RU2766322C1 - Autonomous nuclear power plant - Google Patents

Autonomous nuclear power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2766322C1
RU2766322C1 RU2021121950A RU2021121950A RU2766322C1 RU 2766322 C1 RU2766322 C1 RU 2766322C1 RU 2021121950 A RU2021121950 A RU 2021121950A RU 2021121950 A RU2021121950 A RU 2021121950A RU 2766322 C1 RU2766322 C1 RU 2766322C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
salt
channels
fuel
moderator
core
Prior art date
Application number
RU2021121950A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Сергеевич Абалин
Виктор Владимирович Игнатьев
Сергей Александрович Конаков
Александр Иванович Суренков
Ольга Савельевна Фейнберг
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
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 бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2021121950A priority Critical patent/RU2766322C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766322C1 publication Critical patent/RU2766322C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • 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

Abstract

FIELD: nuclear reactors.
SUBSTANCE: invention relates to a molten salt nuclear reactor and can be used to generate electrical energy for remote areas and islands of the Arctic. The installation consists of an outer and an inner shell, the space between which is filled with heat-insulating material in the form of an inert gas. An active zone is located inside the inner case, which includes graphite blocks of a moderator with channels for molten-salt fuel in the form of molten-salt fuel rods (FLs) and blocks of a thermoelectric generator. The lower part of molten salt FLs is located in the channels of the graphite stack of the moderator of the core, which has channels for emergency discharge of fuel salt from the core into the volume between the inner and outer housings in the lower part of the graphite stack of the moderator and reflector. The upper part of the molten-salt FLs comes out of the inner case into cylindrical steel sleeves fixed outside on the upper cover of the reactor, on the outer wall of which blocks of thermoelectric generator modules are fixed. Moreover, the excess of reactivity is compensated by the neutron absorber rods, which form four CPS channels. The liquid salt fuel circulates in the molten salt FL, heating up in the lower part of the core and transferring heat in the upper part to the inner, "hot" junction of thermoelectric modules of the thermoelectric generator, and the "cold", external junction of these modules is cooled by seawater in the case of an underwater nuclear power plant. installation or additional heat carrier.
EFFECT: increasing the efficiency and reducing the volume of molten salts in the installation.
1 cl, 1 dwg

Description

Предложение относится к производству электрической энергии для труднодоступных территорий и островов Арктики с помощью необслуживаемого жидкосолевого ядерного реактора (ЖСР). Конкретно, предложение относится к реактору мощностью 1-5 Мвт, охлаждаемого забортной водой, с активной зоной в виде жидкосолевого расплава и графита, и термоэлектрического преобразователя тепловой энергии в электрическую.The proposal relates to the production of electrical energy for hard-to-reach territories and islands of the Arctic using an unattended molten-salt nuclear reactor (ZSR). Specifically, the proposal refers to a reactor with a capacity of 1-5 MW, cooled by sea water, with an active zone in the form of a molten salt melt and graphite, and a thermoelectric converter of thermal energy into electrical energy.

Уровень техникиState of the art

Известна автономная ядерная энергетическая установка (патент RU 2741330), которая состоит из внешнего и внутреннего корпусов, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом в виде инертного газа. Внутри внутреннего корпуса размещена активная зона, включающая графитовые блоки замедлителя с каналами для жидкосолевого топлива и каналами вокруг активной зоны со вставленными в них тепловыми трубами с термоэлектрическими генераторами. На крышке корпуса реактора расположен газгольдер, внутри газгольдера установлен газовый абсорбер с дозатором, подающим топливную соль в жидкосолевые ТВЭЛы. ТВЭЛы представляют собой внешние трубы, торцы которых снизу заглушены, а сверху приварены к верхнему коллектору топливной соли. В трубах имеются внутренние трубные вставки, установленные коаксиально с просветом с открытыми торцами, причем циркулирующая в жидкосолевых ТВЭЛах топливная соль охлаждается снаружи дополнительным жидкосолевым теплоносителем без топлива, циркулирующим как в каналах графитовых блоков замедлителя активной зоны, так и в каналах бокового и нижнего отражателей.Known autonomous nuclear power plant (patent RU 2741330), which consists of external and internal buildings, the space between which is filled with heat-insulating material in the form of an inert gas. Inside the inner case there is an active zone, including graphite blocks of the moderator with channels for liquid salt fuel and channels around the active zone with heat pipes with thermoelectric generators inserted into them. A gas tank is located on the cover of the reactor vessel, inside the gas tank there is a gas absorber with a dispenser that supplies fuel salt to liquid-salt fuel elements. Fuel rods are external pipes, the ends of which are plugged from below, and welded to the upper fuel salt collector from above. The pipes have internal pipe inserts installed coaxially with a gap with open ends, and the fuel salt circulating in the liquid-salt fuel elements is cooled from the outside by an additional liquid-salt coolant without fuel circulating both in the channels of the graphite blocks of the core moderator and in the channels of the side and bottom reflectors.

