Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах, использующий соединение пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами и системы преобразования мощности
Изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, используемому в бассейновом жидкометаллическом реакторе. Теплообменник с вытравленными каналами включает сердцевину, образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой. Сердцевина имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, расположенную напротив верхней поверхности, первую боковую поверхность, простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и вторую боковую поверхность, расположенную напротив первой боковой поверхности. Пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами включает в себя: множество каналов первого контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов первого контура простирается от впускного отверстия первого контура, образованного в первой боковой поверхности, к выпускному отверстию первого контура, образованному во второй боковой поверхности, и множество каналов второго контура, образованных в сердцевине. Причем каждый из каналов второго контура простирается между по меньшей мере некоторыми из каналов первого контура от впускного отверстия второго контура, образованного в верхней поверхности, к выпускному отверстию второго контура, образованному в верхней поверхности. Техническим результатом является повышение ядерной безопасности бассейнового ядерного реактора за счет повышения эффективности охлаждения реактора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет согласно статье 35 U.S.C. §119(e) по предварительной заявке США №. 62/566980, поданной 2 октября 2017 г., и предварительной заявке США №. 62/568486, поданной 5 октября 2017 г., содержания которых включены в данный документ по ссылке.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к бассейновым жидкометаллическим реакторам на быстрых нейтронах а, более конкретно, к бассейновым жидкометаллическим реакторам на быстрых нейтронах, использующим пластинчатые теплообменники с вытравленными каналами. Настоящее изобретение также относится к пластинчатым теплообменникам с вытравленными каналами для использования в бассейновых жидкометаллических реакторах на быстрых нейтронах.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время конструкции жидкометаллических реакторов, таких как, без ограничения, охлаждаемый свинцом реактор на быстрых нейтронах, предлагали использование парогенераторов со спиральной трубой или парогенераторов байонетного типа. Размер этих типов парогенераторов требует, чтобы корпус реактора, который размещает их, имел довольно большой диаметр, значительно увеличивая запас теплоносителя первого контура ядерного реактора. Кроме того, необходимость во внутреннем «горячем участке» в традиционной конструкции также увеличивает вес корпуса. Для охлаждаемого свинцом реактора это значительное увеличение запаса теплоносителя приводит к значительному весу, который должен сейсмически поддерживаться для защиты элементов установки, важных для ядерной безопасности. Кроме того, традиционные парогенераторы используют большое число труб с относительно большим диаметром для образования поверхности теплообмена. Эти трубы вносят риск, связанный с ситуацией создания повышенного давления в системе охлаждения реактора (RCS), что требует либо наличия защитной оболочки, либо фильтрации большого объема, а также со случайной критической ситуацией, возникающей в результате разрыва одной или более из этих труб. Обычно предполагается, что пар или другая текучая среда второго контура может перемещаться в активную зону после разрыва трубы, обеспечивая резкий сдвиг в замедлении и поглощении нейтронов и, затем, образуя локальную критическую ситуацию. Величина соответствующей ситуации будет достаточной для приведения к значительному повреждению ядерного топлива. Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных охлаждающих устройствах для реакторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения используют преимущество собственных характеристик теплообменника с микроканалами, такого как пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами (PCHE), для значительного уменьшения размера бассейнового жидкометаллического реактора на быстрых нейтронах. Такие варианты осуществления обеспечивают это при эффективном исключении единственного источника повышения давления системы охлаждения реактора и основного источника случайной критической ситуации, которая обычно связана с этим типом реактора.
Варианты осуществления изобретения включают в себя размещение множества пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами, так чтобы образовать канал между выпускной камерой над активной зоной реактора и впускным отверстием в насосы подачи теплоносителя первого контура. Теплоноситель с более высокой температурой проходит через теплообменник радиально в кольцевую камеру, которая поддерживает подачу теплоносителя в насосы подачи теплоносителя реактора.
В качестве одного аспекта изобретения пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами содержит сердцевину, образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой, причем сердцевина имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, расположенную напротив верхней поверхности, первую боковую поверхность, простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и вторую боковую поверхность, расположенную напротив первой боковой поверхности, множество каналов первого контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов первого контура простирается от впускного отверстия первого контура, образованного в первой боковой поверхности, к выпускному отверстию первого контура, образованному во второй боковой поверхности, и множество каналов второго контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов второго контура простирается между по меньшей мере некоторыми из каналов первого контура от впускного отверстия второго контура, образованного в верхней поверхности, к выпускному отверстию второго контура, образованному в верхней поверхности.
Пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами может дополнительно содержать: впускную камеру, образующую первое пространство в ней, причем первое пространство находится в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура, и выпускную камеру, образующую второе пространство в ней, причем второе пространство находится в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура.
Впускная камера может содержать основное впускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с подающим коллектором, и выпускная камера может содержать основное выпускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с обратным коллектором.
Каналы второго контура являются полукруглыми в поперечном сечении.
В качестве другого аспекта изобретения бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах содержит: корпус, нижнюю камеру, образованную в корпусе, активную зону реактора, расположенную в корпусе над нижней камерой, верхнюю камеру, образованную в корпусе над активной зоной реактора, некоторое число впускных камер насосов подачи теплоносителя, образованных в корпусе, некоторое число насосов подачи теплоносителя, причем каждый насос подачи теплоносителя выполнен с возможностью перемещения текучей среды из одной из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя в нижнюю камеру, и некоторое число пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами, причем каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами расположен между верхней камерой и одной из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя. Каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами содержит: сердцевину, образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой, причем сердцевина имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, расположенную напротив верхней поверхности, первую боковую поверхность, простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и вторую боковую поверхность, расположенную напротив первой боковой поверхности, множество каналов первого контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов первого контура простирается от впускного отверстия первого контура, образованного в первой боковой поверхности, к выпускному отверстию первого контура, образованному во второй боковой поверхности, причем каждое впускное отверстие первого контура находится в непосредственном гидравлическом сообщении с верхней камерой, и причем каждое выпускное отверстие первого контура находится в непосредственном гидравлическом сообщении с впускной камерой одного насоса подачи теплоносителя из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя, и множество каналов второго контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов второго контура простирается между по меньшей мере некоторыми из каналов первого контура от впускного отверстия второго контура, образованного в верхней поверхности, к выпускному отверстию второго контура, образованному в верхней поверхности.
Реактор может дополнительно содержать: впускную камеру, образующую первое пространство в ней, причем первое пространство находится в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура, и выпускную камеру, образующую второе пространство в ней, причем второе пространство находится в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура.
Корпус может вмещать объем теплоносителя первого контура, причем объем теплоносителя первого контура имеет максимальный уровень в корпусе, и, причем впускная камера и выпускная камера расположены над максимальным уровнем.
Корпус может содержать верхнюю крышку, и впускная камера и выпускная камера расположены над верхней крышкой.
Впускная камера может содержать основное впускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с подающим коллектором, и выпускная камера может содержать основное выпускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с обратным коллектором.
Каналы второго контура могут быть полукруглыми в поперечном сечение.
Упомянутое некоторое число пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами может содержать множество теплообменников, причем упомянутое некоторое число впускных камер насосов подачи теплоносителя может содержать множество впускных камер насосов подачи теплоносителя, упомянутое некоторое число насосов подачи теплоносителя может содержать множество насосов подачи теплоносителя, множество пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами и множество насосов подачи теплоносителя могут быть расположены парами в кольцевом зазоре над активной зоной реактора и снаружи активной зоны реактора.
Упомянутое множество пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами может содержать шесть пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами, а упомянутое множество насосов подачи теплоносителя может содержать шесть насосов подачи теплоносителя.
Каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами может образовывать по меньшей мере участок перегородки, отделяющей верхнюю камеру от впускной камеры соответствующего насоса подачи теплоносителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полное понимание изобретение может быть получено из нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления при изучении совместно с сопроводительными чертежами, на которых:
фиг.1 представляет собой схематичный вид в изометрии реактора в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 представляет собой схематичный вид сверху реактора с фиг.1, изображенного с прозрачной крышкой реактора для демонстрации подробностей расположения элементов в корпусе реактора;
фиг.3 представляет собой другой схематичный вид в изометрии реактора на фиг.1, изображенного с прозрачными крышкой реактора, корпусом реактора и участками других элементов для демонстрации подробностей внутренних элементов реактора;
фиг.4 представляет собой схематичный вид в разрезе реактора, такого как показанный на фиг.1, с изображенным потоком теплоносителя первого контура;
фиг.5 представляет собой схематичный вид сверху реактора, такого как показанный на фиг.1, с изображенным потоком теплоносителя первого контура;
фиг.6 представляет собой схематичный вертикальный вид пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, показывающий поток теплоносителя первого контура через него; и
фиг.7 представляет собой схематичный вид пластинчатого теплообменника с вытравленными каналами на фиг.6, показывающий поток теплоносителя второго контура через него.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны примеры изобретения. Однако изобретение может быть воплощено во многих разных вариантах и не должно истолковываться как ограниченное примерами, описанными в данном документе. Предпочтительно, эти примеры описаны таким образом, что это раскрытие будет исчерпывающим и полным, и будут полностью передавать объем изобретения специалистам в данной области техники. Подобные ссылочные позиции относятся к подобным элементам в описании.
