RU2682331C1 - Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options) - Google Patents

Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2682331C1
RU2682331C1 RU2018106777A RU2018106777A RU2682331C1 RU 2682331 C1 RU2682331 C1 RU 2682331C1 RU 2018106777 A RU2018106777 A RU 2018106777A RU 2018106777 A RU2018106777 A RU 2018106777A RU 2682331 C1 RU2682331 C1 RU 2682331C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
steam
pipe
water
working fluid
Prior art date
Application number
RU2018106777A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Евгеньевич Щеклеин
Александр Ильич Попов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2018106777A priority Critical patent/RU2682331C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682331C1 publication Critical patent/RU2682331C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to a device for passive extraction of excess thermal energy from industrial facilities, nuclear power plants and thermal power plants without the use of external energy sources and equipment. In an annular two-phase thermo siphon filled with working fluid, the evaporative heat exchanger is located in the pool-cooler at the facility, the condenser heat exchanger is in the cooling channel, and the heat exchangers are connected by steam and condensate steam lines. In an embodiment of the use of an air cooling channel, the steam pipe is made of a honeycomb of several internal pipes of small diameter, Upper end of the cellular steam pipe in the condenser heat exchanger is equipped with a hydrosiphon with liquid slinger, the upper and lower ends of the condensate pipe are installed at the bottom level of both heat exchangers. In the use case of the cooling pond in which the condenser heat exchanger is immersed, both ends of the steam/water mixture steam line are installed at the bottom of both heat exchangers, the lower end of the condensate line is located at the bottom of the condenser heat exchanger, and upper end thereof is in the upper part of the evaporative heat exchanger. When using the device at low-temperature objects, for example, in fuel tanks of fuel assembly, as a working fluid in an annular two-phase thermosyphon, a mixture of water with low-boiling perfluororganic compounds can be used.EFFECT: technical result is an increase in productivity and the possibility of universal application at various industrial facilities, CHP and NPP.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано на тепловых и атомных станциях для пассивного отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема объекта при полном отключении электрического питания перекачивающих насосов.The invention relates to the field of electric power and can be used at thermal and nuclear power plants for the passive removal of excess thermal energy from the internal volume of an object when the electric power to the transfer pumps is completely disconnected.

Известны устройства аналогичного назначения, например, по авторскому свидетельству СССР №1563295, МПК F01K13/02, авторов А.П. Лапшина, В.П. Татаринова и др. «Система отвода тепла от энергетического контура» [1].Known devices for a similar purpose, for example, according to the author's certificate of the USSR No. 1563295, IPC F01K13 / 02, authors A.P. Lapshina, V.P. Tatarinova et al. “The system of heat removal from the energy circuit” [1].

Данная система отвода тепла содержит подключенный к источнику тепла через паропроводы охлаждаемый воздухом теплообменник, выход которого по конденсату соединен с источником тепла, причем теплообменник установлен на высоте, при которой гидростатическая разность давлений больше гидравлических потерь, а теплообменник заключен в корпус, снабженной тяговой трубой и шиберами с поршневыми приводами, управляемыми по давлению в контуре. Кроме того, шиберы установлены и на входе в корпус и на выходе него в тяговую трубу.This heat removal system contains an air-cooled heat exchanger connected to a heat source through steam lines, the condensate outlet of which is connected to a heat source, the heat exchanger being installed at a height at which the hydrostatic pressure difference is greater than hydraulic losses, and the heat exchanger is enclosed in a housing equipped with a traction pipe and gates with piston actuators controlled by pressure in the circuit. In addition, the gates are installed at the entrance to the housing and at the exit of it into the traction pipe.

Недостатками данной системы являются ее ограниченная производительность по передаче тепловой энергии от источника в тяговую трубу и низкая механическая надежность из-за наличия подвижных узлов и деталей: поршневой привод, шибера и т.д. В качестве рабочего тела, циркулирующем в теплообменнике, может использоваться только вода.The disadvantages of this system are its limited performance in transferring thermal energy from the source to the traction pipe and low mechanical reliability due to the presence of moving units and parts: piston drive, gate valve, etc. As the working fluid circulating in the heat exchanger, only water can be used.

