ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ВОДО-ВОДЯНОЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к ядерной технике, а именно к водо-водяным ядерным реакторам интегрального типа.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является интегральный водо-водяной ядерный реактор, содержащий корпус с крышкой и компенсатор давления, состоящий из двух гидравлически соединенных между собой полостей, первая из которых расположена в верхней части корпуса и ограничена внутренней поверхностью крышки, а вторая полость образована внутренними стенками емкости, установленной на крышке ("Атомные стации малой мощности: новое направление развития энергетики" под ред. акад. РАН А.А. Саркисова. М.: Наука, 2011, стр. 257).
Недостатком известного ядерного реактора является высокое газонасыщение теплоносителя первого контура вследствие высокой температуры теплоносителя в компенсаторе давления. Этот газ попадает в основной тракт циркуляции теплоносителя и выделяется на участках, где температура теплоносителя и растворимость газа ниже, что может отрицательно отразиться на работоспособности активной зоны и насосов. Помимо этого за счет высокой температуры теплоносителя в объеме компенсатора давления увеличен эффект парообразования. Кроме того, из-за больших изменений плотности теплоносителя в процессе эксплуатации реактора приходится выполнять компенсатор давления весьма внушительных размеров (относительно размеров самого реактора), что увеличивает массо-габаритные характеристики не только компенсатора давления, но и самого реактора, и ведет к его удорожанию.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении надежности и безопасности реактора, а также - в снижении массо-габаритных характеристик реактора.
Техническим результатом настоящей полезной модели является снижение газонасыщения теплоносителя первого контура, а также уменьшение эффекта парообразования внутри вынесенной на крышку реактора полости компенсатора давления.
Указанный технический результат достигается тем, что интегральный водо-водяной ядерный реактор, содержащий корпус с крышкой и компенсатор давления, состоящий из двух гидравлически соединенных между собой полостей, первая из которых расположена в верхней части корпуса и ограничена внутренней поверхностью крышки, а вторая полость образована внутренними стенками емкости, установленной на крышке
согласно настоящей полезной модели упомянутая емкость снабжена кожухом, который установлен на ее внешней поверхности с зазором для циркуляции охлаждающей среды.
Кроме того, дно емкости и внутренняя поверхность крышки ядерного реактора снабжены теплоизоляцией.
Установленный с зазором вокруг емкости кожух, позволяет в упомянутом зазоре циркулировать охлаждающей жидкости, таким образом, снимая часть тепла от теплоносителя, поступающего в верхнюю полость компенсатора давления, в результате чего внутри емкости понижается температура, а, следовательно, уменьшается парообразование внутри нее и газонасыщение теплоносителя. Тепловая изоляция полостей компенсатора давления создает дополнительные условия для поддержания более низких температур в полости компенсатора давления, расположенной над крышкой ядерного реактора, чем в полости под крышкой ядерного реактора. Кроме того, снижение температуры теплоносителя первого контура приводит к уменьшению его объема и, следовательно, позволяет уменьшить массо-габаритные характеристики компенсатора давления, а вместе с ним - и реактора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез интегрального водо-водяного ядерного реактора.
Ядерный реактор содержит корпус 1, закрытый крышкой 2, и компенсатор давления. Компенсатор давления состоит из двух гидравлически соединенных между собой полостей: первая полость 3 расположена в верхней части корпуса 1 и ограничена внутренней поверхностью крышки 2, а вторая полость 4 представлена внутренними стенками емкости 5, установленной на крышке 2. В крышке 2 выполнено отверстие 6, которое сообщает полость 4 емкости 5 с полостью 3. Внешняя поверхность емкости 5 окружена с образованием зазора кожухом 7, в котором выполнены элементы подвода и отвода охлаждающей среды. Полученный зазор необходим для циркуляции охлаждающей среды, которая забирает часть тепла через стенки емкости от греющего теплоносителя первого контура ядерного реактора. Таким образом, емкость 5 в совокупности с кожухом 7 выполняет функцию теплообменника. Дно емкости 5 компенсатора давления и внутренняя поверхность крышки 2 ядерного реактора снабжены тепловой изоляцией 8, выполненной, например, из листов металлической фольги.
Ядерный реактор работает следующим образом.
Корпус 1 заполняют теплоносителем, в качестве которого используется вода, до уровня начальной заливки. После этого из ресиверных баллонов (на чертеже не показаны) подают газ, который создает начальное давление в первом контуре. Затем производят разогрев реактора. В результате повышения температуры увеличивается объем теплоносителя первого контура, который, заполнив всю полость 3 компенсатора давления, начинает поступать через отверстие 6 в полость 4 и выдавливать находящийся там газ в верхнюю часть емкости 5. В зависимости от уровня мощности и изменения температуры первого контура происходит массообмен теплоносителя между внутренним объемом реактора и емкостью 5. При этом уровень теплоносителя при работе реактора на энергетических режимах располагается внутри емкости 5.
Постоянно циркулирующая в зазоре охлаждающая среда отбирает тепло у теплоносителя, находящегося внутри емкости 5, который нагревается от поступающего из полости 3 в полость 4 теплоносителя с высокой температурой и соответствующей ей высокой величиной газонасыщения. В результате работы теплообменника понижается температура теплоносителя первого контура в полости 4, что влечет за собой снижение газонасыщения теплоносителя и снижение парообразования внутри полости 4. Поэтому газонасыщение теплоносителя, поступающего обратно в первый контур из емкости 5, находится на уровне, соответствующем низким значениям температуры внутри емкости 5. При этом уровень газонасыщения теплоносителя первого контура принимает такие же значения, при которых газ не влияет на теплообменные свойства воды, охлаждающей активную зону реактора. Если по каким-то причинам в теплоносителе первого контура появится избыток газа, то после его попадания через отверстие 6 в емкость 5, он будет выведен в газовую часть емкости 5 за счет снижения температуры воды. Теплоизоляция полостей компенсатора давления создает дополнительные условия для поддержания более низких температур в верхней полости компенсатора давления. Кроме того, снижение температуры теплоносителя первого контура приводит к уменьшению его объема и, следовательно, позволяет уменьшить массо-габаритные характеристики компенсатора давления, а вместе с ним - и реактора.
Таким образом, охлаждение емкости 5 компенсатора давления и дополнительное применение теплоизоляции 8 направлено на уменьшение газонасыщения теплоносителя первого контура и на уменьшение эффекта парообразования внутри емкости 5, что положительным образом сказывается на безопасности работы ядерного реактора в различных режимах.