ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Устройство предназначено для использования в ядерной технике в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.
В ядерных энергетических установках с щелочными жидкометаллическими теплоносителями (например натрий и его сплавы) обычно применяют системы аварийного расхолаживания с газовыми теплоносителями (характерны низкие коэффициенты теплоотдачи) или промежуточными щелочными жидкометаллическими теплоносителями (необходимы дополнительные контура теплообмена или повышена опасность возгорания при разгерметизации контура расхолаживания и контакте с атмосферой или водой), а так же требуется предусматривать системы для запуска и останова аварийного расхолаживания и исключения замораживания теплоносителя реактора.
В ядерных энергетических установках с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями (например свинец и его сплавы) обычно применяют системы аварийного расхолаживания с водяным теплоносителем (характерны высокое давление и при разгерметизации контра расхолаживания и контакте с теплоносителем реактора возможны тепловые взрывы и замораживание теплоносителя) или газовыми теплоносителями (характерны низкие коэффициенты теплоотдачи), а так же требуется предусматривать системы для запуска и останова и исключения замораживания теплоносителя реактора.
Известно Устройство для воздушного охлаждения системы пассивного отвода тепла из защитной оболочки атомной электростанции (Ru, 2450375 от 09.03.2011, G21C 9/00, G21C 15/18), содержащее концентрично установленный на наружной стенке защитной оболочки горообразный воздушный коллектор с радиально расположенными на куполе защитной оболочки воздухопроводами, покрытыми кровлей, и теплообменники, один из которых установлен внутри защитной оболочки, а другой - снаружи на куполе между воздуховодами и кровлей, соединенные между собой подающим и отводящим трубопроводами. При этом под входным воздушным участком наружного теплообменника на верхней поверхности горообразного воздушного коллектора выполнено отверстие для забора воздуха. А на кровле над выходным воздушным участком наружного теплообменника укреплена вытяжная труба.
Недостатками данного устройства является применения в системе аварийного расхолаживания механических узлов, а так же исключение переохлаждения и замерзания жидкометаллического теплоносителя, и протекания активных химических реакций при контакте теплоносителя контура аварийного расхолаживания с теплоносителем реактора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ядерная энергетическая установка (Ru, 24748 от 11.02.2002, G21C 9/00) содержащая реактор со свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции, системой защитного газа, теплообменниками системы расхолаживания, отличающаяся тем, что теплообменник системы расхолаживания выполнен в виде канала, образованного двумя соосными трубами, наружная из которых заглушена снизу на концевом участке, канал заглублен под свободный уровень теплоносителя, на входном участке канала установлено устройство ввода капель жидкости в поток воздуха, соединенное через арматуру с расположенной выше устройства водяной емкостью, входной и выходной концы канала сообщены с атмосферой.
Недостатком данного технического решения является применения в системе аварийного расхолаживания арматуры и других механических и движущихся узлов, а так же ограничение по времени работы системы за счет расхода воды из бака запаса, а так же отсутствие самозащиты от переохлаждения и замерзания жидкометаллического теплоносителя.
Технической задачей является создание системы аварийного охлаждения ядерной энергетической установки, представляющей собой сифоны с ртутным теплоносителем.
Техническим результатом решения поставленной задачи является надежное и полностью автономное охлаждение реакторной установки без применения в системе аварийного расхолаживания механических и движущихся узлов, а так же исключение переохлаждения и замерзания жидкометаллического теплоносителя, и протекания активных химических реакций при контакте теплоносителя контура аварийного расхолаживания с теплоносителем реактора.
Технический результат достигается тем, что в известной Ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, теплообменниками, средствами циркуляции, теплообменниками системы аварийного расхолаживания, теплообменник системы расхолаживания выполнен в виде термосифона с ртутным теплоносителем, участок кипения которого расположен ниже свободного уровня теплоносителя реактора, а участок конденсации выведен за пределы реактора выше уровня теплоносителя реактора, причем свободный объем термосифона с ртутным теплоносителем заполнен инертным неконденсирующимся газом с давлением, равным давлению насыщения ртути при температуре, которая равна температуре теплоносителя, установленной для срабатывания системы аварийного расхолаживания.
Верхняя часть термосифона с ртутным теплоносителем снабжена емкостью с объемом большим или равным объему всего находящегося в термосифоне инертного неконденсирующегося газа при давлении равном давлению в термосифоне и температуре системы аварийного расхолаживания.
На фиг. изображена Ядерная энергетическая установка.
Ядерная энергетическая установка содержит реактор 1 с жидкометаллическим теплоносителем (щелочные металлы, тяжелые металлы), с размещенными под свободным уровнем 2 теплоносителя активной зоной 3, теплообменниками 4, средствами циркуляции 5, теплообменниками системы аварийного расхолаживания 6, которые представляет собой термосифоны с ртутным теплоносителем с участком кипения 10 расположенным ниже свободного уровня 2 теплоносителя реактора 1 и участком конденсации 11, выведенным за пределы реактора 1 выше уровня 2 теплоносителя.
Свободный объем 7 термосифона 6 с ртутным теплоносителем заполнен инертным неконденсирующимся газом с давлением, равным давлению насыщения ртути при температуре, которая равна температуре теплоносителя, установленной для срабатывания системы аварийного расхолаживания.
В верхней части термосифона 6 с ртутным теплоносителем предусмотрена емкость 8 с объемом большим или равным объему всего находящегося в термосифоне инертного неконденсирующегося газа. Установка работает следующим образом.
При достижении температуры теплоносителя реактора 1 установленной для срабатывания системы аварийного расхолаживания начинается кипение ртутного теплоносителя в термосифонах 6, который поступает по термосифонам 6 за пределы реактора 1, конденсируется в участке конденсации 11, отдавая энергию в системе отвода тепла 9 окружающей среде и возвращается в участок кипения 10, чем обеспечивается отвод тепла от реакторной установки 1. Дальнейшее увеличение температуры теплоносителя в реакторе 1 приводит увеличению давления в термосифонах 6 и, соответственно, сжатию и вытеснению тяжелыми парами ртути инертного неконденсирующегося газа в емкость 8, расположенную в верхней части зоны конденсации 11 термосифона, чем обеспечивается интенсификация теплообмена при конденсации ртути.
При понижении температуры теплоносителя реактора 1 ниже установленной для срабатывания системы аварийного расхолаживания, кипение ртути в термосифонах 6 прекращается, расхолаживание останавливается.
Ртутный теплоноситель системы аварийного расхолаживания не вступает в активные химические реакций с щелочными и тяжелыми металлами, применяемыми в реакторах с жидкометаллическими теплоносителями, имеет широкий температурный диапазон жидкой фазы, что позволяет применять предлагаемое решение во всех существующих и перспективных установках с жидкометаллическим теплоносителем, а так же осуществлять отвод тепла от контура аварийного расхолаживания непосредственно в атмосферу в широком диапазоне климатических условий без опасности его замораживания.
Таким образом, предлагаемое решение позволяет обеспечить надежное и полностью автономное охлаждение реакторной установки без применения в системе аварийного расхолаживания механических и движущихся узлов, а так же исключить переохлаждение и замерзание жидкометаллического теплоносителя и исключить протекание активных химических реакций при контакте теплоносителя контура аварийного расхолаживания с теплоносителем реактора.