Как использовано в данном документе термин «число» должен использоваться для ссылки на любое ненулевое число, т.е., один или число, большее одного (т.е., множество).
Пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами (PCHE) состоит из пакета химически вытравленных пластин, которые соединены вместе посредством диффузионной сварки, так что дискретные микроканалы образованы для каждой из рабочих текучих сред, между которыми должен осуществляться теплообмен. Такая конструкция обеспечивает наличие относительно большой площади теплообмена в небольшом объеме. В одном варианте осуществления настоящего изобретения при использовании PCHE вместо теплообменника со спирально навитой трубой диаметр реактора уменьшен от около 11,5 м до около 8 м, а соответствующий объем требуемого теплоносителя уменьшен приблизительно до 50% от его исходного объема. В качестве примера охлаждаемого свинцом реактора общий вес теплоносителя будет уменьшен приблизительно от 7500000 кг до 3500000 кг, соответственно, уменьшая затраты на сейсмически пригодные конструкции, необходимые для поддержания этого веса. Такое уменьшение массы теплоносителя также упрощает проблемы, связанные с химическим контролем и коррозионной защитой.
Отступая от конструкции известного PCHE, в настоящем изобретении микроканалы второго контура обычно имеют u-образную форму, обеспечивая закрепление как питающих, так и возвратных коллекторов для текучей среды второго контура на одной стороне PCHE. Эта конструкция обеспечивает расположение PCHE в бассейновом реакторе, так что питающие и возвратные коллекторы и присоединенный трубопровод остаются по меньшей мере над уровнем теплоносителя первого контура и предпочтительно над крышкой корпуса реактора. Учитывая, что предполагаемое место разрыва питающих и возвратных коллекторов и подающего трубопровода не будет приводить к прохождению текучей среды второго контура в теплоноситель первого контура реактора, сопутствующий риск, связанный с возникновением критической ситуации, существенно уменьшен или исключен за счет этой конструкции. Кроме того, это в основном исключает только источник создания повышенного давления в системе охлаждения реактора (RCS), исключая требования по защитной оболочке для поддержания давления или фильтрующим вентиляционным каналам большого объема.
Другой модификацией по сравнению с традиционным PCHE является использование больших каналов для теплоносителя первого контура реактора. Эта «гибридная» конструкция оптимизирует размер и форму канала потока для каждой рабочей текучей среды, учитывая ее характеристику теплообмена, а также работу термогидравлики и предотвращение забивания.
Схематичный вид в изометрии реактора 10 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения изображен на фиг.1. Реактор 10 включает в себя наружный корпус 12 и крышку 14. Реактор 10 дополнительно включает в себя некоторое число пластинчатых теплообменников 16 с вытравленными каналами (PCHEs) и некоторое число насосов 18 подачи теплоносителя первого контура, причем каждый показан частично простирающимся наружу от крышки 14. В примере осуществления, описанном в данном документе, использовано расположение шести PCHEs и шести насосов 18 подачи теплоносителя первого контура. Как показано на фиг.2, PCHEs 16 и насосы 18 подачи теплоносителя расположены парами в кольцевом зазоре снаружи активной зоны 20 реактора. Кроме того, в проиллюстрированном примере осуществления каждый насос 18 спарен с PCHE 16. Такое спаривание достигнуто за счет использования радиальных перегородок 22, которые образуют канал потока, который является индивидуальным для каждой пары. Включение индивидуального канала потока обеспечивает снятие одного или множества PCHE(s) 16 и соответствующих насосов 18 с эксплуатации при продолжении работы установки. Оператор может выбирать снятие PCHE 16 с эксплуатации для технического обслуживания/ремонта или для регулировки уровня выходной мощности для последующих манипуляций нагрузки. Следует понимать, что множество альтернативных количеств и/или расположений насосов 18 и PCHEs 16 может быть использовано без отхода от объема настоящего изобретения.
