RU2543090C1 - Тепловыделяющий элемент ядерного реактора - Google Patents
Тепловыделяющий элемент ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543090C1 RU2543090C1 RU2013140631/07A RU2013140631A RU2543090C1 RU 2543090 C1 RU2543090 C1 RU 2543090C1 RU 2013140631/07 A RU2013140631/07 A RU 2013140631/07A RU 2013140631 A RU2013140631 A RU 2013140631A RU 2543090 C1 RU2543090 C1 RU 2543090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- coolant
- tubular shell
- microchannel
- fuel element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов) Тепловыделяющий элемент содержит топливные таблетки 1, заключенные в трубчатую оболочку 2 и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами. Топливные таблетки 1 в трубчатой оболочке 2 с двух сторон герметизированы пробками, в трубчатой оболочке выполнены микроканалы 3, имеющие входы 4 и выходы 5 для теплоносителя, причем по оси выхода микроканала 3 расположена косая перегородка 6, которая отражает в сторону паровой выброс 7 из микроканала 3, вход микроканала 3 имеет срез, перпендикулярный интегральному вектору скорости потока 8 теплоносителя. Технический результат - улучшение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для интенсификации теплообмена с поверхности твэла, и может быть использовано, в частности, в действующих реакторах водо-водяного типа с тепловой мощностью более 2600 МВт (например, ВВЭР-1000) или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов.
Известны конструкции твэлов (патент РФ №2417462, МПК G21C 3/00, опубл. 27.04.2011), содержащие топливные таблетки, помещенные в циркониевую оболочку, фиксирующие пружины, осуществляющие поджимание столба таблеток, верхнюю и нижнюю пробки.
Недостатком известной конструкции является неэффективный теплосъем с гладкой цилиндрической поверхности твэла, связанный с образованием пленочного режима кипения, т.е. образованием тонкого парового слоя, отделяющего нагреваемую поверхность твэла от жидкого теплоносителя. Уменьшение теплоотдачи вызывает локальное повышение температуры оболочки и образование микротрещин, попадание воды через которые внутрь твэла приводит к разрушению оболочки и попаданию радиоактивного топлива в контур циркуляции теплоносителя. Эти процессы снижают ресурс твэлов и эксплуатационную надежность реактора.
Наиболее близким по технической сущности является твэл (Патент США №3361640, МПК G21C 3/32, опубл. 02.01.68), содержащий топливные таблетки, помещенные в циркониевую оболочку, фиксирующие пружины, осуществляющие поджимание столба таблеток, верхнюю и нижнюю пробки, на внешней поверхности оболочки выполнены косые ребра, осуществляющие закрутку потока теплоносителя относительно продольной оси твэла.
Закрученный поток за счет центробежных сил имеет тангенциальную составляющую скорости, которая осуществляет отрыв пристеночного потока от поверхности твэла. При этом паровая пленка пленочного кипения срывается с поверхности оболочки твэла, перемешивается с более холодным теплоносителем и конденсируется в нем. Перемешивание теплоносителя позволяет избежать локальных перегревов и появления микротрещин в оболочке.
Однако решение теплотехнической задачи - улучшение теплоотдачи от нагретой поверхности твэла к жидкому теплоносителю, дает ухудшение гидравлических параметров прохождения потока теплоносителя вдоль твэлов. Выступающие ребра сужают гидравлический диаметр канала, а косое положение ребер удлиняет длину канала, что увеличивает гидравлическое сопротивление прохождению теплоносителя через активную зону.
Техническим результатом изобретения является улучшение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов.
Этот результат достигается тем, что в известном тепловыделяющем элементе ядерного реактора, содержащем топливные таблетки, заключенные в трубчатую оболочку и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами, топливные таблетки в трубчатой оболочке с двух сторон герметизированы пробками, в трубчатой оболочке выполнены продольные канавки, имеющие входы и выходы для теплоносителя, причем по оси выхода продольных канавок расположена косая перегородка, а вход продольной канавки имеет срез, перпендикулярный интегральному вектору скорости потока теплоносителя.
