RU179856U1 - Устройство для передачи тепловой энергии - Google Patents
Устройство для передачи тепловой энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU179856U1 RU179856U1 RU2017108513U RU2017108513U RU179856U1 RU 179856 U1 RU179856 U1 RU 179856U1 RU 2017108513 U RU2017108513 U RU 2017108513U RU 2017108513 U RU2017108513 U RU 2017108513U RU 179856 U1 RU179856 U1 RU 179856U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- thermal energy
- pipeline
- medium
- lead
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 26
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 14
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 14
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000001307 helium Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Заявляемое устройство для передачи тепловой энергии относится к теплотехнике. Преимущественная область применения - активная зона атомного реактора. Предложенное устройство передачи тепловой энергии состоит из источника тепловой энергии (1), среды первого теплоносителя (2) и трубопровода с гелием (3) для отвода тепла за пределы активной зоны (4). Устройство для передачи тепловой энергии отличается тем, что источники тепловой энергии ТВС (ТВЭЛы) отдают тепло среде первого теплоносителя, состоящей из жидкого металла (свинца, натрия), и в этой же среде находится циркуляционный трубопровод, с циркулирующим внутри трубопровода гелием. Циркуляционный контур трубопровода с гелием отводит тепло на приемник тепловой энергии, находящимся за пределами активной зоны. Приемником тепловой энергии может быть газовая турбина для выработки электроэнергии или любой применяемый в технике аккумулятор тепла. Жидкий металл (свинец, натрий) способен, за счет разной плотности при разных температурах нагрева, осуществляя теплообмен, конвективно перемещаться в объеме активной зоны. За счет конвективного перемещения свинца не происходит перегрева участков, расположенных в непосредственной близости от источников тепловой энергии.Обеспечение конвективного тепломассообмена среды первого теплоносителя в непосредственной близости от источника тепловой энергии и большая теплоемкость свинца позволяют обеспечить штатный режим работы ТВС (ТВЭЛов). Свинец, обладая большой теплоемкостью, снижает объем активной зоны. Наличие конвективного тепломассообмена среды первого теплоносителя позволяет избежать перегрева ТВС (ТВЭЛов) и снизить риск возникновения нештатных ситуаций в 8 атомном реакторе. Размещение циркуляционного трубопровода с гелием в среде жидкого свинца (натрия) выполняется с конструктивными особенностями. Трубопровод выполнен в виде змеевика или нескольких змеевиков, расходящихся радиально от центра к периферии. В сечении трубопровод выполнен в виде овала с целью увеличения турбулизации потока второго теплоносителя. Расположение овала позволяет создать преимущественно радиальное или вертикальное направление конвективности за счет материала трубопровода, имеющего более высокий коэффициент теплопроводности, чем свинец. Конструктивные особенности трубопровода позволяют осуществить дополнительный отвод тепла от среды первого теплоносителя при увеличении теплового потока от источников тепловой энергии за счет подключения дополнительных змеевиков стыковочными катушками (5) или сборки в технологическую схему (6). Применение гелия обусловлено максимально инертными свойствами газа и высокой теплоемкостью данного вещества.Технический результат: отсутствие пароводяного контура, подающего пар на турбину, отсутствие конструктивных элементов и устройств, для осуществления турбулизации теплоносителей, возможность подключения дополнительных змеевиков при увеличении теплового потока позволяет увеличить КПД выработки электрической энергии и повысить безопасность работы атомного реактора.
Description
Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована в ядерных реакторных установках (ЯРУ) для отвода тепла из активной зоны атомного реактора.
Известно, что одним из путей повышения энергоэффективности и безопасности ядерных реакторных установок (ЯРУ) и различных устройств по выработке тепла является использование средств и возможностей интенсификации отвода тепла от источника тепловой энергии. Интенсификация отвода тепла или теплосъема позволяет увеличить рабочий и критический тепловой поток и, соответственно, пороговые критические значения при не штатной работе ядерной реакторной установки (ЯРУ). Одним из основных способов интенсификации теплосъема является создание турбулизации или закрутка потока теплоносителя. (Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П., «Справочник по теплогидравлическим расчетам. (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы. М. Энергоатомиздат 1990).