Известно так же [2] «Устройство для отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема защитной оболочки атомной электростанции авторов М.Р. Мустафина, В.Д. Бумагина и др. по патенту РФ №2504031, МПК 621C 15/00.It is also known [2] “A device for removing excess thermal energy from the internal volume of the protective shell of a nuclear power plant by M.R. Mustafina, V.D. Bumagina and others according to the patent of the Russian Federation No. 2504031, IPC 621C 15/00.

Данное устройство при полном отключении электроэнергии пассивно отводит избыточную тепловую энергию в атмосферу из внутреннего объема защитной оболочки и от охлаждаемой воды в бассейне выдержки топливо выделяющих сборок (ТВС). Для этого устройство содержит соединенные между собой системой легкокипящего теплоносителя три теплообменника, которые смонтированы один над другим, причем нижний теплообменник расположен в емкости для воды внутри средней части защитной оболочки, средний теплообменник размещен то же внутри в верхней части защитной оболочки, а верхний теплообменник укреплен на наружной поверхности стенки купола защитной оболочки, обдуваемой воздухом. Система легкокипящего теплоносителя оснащена клапанами с сильфонным сервоприводом, установленными на входном участке третьего теплообменника.This device, with a complete power outage, passively removes excess thermal energy to the atmosphere from the internal volume of the containment and from the cooled water in the holding pool of the fuel of the generating assemblies (FA). To this end, the device comprises three heat exchangers interconnected by a system of low-boiling coolant, which are mounted one above the other, the lower heat exchanger located in the water tank inside the middle part of the protective shell, the middle heat exchanger located the same inside the upper part of the protective shell, and the upper heat exchanger mounted on the outer surface of the wall of the dome of the containment blown by air. The system of low-boiling coolant is equipped with valves with a bellows actuator mounted on the inlet section of the third heat exchanger.

Клапаны с сильфонным сервоприводом состоят из расположенных в гильзообразном корпусе и в гофрированном кольцами герметичном чехле направляющего стакана, в котором размещен шток с поршнем на одном конце, тарелкой для посадочного седла на другом конце, перфорированной направляющей для штока, при этом между поршнем и дном гильзообразного корпуса смонтирована регулируемая телескопическая рессора. В данном устройстве емкость для воды представляет собой бассейн выдержки для отработанного тепловыделяющего ядерного топлива.Bellows-actuated valves consist of a guiding cup located in a sleeve-like body and in a corrugated rings ring, in which a rod with a piston is placed at one end, a seat seat plate at the other end, a perforated rod guide, while between the piston and the bottom of the sleeve-like body mounted adjustable telescopic spring. In this device, the water tank is a holding pool for spent fuel nuclear fuel.

Недостатками данного устройства являются низкая надежность из-за наличия движущихся механических узлов, сложное устройство клапана с сильфонным сервоприводом, необходимость разной калибровки клапанов на открывание по давлению для поэтапного включения в работу теплообменников. Кроме того, использование только легкокипящих теплоносителей, в том числе фреонов, перфторорганических соединений и т.п., является не эффективным в силу их низкой теплоемкости и низкой теплоты парообразования по сравнению с водой.The disadvantages of this device are low reliability due to the presence of moving mechanical units, a complex valve device with a bellows actuator, the need for different calibration of the valves for opening by pressure for the phased inclusion of heat exchangers. In addition, the use of only low-boiling coolants, including freons, organofluorine compounds, etc., is not effective due to their low heat capacity and low heat of vaporization compared to water.

Так же легкокипящие теплоносители не могут быть универсальными рабочими жидкостями для других объектов АЭС и ТЭЦ, работающих с высокими температурами.Also, low-boiling coolants cannot be universal working fluids for other NPP and TPP facilities operating at high temperatures.

Наиболее близким аналогом (прототипом) [3] является «Бассейн для выдержки отработанного ядерного топлива» авторов И.И. Свириденко, О.Ю. Москаленко по патенту Украины №83014. МПК G21C 15/18.The closest analogue (prototype) [3] is the "Pool for aging spent nuclear fuel" authors II. Sviridenko, O.Yu. Moskalenko according to the patent of Ukraine No. 83014. IPC G21C 15/18.

