homegalleriesbusinesscontact

Некоторые мысли по поводу возможных схем создания атомных электростанций безопасных в эксплуатации.

Сергей Коваленко

31 марта 2011г.


Дальнейшее развитие атомной энергетики требует создания более безопасных объектов, нежели это есть сегодня.

Имеют место такие задачи, как энергонезависимость систем охлаждения атомных реакторов, быстрая и надежная изоляция аварийных атомных реакторов.


Представляется возможным решить указанные задачи следующим образом.

Системы теплоотвода выполнить в виде пассивных элементов - тепловых труб.

Прототипом может служить блок атомной электростанции на основе реактора ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор).

Предлагается техническое решение, отличающееся тем, что: для отвода основного значимого количества тепловой энергии выделяемой реактором применена тепловая труба или несколько тепловых труб.

Пименение данного технического решения упрощает, например, решение задачи размещения активной зоны реактора под землей в шахте, гарантированно ниже уровня грунтовых вод.

Тепловые трубы, нагреваемый конец которых расположен ниже охлаждаемого, будучи размещенными в гравитационном поле, являются весьма эффективными переносчиками тепловой энергии. Помимо этого, они представляют собой герметичные элементы, работающие автоматически при возникновении кипения теплоносителя в нагреваемом конце трубы, и не требуют дополнительного энергообеспечения. Поскольку парообразный теплоноситель поднимается к охлаждаемому концу конвективно, а сконденсированый на нем теплоноситель стекает вниз к нагреваемому концу трубы под воздействием собственного веса.

Активная зона реактора, расположенная в шахте ниже уровня грунтовых вод, в случае возникновения критической аварийной ситуации, может быть быстро и эффективно изолирована. Что воспрепятствует загрязнению окружающей среды продуктами деления.


На предлагаемой схеме:

Вертикально размещенная тепловая труба(1), в нижней части которой размещен атомный реактор, погруженный в жидкий теплоноситель тепловой трубы.

Тепловая труба размещена в вертикальной шахте.

Верхняя часть тепловой трубы представляет собой конденсатор-радиатора естественного охлаждения (5), снабженный защитой от внешних катастрофических воздействий и самотеком охлаждаемый внешней природной охлаждающей средой(7). Такой средой может быть атмосферный воздух, либо вода водоема, гарантированно пополняемого из естественных источников. При этом первый вариант представляется более надежным в силу надежности существования атмосферы.

Параметры тепловой трубы (1) и ее конденсатор-радиатора (5) должны полностью гарантированно обеспечивать теплоотвод всей тепловой энергии, выделяемой реактором в штатном (некритическом) состоянии.


Несколько ниже радиатора (5) внутрь тепловой трубы (1) вмонтирован конденсатор-теплообменник (3), являющийся горячим концом герметичной тепловой трубы (2).

Верхний охлаждаемый конец-конденсатор (4) тепловой трубы (2) в первом варианте предлагаемой схемы является нагревательным элементом котла турбины.


Теплообменник (3) обтекается конвективно-восходящими парами теплоносителя тепловой трубы (1) и должен быть таким, чтобы при работающем охлаждении теплообменника (4)

тепловой трубы (2) конденсаторе-теплообменнике (3) конденсировалось максимальное количество теплоносителя тепловой трубы (1), испаряемого теплом, выделенным реактором.

В то же время, теплообменник (3) при неработающем охлаждении теплообменника (4)

тепловой трубы (2) должен свободно пропускать конвективно-восходящий пар теплоносителя тепловой трубы (1), испаряемый теплом, выделенным реактором для того, чтобы весь этот пар мог быть сконденсирован теплообменником (5).


Помимо этого, возможно конструктивно окажется уместным снабдить теплообменник (3) центральным вертикальным сквозным отверстием, не имеющим сообщения с внутренним пространством тепловой трубы (2), но позволяющим осуществлять перезагрузку топлива реактора, а в рабочем состоянии закрываемым паровым экраном.


