ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, В ЧАСТНОСТИ КОМПАКТНЫЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
NUCLEAR REACTOR, IN PARTICULAR COMPACT NUCLEAR REACTOR WITH LIQUID METAL COOLING

Настоящее изобретение относится к ядерному реактору, в частности, к компактному ядерному реактору с жидкометаллическим охлаждением, оснащенному одним или несколькими первичными теплообменниками.
В частности, настоящее изобретение относится к реактору, где первичные теплообменники, в которых тепло, создаваемое в активной зоне, передается от первичной текучей среды (жидкого металла) к вторичной текучей среде (воде), установлены внутри главного корпуса реактора, в котором также расположена активная зона, а именно в пространстве, которое, совместно с компонентами реактора, находящимися внутри него, именуется «первичной системой». Гидравлическая разделяющая конструкция, вмещающая активную зону, ограничивает внутри пространство, именуемое горячим коллектором, а снаружи - пространство, именуемое холодным коллектором.
Уровень техники
В заявке на патент Италии № MI 2005A001752 и № MI 2007A001685 раскрыт реактор такого типа, причем по существу цилиндрическая разделяющая конструкция ограничивает центральный горячий коллектор и кольцевой холодный коллектор, который окружает указанный горячий коллектор; причем холодный коллектор вмещает в себя множество интегрированных теплообменных узлов, каждый из которых содержит насос и один или два теплообменника; причем каждый интегрированный узел имеет впускное отверстие, соединенное с горячим коллектором через специально предусмотренные каналы для первичной текучей среды.
Однако, такие технические решения, как и другие, в общем схожие и имеющие теплообменники другой конфигурации, не лишены недостатков, а именно, с точки зрения размеров, в частности, из-за сложности системы каналов для первичной текучей среды и неэффективного использования пространств. Узлы насос/теплообменник должны располагаться за пределами разделяющей конструкции между горячим коллектором и холодным коллектором, но указанная конструкция имеет относительно большой диаметр, поскольку она вмещает в себя активную зону и обычно экранирующие элементы конструкции для защиты от нейтронов. Таким образом, узлы насос/теплообменник установлены по периферии относительно центра реактора, с последовательным увеличением диаметра корпуса реактора, который вмещает в себя все компоненты первичной системы.
В технических решениях, известных из документов US 2013/266111, ЕР 0308691 и JPH 06174871, успешно используется разделяющая конструкция, имеющая меньший диаметр в верхней части и больший диаметр в нижней части. В данных технических решениях, охлаждающая текучая среда, выходящая из активной зоны, поднимается внутри разделяющей конструкции до ее верхней кромки, где направление указанной текучей среды меняется на обратное для подачи сверху вниз в теплообменные узлы. Тем не менее, эти технические решения также имеют недостатки, например, конструкционную сложность зоны изменения направления текучей среды на обратное, а также риск вовлечения газовой подушки, которая, в случае когда охлаждающая текучая среда представляет собой жидкий металл, может вызвать внезапный положительный ввод реактивности в активную зону.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить ядерный реактор, в частности, ядерный реактор с жидкометаллическим охлаждением, который позволит устранить указанные выше недостатки известных технических решений и имеет как конструкционные преимущества, так и преимущества с точки зрения безопасности.
Таким образом, настоящее изобретение относится к ядерному реактору, в частности, к ядерному реактору с жидкометаллическим охлаждением, признаки которого изложены в пункте 1 формулы изобретения, причем его дополнительные признаки и конфигурации раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Краткое описание чертежей
Далее приведено описание неограничительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 схематично в продольном разрезе показан ядерный реактор согласно настоящему изобретению, с множеством насосов и теплообменников.
На фиг. 2 схематично, частично в поперечном разрезе показан реактор с фиг. 1 в плоскости II-II.
На фиг. 3 частично на виде сверху показан реактор с фиг. 1.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-3 показан ядерный реактор 1, содержащий главный корпус 2 реактора, покрытый крышей 3 и вмещающий внутри себя активную зону 4 и гидравлическую разделяющую конструкцию 5, имеющую по существу форму амфоры и ограничивающую горячий коллектор 6 и холодный коллектор 7, в котором циркулирует первичная охлаждающая текучая среда 8 активной зоны 4. Холодный коллектор 7 задан областью 9, заключенной между корпусом 2 реактора и разделяющей конструкцией 5 и, соответственно, расположенной вокруг горячего коллектора 6.
Корпус 2 реактора вмещает в себя насосы 10 и теплообменники 11, через которые протекает первичная текучая среда 8 и которые передают энергию, создаваемую в активной зоне 4, к вторичной текучей среде, циркулирующей во внешнем вторичном контуре (известном из уровня техники и не показанном на чертежах). Предпочтительно, первичная текучая среда 8 представляет собой жидкий металл и, в частности, тяжелый жидкий металл, например, свинец или легкоплавкий свинцово-висмутовый сплав, а вторичная текучая среда представляет собой воду (которая испаряется во время теплообмена с первичной текучей средой), и, соответственно, теплообменники 11 представляют собой парогенераторы. Газовая подушка присутствует над первичной текучей средой 8 в корпусе 2 реактора.
Внутри указанной разделяющей конструкции 5 расположены различные вспомогательные устройства, в том числе опорные конструкции для контрольно-измерительной аппаратуры и управляющих стержней, не описанных здесь для упрощения, поскольку они известны из уровня техники и не связаны с настоящим изобретением.