В данном устройстве в бассейне выдержки размещены отработанные в реакторе ТВС с системой отвода от них остаточной тепловой энергии посредством кольцевого двухфазного термосифона, который имеет нижний теплообменник, состоящий из испарителей и сборного коллектора, конденсатора (воздушного теплообменника), помещенного в воздушный канал и двух трубопроводов, соединяющих теплообменники: подающий паровой трубопровод и обратный конденсационный трубопровод.In this device, the spent fuel spent in the fuel assembly reactor with a system for removing residual heat energy from them through an annular two-phase thermosiphon, which has a lower heat exchanger consisting of evaporators and a collection collector, a condenser (air heat exchanger) placed in the air channel and two pipelines, is placed in the holding pool connecting heat exchangers: supply steam pipe and return condensation pipe.

Рабочим телом в данном устройстве является смесь спирта с водой и осуществляется поддержание вакуума в пределах 0,05*105 Па, что позволяет контролировать уровень температур около 50 градусов Цельсия.The working fluid in this device is a mixture of alcohol with water and the vacuum is maintained within 0.05 * 10 5 Pa, which allows you to control the temperature level of about 50 degrees Celsius.

Недостатки прототипа следующие:The disadvantages of the prototype are as follows:

- низкая производительность, обусловленная малой теплотой парообразования спиртовой смеси;- low productivity due to the low heat of vaporization of the alcohol mixture;

- необходимость поддерживать в термосифоне заданное разряжение;- the need to maintain a predetermined vacuum in the thermosiphon;

- узкое предназначение: используется только для воздушного охлаждения;- narrow purpose: used only for air cooling;

- не является универсальным устройством, конструкция и рабочее тело которого может использоваться для отвода тепловой энергии от разных промышленных агрегатах, АЭС, ТЭЦ.- is not a universal device, the design and working fluid of which can be used to remove thermal energy from various industrial units, nuclear power plants, and thermal power plants.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для пассивного отвода тепловой энергии от разных типов источников, имеющих высокую производительность и широкий диапазон используемых температур.The task of the invention is to remedy these disadvantages and create a device for passive removal of thermal energy from different types of sources having high performance and a wide range of temperatures.

Технический результат предлагаемого изобретения по первому варианту заключается в следующем. Увеличена производительность устройства за счет того, что:The technical result of the invention according to the first embodiment is as follows. Increased device performance due to the fact that:

- паровой трубопровод между теплообменниками выполнен сотовым состоящим из нескольких труб малого диаметра, по которым паровые пузыри в снарядном режиме перемещают порции рабочей жидкости;- the steam pipeline between the heat exchangers is made of honeycomb consisting of several pipes of small diameter, through which steam bubbles in a shell mode move portions of the working fluid;

- в воздушном теплообменнике на конце сотового трубопровода размещен гидросифон для конденсации паров в жидкости и перелив ее на дно теплообменника;- an air siphon is placed in the air heat exchanger at the end of the honeycomb pipe to condense the vapors in the liquid and overflow it to the bottom of the heat exchanger;

- обратный конденсационный трубопровод между теплообменниками выполнен с оребренной поверхностью и оснащен обратным клапаном, что позволяет создать на стенках трубопровода эффективное пленочное испарение жидкости и режим форсированного нагрева рабочей жидкости при закрывающемся обратном клапане.- the return condensation pipe between the heat exchangers is made with a finned surface and is equipped with a check valve, which allows creating efficient film evaporation of the liquid on the pipe walls and the forced heating mode of the working fluid with the check valve closing.

Технический результат предлагаемого изобретения по второму варианту заключается в следующем:The technical result of the invention according to the second embodiment is as follows:

- упрощена конструкция и повышена надежность устройства при использовании его для пассивного отвода избыточной энергии в водоем: не имеет подвижных элементов и не содержит регулируемых узлов;- simplified design and increased reliability of the device when used for passive removal of excess energy into a reservoir: it does not have moving elements and does not contain adjustable nodes;

- расширен выбор возможных рабочих тел (рабочих жидкостей) для разных условий применения устройства на промышленных объектах, ТЭЦ и АЭС.- the choice of possible working fluids (working fluids) for different conditions of application of the device at industrial facilities, TPPs and nuclear power plants has been expanded.