Одним из недостатков этой схемы является то, что жидкосолевое топливо заключено в твэлы, объединенные коллектором, и передает тепло тепловым трубам с ТЭГами с помощью дополнительного, промежуточного бестопливного теплоносителя, заполняющего все реакторное пространство.One of the disadvantages of this scheme is that the liquid salt fuel is enclosed in fuel elements connected by a collector and transfers heat to heat pipes with TEGs using an additional, intermediate fuel-free coolant that fills the entire reactor space.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является конструктивная схема высокотемпературного жидкосолевого реактора (ВТЖСР) (М.В. Ковальчук, Б.Б. Чайванов, С.С. Абалин, О.С. Фейнберг «Ядерный источник энергии для Арктики», ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2018, вып. 1), в которой предложена схема корпусного одноконтурного ВТЖСР мощностью 1-5 Мвт с циркулирующим топливом на основе расплавов солей фторидов металлов. Топливная соль заполняет все реакторное пространство, включая активную зону, состоящую из графитовых блоков замедлителя с отверстиями для прохода топливной соли, тягового участка над активной зоной и опускного участка, в котором находятся тепловые трубы (ТТ) со своим теплоносителем, нижняя часть которых нагревается топливной солью, а в верхней части тепло передается блокам термоэлектрического генератора (ТЭГ) вне корпуса реактора со своим, наружным охлаждением. При этом, наиболее близкой по технической сущности схемой самой активной зоны является конструктивная схема активной зоны жидкосолевого реактора (ЖСР) медицинского назначения (Татауров А.Л., Фейнберг О.С. Жидкосолевой реактор для широкомасштабного производства 99Мо, Атомная Энергия, 2017, т. 122, №5, с. 249-252), представляющая собой кладку из двадцати одного графитового блока замедлителя с отверстиями радиусом 4 см, которые являются жидкосолевыми каналами.The closest in technical essence to the claimed invention is a design diagram of a high-temperature molten-salt reactor (HTZhSR) (M.V. Kovalchuk, B.B. Chaivanov, S.S. Abalin, O.S. Feinberg "Nuclear energy source for the Arctic", VANT Ser. Fizika yadernykh reaktorov, 2018, issue 1), which proposes a scheme of a single-loop 1-5 MW HRTHS with circulating fuel based on molten metal fluoride salts. Fuel salt fills the entire reactor space, including the core, consisting of graphite blocks of the moderator with holes for the passage of fuel salt, a traction section above the core, and a lower section, in which there are heat pipes (HP) with their own coolant, the lower part of which is heated by fuel salt , and in the upper part the heat is transferred to the units of the thermoelectric generator (TEG) outside the reactor vessel with its own external cooling. At the same time, the closest in technical essence to the scheme of the core itself is the structural scheme of the core of a liquid-salt reactor (ZHR) for medical purposes (Tataurov A.L., Feinberg O.S. Liquid-salt reactor for large-scale production of 99 Mo, Atomic Energy, 2017, t 122, No. 5, pp. 249-252), which is a masonry of twenty-one graphite blocks of the moderator with holes with a radius of 4 cm, which are liquid-salt channels.

Одним из основных недостатков этой схемы является относительно большая загрузка делящимся веществом всей реакторной установки (РУ), многократно превышающей загрузку собственно активной зоны реактора.One of the main disadvantages of this scheme is the relatively large fissile material load of the entire reactor facility (RP), which is many times greater than the load of the reactor core itself.

