Космическая ядерная энергетическая установка

Полезная модель относится к области ядерной техники, в частности к космическим ядерным энергетическим установкам, предназначенным для использования в качестве источников электрической энергии космических аппаратов.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к полезной модели является космическая ядерная энергетическая установка, которая содержит ядерный реактор с активной зоной, заключенной в обечайку и установленной с образованием кольцевого зазора относительно корпуса реактора, снабженная разделительной обечайкой, установленной в упомянутом зазоре с его делением на два кольцевых канала (патент РФ №2562237 МПК G21D 5/00, опуб. 11.08.2015).
В известной космической ядерной энергетической установке между корпусом реактора и обечайкой активной зоны установлена разделительная обечайка, необходимая для создания дополнительной области между корпусом реактора и указанной разделительной обечайкой, служащая для охлаждения упомянутого корпуса.
Недостатком указанной конструкции является большой поток тепла от контура охлаждения активной зоны к контуру охлаждения корпуса, вследствие чего эффективность охлаждения корпуса реактора оказывается очень низкой, и в случае использования высокотемпературного газоохлаждаемого реактора толщина стенок корпуса реактора должна быть достаточно большой для работы в условиях высоких температурных нагрузок, что негативно сказывается на массогабаритных характеристиках корпуса.
Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является низкая эффективность охлаждения корпуса ядерного реактора космической ядерной энергетической установки и ее недостаточная надежность.
Техническим результатом настоящей полезной модели является снижение теплового потока через стенку внутреннего корпуса от контура охлаждения реактора к контуру охлаждения корпуса, а также уменьшение тепловых зазоров, необходимых для компенсации различного изменения размеров при нагреве у корпуса реактора и обечайки.
Указанный технический результат достигается тем, что космическая ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с активной зоной, заключенной в обечайку и установленной с образованием кольцевого зазора относительно корпуса реактора, сборную камеру теплоносителя над активной зоной, раздающую камеру теплоносителя под активной зоной, патрубки подвода теплоносителя в нижней части ядерного реактора, патрубки отвода теплоносителя, сообщенные с раздающей камерой, и контур охлаждения ядерного реактора
согласно настоящей полезной модели реактор снабжен дополнительной обечайкой, установленной в зазоре между корпусом реактора и обечайкой активной зоны с его делением на два кольцевых канала, соединенных со сборной камерой теплоносителя, и дополнительными элементами входа теплоносителя в нижней части корпуса реактора, при этом патрубки подвода сообщены с кольцевым каналом между дополнительной обечайкой корпуса и обечайкой активной зоны, а дополнительные элементы входа - с кольцевым каналом между корпусом реактора и дополнительной обечайкой, причем указанная разделительная обечайка выполнена из высокопрочного материала, обладающего низкой теплопроводностью.
Кроме того, для компенсации различного изменения размеров при нагреве у корпуса реактора и дополнительной обечайки ядерный реактор может быть дополнительно снабжен устройством компенсации разности температурных расширений.
Снижение теплового потока через стенку дополнительной обечайки корпуса от контура охлаждения реактора к контуру охлаждения корпуса позволяет снизить толщину стенок корпуса реактора, что положительно сказывается на массогабаритных характеристиках реакторной установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан корпус реактора с установленными внутренними элементами, а на фиг. 2 показана схема крепления дополнительной обечайки к корпусу реактора и система компенсации разности температурных расширений.
Схема течения теплоносителя внутри корпуса реактора следующая. Теплоноситель контура охлаждения активной зоны поступает на вход корпуса реактора через входные патрубки 1. Далее теплоноситель по кольцевому каналу, образованному обечайкой активной зоны 2 и дополнительной обечайкой корпуса 3, проходит в сборную камеру 4, откуда поступает на вход в активную зону 5, и, пройдя через внутренний блок радиационной защиты 6, поступает в раздаточную камеру 7, и выходит из корпуса через выходные патрубки 8, объединенные со входом теплоносителя контура охлаждения корпуса. Теплоноситель охлаждения корпуса, поступает через выходные патрубки корпуса в кольцевой зазор, образованный корпусом реактора 9 и дополнительной обечайкой корпуса 3, далее через отверстия 10 проходит через узел крепления дополнительной обечайки корпуса в области расположения входных патрубков 1, в которых расположены устройства компенсации разности температурных расширений корпуса реактора 9 и дополнительной обечайки корпуса 3. После чего теплоноситель контура охлаждения корпуса проходит по кольцевому каналу, охлаждая корпус, и далее проходит в сборную камеру 4, где смешивается с теплоносителем контура охлаждения корпуса.
Система, предназначенная для компенсации разности температурных расширений корпуса реактора и дополнительной обечайки корпуса вследствие большого различия коэффициентов температурного расширения материалов устроена следующим образом. Дополнительная обечайка корпуса 3 крепится к корпусу реактора 9 при помощи болтового соединения 11 с прокладкой 12. Для изоляции теплоносителя контура охлаждения корпуса от теплоносителя контура охлаждения активной зоны в области размещения патрубков входа дополнительная обечайка корпуса снабжена патрубками 13, расположенными внутри патрубков корпуса 1 и дополнительными кольцами из стали 14, изготовленными по действительному внутреннему диаметру патрубка и установленными с минимально возможным зазором с ним, и кольцами 15, зафиксированными на патрубке дополнительной обечайки корпуса гайкой 16. Таким образом, при нагреве корпуса реактора, он увеличивается как в длину, так и в диаметральном направлении значительно больше дополнительной обечайки корпуса, и корпус имеет возможность смещаться относительно дополнительной обечайки корпуса благодаря прокладке 12, выполненной из материала, позволяющего обеспечить герметичность и возможность взаимного перемещения корпуса и дополнительной обечайки. При удалении патрубка корпуса от оси реактора на большее расстояние, чем патрубка дополнительной обечайки происходит взаимное смещение колец 14 и 15, за счет чего происходит смещение осей указанных патрубков, но сохраняется рабочая разность давлений между контурами. Для минимизации перетечек через устройство компенсации разности температурных расширений, на патрубке дополнительной обечайки установлено несколько пар колец 14 и 15 таким образом, что они выполняют роль лабиринтного уплотнения между контурами.