Технический результат по первому варианту при воздушном охлаждении достигается за счет того, что в кольцевом двухфазном термосифоне, заполненном рабочей жидкостью, содержащим испарительный теплообменник, размещенный в бассейне охладителе на объекте, конденсаторный теплообменник в охлаждающем канале, а теплообменники соединены паровым и конденсационным трубопроводами, причем паровой трубопровод выполнен сотовым из нескольких внутренних труб малого диаметра, теплообменники представлены корпусными конструкциями, верхний конец сотового парового трубопровода в конденсаторном теплообменнике оснащен гидросифоном с переливом жидкости, а верхний и нижний концы конденсационного трубопровода установлены на уровне дна у обоих теплообменников.The technical result of the first embodiment in air cooling is achieved due to the fact that in the annular two-phase thermosiphon filled with a working fluid containing an evaporative heat exchanger located in the cooler pool at the facility, a condenser heat exchanger in the cooling channel, and the heat exchangers are connected by steam and condensation pipelines, and steam the pipeline is made of honeycomb from several internal pipes of small diameter, heat exchangers are represented by body structures, the upper end of the cell th steam condensing heat exchanger in the pipeline gidrosifonom equipped with overflow liquid and the upper and lower ends of the condensing pipe installed at the bottom of both heat exchangers.

Технический результат по первому варианту достигается также за счет того, что конденсационный трубопровод оснащен ребрами охлаждения и обратным клапаном.The technical result according to the first embodiment is also achieved due to the fact that the condensation pipe is equipped with cooling fins and a check valve.

Технический вариант по второму варианту при водяном охлаждении достигается за счет того, что испарительный теплообменник кольцевого двухфазного термосифона, заполненного рабочей жидкостью, размещен в бассейне охладителе на объекте, а конденсаторный теплообменник в охлаждающем водоеме, причем теплообменники соединены паровым и конденсационными трубопроводами, причем в варианте использования охлаждающего водоема, в который погружен конденсаторный теплообменник, оба конца парового трубопровода установлен на уровне дна обоих теплообменников, нижний конец конденсационного трубопровода размещен у дна конденсаторного теплообменника, а его верхний конец - в верхней части испарительного теплообменника.The technical option according to the second option for water cooling is achieved due to the fact that the evaporative heat exchanger of the annular two-phase thermosyphon filled with the working fluid is located in the cooler pool at the facility, and the condenser heat exchanger is in the cooling pond, and the heat exchangers are connected by steam and condensation pipelines, and in the use case cooling pond, in which the condenser heat exchanger is immersed, both ends of the steam pipe are installed at the bottom of both heat exchangers mennikov, the lower end of the condensation pipe is located at the bottom of the condenser heat exchanger, and its upper end is located in the upper part of the evaporative heat exchanger.

На фиг. 1 изображен вариант предлагаемого «Устройства для отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема защитной оболочки объекта (Вариант 1)» с размещением внешнего теплообменника в тяговой вентиляционной трубе (воздушная среда), а на фиг. 2 представлен вариант «Устройства…» с размещением внешнего теплообменника в охлаждающем водоеме.In FIG. 1 shows a variant of the proposed “Device for removing excess thermal energy from the internal volume of the protective shell of the object (Option 1)” with the placement of an external heat exchanger in the traction ventilation pipe (air), and in FIG. 2 presents the option "Devices ..." with the placement of an external heat exchanger in a cooling pond.

Устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит бассейн 1 охладитель каких либо изделий на объектах АЭС или ТЭЦ, в котором размещен герметичный испарительный теплообменник 2, соединенный сотовой трубой 3, внутри которой размещены трубы меньшего диаметра, с внешним герметичным конденсаторным теплообменником 4, содержащим гидросифон 5 с охлаждающими ребрами 6, причем теплообменники соединены обратным сливным конденсационным трубопроводом 7. Теплообменники заполнены рабочей жидкостью 8 с температурой испарения и теплотой парообразования применительно к требованиям объекта, на котором предлагаемое устройство используется. Это может быть вода на объектах реакторов АЭС, типа ВВЭР и РБМК с температурой испарения 100 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении, фреоны, перфторорганические соединения и т.д. для низкотемпературных объектов, в том числе для бассейнов выдержки отработанных тепловыделяющих сборок 9 реакторов на диапазоны температур 30…70 градусов Цельсия. По первому варианту (фиг. 1) пассивный отвод избыточной тепловой энергии от объекта производится в атмосферу через тяговый вентиляционный охлаждающий канал 10, а для улучшения теплообмена все теплообменники оснащены охлаждающими ребрами 11. Для увеличения производительности устройства по отводу тепловой энергии конденсационный трубопровод также оснащен обратным клапаном 12, поворачивающемся под действием собственного веса на шарнире (не показано на чертеже) и ребрами 13 охлаждения.The device according to the first embodiment (Fig. 1) contains a pool 1 of a product cooler at NPP or TPP facilities, in which a sealed evaporative heat exchanger 2 is connected, connected by a honeycomb pipe 3, inside which pipes of a smaller diameter are placed, with an external hermetic condenser heat exchanger 4 containing a hydrosiphon 5 with cooling fins 6, and the heat exchangers are connected by a return condensation drain pipe 7. The heat exchangers are filled with a working fluid 8 with an evaporation temperature and heat of vaporization in relation to the requirements of the facility on which the proposed device is used. This can be water at nuclear power plant reactors, such as VVER and RBMK with an evaporation temperature of 100 degrees Celsius at normal atmospheric pressure, freons, organofluorine compounds, etc. for low-temperature facilities, including for exposure pools of spent fuel assemblies of 9 reactors for temperature ranges of 30 ... 70 degrees Celsius. According to the first option (Fig. 1), the excess heat energy is passively removed from the object to the atmosphere through the traction ventilation cooling channel 10, and to improve heat transfer, all heat exchangers are equipped with cooling fins 11. To increase the capacity of the heat energy removal device, the condensation pipe is also equipped with a check valve 12, rotating under its own weight on a hinge (not shown in the drawing) and cooling fins 13.

По второму варианту (фиг. 2) «Устройства…» пассивный отвод избыточной тепловой энергии производится в водоем посредством внешнего герметичного конденсационного теплообменника 4, соединенного с герметичным испарительным теплообменником 2 бассейна 1 охладителя на объекте нагнетающим трубопроводом 14 пароводяной смеси и конденсационным сливным трубопроводом 15.According to the second option (Fig. 2) “Devices ...” passive removal of excess thermal energy is carried out into the reservoir by means of an external hermetic condensing heat exchanger 4 connected to a hermetic evaporative heat exchanger 2 of the pool 1 of the cooler at the facility by the discharge pipe 14 of the steam-water mixture and the condensation drain pipe 15.

«Устройство…» по первому варианту работает следующим образом. При достижении в бассейне 1 охладителе и, соответственно, в герметичном испарительном теплообменнике 2 заданной для пассивного теплоотвода температуры, например, 57,2 градуса Цельсия для смеси рабочей жидкости перфторгексана CF3(CF2)4CF3 с водой, начинает испаряться перфторгексан и его пары поступают в трубы малого диаметра сотовой трубы 3. Пузыри пара жидкости 8, поднимающиеся вверх, увлекают за собой и проталкивают, как поршни, порции еще неиспарившейся воды, обладающей более высокой теплоемкостью. Оптимальный диаметр труб малого диаметра, входящих в состав сотовой трубы 3 для паров воды составляет от 5 до 16 мм. [4]. (См. Щеклеин С.Е., Стариков Е.В. Никитин А.Д. Парожидкостный двигатель. Патент на полезную модель РФ №160724. МПК F03G 7/06). Пары рабочей смеси, проходя через слой жидкости в гидросифоне 5, конденсируются, накопившаяся жидкость переливается через край гидросифона на охлаждающие ребра 6 и, попадая на дно конденсационного теплообменника 4, по стенкам сливного трубопровода 7 возвращается в испарительный теплообменник 2."Device ..." according to the first embodiment works as follows. When the cooler in the pool 1 and, accordingly, in the sealed evaporative heat exchanger 2 reaches the temperature set for passive heat removal, for example, 57.2 degrees Celsius for the mixture of perfluorohexane CF3 (CF2) 4CF3 working fluid with water, perfluorohexane begins to evaporate and its vapor enters the pipes small diameter of the honeycomb pipe 3. Bubbles of liquid vapor 8, rising up, carry along and push, like pistons, portions of still unevaporated water with a higher heat capacity. The optimal diameter of the small diameter pipes that make up the honeycomb pipe 3 for water vapor is from 5 to 16 mm. [four]. (See Scheklein S.E., Starikov E.V. Nikitin A.D. Steam-liquid engine. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 160724. IPC F03G 7/06). The vapor of the working mixture, passing through the liquid layer in the hydrosiphon 5, condenses, the accumulated liquid overflows over the edge of the hydrosiphon to the cooling fins 6 and, falling to the bottom of the condensing heat exchanger 4, returns to the evaporative heat exchanger 2 along the walls of the drain pipe 7.