Технической проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является совершенствование принципиальной схемы ядерной энергетической установки малой мощности с ЖСР и термоэлектрическим генератором (ТЭГ) мощностью до 500 кВт (эл) со сроком службы 5-10 и более лет с циркулирующим топливом на основе расплавов солей фторидов металлов.The technical problem to be solved by this invention is the improvement of the concept of a low-power nuclear power plant with a FSR and a thermoelectric generator (TEG) with a power of up to 500 kW (el) with a service life of 5-10 years or more with circulating fuel based on molten salts metal fluorides.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническим результатом заявляемого изобретения является совершенствование схемы передачи тепла от жидкосолевого топлива к термоэлектрическим генераторам (ТЭГ) без какого-либо промежуточного теплоносителя, что ведет к повышению коэффициента полезного действия ТЭГ и к существенному уменьшению объемов расплавленных солей в установке.The technical result of the claimed invention is the improvement of the heat transfer scheme from liquid salt fuel to thermoelectric generators (TEG) without any intermediate coolant, which leads to an increase in the efficiency of the TEG and to a significant decrease in the volume of molten salts in the installation.

Для достижения технического результата предложена автономная ядерная энергетическая установка, состоящая из внешнего и внутреннего корпусов, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом в виде инертного газа, внутри внутреннего корпуса размещена активная зона, включающая графитовые блоки замедлителя с каналами для жидкосолевого топлива в виде жидкосолевых ТВЭЛов, представляющих собой внешние трубы, торцы которых сверху и снизу заглушены, и внутренние трубные вставки, установленные с просветом с открытыми торцами, и блоки термоэлектрического генератора, расположенных снаружи над верхней крышкой реактора, при этом, нижняя часть жидкосолевых ТВЭлов находится в каналах графитовой кладки замедлителя активной зоны, имеющей в нижней части графитовой кладки замедлителя и отражателя каналы аварийного слива топливной соли из активной зоны в объем между внутренним и внешним корпусами, а верхняя часть жидкосолевых ТВЭЛов выходит из внутреннего корпуса в цилиндрические стальные гильзы, закрепленные снаружи на верхней крышке реактора, на внешней стенке которых закреплены блоки модулей термоэлектрического генератора, при этом, избыток реактивности компенсируется стержнями-поглотителями нейтронов, образующих четыре канала СУЗ, нижняя часть которых находится в каналах графитовой кладки замедлителя и отражателя активной зоны, а верхняя в цилиндрических стальных гильзах, закрепленных снаружи на верхней крышке реактора, находящихся в пространстве внешнего защитного корпуса, где расположен электрический блок, включающий коммутатор термоэлектрических генераторов и питание СУЗ, при этом, жидкосолевое топливо циркулирует в жидкосолевом ТВЭле, нагреваясь в нижней части активной зоны, и передавая тепло в верхней части внутреннему, «горячему» спаю термоэлектрических модулей (ТЭМ) термоэлектрического генератора, а «холодный», наружный спай этих модулей охлаждается забортной водой, в случае подводного размещения ядерной энергетической установки, или дополнительным теплоносителем в случае наземного размещения ядерной энергетической установки для включения в систему отопления поселения.To achieve a technical result, an autonomous nuclear power plant is proposed, consisting of outer and inner cases, the space between which is filled with a heat-insulating material in the form of an inert gas, an active zone is located inside the inner case, including graphite blocks of the moderator with channels for liquid salt fuel in the form of liquid salt fuel elements, representing external pipes, the ends of which are muffled from above and below, and internal pipe inserts installed with a clearance with open ends, and thermoelectric generator units located outside above the top cover of the reactor, while the lower part of the liquid-salt fuel elements is located in the graphite masonry channels of the core moderator having in the lower part of the graphite stack of the moderator and reflector channels for emergency draining of the fuel salt from the core into the volume between the inner and outer casings, and the upper part of the liquid-salt fuel rods goes out of the inner casing into cylindrical steel sleeves fixed on the outside on the top cover of the reactor, on the outer wall of which blocks of modules of the thermoelectric generator are fixed, while the excess reactivity is compensated by neutron absorber rods forming four CPS channels, the lower part of which is located in the channels of the graphite stack of the moderator and reflector of the core, and the upper one is in cylindrical steel sleeves, fixed on the outside on the top cover of the reactor, located in the space of the outer protective case, where the electrical unit is located, including the switch of thermoelectric generators and power supply of the CPS, while the molten salt fuel circulates in the molten salt fuel element, heating up in the lower part of the core, and transferring heat in the upper part to the internal, "hot" junction of thermoelectric modules (TEM) of the thermoelectric generator, and the "cold", external junction of these modules is cooled by sea water, in the case of an underwater placement of a nuclear power plant, or by additional heat transfer teletel in the case of ground-based placement of a nuclear power plant for inclusion in the heating system of the settlement.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фигуре показана схема автономной ядерной энергетической установки, где:The figure shows a diagram of an autonomous nuclear power plant, where:

