Система охлаждения активной зоны и отражателя ядерного реактора бассейного типа
Владельцы патента RU 2501103:
Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля" (RU)
Изобретение относится к ядерным реакторам бассейнового типа. Система охлаждения активной зоны и отражателя реактора содержит активную зону и отражатель, расположенные в заполненном теплоносителем бассейне реактора. Активная зона и отражатель размещены в корпусе, выполненном в виде короба с двумя обечайками и нижней опорной решеткой с отверстиями. Активная зона расположена во внутренней обечайке корпуса, а отражатель расположен во внешней обечайке. Высоту внутренней обечайки выбирают из условия обеспечения такого расхода теплоносителя за счет естественной циркуляции, при котором обеспечивается расхолаживание активной зоны без превышения допустимых значений температур оболочек тепловыделяющих элементов. Технический результат - обеспечение расхолаживания активной зоны и отражателя в аварийных ситуациях. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к ядерным реакторам бассейнового типа, а именно к устройствам для охлаждения активной зоны и отражателя с организацией естественной циркуляции теплоносителя.
Из уровня техники известен ядерный реактор исследовательского типа, описанный в а.с. СССР №764533 и являющийся наиболее близким аналогом заявленного изобретения. Реактор содержит заполненный теплоносителем (деминерализованной водой) бассейн, в котором расположена активная зона, окруженная отражателем. Охлаждение активной зоны реактора осуществляется принудительной циркуляцией воды бассейна реактора, причем вода проходит через активную зону в направлении сверху вниз.
Основным недостатком известного реактора является то, что для обеспечения аварийного расхолаживания активной зоны на естественной циркуляции требуется открытие клапана естественной циркуляции. Хотя открытие клапана осуществляется за счет пассивного действия (перепада давления на клапане), возможен его отказ, и соответственно отказ расхолаживания на естественной циркуляции, и как следствие возможно превышение предельных температур оболочек твэлов.
Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения, является обеспечение расхолаживания активной зоны и отражателя в аварийных ситуациях за счет естественной циркуляции, обеспечиваемой конструктивными особенностями активной зоны.
Указанный технический результат достигается за счет того, что активная зона и отражатель размещены в корпусе, выполненном в виде короба с двумя концентричными обечайками и нижней опорной решеткой с отверстиями, причем активная зона расположена во внутренней обечайке корпуса, а отражатель расположен во внешней обечайке. Высоту внутренней обечайки выбирают из условия обеспечения такого расхода теплоносителя за счет естественной циркуляции, при котором обеспечивается расхолаживание активной зоны без превышения допустимых значений температур оболочек тепловыделяющих элементов.
Во внешней обечайке могут быть размещены вертикальные каналы ядерного легирования кремния, при этом высота внутренней обечайки должна быть больше высоты каналов ядерного легирования кремния.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вертикальный разрез корпуса, в котором расположены активная зона и отражатель, а на фиг.2 - горизонтальный разрез корпуса.
В бассейне с теплоносителем (деминерализованной водой) расположена активная зона 1, окруженная отражателем 2. Активная зона 1 с отражателем 2 размещены в корпусе, который предназначен для направления и организации потоков теплоносителя для охлаждения активной зоны 1 и отражателя 2. Корпус представляет собой короб с двумя концентричными прямоугольными обечайками и нижней опорной решеткой 3 с отверстиями под хвостовики изделий активной зоны.
Во внутренней обечайке 4 на опорной решетке 3 размещают тепловыделяющие сборки (ТВС) 6, содержащие тепловыделяющие элементы, и рабочие органы системы управления и защиты (РО СУЗ) 7, а также сменные блоки для бериллиевого отражателя 2. Во внешней обечайке 5 на опорной решетке 3 устанавливают бериллиевые блоки отражателя 2. Во внешней обечайке 5 также могут быть расположены вертикальные каналы 8 ядерного легирования кремния (ЯЖ). Корпус размещен в верхней части бассейна, а нижняя часть бассейна является задерживающей емкостью 9.
Внутренняя обечайка 4 корпуса служит подъемным участком для охлаждения активной зоны 1, внешняя обечайка 5 корпуса служит опускным участком для охлаждения отражателя 2. Высота внутренней обечайки 4 корпуса определяется высотой тягового участка, необходимой для создания естественной циркуляции теплоносителя при аварийных ситуациях. Высота тягового участка выбирается из условия обеспечения такого расхода теплоносителя за счет естественной циркуляции, при котором обеспечивается расхолаживание активной зоны без превышения допустимых значений температур оболочек тепловыделяющих элементов. Эта высота может быть определена при заданных предельных значениях температуры теплоносителя на подъемном и опускном участках контура естественной циркуляции. При наличии во внешней обечайке 5 каналов 8 ЯЛК высота внутренней обечайки 4 также должна обеспечивать исключение падение слитка кремния на ТВС 6 при перегрузочных операциях со слитками. Падение слитка кремния на ТВС 6, размещенные во внутренней обечайке 4 корпуса, может произойти при подъеме слитка из канала 8 ЯЛК, если внутренняя обечайка будет ниже, чем канал ЯЛК.
Охлаждение активной зоны 1 и отражателя 2 реактора при нормальных условиях эксплуатации производится за счет принудительной циркуляции воды бассейна через активную зону 1 сверху вниз.
При развитии естественной циркуляции за счет разной плотности теплоносителя в активной зоне (внутренняя обечайка 4) и внешней обечайке 5 происходит изменение направления расхода в активной зоне 1, и дальнейшее расхолаживание реактора обеспечивается за счет естественной циркуляции теплоносителя. Нагретый в активной зоне 1 теплоноситель поднимается по тяговому участку внутренней обечайки 4 корпуса и поступает во внешнюю обечайку 5 корпуса, где он смешивается с холодной массой теплоносителя. Охлажденный теплоноситель поступает в задерживающую емкость 9 и далее - опять в активную зону 1 реактора. Внутренняя обечайка 4 выше канала 8 ЯЛК, за счет чего предотвращается падение слитка кремния на ТВС 6, размещенные во внутренней обечайке 4, при перегрузочных операциях со слитками. Кроме того, высота обечайки определяется высотой тягового участка, необходимой для создания естественной циркуляции при аварийных ситуациях.
1. Система охлаждения активной зоны и отражателя реактора бассейнового типа, содержащая расположенные в заполненном теплоносителем бассейне реактора активную зону и окружающий ее отражатель, отличающаяся тем, что активная зона и отражатель размещены в корпусе, выполненном в виде короба с внешней и внутренней обечайками и нижней опорной решеткой с отверстиями, причем активная зона расположена во внутренней обечайке корпуса, а отражатель расположен во внешней обечайке, при этом высоту внутренней обечайки выбирают из условия обеспечения такого расхода теплоносителя за счет естественной циркуляции, при котором обеспечивается расхолаживание активной зоны без превышения допустимых значений температур оболочек тепловыделяющих элементов.
2. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что во внешней обечайке размещены вертикальные каналы ядерного легирования кремния, при этом высота внутренней обечайки больше высоты каналов ядерного легирования кремния.