Отвод тепла в атмосферу производится воздушным потоком V тягового вентиляционного охлаждающего канала 10, омывающего корпус и ребра 11 внешнего конденсационного теплообменника 4.Heat is removed to the atmosphere by the air flow V of the traction ventilation cooling channel 10, washing the housing and fins 11 of the external condensing heat exchanger 4.

В рабочем режиме приоткрытый под действием собственного веса обратный клапан не используется, так как столб жидкости в трубе 7, равный высоте теплообменника 2, противодействует давлению паров жидкости, а эффект аэролифта в трубе большого диаметра незначителен, поэтому пары жидкости в рабочем режиме будут перемещаться только по сотовой трубе 3. Кроме того ребра 13 трубопровода 7 способствуют его дополнительному охлаждению, создавая на стенках пленочное испарение [5]. (См. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов). Клапан 12 может использоваться при работе в критических режимах работы устройства, когда происходит взрывное испарение жидкости. В этом случае клапан поворачивается и закрывает вход в трубу 7.In the operating mode, the non-return valve, ajar under its own weight, is not used, since the liquid column in the pipe 7, equal to the height of the heat exchanger 2, counteracts the vapor pressure of the liquid, and the effect of the airlift in the large diameter pipe is insignificant, therefore, the liquid vapor in the operating mode will only move along honeycomb pipe 3. In addition, the ribs 13 of the pipeline 7 contribute to its additional cooling, creating film evaporation on the walls [5]. (See Tananayko Yu.M., Vorontsov EG Methods of calculation and research of film processes). Valve 12 can be used when operating in critical operating conditions of the device when explosive evaporation of liquid occurs. In this case, the valve rotates and closes the inlet to the pipe 7.

Устройство по второму варианту работает следующим образом (фиг. 2).The device according to the second embodiment works as follows (Fig. 2).

При достижении в бассейне 1 охладителя и, соответственно, в герметичном испарительном теплообменнике 2 заданной для теплоотвода температуры, в верхней части теплообменника 2 скапливаются пары жидкости, которые создают избыточное давление и выталкивают рабочую жидкость 8 через обратный паровой трубопровод 14 пароводяной смеси во внешний герметичный конденсаторный теплообменник 4, размещенный в охлаждающем водоеме.When the cooler reaches the pool 1 and, accordingly, in the sealed evaporative heat exchanger 2, the temperature set for heat removal is accumulated, liquid vapor accumulates in the upper part of the heat exchanger 2, which creates excess pressure and pushes the working fluid 8 through the steam return pipe 14 to the external water-tight condenser heat exchanger 4, located in a cooling pond.

Поскольку конденсаторный теплообменник 4 герметичен и полностью заполнен рабочей жидкостью 8, то последняя вынуждена при наличии избыточного давления подниматься по нагнетающему конденсатному трубопроводу 15, переливаясь снова в герметичные теплообменник 2.Since the condenser heat exchanger 4 is sealed and completely filled with the working fluid 8, the latter is forced to rise through the discharge condensate pipe 15 in the presence of excessive pressure, overflowing again into the sealed heat exchanger 2.

Отвод тепла в водоем производится путем охлаждения водой корпуса теплообменника 4 непосредственно и через его ребра 11.Heat is removed to the reservoir by cooling water of the heat exchanger body 4 directly and through its ribs 11.

Например, в бассейне 1 охладителя ТВС необходимо поддерживать температуру порядка 43 градусов Цельсия. Для этого применяем рабочую жидкость 8 из смесевого состава воды в равных пропорциях с перфторгексаном и перфторпентаном, имеющих температуры кипения соответственно 57,2 и 29,3 градусов Цельсия, а среднюю - 43,2 градусов. Таким образом, испаряющиеся пары этих перфторорганических соединений вынуждают перемещаться по контуру между теплообменниками воду с более высокой теплоемкостью, что повышает эффективность теплообмена.For example, in pool 1 of a fuel assembly cooler, it is necessary to maintain a temperature of about 43 degrees Celsius. To do this, we use a working fluid 8 from a mixed composition of water in equal proportions with perfluorohexane and perfluoropentane, having a boiling point of 57.2 and 29.3 degrees Celsius, respectively, and an average of 43.2 degrees. Thus, the evaporating vapors of these perfluororganic compounds force water with a higher heat capacity to move along the circuit between the heat exchangers, which increases the efficiency of heat transfer.