1 - Внешний корпус реактора;1 - External vessel of the reactor;

2 - Внутренний корпус реактора;2 - Inner vessel of the reactor;

3 - Теплоизоляция (инертный газ)3 - Thermal insulation (inert gas)

4 - Графитовая кладка замедлителя и отражателя;4 - Graphite laying of the moderator and reflector;

5 - Каналы аварийного слива расплава;5 - Channels for emergency discharge of the melt;

6 - Внешняя труба ТВЭЛа;6 - External tube of TVEL;

7 - Внутренняя труба вставка (стрелкой показано направление движения жидкосолевого топлива);7 - Inner pipe insert (the arrow shows the direction of movement of liquid salt fuel);

8 - Инвертор;8 - Inverter;

9 - Верхняя крышка реактора;9 - Top cover of the reactor;

10 - Стальные гильзы;10 - Steel sleeves;

11 - Блоки термоэлектрических генераторов (ТЭГ);11 - Blocks of thermoelectric generators (TEG);

12 - Внешний теплоноситель (заборная вода, стрелкой показано направление движения);12 - External coolant (intake water, the arrow shows the direction of movement);

13 - Внешний защитный корпус;13 - External protective case;

14 - Четыре канала СУЗ со стержнями-поглотителями нейтронов;14 - Four CPS channels with neutron absorber rods;

15 - Электрический блок, включающий коммутатор ТЭГ и питание СУЗ.15 - Electrical unit, including the TEG switch and CPS power supply.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Автономная ядерная энергетическая установка, схема которой показана на фигуре, включает кладку из двадцати одного графитового блока замедлителя 4 с отверстиями радиусом 4 см, которые являются жидкосолевыми каналами, в нашем случае - ТВЭЛами. Жидкосолевые ТВЭЛы нижней частью помещаются в цилиндрические каналы графитовой кладки замедлителя и отражателя 4 радиусом 4 см, а сверху выходят из внутреннего корпуса 2 через верхнюю крышку реактора 9 в верхний защитный корпус 13, где каждый ТВЭЛ помещен в свою стальную гильзу 10, на которой размещены блоки термоэлектрических генераторов ТЭГ 11.An autonomous nuclear power plant, the diagram of which is shown in the figure, includes a stack of twenty-one graphite moderator blocks 4 with holes with a radius of 4 cm, which are liquid-salt channels, in our case, fuel rods. Liquid-salt fuel rods are placed in the lower part into the cylindrical channels of the graphite masonry of the moderator and reflector 4 with a radius of 4 cm, and from above they exit the inner vessel 2 through the top cover of the reactor 9 into the upper protective housing 13, where each fuel rod is placed in its steel sleeve 10, on which the blocks are placed thermoelectric generators TEG 11.

Жидкосолевые ТВЭЛы представляют собой внешние трубы 6 наружным диаметром 7 см, торцы которых снизу заглушены, и внутренние трубные вставки 7 круглого сечения радиусом 2 см типа трубы Фильда. Такие жидкосолевые ТВЭЛы заполнены расплавленной топливной солью и функционируют в режиме термосифона: нижняя часть ТВЭЛа находится в активной зоне реактора, где, топливная соль нагреваясь, поднимается вверх по кольцевому зазору ТВЭЛа до верха активной зоны, а затем, после специального инвертора 8 попадает во внутреннюю трубу вставку 7 верхней части ТВЭЛа над активной зоной, поднимается до зоны перелива и поворачивает вниз в кольцевой зазор ТВЭЛа, где отдает тепло блокам ТЭГ 11, расположенными на специальных стальных гильзах 10, закрепленных на верхней крышке реактора, в которые входят верхние части ТВЭЛов.Liquid-salt fuel rods are external pipes 6 with an outer diameter of 7 cm, the ends of which are muffled from below, and internal pipe inserts 7 of circular cross section with a radius of 2 cm of the Field type pipe. Such liquid-salt fuel elements are filled with molten fuel salt and operate in the thermosiphon mode: the lower part of the fuel element is located in the reactor core, where, when heated, the fuel salt rises up the annular gap of the fuel element to the top of the core, and then, after a special inverter 8, enters the inner tube the insert 7 of the upper part of the TVEL above the core, rises to the overflow zone and turns down into the annular gap of the TVEL, where it gives off heat to the TEG 11 blocks located on special steel sleeves 10 fixed on the top cover of the reactor, into which the upper parts of the TVELs enter.