Соотношения прочности тепловых труб, их внутренних объемов и количества теплоносителей, находящихся внутри них, могут быть выбраны такими, чтобы переход всех объемов теплоносителей в парообразное состояние не приводил к разрушению тепловых труб. Другими словами, тепловые трубы при полном испарении теплоносителей, вызванных критической ситуацией, оставались бы замкнутыми, герметичными.


Ниже глубины (H), которая в свою очередь гарантированно ниже уровня грунтовых вод, представляется необходимым размещение запечатывающего устройства.

Представляется возможным выполнение такого устройства в виде необходимого количества запечатывающего материала, расположенного вокруг тепловой трубы (1) и размещенного вокруг этого материала пирозаряда необходимой мощности.

Использование запечатывающего устройства выполняется в случае возникновения критической аварийной ситуации.


В нижней части шахты необходимо предусмотреть устройства рассредоточения активной зоны реактора с целью наиболее вероятного прекращения цепной реакции независимо от внешних обстоятельств.


Во втором варианте исполнения тепловой трубы (2) турбина энергогенерирующей установки может располагаться непосредственно в тепловой трубе (2).


Во втором варианте исполнения тепловой трубы (1) между теплообменником (5) и теплообменником (3) тепловая труба (1) может быть разделена дополнительным теплообменником на две взаимогерметичные тепловые трубы, верхнюю – чистую и нижнюю – грязную. Такое решение может быть применено с целью недопущения заполнения надземных конструкций грязным теплоносителем тепловой трубы (1).


Дополнение и пояснения автора от 6 апреля 2011г.

Вариант, отличающийся тем, что:

Тепловая труба (2), теплообменники (3) и (4) отсутствуют. Как описано ранее, во втором варианте исполнения тепловой трубы (1), она разделена теплообменником (9) на две взаимогерметичные тепловые трубы, верхнюю – чистую (10) и нижнюю – грязную (1). Тепловая энергия передается от тепловой трубы (1) к тепловой трубе (10) через разделяющий их теплообменник (9). При этом для теплоносителя тепловой трубы (1) теплообменник (9) служит конденсатором, а для теплоносителя тепловой трубы (10) теплообменник (9) служит источником энергии, которая обеспечивает кипение теплоносителя тепловой трубы (10). В рабочем режиме в теплообменнике (9) температура кипения теплоносителя в тепловой трубе (10) не превышает температуры конденсации теплоносителя в тепловой трубе (1).

В тепловой трубе (10) в восходящем потоке пара размещена турбина энергогенерирующей установки для которой восходящий пар служит рабочим телом.

Место размещения турбины, ее конструктивные и геометрические параметры выбираются из соображения максимального КПД. При этом в пространстве около турбины должно быть реализовано автоматическое устройство, которое при остановке вращения турбины открывает дополнительные сквозные каналы для прохождения пара. Это необходимо для того, чтобы компенсировать сопротивление, создаваемое остановившейся турбиной на пути подъема пара к конденсатору (5), и не снизить интенсивность теплоотвода всей системы от реактора.

В данном варианте и вариантах от 31 марта 2011г.

Сконденсированные на конденсаторах теплообменников теплоносители стекают в вниз в горячие зоны своих тепловых труб соответственно, как было сказано, под воздействием собственного веса. В каждой тепловой трубе это движение конструктивно необходимо направить так, чтобы между потоками стекающего сконденсированного жидкого теплоносителя и восходящим с большой линейной скоростью парообразным теплоносителем взаимное трение было минимальным.

В варианте от 6 апреля 2011г. в тепловой трубе (10) стекающий сконденсированный жидкий теплоноситель необходимо направить в нижний горячий конец тепловой трубы за пределами рабочих пространств турбины.

Помимо этого, в данном варианте имеется загрузочная шахта (8), служащая для перезагрузки реактора.

На различных объектах подобного типа в ряде вариантов глубин расположения активных зон реакторов, обеспечение теплотехнических параметров и экономические соображения могут обусловить расположение части тепловой трубы (10) с размещенной в ней турбиной над поверхностью земли.







homegalleriesbusinesscontact





SERGEDESIGN © 2003-2017 Serge Kovalenko.

Web Design By Serge Kovalenko.



© 1999-2017 Serge Kovalenko.



Рейтинг@Mail.ru