Фиг.1-3 показывают схематичные виды реактора 10 и внутренней компоновки реактора для одного примера осуществления изобретения. На этих фигурах опорные конструкции для насосов 18 подачи теплоносителя и PCHEs 16 показаны прозрачными для обеспечения лучшего понимания физических характеристик оборудования и его положения в корпусе 12 реактора. Фиг.2 представляет собой вид сверху реактора 10, на котором лучше всего проиллюстрирована гексагональная форма активной зоны 20 реактора. На этом виде предполагается, что активная зона 20 реактора состоит из множества гексагональных тепловыделяющих элементов и отражателей нейтронов, так что общая форма самой активной зоны 20 реактора является гексагональной. Это одно из многих возможных расположений, которые могут быть предложены для реактора на быстрых нейтронах. В этом случае конструкция из шести пар насосов 18 и PCHEs 16 работает хорошо с предполагаемой гексагональной формой активной зоны 20 реактора.
На фиг.2 также лучше всего показаны радиальные перегородки 22, которые образуют отдельные каналы потока для каждой пары насоса 18 и PCHE 16. Можно видеть, что радиальные перегородки 22 разделяют каждую пару PCHEs 16 и каждую пару насосов 18 подачи теплоносителя.
Фиг.3 представляет собой вид в изометрии элементов, которые размещены в реакторе 10 и поддерживаются внутренними конструкциями реактора (показаны прозрачными). В изображенном примере осуществления предполагается, что каждый насос 16 является лопастным насосом осевого типа, который использует цилиндрическую перегородку 24, которая выполнена как одно целое с внутренней опорной конструкцией 26 реактора. Этот тип насоса обеспечивает расположение электродвигателя 28 каждого насоса 16 над свободной поверхностью теплоносителя реактора и в этом случае над 12 и, таким образом, на наружной стороне самого реактора 10, таким образом, при удалении из высокотемпературной среды. Следует понимать, что другие расположения насосов могут использоваться без отхода от объема настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет собой схематичный вертикальный вид предпочтительного варианта осуществления изобретения. На этом чертеже сплошные (нагретый теплоноситель) и пунктирные (охлажденный теплоноситель) стрелки используются для иллюстрации потока теплоносителя первого контура и второго контура и его относительная температура. Обозначая теплоноситель первого контура, выходящий из активной зоны 20 реактора, как имеющий температуру Thot, и теплоноситель первого контура, выходящий из PCHE 16, как Tcold, первый контур реактора может быть описан следующим образом. Теплоноситель первого контура поступает в насосы 18 подачи теплоносителя первого контура при Tcold. Теплоноситель P первого контура подается под давлением насосом 18, когда он поступает в нижнюю камеру 30 смешения. Затем, теплоноситель проходит через каналы тепловыделяющих сборок и нагревается до Thot в результате ядерной реакции деления в активной зоне 20 реактора и выпускается в верхнюю камеру 32. Из верхней камеры 32 теплоноситель первого контура течет радиально (т.е., наружу от продольной оси 34 на фиг.4) через микроканалы PCHE 16 обратно в приемную камеру 36 насоса подачи теплоносителя реактора. При прохождении через PCHE 16 теплоноситель P первого контура передает свое тепло текучей среде S второго контура и таким образом возвращается к Tcold. В результате такой теплопередачи текучая среда S второго контура нагревается и затем используется в системе преобразования энергии (не показана) для выработки электричества за счет турбогенератора.
Фиг.5 представляет собой двухмерный схематичный вид сверху реактора 10. На этом виде показано одно возможное расположение, в котором шесть PCHEs 16 соединены с одним подающим коллектором 40 и одним возвратным коллектором 42 (расположенным непосредственно под подающим коллектором 40). На нем также показаны каналы потока теплоносителя P первого контура на виде сверху, используя сплошные (нагретый теплоноситель) и пунктирные (охлажденный теплоноситель) стрелки для обозначения относительной температуры.