В качестве топливной соли используется топливная композиция молярного состава 66LiF-34BeF2+x(UF4+ThF4), где х - мольная доля 235U 20%-го обогащения, изменяющаяся в процессе выгорания. Температура плавления топливной соли составляет 458°С. Естественным требованием для условий работы такого реактора является минимизация загрузки по делящимся элементам и применение низкообогащенного ядерного топлива. Данным критериям отвечает схема ВТЖСР, в котором выгорание U-233 компенсируется наработкой его из Th-232, предварительно добавленного в топливную соль в виде ThF4 В качестве конструкционного материала в активной зоне, замедлителя и отражателя нейтронов 4 предусматривается использовать графит, включая пирографит, стеклоуглерод СУ-2000 и стеклоуглеродный композиционный материал. Среди отечественных сортов графита в наибольшей степени всем требованием работы в условиях ЖСР отвечает графит марки ГСП (графит, связанный пироуглеродом), который используется для изготовления шаровых оболочек ТВЭЛов высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Стартовая загрузка 235U (при 20% обогащении и доле UF4 1,12 мол.%) в активной зоне составляет 7,8 кг, а годовая подпитка составит ~350 г на 1 МВт, т.е. общая загрузка в расчете на работу в течение 10 лет составит чуть более 10 кг.As a fuel salt, a fuel composition of the molar composition 66LiF-34BeF 2 +x(UF4+ ThF4 ) is used, where x is the mole fraction of 235U of 20% enrichment, which changes during burnout. The melting point of the fuel salt is 458°C. A natural requirement for the operating conditions of such a reactor is to minimize the load on fissile elements and use low-enriched nuclear fuel. These criteria are met by the VTZhSR scheme, in which U-233 burnup is compensated by its production from Th-232, previously added to the fuel salt in the form of ThF 4 Graphite, including pyrographite, glassy carbon, is used as a structural material in the core, neutron moderator and reflector 4 SU-2000 and glassy carbon composite material. Among domestic grades of graphite, graphite grade GSP (graphite bound by pyrocarbon), which is used for the manufacture of spherical shells of fuel elements of high-temperature gas-cooled reactors, meets all the requirements for working under the conditions of the ZhSR to the greatest extent. The starting load of 235 U (with 20% enrichment and a UF 4 fraction of 1.12 mol.%) in the core is 7.8 kg, and the annual make-up will be ~350 g per 1 MW, i.e. the total load per work for 10 years will be just over 10 kg.

В пространстве верхнего защитного корпуса 13 монтируется электрический блок 15, включающий коммутатор ТЭГ и питание СУЗ.In the space of the upper protective housing 13, an electrical unit 15 is mounted, including the TEG switch and CPS power supply.

На случай повреждения стенок жидкосолевого ТВЭЛа и возможного вытекания из него топливной соли в нижней части графитовой кладки замедлителя и отражателя 4 и внутреннем корпусе 2 имеются сквозные каналы 5 аварийного слива топливной соли в объем между внутренним корпусом 2 и внешним 1 для исключения образования неконтролируемых дополнительных критических масс.In case of damage to the walls of the liquid-salt fuel element and possible leakage of fuel salt from it, in the lower part of the graphite masonry of the moderator and reflector 4 and the inner case 2 there are through channels 5 for emergency draining of the fuel salt into the volume between the inner case 2 and the outer case 1 to prevent the formation of uncontrolled additional critical masses .