Таким образом, предлагаемое изобретение, использующее соответствующие рабочие жидкости с заданной температурой и теплотой испарения имеет высокую производительность и может найти универсальное применение на разных промышленных объектах, на АЭС и ТЭС.Thus, the present invention, using the appropriate working fluid with a given temperature and heat of vaporization, has high productivity and can find universal application in various industrial facilities, nuclear power plants and thermal power plants.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Лапшин А.П., Татаринов В.П. и др. Система отвода тепла от энергетического контура. Авторское свидетельство СССР №1563295. МПК F01K13/02 (аналог).1. Lapshin A.P., Tatarinov V.P. and others. The system of heat removal from the energy circuit. USSR copyright certificate No. 1563295. IPC F01K13 / 02 (analogue).

2. Мустафин М.Р., Бумагин В.Д. и др. Устройство для отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема защитной оболочки атомной электростанции. Патент РФ №2504031. МПК G21C 15/00 (аналог).2. Mustafin M.R., Bumagin V.D. etc. A device for removing excess thermal energy from the internal volume of the protective shell of a nuclear power plant. RF patent No. 2504031. IPC G21C 15/00 (analog).

3. Свириденко И.И., Москаленко О.Ю. Бассейн для выдержки отработанного ядерного топлива. Патент Украины №8314. МПК G21C 15/18 (прототип).3. Sviridenko I.I., Moskalenko O.Yu. Pool for spent nuclear fuel. Patent of Ukraine No. 8314. IPC G21C 15/18 (prototype).

4. Щеклеин С.Е., Стариков Е.В., Никитин А.Д. Парожидкостный двигатель. Патент РФ на полезную модель №160724. МПК F03G 7/06.4. Scheklein S.E., Starikov E.V., Nikitin A.D. Steam-liquid engine. RF patent for utility model No. 160724. IPC F03G 7/06.

5. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов. Киев, 1975.5. Tananayko Yu.M., Vorontsov E.G. Methods of calculation and research of film processes. Kiev, 1975.

6. Колыхан Л.И., Наганов А.В. и др. Система пассивной безопасности атомной электростанции. Авторское свидетельство СССР №1829697. МПК G21CC 9/00 (аналог).6. Kolykhan L.I., Naganov A.V. et al. Passive safety system of a nuclear power plant. USSR copyright certificate No. 1829697. IPC G21CC 9/00 (analog).

7. Патент Великобритании №1225997. МПК G21C 15/18, 1971 (аналог).7. UK patent No. 1225997. IPC G21C 15/18, 1971 (analog).

8. Патент ФРГ №3129289. МПК G21C 15/18? 1982 (аналог).8. The patent of Germany No. 3129289. IPC G21C 15/18? 1982 (analog).

Claims (1)

Устройство для пассивного отвода избыточной тепловой энергии из внутреннего объема защитной оболочки объекта, содержащее заполненный рабочей жидкостью кольцевой двухфазный термосифон, испарительный теплообменник которого размещен в бассейне-охладителе на объекте, а конденсаторный теплообменник в охлаждающем канале, причем теплообменники соединены паровым и конденсатным паропроводами, отличающееся тем, что паровой трубопровод выполнен сотовым из нескольких внутренних труб малого диаметра, верхний конец сотового парового трубопровода в конденсаторном теплообменнике оснащен гидросифоном с переливом жидкости, верхний и нижний концы конденсатного трубопровода установлены на уровне дна у обоих теплообменников, а конденсатный трубопровод оснащен ребрами охлаждения и обратным клапаном, причем в качестве рабочей жидкости в кольцевом двухфазном термосифоне для низкотемпературных объектов используется вода или смесевой состав из воды с низкокипящими перфторорганическими соединениями.A device for passively removing excess thermal energy from the internal volume of the object’s containment containing an annular two-phase thermosiphon filled with working fluid, the evaporative heat exchanger of which is located in the cooler pool at the object, and the condenser heat exchanger in the cooling channel, the heat exchangers being connected by steam and condensate steam pipelines, characterized in that the steam pipeline is made cellular from several internal pipes of small diameter, the upper end of the cellular steam pipe the water in the condenser heat exchanger is equipped with a hydrosiphon with a liquid overflow, the upper and lower ends of the condensate pipe are installed at the bottom of both heat exchangers, and the condensate pipe is equipped with cooling fins and a check valve, and water or mixed water is used as a working fluid in the ring two-phase thermosiphon for low-temperature objects composition of water with low boiling organo perfluorine compounds.
RU2018106777A 2018-02-22 2018-02-22 Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options) RU2682331C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106777A RU2682331C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106777A RU2682331C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options)

