RU140349U1

RU140349U1 - INTEGRAL WATER-WATER NUCLEAR REACTOR

Info

Publication number: RU140349U1
Application number: RU2013155829/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Гольцов; Георгий Иванович Гречко; Владимир Олегович Козлов; Иван Вячеславович Новичков; Владимир Леонидович Павлов
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-05-10

Abstract

1. Интегральный водо-водяной ядерный реактор, содержащий корпус с крышкой и компенсатор давления, состоящий из двух гидравлически соединённых между собой полостей, первая из которых расположена в верхней части корпуса и ограничена внутренней поверхностью крышки, а вторая полость образована внутренними стенками ёмкости, установленной на крышке, отличающийся тем, что упомянутая емкость снабжена кожухом, который установлен на ее внешней поверхности с зазором для циркуляции охлаждающей среды.2. Ядерный реактор по п.1, отличающийся тем, что дно емкости компенсатора давления и внутренняя поверхность крышки ядерного реактора снабжены теплоизоляцией.1. Integral water-moderated nuclear reactor containing a vessel with a lid and a pressure compensator, consisting of two hydraulically connected cavities, the first of which is located in the upper part of the vessel and is limited by the inner surface of the lid, and the second cavity is formed by the inner walls of the container installed on a cover, characterized in that said container is provided with a casing, which is installed on its outer surface with a gap for circulation of the cooling medium. The nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the bottom of the pressure compensator vessel and the inner surface of the lid of the nuclear reactor are provided with thermal insulation.

Description

Полезная модель относится к ядерной технике, а именно к водо-водяным ядерным реакторам интегрального типа.The utility model relates to nuclear engineering, namely to integral type water-cooled nuclear reactors.

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).Closest to the claimed utility model is an integrated water-to-water nuclear reactor comprising a housing with a lid and a pressure compensator consisting of two cavities hydraulically interconnected, the first of which is located in the upper part of the housing and is limited by the inner surface of the lid, and the second cavity is formed by internal the walls of the tank mounted on the lid ("Nuclear power plants of low power: a new direction of energy development" under the editorship of academician of the RAS A. A. Sarkisov. M: Nauka, 2011, p. 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.A disadvantage of the known nuclear reactor is the high gas saturation of the primary coolant due to the high temperature of the coolant in the pressure compensator. This gas enters the main path of the coolant circulation and is released in areas where the coolant temperature and gas solubility are lower, which may adversely affect the operability of the core and pumps. In addition, due to the high temperature of the coolant in the volume of the pressure compensator, the effect of vaporization is increased. In addition, due to large changes in the density of the coolant during operation of the reactor, it is necessary to carry out a pressure compensator of a very impressive size (relative to the size of the reactor itself), which increases the mass-dimensional characteristics of not only the pressure compensator, but also the reactor itself, and leads to its cost increase.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении надежности и безопасности реактора, а также - в снижении массо-габаритных характеристик реактора.The task to which the proposed utility model is directed is to increase the reliability and safety of the reactor, as well as to reduce the mass-dimensional characteristics of the reactor.

Техническим результатом настоящей полезной модели является снижение газонасыщения теплоносителя первого контура, а также уменьшение эффекта парообразования внутри вынесенной на крышку реактора полости компенсатора давления.The technical result of this utility model is to reduce the gas saturation of the primary coolant, as well as to reduce the effect of vaporization inside the cavity of the pressure compensator placed on the reactor cover.

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 крышкеThe specified technical result is achieved in that an integrated water-to-water nuclear reactor comprising a body with a cover and a pressure compensator consisting of two cavities hydraulically interconnected, the first of which is located in the upper part of the body and is limited by the inner surface of the cover, and the second cavity is formed by internal the walls of the tank mounted on the lid

согласно настоящей полезной модели упомянутая емкость снабжена кожухом, который установлен на ее внешней поверхности с зазором для циркуляции охлаждающей среды.according to the present utility model, said container is provided with a casing which is mounted on its outer surface with a gap for circulating the cooling medium.

Кроме того, дно емкости и внутренняя поверхность крышки ядерного реактора снабжены теплоизоляцией.In addition, the bottom of the tank and the inner surface of the lid of a nuclear reactor are provided with thermal insulation.