В патенте РФ 2495347 описан способ интенсификации съема тепловой энергии от ТВС за счет применения устройств в виде проволоки осуществляющей процесс завихрения потока теплоносителя в пространстве, контактирующем с ТВС. Недостатком является наличие конструктивных элементов в активной зоне атомного реактора и препятствие создающее сопротивление прохождению теплоносителя.
Известен так же патент РФ 2495347, в котором для интенсификации тепломассообмена в канале или внутритрубном пространстве, где циркулирует теплоноситель, используется скрученная плоская лента, осуществляющая перемешивание теплоносителя. Перемешивание пограничного слоя и центральной части теплоносителя за счет размещения скрученной ленты увеличивает гидравлическое сопротивление и, соответственно, снижает КПД и ресурс безаварийной работы ядерной реакторной установки (ЯРУ). Как в первом, так и во втором случае в среде теплоносителя присутствуют конструктивные элементы, влияющие на надежность работы ядерной реакторной установки (ЯРУ).
Предлагаемое устройство отличается тем, что тепловая энергия от ТВС (ТВЭЛов) (1) отводится без турбулизации первым теплоносителем (2) состоящий из металла с низкой температурой плавления (свинец, натрий), а закрутка потока (создание турбулизации) осуществляется вторым теплоносителем, состоящим из инертного газа (гелий, азот), циркулирующим в трубопроводе (3). Трубопровод помещен в активную зону (4) атомного реактора. Отведение тепла от источника тепловой энергии, осуществляемое первым теплоносителем производится без применения, каких либо устройств или конструктивных элементов, тем самым снижается гидравлическое сопротивление, и жидкий металл перемещается от более горячего участка к менее горячему за счет конвективного тепломассообмена. Второй теплоноситель находится в трубопроводе выполненный в виде змеевика. Змеевик находится в среде заполненной первым теплоносителем и располагается конструктивно вблизи от ТВС (ТВЭЛов). Змеевик конструктивно выполнен из колец предпочтительно одного диаметра. Змеевик расположен снизу вверх, опоясывая активную зону атомного реактора. Змеевиков может быть больше одного, предпочтительно большего, чем диаметр первого змеевика. Первый змеевик, находящийся вблизи от ТВС (ТВЭЛов), имеет наименьший диаметр, а последующие змеевики, имея больший диаметр относительно предыдущего, радиально расходятся от участка, где находятся источники тепловой энергии ТВС (ТВЭлы). Змеевики соединены между собой стыковочными катушками (5) или собраны в технологическую схему (6), образующими циркуляционный контур второго теплоносителя. Количество колец одного змеевика, расположенных в высоту, определяется с учетом предпочтительно полного погружения змеевика в первый теплоноситель. Трубопровод змеевика имеет в сечении овальную форму с целью интенсивного перемешивания второго теплоносителя и отрыва более горячего пограничного слоя от стенок трубопровода и создания турбулизации и соответственно, осуществление эффективного отведения тепла от первого теплоносителя.
Овальная форма трубопровода змеевика со вторым теплоносителем, выполненная горизонтально, способствует увеличению конвективного тепломассопереноса первого теплоносителя в радиальном направлении. Радиальное направление определяется, как направление от центра активной зоны, где расположены источники тепловой энергии ТВС (ТВЭЛы) к периферии в которой технически проще осуществить теплосъем за счет увеличения поверхности нагрева трубопровода. Овальная форма трубопровода, выполненная вертикально, способствует увеличению конвективного тепломассопереноса в вертикальном направлении. Способ выбора расположения овала трубопровода принимается от постановки проектно-конструкторских задач при проектировании ядерный реакторной установки (ЯРУ). Металл, из которого сделан змеевик, всегда должен иметь больший коэффициент теплопроводности, чем первый теплоноситель. Соответственно расположение овала трубопровода является направляющей линией, по которому происходит более быстрый и более интенсивный отвод тепла из активной зоны, формируя, радиальную или вертикальную направленность, позволяя рассредоточить тепловой поток, идущий из активной зоны атомного реактора.
Отсутствие устройств, повышающих гидравлическое сопротивление, как в первом теплоносителе, так и во втором теплоносителе приводит к повышению надежности ядерной реакторной установки (ЯРУ) и стабильным рабочим параметрам в активной зоне атомного реактора.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение эффективности отвода тепла от ТВС (ТВЭЛов) за счет размещения в пространстве активной зоны в первом теплоносителе циркуляционного трубопровода, выполненного в виде змеевика расположенного вокруг источников тепловой энергии ТВС (ТВЭЛов).
