматом | Ядерный реактор на быстрых нейтронах интегрального типа |
RU2408094C2 (ru) * | 2005-09-21 | 2010-12-27 | Ансальдо Нуклеаре С.П.А. | Ядерный реактор, в частности ядерный реактор с жидкометаллическим охлаждением |
RU2331939C1 (ru) * | 2006-12-28 | 2008-08-20 | ФГУП Опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Тепловая защита корпуса ядерного реактора |
RU2521863C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем (варианты) |
RU2545517C1 (ru) * | 2013-11-12 | 2015-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, система для контроля термодинамической активности кислорода в таких реакторах и способ контроля термодинамической активности кислорода |
RU158303U1 (ru) * | 2014-02-07 | 2015-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Ядерная энергетическая установка |
EP3338283B1 (en) * | 2015-08-23 | 2020-10-07 | Copenhagen Atomics ApS | Method for operating a molten salt nuclear reactor |
WO2020214873A1 (en) * | 2019-04-19 | 2020-10-22 | BWXT Advanced Technologies LLC | Molten metal fuel buffer in fission reactor and method of manufacture |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798478C1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-06-23 | Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022197205A1 (ru) | 2022-09-22 |
US20240153653A1 (en) | 2024-05-09 |
CN117083682B (zh) | 2024-06-18 |
CN117083682A (zh) | 2023-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110178186A (zh) | 熔融燃料核反应堆的热管理 | |
US20150294745A1 (en) | Nuclear Reactor with Liquid Metal Coolant | |
JPS5916238B2 (ja) | 原子炉の緊急冷却装置 | |
KR20100016314A (ko) | 원자로 다운커머 유동 편향기 | |
CN104637553A (zh) | 流量分配装置及具有该装置的核反应堆组件 | |
US4001079A (en) | Thermal baffle for fast-breeder reacton | |
GB1563911A (en) | Nuclear core region fastener arrangement | |
RU2756231C1 (ru) | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем | |
US4101377A (en) | Fast neutron reactor | |
RU2545518C2 (ru) | Реактор с охлаждением водой под давлением | |
JPS5815754B2 (ja) | エキタイキンゾクレイキヤクゲンシロ | |
JP2023538046A (ja) | 原子炉用の熱交換器構成 | |
US3200045A (en) | Liquid cooled nuclear reactor with improved flow distribution means | |
EA042249B1 (ru) | Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем | |
US3544425A (en) | Gas cooled nuclear reactor | |
KR100647808B1 (ko) | 일체형 원자로 하향수로용 유동혼합헤더 | |
EP4060680A1 (en) | Nuclear reactor of integral type (embodiments) | |
US4585053A (en) | Heat exchanger for reactor core and the like | |
RU180819U1 (ru) | Космическая ядерная энергетическая установка | |
US7120219B2 (en) | Reactor pressure vessel | |
RU2798478C1 (ru) | Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем | |
WO2024144418A1 (ru) | Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем | |
Ventre | Nuclear reactor with integrated heat exchanger | |
EA041381B1 (ru) | Ядерный реактор интегрального типа (варианты) | |
CN116994778A (zh) | 一种新型液固偏滤器 |