В изображенном примере осуществления подающий и возвратный коллекторы 40, 42 PCHE расположены на наружной стороне реактора 10 также над свободной поверхностью 44 теплоносителя P первого контура (также следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения также обеспечивают расположение подающего и возвратного коллекторов снаружи защитной оболочки ядерного реактора первого контура). В этом расположении предполагаемый разрыв или подающего или возвратного коллектора или подающего и возвратного трубопровода для отдельного PCHE 16 не будет повышать давление реактора 10 или вносить текучую среду S второго контура в теплоноситель P первого контура. Только микроканалы 46 (фиг.7) PCHE 10 погружены под свободной поверхностью 44 в теплоноситель P первого контура, таким образом, значительно уменьшая риск, связанный со случайной критической ситуацией, в результате предполагаемого разрыва системы второго контура реактора.
Как показано на фиг.4, показан ожидаемый относительный уровень 44 свободной поверхности теплоносителя P первого контура. При работе насосы 18 подачи теплоносителя первого контура будут повышать уровень 44 свободной поверхности теплоносителя P первого контура в выпускной камере 32 активной зоны, обеспечивая необходимое выталкивание приемной головкой теплоносителя P первого контура через микроканалы 48 первого контура (фиг.6) PCHE 16.
Фи.6 и 7 представляют собой схематичный вертикальный вид PCHE 16 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, показывающий схематичный вид потока теплоносителя P первого контура через него (фиг.6) и схематичный вид потока текучей среды S второго контура через него (фиг.7). PCHE 16 включает в себя сердцевину 50, образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой. Сердцевина 50 включает в себя верхнюю поверхность 52, нижнюю поверхность 54, расположенную напротив верхней поверхности 52, первую боковую поверхность 56, простирающуюся между верхней поверхностью 52 и нижней поверхностью 54, и вторую боковую поверхность 58, расположенную напротив первой боковой поверхности 56.
Как показано на фиг.6, PCHE 16 дополнительно включает в себя множество каналов 48 (пять показаны на фиг.6) первого контура, образованных в сердцевине 50. Каждый из каналов 48 первого контура простирается от впускного отверстия 62 первого контура, образованного в первой боковой поверхности 56, к выпускному отверстию 64 первого контура, образованному во второй боковой поверхности 58. Каждый из каналов 48 первого контура может принимать многие разные формы или виды без отхода от объема настоящего изобретения. Например, каналы первого контура могут быть образованы посредством механической обработки, листовой штамповки или любого другого пригодного способа без отхода от объема настоящего изобретения.
Как показано на фиг.7, PCHE 16 дополнительно включает в себя множество каналов 46 второго контура (только один показан в проиллюстрированном примере), образованных в сердцевине 50, причем каждый из каналов 46 второго контура простирается между по меньшей мере некоторыми из каналов 48 первого контура от впускного отверстия 72 второго контура, образованного в верхней поверхности 52 сердцевины 50, к выпускному отверстию 74 второго контура, образованному в верхней поверхности 52 сердцевины 50. Каждый из каналов 46 второго контура может быть образован при помощи травления. Соответственно, каналы 46 второго контура обычно имеют полукруглое, круглое или овальное поперечное сечение. Однако следует понимать, что каналы 46 второго контура могут иметь другие формы поперечного сечения без отхода от объема настоящего изобретения.
Как показано на фиг.6 и 7, PCHE 16 дополнительно включает в себя впускную камеру 80, которая образует первое пространство 82 в ней, которое находится в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями 72 второго контура, и выпускную камеру 84, которая образует второе пространство 86 в ней, которое находится в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями 74 второго контура. Впускная камера 80 включает в себя основное впускное отверстие 90, которое выполнено гидравлически соединяемым с подающим коллектором, и выпускная камера 84 включает в себя основное выпускное отверстие 92, которое выполнено гидравлически соединяемым с обратным коллектором.
Хотя показана обычно прямая или U-образная форма, следует понимать, что форма каналов 48 первого контура и каналов 46 второго контура может изменяться без отхода от объема настоящего изобретения. Также следует понимать, что каналы 48 первого контура и каналы 46 второго контура обычно могут быть расположены в соответствии с различными видами потока, например, без ограничения, параллельными, встречными, поперечными или их сочетанием без отхода от объема настоящего изобретения.