Диапазон температур в активной зоне атомного реактора составляет 350÷850°С, (ссылка 1) соответственно первый теплоноситель состоящий из метала с низкой температурой плавления (до 320÷350°С) всегда будет находиться в расплавленном (жидком) состоянии. Изготовление змеевика для транспортирования второго теплоносителя из металла с большой теплопроводностью (например, из меди) возможно с применением лекал и раскроя с последующим соединением заготовок при помощи сварки или скрепления «внахлест».
Таким образом, предлагаемое устройство в виде змеевика для передачи тепловой энергии позволяет получить следующие конструктивные преимущества:
- обеспечить конвективный тепломассообмен первого теплоносителя в непосредственной близости от источников тепловой энергии ТВС (ТВЭЛов);
- первый теплоноситель, состоящий из жидкого металла, обладая большой теплоемкостью, позволяет снизить объем активной зоны;
- постоянный отбор тепла через циркуляционный трубопровод со вторым теплоносителем (гелий, азот), выполненный в схеме единого трубопровода или в технологической схеме подключения змеевиков, позволяет работать ядерной реакторной установки (ЯРУ) в штатном режиме при увеличении теплового потока от источника тепловой энергии за счет подключения дополнительных змеевиков;
- наличие конвективности и тепломассопереноса первого теплоносителя, сформированного овалом трубопровода змеевика в объеме активной зоны, позволяет избежать перегрева источников тепловой энергии ТВС (ТВЭЛов) и снизить риск возникновения нештатных ситуаций в ядерной реакторной установке (ЯРУ);
- применение гелия, обладающего высокой теплоемкостью по сравнению с другими инертными газами, позволяет осуществить подачу гелия непосредственно в турбину для выработки электроэнергии;
Перечень чертежей:
1. Фиг. 1. - Расположение двух змеевиков в среде первого теплоносителя.
2. Фиг. 2. Варианты подключения змеевиков в среде первого теплоносителя.
3. Фиг 3. - Пояснение по расположению сечений трубопровода.
1. Ссылка:
http://go.mail.ru/search?fm=1&q=http%3A%2F%2Fvant.kipt.kharkov.ua%2FARTICLE%2FVANT_2009_4%2Farticle_2009_4_247.pdf
Claims (6)
1. Устройство для передачи тепловой энергии, включающее первый теплоноситель (2), в виде жидкого металла, расположенный в пространстве активной зоны (4), где находятся источники тепловой энергии (1), и второй теплоноситель, в виде инертного газа, помещенный в циркуляционный трубопровод, выполненный в виде по меньшей мере из одного змеевика (3), расположенного вокруг источника тепловой энергии и состоящий из по меньшей мере одного кольца для радиального отвода тепловой энергии к периферии.
2. Устройство для передачи тепловой энергии по п 1, отличающееся тем, что змеевик в котором находится второй теплоноситель, по меньшей мере погружен полностью в среду первого теплоносителя.
3. Устройство для передачи тепловой энергии по п 1, отличающееся тем, что змеевиков может быть больше одного.
4. Устройство для передачи тепловой энергии по п 1, отличающееся тем, что змеевики большего диаметра располагаются радиально от источника тепловой энергии к периферии.
5. Устройство для передачи тепловой энергии по п 1, отличающееся тем, что трубопровод змеевика выполнен в сечении в виде овала, внутри которого осуществляется турбулизация потока.