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) 11 представляет собой набор из двадцати одного блока ТЭГ в виде сборки трубчатых термоэлектрических модулей (ТЭМ), которые представляют собой набор из двенадцати термобатарей (ТБ), нанизанных одна на другую на стенку цилиндрической стальной гильзы 11. «Горячий» спай ТБ нагревается от жидкосолевого ТВЭЛа через газовый зазор между стенкой ТВЭЛа и стенкой стальной цилиндрической гильзы 10. «Холодный» спай ТБ охлаждается забортной водой в пределах внешнего защитного корпуса 13, при подводном размещении установки, или дополнительным контуром охлаждения для включения в систему отопления поселения.Thermoelectric generator (TEG) 11 is a set of twenty-one TEG blocks in the form of an assembly of tubular thermoelectric modules (TEM), which are a set of twelve thermopiles (TB) strung one on top of the other on the wall of a cylindrical steel sleeve 11. "Hot" junction The TB is heated from the liquid-salt TVEL through the gas gap between the TVEL wall and the wall of the steel cylindrical sleeve 10. The “cold” junction of the TB is cooled by outboard water within the outer protective housing 13, when the installation is located underwater, or by an additional cooling circuit for inclusion in the heating system of the settlement.

Таким образом, передавая тепло от жидкосолевого топлива непосредственно блокам ТЭГ 11 без «лишних» промежуточных теплоносителей - повышается температура на «горячем» спае ТЭМ и, как следствие, КПД ТЭГ 11.Thus, by transferring heat from liquid salt fuel directly to TEG 11 blocks without "extra" intermediate heat carriers, the temperature at the "hot" junction of the TEM increases and, as a result, the efficiency of TEG 11 increases.

Пространство между внешним 1 и внутренним 2 корпусами заполняется инертным газом.The space between the outer 1 and inner 2 cases is filled with an inert gas.

Избыток реактивности компенсируется стержнями-поглотителями нейтронов 14, образующих четыре канала СУЗ, нижняя часть которых находится в каналах графитовой кладки замедлителя и отражателя активной зоны 4, а верхняя в цилиндрических стальных гильзах 10, находящихся в пространстве внешнего защитного корпуса 13 и закрепленных снаружи на верхней крышке реактора 9.Excess reactivity is compensated by neutron absorbing rods 14, which form four CPS channels, the lower part of which is located in the channels of the graphite masonry of the moderator and reflector of the active zone 4, and the upper part is in cylindrical steel sleeves 10 located in the space of the outer protective housing 13 and fixed on the outside on the top cover reactor 9.

При заданной геометрии активной зоны, ее размерах, температурном проектном режиме и выбранной тепло-гидравлической схеме охлаждения реакторной установки достигается тепловая мощность около 1 МВт (тепл.), обеспечивая электрическую мощность от 50 до 100 кВт (в зависимости от конкретной конструкции ТЭГ со своим КПД преобразования). Дальнейшее увеличение мощности достигается увеличением числа блоков ТВЭЛов с блоками ТЭГов. Так, например, даже при том же диаметре корпуса реактора, добавив по периферии его активной зоны к имеющимся 21 топливном канале еще 12 или 18 дополнительных каналов, мощность реактора увеличится до ≈1,5 или ≈ 2 МВт, соответственно.With a given geometry of the core, its dimensions, temperature design mode and the selected thermal-hydraulic scheme for cooling the reactor plant, a thermal power of about 1 MW (thr.) is achieved, providing electrical power from 50 to 100 kW (depending on the specific design of the TEG with its own efficiency transformations). A further increase in power is achieved by increasing the number of fuel rod units with TEG units. So, for example, even with the same diameter of the reactor vessel, adding 12 or 18 additional channels along the periphery of its core to the existing 21 fuel channels, the reactor power will increase to ≈1.5 or ≈2 MW, respectively.