На основании вышеприведенных примеров следует понимать, что схема расположения в реакторе приводит к компактной конструкции, которая уменьшает размер реактора, требуемое количество теплоносителя и соответствующее уменьшение веса и трудности химического контроля, связанного с обоими. Микроканалы, используемые во втором контуре каждого PCHE, исключают риск, связанный с критической ситуацией, возникающей в результате разрыва трубы, обычно связанного с традиционными парогенераторами. Микроканалы, используемые во втором контуре каждого PCHE, исключают риск, связанный с критической ситуацией, возникающей в результате разрыва трубы, обычно связанного с традиционными парогенераторами. Микроканалы, используемые во втором контуре PCHE, исключают риск источника создания большого давления в защитной капсуле реактора, исключая необходимость в защитной оболочке высокого давления или фильтрации большого объема. Микроканалы, используемые в первом контуре PCHE, имеют размер, отличный от размера микроканалов во втором контуре. Это оптимизирует работу и удовлетворяет проектным требованиям, отличающимся для каждого теплоносителя. Модификациями известного PCHE, который обеспечивает устранение риска критичности, являются введение u-образных микроканалов для текучей среды второго контура, соединение камер подачи и возврата текучей среды второго контура с одной стороной, при этом подающий и возвратный коллекторы второго контура остаются над уровнем теплоносителя первого контура (и снаружи реактора и/или снаружи защитной оболочки первого контура ядерного реактора). Схема расположения обеспечивает размещение устройств управления реактивностью, таких как управляющие стержни, непосредственно над активной зоной реактора. Схема расположения способствует естественной циркуляции теплоносителя первого контура в случае, когда питание не подается на насосы подачи теплоносителя первого контура. Схема расположение уменьшает коррозионный риск для корпуса реактора, поскольку тепло, добавленное к теплоносителю активной зоны реактора, удаляется до его контакта с оболочкой корпуса реактора. Схема расположения уменьшает коррозионный риск для крыльчатки насоса подачи теплоносителя реактора, так как температура теплоносителя первого контура уменьшена PCHE перед его входом в камеру насоса подачи теплоносителя первого контура. Увеличенная длина области камеры увеличивает массу над свободной поверхностью, которая уменьшает плавучесть PCHE в свинце.
Хотя конкретные варианты осуществления были описаны подробно, специалисты в области техники должны понимать, что возможны различные модификации и альтернативы в соответствии с общими идеями настоящего раскрытия. Соответственно, подразумевается, что раскрытые конкретные схемы расположения являются только иллюстративными и не ограничивают объем изобретения, который должен определяться прилагаемой формулой изобретения и всеми ее эквивалентами.
1. Пластинчатый теплообменник (16) с вытравленными каналами, используемый с бассейновым жидкометаллическим реактором (10) на быстрых нейтронах, содержащим корпус (12), причем корпус содержит верхнюю крышку (14) и теплоноситель (P) первого контура, причем теплоноситель первого контура имеет максимальный уровень (44) в корпусе, а пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами содержит:
сердцевину (50), образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой, причем сердцевина имеет верхнюю поверхность (52), нижнюю поверхность (54), расположенную напротив верхней поверхности, первую боковую поверхность (56), простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и вторую боковую поверхность (58), расположенную напротив первой боковой поверхности;
множество каналов (48) первого контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов первого контура простирается от впускного отверстия (62) первого контура, образованного в первой боковой поверхности, к выпускному отверстию (64) первого контура, образованному во второй боковой поверхности;
множество каналов (46) второго контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов второго контура простирается поперечно по меньшей мере некоторым из каналов первого контура от впускного отверстия (72) второго контура, образованного в верхней поверхности, к выпускному отверстию (74) второго контура, образованному в верхней поверхности,
впускную камеру (80) в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура, причем впускная камера простирается от верхней поверхности и через верхнюю крышку, и причем впускная камера содержит основное впускное отверстие (90), выполненное гидравлически соединяемым с подающим коллектором в положении над максимальным уровнем теплоносителя первого контура; и
выпускную камеру (84) в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура, причем выпускная камера простирается от верхней поверхности и через верхнюю крышку, и причем выпускная камера содержит основное выпускное отверстие (92), выполненное гидравлически соединяемым с обратным коллектором в положении над максимальным уровнем теплоносителя первого контура;
причем пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами выполнен частично погружаемым ниже максимального уровня теплоносителя первого контура.
2. Пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами по п.1, причем:
впускная камера (80) образует первое пространство (82) в ней, причем первое пространство находится в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура; и
выпускная камера (84) образует второе пространство (86) в ней, причем второе пространство находится в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура.
3. Пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами по п.1, причем каналы второго контура являются полукруглыми в поперечном сечении.
4. Бассейновый жидкометаллический реактор (10) на быстрых нейтронах, содержащий:
корпус (12), содержащий верхнюю крышку, причем корпус вмещает объем теплоносителя первого контура, и причем объем теплоносителя первого контура имеет максимальный уровень в корпусе;
нижнюю камеру (30), образованную в корпусе;
активную зону (20) реактора, расположенную в корпусе над нижней камерой;
верхнюю камеру (32), образованную в корпусе над активной зоной реактора;
некоторое число впускных камер (36) насосов подачи теплоносителя, образованных в корпусе;
некоторое число насосов (18) подачи теплоносителя, причем каждый насос подачи теплоносителя выполнен с возможностью перемещения текучей среды из одной из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя в нижнюю камеру; и
некоторое число пластинчатых теплообменников (16) с вытравленными каналами, частично погруженных ниже максимального уровня теплоносителя первого контура, причем каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами расположен между верхней камерой и одной из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя, причем каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами содержит:
сердцевину (50), образованную из пакета пластин, соединенных вместе диффузионной сваркой, причем сердцевина имеет: верхнюю поверхность (52), нижнюю поверхность (54), расположенную напротив верхней поверхности, первую боковую поверхность (56), простирающуюся между верхней поверхностью и нижней поверхностью, и вторую боковую поверхность (58), расположенную напротив первой боковой поверхности;
множество каналов (48) первого контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов первого контура простирается от впускного отверстия (62) первого контура, образованного в первой боковой поверхности, к выпускному отверстию (64) первого контура, образованному во второй боковой поверхности, причем каждое впускное отверстие первого контура находится в непосредственном гидравлическом сообщении с верхней камерой, и причем каждое выпускное отверстие первого контура находится в непосредственном гидравлическом сообщении с впускной камерой одного насоса подачи теплоносителя из упомянутого некоторого числа впускных камер насосов подачи теплоносителя; и
множество каналов (46) второго контура, образованных в сердцевине, причем каждый из каналов второго контура простирается поперечно по меньшей мере некоторым из каналов первого контура от впускного отверстия (72) второго контура, образованного в верхней поверхности, к выпускному отверстию (74) второго контура, образованному в верхней поверхности;
впускную камеру в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура, причем впускная камера простирается от верхней поверхности и через верхнюю крышку, и причем впускная камера содержит основное впускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с подающим коллектором в положении над максимальным уровнем теплоносителя первого контура; и
выпускную камеру в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура, причем выпускная камера простирается от верхней поверхности и через верхнюю крышку, и причем выпускная камера содержит основное выпускное отверстие, выполненное гидравлически соединяемым с обратным коллектором в положении над максимальным уровнем теплоносителя первого контура.
5. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем:
впускная камера (80) образует первое пространство (82) в ней, причем первое пространство находится в гидравлическом сообщении с впускными отверстиями второго контура; и
выпускная камера (84) образует второе пространство (86) в ней, причем второе пространство находится в гидравлическом сообщении с выпускными отверстиями второго контура.
6. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем впускная камера и выпускная камера расположены над максимальным уровнем.
7. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем впускная камера и выпускная камера расположены над верхней крышкой.
8. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем каналы второго контура являются полукруглыми в поперечном сечение.
9. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем упомянутое некоторое число пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами содержит множество теплообменников, причем упомянутое некоторое число впускных камер насосов подачи теплоносителя содержит множество впускных камер насосов подачи теплоносителя, причем упомянутое некоторое число насосов подачи теплоносителя содержит множество насосов подачи теплоносителя, и причем упомянутое множество пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами и упомянутое множество насосов подачи теплоносителя расположены парами в кольцевом зазоре над активной зоной реактора и снаружи активной зоны реактора.
10. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем упомянутое некоторое число пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами содержит шесть пластинчатых теплообменников с вытравленными каналами, и причем упомянутое некоторое число насосов подачи теплоносителя содержит шесть насосов подачи теплоносителя.
11. Бассейновый жидкометаллический реактор на быстрых нейтронах по п.4, причем каждый пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами образует по меньшей мере участок перегородки, отделяющей верхнюю камеру от впускной камеры соответствующего насоса подачи теплоносителя.