6. Устройство для передачи тепловой энергии по п 1, отличающееся тем, что змеевики соединены в единый циркуляционный трубопровод или собраны в технологическую схему, позволяющую подключать дополнительные змеевики, с целью увеличения отвода тепла при увеличении теплового потока от источника тепловой энергии.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108513U RU179856U1 (ru) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | Устройство для передачи тепловой энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108513U RU179856U1 (ru) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | Устройство для передачи тепловой энергии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU179856U1 true RU179856U1 (ru) | 2018-05-28 |
Family
ID=62560864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017108513U RU179856U1 (ru) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | Устройство для передачи тепловой энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU179856U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA650788A (en) * | 1962-10-23 | John Thompson Water Tube Boilers Limited | Heat exchangers and tubes therefor | |
| GB1514831A (en) * | 1974-10-14 | 1978-06-21 | Interatom | Liquid metal/water heat exchanger |
| SU819490A1 (ru) * | 1978-03-20 | 1981-04-07 | Предприятие П/Я А-3513 | Парогенератор с жидкометаллическимТЕплОНОСиТЕлЕМ |
| RU2157006C1 (ru) * | 1999-04-20 | 2000-09-27 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" | Способ управления реактивностью быстрого гомогенного ядерного реактора |
| EP2320139A1 (en) * | 2008-09-17 | 2011-05-11 | Korea Atomic Energy Research Institute | Heat transfer tube of a steam generator for sodium cooled fast reactor |
| RU2529638C1 (ru) * | 2013-04-08 | 2014-09-27 | Михаил Владимирович Генкин | Ядерный реактор на быстрых нейтронах с использованием двухфазной металлической системы |
-
2017
- 2017-03-14 RU RU2017108513U patent/RU179856U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA650788A (en) * | 1962-10-23 | John Thompson Water Tube Boilers Limited | Heat exchangers and tubes therefor | |
| GB1514831A (en) * | 1974-10-14 | 1978-06-21 | Interatom | Liquid metal/water heat exchanger |
| SU819490A1 (ru) * | 1978-03-20 | 1981-04-07 | Предприятие П/Я А-3513 | Парогенератор с жидкометаллическимТЕплОНОСиТЕлЕМ |
| RU2157006C1 (ru) * | 1999-04-20 | 2000-09-27 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" | Способ управления реактивностью быстрого гомогенного ядерного реактора |
| EP2320139A1 (en) * | 2008-09-17 | 2011-05-11 | Korea Atomic Energy Research Institute | Heat transfer tube of a steam generator for sodium cooled fast reactor |
| RU2529638C1 (ru) * | 2013-04-08 | 2014-09-27 | Михаил Владимирович Генкин | Ядерный реактор на быстрых нейтронах с использованием двухфазной металлической системы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11145424B2 (en) | Direct heat exchanger for molten chloride fast reactor | |
| US6944255B2 (en) | Nuclear reactor | |
| JP6382236B2 (ja) | 使用済核燃料棒キャニスタ、使用済核燃料棒を管理するシステム、及び使用済核燃料棒により発生した崩壊熱を散逸させる方法 | |
| CN110634580B (zh) | 一种热管型深海应用核反应堆系统 | |
| JPH0318793A (ja) | 液体金属冷却形原子炉用の受動形冷却システム | |
| RU2017134753A (ru) | Малогабаритная система производства ядерной энергии с режимом следования за нагрузкой с использованием тепловой деформации отражателя, вызванной явлением теплового расширения | |
| CN105247621B (zh) | 支撑核燃料组件 | |
| RU179856U1 (ru) | Устройство для передачи тепловой энергии | |
| JP2664773B2 (ja) | 液体金属冷却型原子炉の冷却装置 | |
| CN109817354A (zh) | 一种千瓦级水下核反应堆电源 | |
| RU2014137741A (ru) | Ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов | |
| CN109859859A (zh) | 一种基于钨导热的无对流换热整体模块式超小型空间反应堆堆芯 | |
| CN107062587B (zh) | 一种用于液态金属钠实验回路的大功率预热器 | |
| CN113744900B (zh) | 一种熔盐堆及其运行方法 | |
| US3276914A (en) | Reactor-thermoelectric generator | |
| CN103227030A (zh) | 一种水冷电抗器 | |
| CN109887618B (zh) | 一种热管径向布置的核反应堆 | |
| CN217080409U (zh) | 基于电磁作用的采油井防蜡降粘装置 | |
| KR101188545B1 (ko) | 나선형 전열관을 사용하는 증기발생기의 ｙ 형상 급수 및 증기 헤더 | |
| KR20130137329A (ko) | 액체금속 원자로에서의 선형전자기 펌프에 의한 냉각시스템 | |
| Shimomura | Overview of International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) engineering design activities | |
| JP2014173984A (ja) | 原子炉 | |
| US3275523A (en) | Nuclear reactor wet thermal insulation | |
| RU2510652C1 (ru) | Атомный реактор | |
| RU2214010C2 (ru) | Тепловыделяющая сборка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180620 |