Пасивна система охолодження контейнменту

Реферат: Пасивна система охолодження контейнменту, що містить з'єднані між собою теплообмінникконденсатор в контейнменті та кінцевий пристрій теплоскидання зовні нього, причому теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді випаровувальних ділянок блока теплових труб, конденсаційні ділянки яких введено у кінцевий пристрій теплоскидання, а транспортні ділянки цих теплових труб з'єднують теплообмінник-конденсатор та кінцевий пристрій теплоскидання, причому кінцевий пристрій теплоскидання виконано у вигляді витяжної башти. UA 68394 U (54) ПАСИВНА СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ КОНТЕЙНМЕНТУ UA 68394 U UA 68394 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетики і може бути використана при розробці елементів третього бар'єру безпеки атомних електричних станцій. Відома система пасивного тепловідведення із захисної оболонки ядерного реактора (див. статтю Бахметьев A.M., Вахрушев В.В., Хизбуллин A.M., Макаров О.В., Безлепкин В.В., Семашко С.Е., Ивков И.М. Экспериментальное обоснование контура охлаждения системы пассивного отвода тепла из защитной оболочки проекта АЭС-2006 для площадки Ленинградской АЭС // Атомная энергия. - 2009.- Т.106. - Вып. 3. - С. 148-152, рис. 2) містить з'єднані між собою підвідним і відвідним трубопроводами теплообмінник-конденсатор в захисній оболонці та бак-випаровувач зовні неї. Ця система є повністю пасивною, вона може працювати без підведення живлення. До головних недоліків цієї системи відносяться невисокий рівень ефективності процесів теплообміну, обмежений термін її роботи, що визначається місткістю бака-випаровувача, низька надійність внаслідок уразливості до пошкоджень щільності будьякого із оболонкових складових: теплообмінника-конденсатора, трубопроводів, нестійкий режим її роботи при деяких температурних умовах. Вірогідність потрапляння радіоактивних продуктів розпаду в довкілля стає високою у випадку появи нещільностей у оболонкових складових системи, протяжність яких велика. Як найбільш близький аналог вибрано систему пасивного тепловідведення із захисної оболонки ядерного реактора (див. патент №58520, МПК G21C 15/00, опубл. 2010), що містить з'єднані між собою теплообмінник-конденсатор в контейнменті (захисній оболонці ядерного реактора) та кінцевий пристрій теплоскидання зовні нього. Теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді випаровувальних ділянок блока теплових труб, конденсаційні ділянки яких введено у кінцевий пристрій теплоскидання, а транспортні ділянки цих теплових труб з'єднують теплообмінник-конденсатор та кінцевий пристрій теплоскидання. Ця пасивна система тепловідведення із захисної оболонки ядерного реактора характеризується більш високою ефективністю у порівнянні з аналогом за рахунок того, що роль теплопроводу між просторово розділеними теплообмінником-конденсатором і кінцевим пристроєм теплоскидання виконують теплові труби, які характеризуються високою інтенсивністю теплообміну на їх випаровувальних та конденсаційних ділянках та високою еквівалентною теплопровідністю. Тривалий ресурс роботи і надійність цієї системи забезпечується тим, що кожна з теплових труб системи має великий закладений технологією виготовлення ресурс роботи, працює автономно та стабільно і малоймовірний вихід з ладу однієї чи навіть кількох теплових труб не приведе до помітного погіршення роботи системи. Пасивність системи визначається незалежністю її роботи від наявності джерел енергоживлення та сигналів управління Поява радіоактивних продуктів розпаду в довкіллі при роботі даної системи тепловідведення виключається за рахунок наявності в кожній з теплових труб подвійного бар'єру на шляху між теплообмінникомконденсатором і кінцевим пристроєм теплоскидання. В той же час тривалість роботи цієї системи обмежена кількістю води, що знаходиться в бакові-випаровувачі та яка витрачається в процесі її роботи і це є її суттєвим недоліком, так як кількість води і, відповідно, час роботи системи можуть бути недостатніми для прийняття заходів по зупиненню розвитку аварійної ситуації, що спричинила надходження пари в контейнмент. Прикладом подібної ситуації є події на атомній станції Фукусіма, коли вийшли з ладу всі системи охолодження, включаючи пасивні з обмеженим терміном роботи, що призвело до тяжких наслідків. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пасивної системи охолодження контейнменту, в якій нова конструкція кінцевого пристрою теплоскидання дозволила б забезпечити практично необмежений термін її роботи та підвищення надійності при збереженні високої ефективності, виключення потрапляння продуктів розпаду в довкілля та повної пасивності. Поставлена задача вирішується тим, що в пасивній системі видалення теплоти з контейнменту, що містить з'єднані між собою теплообмінник-конденсатор в контейнменті та кінцевий пристрій теплоскидання зовні нього, причому теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді випаровувальних ділянок блока теплових труб, конденсаційні ділянки яких введено у кінцевий пристрій теплоскидання, а транспортні ділянки цих теплових труб з'єднують теплообмінник-конденсатор та кінцевий пристрій теплоскидання, згідно з корисною моделлю, кінцевий пристрій теплоскидання виконано у вигляді витяжної башти. Виконання кінцевого пристрою теплоскидання пасивної системи охолодження контейнменту, що містить з'єднані між собою теплообмінник-конденсатор в контейнменті та кінцевий пристрій теплоскидання зовні нього, причому теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді випаровувальних ділянок блока теплових труб, конденсаційні ділянки яких введено у кінцевий пристрій теплоскидання у вигляді витяжної башти, а конденсаційні ділянки блока 1 UA 68394 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теплових труб можуть бути споряджені ребрами, випаровувальні ділянки блока теплових труб можуть бути споряджені плавниками, а споряджені плавниками випаровувальні ділянки блока теплових труб можуть бути об'єднані у панелі, у вигляді витяжної башти, дозволяє забезпечити збільшення часу тривалості її роботи до практично безмежного за рахунок того, що в кінцевому пристрою теплоскидання для охолодження ділянок конденсації теплових труб використовується необмежений запас атмосферного повітря, що відповідає рекомендаціям МАГ ATE. Підвищення надійності пропонованої системи охолодження досягається за рахунок застосування принципу неоднаковості, що повинен поряд з резервуванням застосовуватися до систем, що гарантують виконання функцій безпеки (по відношенню до інших систем безпеки). В той же час ця система охолодження не потребує резервування внаслідок того, що вона характеризується внутрішнім резервуванням, так як кожна з теплових труб має запас за максимальним тепловим потоком і малоймовірний вихід з ладу окремої теплової труби помітно не знижує сумарну теплопередаючу здатність системи. Надійність пропонованої системи також обумовлена тим, що вона не потребує для своєї роботи енергоживлення внаслідок її повної пасивності і може працювати в умовах повної відсутності енергопостачання. Виконання ролі бар'єру на шляху розповсюдження радіоактивних матеріалів забезпечується за рахунок того, що кожний з теплопередаючих елементів має подвійний бар'єр на шляху між контейнментом і атмосферним повітрям, а саме стінка теплових труб на ділянках випаровування, що знаходиться в контейнменті, та на їх ділянках конденсації у витяжній башті. Повна пасивність системи охолодження контейнменту визначається тим, що вона працює на основі законів природи з використанням внутрішніх конструктивних особливостей. Технічна суть та принцип дії запропонованої пасивної системи охолодження контейнменту пояснюється кресленням. На кресленні зображено: Фіг.1 - пасивна система охолодження контейнменту у розрізі, яка включає контейнмент (захисну оболонку ядерного реактора) 1 з теплообмінникомконденсатором 2 в ній, конденсатозбірник 3 та теплообмінник-доохолоджувач 4 під контейнментом 1. Зовні контейнменту 1 розміщено кінцевий пристрій теплоскидання - витяжну башту 5. Витяжна башта 5 споряджена в нижній частині вхідним 6, а в верхній частині вихідним 7 отворами для входу та виходу повітря відповідно. Випаровувальні ділянки 8 блока теплових труб 9 виконано у вигляді конденсатора 2, а їх