Сущность изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан фрагмент оболочки твэла с топливными таблетками, а на фиг. 2 представлен продольный канал и вырез во внешней поверхности оболочки с входом и выходом канала.
Тепловыделяющий элемент ядерного реактора содержит топливные таблетки 1, заключенные в трубчатую оболочку 2 и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами, топливные таблетки 1 в трубчатой оболочке 2 с двух сторон герметизированы пробками, в трубчатой оболочке выполнены микроканалы 3, имеющие входы 4 и выходы 5 для теплоносителя, причем по оси выхода микроканала 3 расположена косая перегородка 6, которая отражает в сторону паровой выброс 7 из микроканала 3, вход микроканала 3 имеет срез, перпендикулярный интегральному вектору скорости потока 8 теплоносителя.
Тепловыделяющий элемент ядерного реактора работает следующим образом.
Прокачиваемый вдоль внешней поверхности оболочки твэла теплоноситель (для водо-водяных реакторов теплоносителем является вода) попадает на входы 4 микроканалов 3 и за счет динамического напора на входах 4 и всасывающего эффекта потока теплоносителя на выходах 5 проходит внутрь микроканалов 3. Тепловыделение топливных таблеток 1 нагревает оболочку 2 и стенки микроканалов 3. В результате чего теплоноситель в микроканалах 3, отделенный от общей массы более холодного теплоносителя, закипает и паровым микрогейзером вырывается из выходов 5, ударяется в косую перегородку 6 и тангенциально попадает в общий поток теплоносителя. При этом в тонком слое теплоносителя, прилегающем к внешней поверхности твэла, образуются вихри, перемешивающие пристеночные слои с более отдаленными и более холодными слоями теплоносителя. Микрочастицы пара конденсируются в этих слоях, отдавая запасенную теплоту парообразования и нагревая эти слои.
Таким образом, в тепловыделяющем элементе поток теплоносителя нагревается от контакта с внешней поверхностью твэла, как это происходит в традиционных стержневых твэлах, и, кроме того, эффективно перемешивается паровыми микрогейзерами в удаленной от пристеночной зоны твэла, перенося туда запасенное тепло парообразования и не позволяя образовываться пленочным режимам кипения. По сути паровые микрогейзеры многократно увеличивают поверхность теплообмена, не внося в поток теплоносителя внешних элементов, например, оребрения внешней оболочки и, тем самым, не внося дополнительного гидравлического сопротивления потоку теплоносителя.
Технологически изготовление оболочки с микроканалами заключается в следующем. На внешней поверхности циркониевой оболочки накатываются продольные канавки, затем стержень вставляется в тонкостенную трубку и пропускается через валки до плотной посадки внешней трубки на стержень с канавками. После чего микрофрезой делаются прорези во внешней трубке так, чтобы открыть входы в микроканалы. На завершающем этапе в прорези лазрной сваркой устанавливаются косые перегородки.
Оболочка твэла с микроконалами обладает повышенной жесткостью по сравнению с гладкой оболочкой, так как микроканалы образуют ребра жесткости, фиксированные внешней трубкой.
Использование изобретения позволяет улучшить теплоотдачу с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов, и может использоваться для целей перемешивания и турбулизации потока теплоносителя не внешних, по отношению к теплоносителю, элементов (ребра, накрутка проволочных спиралей, введение закручивающих решеток и пр.), самого теплоносителя.