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.A casing installed with a gap around the tank allows coolant to circulate in the said gap, thus removing some of the heat from the coolant entering the upper cavity of the pressure compensator, as a result of which the temperature inside the tank decreases, and, therefore, the vaporization inside it and the gas saturation of the coolant are reduced . The thermal insulation of the cavities of the pressure compensator creates additional conditions for maintaining lower temperatures in the cavity of the pressure compensator located above the cover of the nuclear reactor than in the cavity under the cover of the nuclear reactor. In addition, lowering the temperature of the primary coolant leads to a decrease in its volume and, therefore, allows to reduce the mass-dimensional characteristics of the pressure compensator, and with it the reactor.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез интегрального водо-водяного ядерного реактора.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an integrated pressurized water nuclear reactor.

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.The nuclear reactor includes a housing 1, closed by a cover 2, and a pressure compensator. The pressure compensator consists of two cavities hydraulically interconnected: the first cavity 3 is located in the upper part of the housing 1 and is limited by the inner surface of the cover 2, and the second cavity 4 is represented by the inner walls of the container 5 mounted on the cover 2. An opening 6 is made in the cover 2, which informs the cavity 4 of the tank 5 with the cavity 3. The outer surface of the tank 5 is surrounded with a gap by a casing 7, in which the elements for supplying and removing the cooling medium are made. The resulting gap is necessary for the circulation of the cooling medium, which takes part of the heat through the walls of the tank from the heating coolant of the primary circuit of the nuclear reactor. Thus, the tank 5 in conjunction with the casing 7 performs the function of a heat exchanger. The bottom of the vessel 5 of the pressure compensator and the inner surface of the cover 2 of the nuclear reactor are provided with thermal insulation 8, made, for example, from sheets of metal foil.

Ядерный реактор работает следующим образом.A nuclear reactor operates as follows.

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.The housing 1 is filled with a coolant, which is used as water, to the level of the initial filling. After that, gas is supplied from the receiver cylinders (not shown in the drawing), which creates an initial pressure in the primary circuit. Then the reactor is heated. As a result of the temperature increase, the volume of the primary coolant is increased, which, having filled the entire cavity 3 of the pressure compensator, begins to flow through the opening 6 into the cavity 4 and squeezes out the gas therein to the upper part of the tank 5. Depending on the power level and the temperature of the primary circuit, mass transfer occurs the coolant between the internal volume of the reactor and the tank 5. In this case, the level of coolant when the reactor is operating in energy modes is located inside the tank 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.The cooling medium constantly circulating in the gap removes heat from the heat carrier inside the tank 5, which is heated from the heat carrier from the cavity 3 to the cavity 4 with a high temperature and a corresponding high gas saturation value. As a result of the operation of the heat exchanger, the temperature of the primary coolant in the cavity 4 decreases, which entails a decrease in the gas saturation of the coolant and a decrease in the vaporization inside the cavity 4. Therefore, the gas saturation of the coolant entering the first loop from the tank 5 is at a level corresponding to low temperatures inside the tank 5. At the same time, the gas saturation level of the primary coolant takes the same values at which the gas does not affect the heat transfer properties of the cooling water hydrochloric reactor zone. If for some reason an excess of gas appears in the primary coolant, then after it enters through the opening 6 into the vessel 5, it will be discharged into the gas part of the vessel 5 by lowering the water temperature. Thermal insulation of the cavities of the pressure compensator creates additional conditions for maintaining lower temperatures in the upper cavity of the pressure compensator. In addition, lowering the temperature of the primary coolant leads to a decrease in its volume and, therefore, allows to reduce the mass-dimensional characteristics of the pressure compensator, and with it the reactor.

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.Thus, cooling the vessel 5 of the pressure compensator and the additional use of thermal insulation 8 is aimed at reducing the gas saturation of the primary coolant and at reducing the effect of vaporization inside the vessel 5, which positively affects the safety of the nuclear reactor in various modes.

Claims

1. An integrated water-to-water nuclear reactor, comprising a housing with a lid and a pressure compensator, consisting of two cavities hydraulically interconnected, the first of which is located in the upper part of the housing and is limited by the inner surface of the lid, and the second cavity is formed by the inner walls of the tank mounted on lid, characterized in that the said tank is equipped with a casing that is installed on its outer surface with a gap for the circulation of the cooling medium.

2. The nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the bottom of the tank of the pressure compensator and the inner surface of the lid of the nuclear reactor are provided with thermal insulation.