Разделяющая конструкция 5 содержит решетку 12 известной конфигурации, поддерживающую тепловыделяющие элементы 13, нижний элемент 14 для гидравлической изоляции активной зоны 4, имеющий подходящую форму и начинающийся на конкретном радиальном расстоянии от активной части активной зоны реактора, для уменьшения повреждения конструкции из-за воздействия нейтронов до приемлемых граничных значений, и соединительный элемент 15, имеющий различные возможные формы, например, коническую или пластинчатую форму, между нижним элементом 14 и верхним элементом 16.
В данном техническом решении, функцию защиты от нейтронов выполняет жидкий металл, расположенный между элементом 14 и наружным кольцом тепловыделяющих элементов 13, а кольца из экранирующих элементов, обычно расположенные в известных технических решениях между активной зоной и разделяющей конструкцией, уменьшены в количестве или полностью исключены.
Элемент 16 снаружи имеет по существу цилиндрическую форму и переменную толщину, причем внутренний профиль сформирован так, чтобы вмещать и радиально ограничивать оставшиеся экранирующие элементы, или, в случае их полного отсутствия, наружное кольцо тепловыделяющих элементов в их неактивной верхней части 17. Это приводит к тому, что элемент 16 имеет меньшую радиальную протяженность по сравнению с элементом 14.
Теплообменники И полностью расположены в пределах холодного коллектора 7 и по окружности распределены вокруг цилиндрической верхней части 16 разделяющей конструкции 5. Каждый узел 21 насос/теплообменник взаимодействует с соединительным элементом 15, причем между соединительным элементом 15 и цилиндрическими элементами 19, выполненными за одно целое с теплообменниками 11, предусмотрены подходящие уплотнительные устройства 18 (известные из уровня техники и не показанные для упрощения), ограничивающие каналы 20, которые обеспечивают подачу в узлы 21 насос/теплообменник горячей первичной текучей среды 8, выходящей из активной зоны. В результате, пространство внутри элемента 16 является по существу неподвижным, без риска создания текучей средой вибраций для контрольно-измерительного оборудования активной зоны и управляющих систем, находящихся внутри нее.
За исключением участка, перфорированного для зацепления с цилиндрическими элементами 19, элемент 14 и элемент 15 могут быть осесимметричными или, как показано на фиг. 1-2, предпочтительно имеют участки 22, более вытянутые в радиальном направлении рядом с каналами 20, и участки 23, менее вытянутые в радиальном направлении, для обеспечения более широких пространств 24 для холодного коллектора 7 между указанными участками 23 и корпусом 2 реактора для установки других компонентов, в общем, обозначенных как 25а, 25b и 25с, например, теплообменников откачных систем остаточной мощности, и компонентов систем продувки и предварительного нагревания для жидкого металла, которые не показаны, поскольку они являются известными и не образуют часть настоящего изобретения. В соединительном элементе 15, указанные более вытянутые в радиальном направлении участки 22 могут быть видны на виде сверху (фиг. 2) в виде выступов, по окружности распределенных на предварительно заданном расстоянии друг от друга.
Разделяющая конструкция 5 может быть соответствующим образом закреплена согласно известным техническим решениям в нижней части корпуса реактора или в верхней части крыши реактора.
На фиг. 1 и 3 показано техническое решение, где разделяющая конструкция 5 закреплена на крыше 3 реактора с помощью оболочки 26. Узлы насос/теплообменник также опираются на оболочку 26. Дополнительная оболочка 27 покрывает горячий коллектор 6 и является съемной для осуществления операций по замене топлива.
Преимущества настоящего изобретения явно следуют из нижеследующего описания:
- первичный контур реактора представляет собой компактную систему;
- количество колец экранирующих элементов разделяющей конструкции 5 уменьшено или они полностью исключены, что обеспечивает экономию и повышает механическую прочность радиальных ограничителей активной зоны,
- исключение колец экранирующих элементов уменьшает количество компонентов, подлежащих замене, что упрощает выполнение операций по техническому обслуживанию и снижает время простоя реактора;
- радиальное расположение теплообменников не ограничивается максимальным размером разделяющей конструкции 5, а только ее элементом 16, который имеет меньший диаметр;
- подача текучей среды в теплообменники не требует наличия канала, отклоняющегося радиально от разделяющей конструкции, и не осуществляется сверху элемента 16, как происходит в известных технических решениях, а осуществляется вертикально через уплотнительное устройство 18 между цилиндрическим элементом 19 канала 20, который питает узел 21 насос/теплообменник, и соединительным элементом 15;
- форма с выступами нижнего элемента 14 и соединительного элемента 15 разделяющей конструкции 5 обеспечивает широкие свободные пространства 24 между менее вытянутыми в радиальном направлении участками 23 нижнего элемента и соединительного элемента 15 относительно корпуса 2 реактора для установки большего количества вспомогательных компонентов 25 реактора;
- форма с выступами нижнего элемента 14 и соединительного элемента 15 разделяющей конструкции 5, а также соответствующая форма с выступами оболочки 26 обеспечивает возможность размещения разделяющей конструкции 5 без снятия вспомогательных компонентов 25 реактора.
И наконец, следует понимать, что в отношении реактора, раскрытого и проиллюстрированного в настоящем описании, могут быть предусмотрены многочисленные модификации и вариации, не выходящие за пределы объема защиты, заданного прилагаемой формулой.