Claims (1)

Автономная ядерная энергетическая установка, состоящая из внешнего и внутреннего корпусов, пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом в виде инертного газа, внутри внутреннего корпуса размещена активная зона, включающая графитовые блоки замедлителя с каналами для жидкосолевого топлива в виде жидкосолевых ТВЭЛов, представляющих собой внешние трубы, торцы которых сверху и снизу заглушены, и внутренние трубные вставки, установленные с просветом с открытыми торцами, и блоки термоэлектрического генератора, расположенных снаружи над верхней крышкой реактора, отличающаяся тем, что нижняя часть жидкосолевых ТВЭлов находится в каналах графитовой кладки замедлителя активной зоны, имеющей в нижней части графитовой кладки замедлителя и отражателя каналы аварийного слива топливной соли из активной зоны в объем между внутренним и внешним корпусами, а верхняя часть жидкосолевых ТВЭЛов выходит из внутреннего корпуса в цилиндрические стальные гильзы, закрепленные снаружи на верхней крышке реактора, на внешней стенке которых закреплены блоки модулей термоэлектрического генератора, при этом избыток реактивности компенсируется стержнями-поглотителями нейтронов, образующих четыре канала СУЗ, нижняя часть которых находится в каналах графитовой кладки замедлителя и отражателя активной зоны, а верхняя в цилиндрических стальных гильзах, закрепленных снаружи на верхней крышке реактора, находящихся в пространстве внешнего защитного корпуса, где расположен электрический блок, включающий коммутатор термоэлектрических генераторов и питание СУЗ, при этом жидкосолевое топливо циркулирует в жидкосолевом ТВЭле, нагреваясь в нижней части активной зоны и передавая тепло в верхней части внутреннему, «горячему», спаю термоэлектрических модулей (ТЭМ) термоэлектрического генератора, а «холодный», наружный, спай этих модулей охлаждается забортной водой в случае подводного размещения ядерной энергетической установки или дополнительным теплоносителем в случае наземного размещения ядерной энергетической установки для включения в систему отопления поселения.Autonomous nuclear power plant, consisting of outer and inner casings, the space between which is filled with a heat-insulating material in the form of an inert gas, inside the inner casing there is an active zone, including graphite blocks of the moderator with channels for liquid salt fuel in the form of liquid salt fuel elements, which are external pipes, ends which are muffled from above and below, and internal pipe inserts installed with a clearance with open ends, and thermoelectric generator units located outside above the top cover of the reactor, characterized in that the lower part of the liquid-salt fuel elements is located in the channels of the graphite stack of the core moderator, which has at the bottom parts of the graphite masonry of the moderator and reflector channels for emergency draining of fuel salt from the core into the volume between the inner and outer casings, and the upper part of the liquid salt fuel rods goes out of the inner casing into cylindrical steel sleeves fixed on the outside to the upper to the reactor cover, on the outer wall of which blocks of thermoelectric generator modules are fixed, while the excess reactivity is compensated by neutron absorbing rods forming four CPS channels, the lower part of which is located in the channels of the graphite masonry of the moderator and reflector of the core, and the upper part is in cylindrical steel sleeves, fixed outside on the upper cover of the reactor, located in the space of the outer protective housing, where the electrical unit is located, including the switch of thermoelectric generators and power supply to the CPS, while the molten salt fuel circulates in the molten salt fuel element, heating up in the lower part of the core and transferring heat in the upper part to the internal one, "hot", junction of thermoelectric modules (TEM) of thermoelectric generator, and "cold", external, junction of these modules is cooled by outboard water in case of underwater location of nuclear power plant or by additional coolant in case of ground location of nuclear power plant. oh power plant for inclusion in the heating system of the settlement.
RU2021121950A 2021-07-23 2021-07-23 Autonomous nuclear power plant RU2766322C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121950A RU2766322C1 (en) 2021-07-23 2021-07-23 Autonomous nuclear power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121950A RU2766322C1 (en) 2021-07-23 2021-07-23 Autonomous nuclear power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766322C1 true RU2766322C1 (en) 2022-03-15

Family

ID=80736466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021121950A RU2766322C1 (en) 2021-07-23 2021-07-23 Autonomous nuclear power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766322C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU57040U1 (en) * 2006-05-12 2006-09-27 Роберт Михайлович Яковлев NUCLEAR REACTOR PLANT WITH FUEL-HEAT CARRIER IN THE FORM OF MELTS OF FLUORIDE SALTS
RU2424587C1 (en) * 2010-02-18 2011-07-20 Николай Антонович Ермолов Liquid salt nuclear reactor (versions)
RU2644393C2 (en) * 2013-02-25 2018-02-12 Айан Ричард СКОТТ Molten-salt reactor
US9960288B2 (en) * 2012-08-09 2018-05-01 The United State of America as represented by the Administrator of NASA Solar radiation control and energy harvesting film
RU2668230C1 (en) * 2018-03-05 2018-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Fast neutron nuclear reactor with liquid metal coolant
EP2577680B1 (en) * 2010-05-25 2019-02-27 TerraPower LLC Liquid fuel nuclear fission reactor
RU2699229C1 (en) * 2019-01-31 2019-09-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Low-power fast neutron modular nuclear reactor with liquid metal heat carrier and reactor core (versions)
RU2741330C1 (en) * 2020-08-14 2021-01-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Autonomous nuclear power plant