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144839A Division RU2711404C1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Device for passive removal of excess heat energy from an object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682331C1 true RU2682331C1 (en) 2019-03-19

Family

ID=65805865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106777A RU2682331C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682331C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112797830A (en) * 2019-11-13 2021-05-14 中国石化工程建设有限公司 Cooling method and cooling device for high-viscosity heavy oil

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4780270A (en) * 1986-08-13 1988-10-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Passive shut-down heat removal system
US4783306A (en) * 1984-09-05 1988-11-08 Georg Vecsey Method and device for passive transfer of heat from nuclear reactors to a public utility network, with automatic regulation of reactor power and automatic emergency shutdown and switchover to emergency cooling
RU2061308C1 (en) * 1992-05-22 1996-05-27 Производственно-коммерческое предприятие "Бист" Temperature control device for heat-transfer modules
RU153270U1 (en) * 2014-12-15 2015-07-10 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") NUCLEAR POWER PLANT

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4783306A (en) * 1984-09-05 1988-11-08 Georg Vecsey Method and device for passive transfer of heat from nuclear reactors to a public utility network, with automatic regulation of reactor power and automatic emergency shutdown and switchover to emergency cooling
US4780270A (en) * 1986-08-13 1988-10-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Passive shut-down heat removal system
RU2061308C1 (en) * 1992-05-22 1996-05-27 Производственно-коммерческое предприятие "Бист" Temperature control device for heat-transfer modules
RU153270U1 (en) * 2014-12-15 2015-07-10 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") NUCLEAR POWER PLANT

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112797830A (en) * 2019-11-13 2021-05-14 中国石化工程建设有限公司 Cooling method and cooling device for high-viscosity heavy oil
CN112797830B (en) * 2019-11-13 2023-04-18 中国石化工程建设有限公司 Cooling method and cooling device for high-viscosity heavy oil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4560533A (en) Fast reactor power plant design having heat pipe heat exchanger
US4552208A (en) Heat actuated system for circulating heat transfer fluids
CN205177415U (en) Active heat pipe cooling system of spent fuel pool of nuclear power plant non -
US4258780A (en) Dual cycle heat pipe-method and apparatus
JP6442489B2 (en) Passive reactor cooling system and method
KR101731817B1 (en) Reactor having cooling system using siphon principle and operating method for the reactor
CN102956275A (en) Pressurized water reactor with compact passive safety systems
JP2015508486A (en) Emergency reactor core cooling system (ECCS) using closed heat transfer path
JPH0659077A (en) Passive cooler for nuclear reactor
US10872706B2 (en) Apparatus for passively cooling a nuclear plant coolant reservoir
US4220138A (en) Refrigerant charged solar heating structure and system
RU2682331C1 (en) Device for passive disposal of excess thermal energy from internal volume of object protective shell (options)
JPH0769454B2 (en) Natural circulation passive cooling system for reactor plant containment
CN104662614A (en) Component cooling water system for nuclear power plant
JPH0216496A (en) Isolation condenser with stop cooling system heat exchanger
WO2022111428A1 (en) Heat-pipe heat exchanger, and mounting method therefor
US20020070486A1 (en) Method and device for removing decay heat from liquid metal reactors using thermosyphon
US11802738B2 (en) Water cooling system
JP6771402B2 (en) Nuclear plant
CN111508624A (en) Cooling system
RU153270U1 (en) NUCLEAR POWER PLANT
RU2711404C1 (en) Device for passive removal of excess heat energy from an object
US4258700A (en) Solar or waste heat-exothermic/endothermic liquid-heat sink and pump
JP2012230030A (en) Static water supply device for spent fuel pool
KR20210144396A (en) Microbial adhesion suppression device and passive cooling structure of the reactor having the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200223