Claims (1)
- Тепловыделяющий элемент, содержащий топливные таблетки, заключенные в трубчатую оболочку и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами, топливные таблетки в трубчатой оболочке с двух сторон герметизированы пробками, отличающийся тем, что в трубчатой оболочке выполнены продольные канавки, имеющие входы и выходы для теплоносителя, причем по оси выхода продольных канавок расположена косая перегородка, а вход продольной канавки имеет срез, перпендикулярный интегральному вектору скорости потока теплоносителя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140631/07A RU2543090C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140631/07A RU2543090C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2543090C1 true RU2543090C1 (ru) | 2015-02-27 |
RU2013140631A RU2013140631A (ru) | 2015-03-10 |
Family
ID=53279680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013140631/07A RU2543090C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543090C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1538190A1 (ru) * | 1982-06-04 | 1990-01-23 | Предприятие П/Я А-1758 | Тонкостенна оболочка тепловыдел ющего элемента контейнерного типа дерного реактора |
RU2360305C2 (ru) * | 2007-05-23 | 2009-06-27 | Петербургский ин-т ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Тепловыделяющий элемент реактора |
US20110222643A1 (en) * | 2008-09-30 | 2011-09-15 | Areva Np | Cladding tube for nuclear fuel rod, method and apparatus for manufacturing a cladding tube |
-
2013
- 2013-09-03 RU RU2013140631/07A patent/RU2543090C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1538190A1 (ru) * | 1982-06-04 | 1990-01-23 | Предприятие П/Я А-1758 | Тонкостенна оболочка тепловыдел ющего элемента контейнерного типа дерного реактора |
RU2360305C2 (ru) * | 2007-05-23 | 2009-06-27 | Петербургский ин-т ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Тепловыделяющий элемент реактора |
US20110222643A1 (en) * | 2008-09-30 | 2011-09-15 | Areva Np | Cladding tube for nuclear fuel rod, method and apparatus for manufacturing a cladding tube |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013140631A (ru) | 2015-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abdolbaqi et al. | Experimental investigation of turbulent heat transfer by counter and co-swirling flow in a flat tube fitted with twin twisted tapes | |
JP7514339B2 (ja) | 原子炉の蒸気発生器 | |
KR102422211B1 (ko) | 원자로 노심 | |
TWI618909B (zh) | 傳熱管以及配置該種傳熱管的鍋爐 | |
KR102428565B1 (ko) | 원자로 노심 | |
ES2541331B2 (es) | Separador de vapor y reactor nuclear de agua en ebullición que incluye el mismo | |
EP3050063A1 (en) | Steam generator and method of securing tubes within a steam generator against vibration | |
RU2543090C1 (ru) | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора | |
CN109935371A (zh) | 一种带有绕丝的双面冷却环形燃料棒 | |
KR102104145B1 (ko) | 액체 금속 냉각식 원자로용 연료 다발 | |
CN109935355A (zh) | 一种可拆卸的分段式双面冷却环形燃料棒 | |
Li et al. | Experimental investigation on transient heat transfer in 2× 2 bundle during depressurization from supercritical pressure | |
RU2543609C1 (ru) | Интенсификатор теплоотдачи | |
RU2685759C1 (ru) | Профиль трубопровода для теплообменника, теплообменник для конденсационных котлов, содержащий указанный профиль, и конденсационный котел, содержащий указанный теплообменник | |
EP2652272B1 (en) | Thermal-energy- storage tank with integrated steam generator | |
US3212985A (en) | Boiling water nuclear reactor operating with primary and secondary coolant | |
RU2307981C1 (ru) | Парогенерирующее устройство | |
RU2361302C2 (ru) | Способ охлаждения активной зоны быстрого реактора и устройство его осуществления | |
JP6345481B2 (ja) | 燃料集合体、炉心、及び燃料集合体の作成方法 | |
Le et al. | Investigation of critical heat flux behavior in tight rod bundles with and without wire spacer | |
RU2757160C2 (ru) | Атомный реактор | |
JP5571016B2 (ja) | 発電設備 | |
Li et al. | Experimental study on the heat transfer characteristics of supercritical carbon dioxide in the straightly-ribbed tubes | |
RU2794744C1 (ru) | Способ повышения критических тепловых потоков в тепловыделяющей сборке с трубчатыми твэлами | |
JP2002320836A (ja) | 混合促進構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180904 |