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU57040U1 (en) * 2006-05-12 2006-09-27 Роберт Михайлович Яковлев NUCLEAR REACTOR PLANT WITH FUEL-HEAT CARRIER IN THE FORM OF MELTS OF FLUORIDE SALTS
RU2424587C1 (en) * 2010-02-18 2011-07-20 Николай Антонович Ермолов Liquid salt nuclear reactor (versions)
EP2577680B1 (en) * 2010-05-25 2019-02-27 TerraPower LLC Liquid fuel nuclear fission reactor
US9960288B2 (en) * 2012-08-09 2018-05-01 The United State of America as represented by the Administrator of NASA Solar radiation control and energy harvesting film
RU2644393C2 (en) * 2013-02-25 2018-02-12 Айан Ричард СКОТТ Molten-salt reactor
RU2668230C1 (en) * 2018-03-05 2018-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Fast neutron nuclear reactor with liquid metal coolant
RU2699229C1 (en) * 2019-01-31 2019-09-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Low-power fast neutron modular nuclear reactor with liquid metal heat carrier and reactor core (versions)
RU2741330C1 (en) * 2020-08-14 2021-01-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Autonomous nuclear power plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Татауров А.Л., Фейнберг О.С. Жидкосолевой реактор для широкомасштабного производства 99Мо, Атомная Энергия, 2017, т. 122, N5, с. 249-252. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Forsberg et al. Molten-salt-cooled advanced high-temperature reactor for production of hydrogen and electricity
US20090279658A1 (en) Molten salt nuclear reactor
Forsberg The advanced high-temperature reactor: high-temperature fuel, liquid salt coolant, liquid-metal-reactor plant
Yetisir et al. Development and integration of Canadian SCWR concept with counter-flow fuel assembly
WO2009135286A1 (en) Molten salt nuclear reactor
US20090268860A1 (en) Process for accelerating the breeding and conversion of fissile fuel in nuclear reactors
CN106683720B (en) A kind of shell-and-tube lead-containing alloy cooled reactor
US20160329113A1 (en) SLIMM-Scalable Liquid Metal Cooled Small Modular Reactor
CN109119174A (en) A kind of heat-pipe cooling type nuclear reactor power-supply system based on uranium hydrogen zirconium fuel and static heat to electricity conversion
JP2018520369A (en) Reactor
Ohashi et al. A Small-sized HTGR system design for multiple heat applications for developing countries
US20160125963A1 (en) Intrinsically safe nuclear reactor
RU2766322C1 (en) Autonomous nuclear power plant
RU2741330C1 (en) Autonomous nuclear power plant
US2886503A (en) Jacketed fuel elements for graphite moderated reactors
Koch et al. Construction design of EBR-II: an integrated unmoderated nuclear power plant
Kuznetsov Small modular reactors (SMRs): the case of Russia
CN209216595U (en) Heat-pipe cooling type reactor power supply based on uranium hydrogen zirconium fuel and static heat to electricity conversion
RU143978U1 (en) THERMONUCLEAR REACTOR FORM
KR101016710B1 (en) PASCAR : Proliferation-resistant, Accident-tolerant, Secure and Capsular Autonomous Reactor
Casini et al. A water cooled, lithium lead breeding blanket for a DEMO fusion reactor
CN111128412B (en) Heat pipe reactor core structure for multiple power generation modes
KR20100035731A (en) Pascar-demo
Forsberg The Advanced High-Temperature Reactor: High-Temperature Fuel, Molten Salt Coolant, and Liquid-Metal Reactor Plant
Kovalchuk et al. Nuclear Power Unit with Molten Salt Fuel for the Arctic