конденсаційні ділянки 10 введено у витяжну башту 5. Транспортні ділянки 11 блока теплових труб 9 з'єднують теплообмінник-конденсатор 2 та витяжну башту 5; Фіг.2 - поперечний переріз випаровувальної ділянки 8 одного з теплопередаючих елементів блока теплових труб 9 з плавником 12; Фіг.3 - поперечний переріз споряджених плавниками 12 випаровувальних ділянок 8 блока теплових труб 9, об'єднаних у панелі 13. Конденсаційні ділянки 10 у витяжній башті 5 споряджені ребрами 14. Пасивна система охолодження контейнменту працює наступним чином. При нормальному функціонування ядерного реактора пасивна система охолодження контейнменту знаходиться в режимі готовності. У випадку виникненні аварійної ситуації пара починає надходити в контейнмент 1, що приводить до зростання температури і тиску в ньому. Пара починає надходити до випаровувальних ділянок 8 блока теплових труб 9 та панелей 13 з плавниками 12 теплообмінника-конденсатора 2 в контейнменті 1. Тут пара конденсується на зовнішній поверхні випаровувальних ділянок 8 блока теплових труб 9 та на панелях 13, наслідком чого є зниження температури та тиску в контейнменті, а утворюваний конденсат надходить в розміщений під контейнментом 1 конденсатозбірник 3. В теплообміннику-доохолоджувачі 4 температура конденсату знижується, після чого він видаляється в каналізацію. За рахунок прихованої теплоти пароутворення при випаровуванні або кипінні теплоносія на ділянках випаровування 8 блока теплових труб 9 теплообмінника-конденсатора 2 здійснюється відбір і наступна передача теплоти конденсації пари переміщенням пари теплоносія на транспортних ділянках 11 всередині корпусів блока теплових труб 9 до їх ділянок конденсації 10 з ребрами 14. Тут теплоносій блока теплових труб 9 конденсується всередині корпусів теплових труб у витяжній башті 5, при цьому нагріваючи атмосферне повітря, яке надходить через вхідний отвір 6 в нижній частині башти 5. Нагріте атмосферне повітря за рахунок підйомної сили піднімається в верхню частину башти 5 та виходить з неї через вихідний отвір 7. За рахунок використання необмеженого запасу атмосферного повітря час функціонування даної системи є практично необмеженим. Далі теплоносій блока теплових труб 9 під дією сили гравітації повертається до їх ділянок випаровування 8 і цикл повторюється. Виготовлена та досліджена модель фрагмента пасивної системи охолодження контейнменту, що мала у своєму складі парову камеру, всередину якої були вмонтовані випаровувальні ділянки трьох теплових труб з плавниками, об'єднаних у панель, конденсаційні 2 UA 68394 U 5 10 ділянки яких були введені в повітряну камеру, з'єднану з навколишнім повітрям через отвори у її нижній та верхній частинах. В результаті проведених дослідів було встановлено наступне: - теплові труби починали працювати через декілька хвилин після подачі пари в парову камеру, про що свідчило підвищення температури теплових труб на всіх їх ділянках; - пара конденсувалась на зовнішній поверхні випаровувальних ділянок теплових труб та на панелі та стікала в нижню частину парової камери; - кінцевим поглиначем теплоти конденсації служило навколишнє повітря, а теплоскидання відбувалось шляхом передачі теплоти на оребрені конденсаційні ділянки теплових труб та відведення теплоти від них шляхом конвекції навколишнього повітря у повітряній камері; - практично необмежений час роботи цієї системи охолодження контейнменту визначається використанням необмежених запасів кінцевого поглинача теплоти - атмосферного повітря. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пасивна система охолодження контейнменту, що містить з'єднані між собою теплообмінникконденсатор в контейнменті та кінцевий пристрій теплоскидання зовні нього, причому теплообмінник-конденсатор виконаний у вигляді випаровувальних ділянок блока теплових труб, конденсаційні ділянки яких введено у кінцевий пристрій теплоскидання, а транспортні ділянки цих теплових труб з'єднують теплообмінник-конденсатор та кінцевий пристрій теплоскидання, яка відрізняється тим, що кінцевий пристрій теплоскидання виконано у вигляді витяжної башти. 3 UA 68394 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4