Ядерно-энергетическая установка

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ai. (19) (11) (5И4 С 21 С

Лс, „ (! } $ з

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 382 7646 /40-2 5 (22) 18, 12 ° 84 (46) 30, 10, 87. Бюл, У 40 (72) Н, А. Калашников, В. Ф. Красноштанов, С, M. Когарко, В, Д, Русаков и Г, С, Столярова (53) 621.039 517 (088. 8) (56) Шпильрайн Э, Э. и др, Применение водорода в энергетике и энерготехнологических комплексах, Сб. Атомноводородная энергетика и технология, вып, 4, с. 5 52, Энергоиэдат, 1982, Александров А. П. и др. Быстрые и тепловые гелиевые реакторы для прбизводства электроэнергии и высокотемпературного тепла. Доклад на международном симпозиуме МАГАТЭ по реакторам с газовым охлаждением, Юлих (ФРГ), 13-17 октября 1975. (54)(57) 1, ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ

УСТАНОВКА, содержащая ядерный реактор с водяным теплоносителем, актив-ная зона которого набрана из тепловыделяющих элементов с сердечником из делящегося материала, окруженным оболочкой, отличающаяся тем, что, с целью получения водорода и кислорода, сердечник имеет размер меньше длины пробега осколков деления, а оболочка выполнена из материала, сенсибилизирующегб каталитический процесс диссоциации воды, с толщиной больше длины пробега осколков деления, но порядка длины миграции электронов и !!дырок!!

2 ° Установка по п, 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что для получения высокопотенциального тепла, выход активной зоны соединен последовательно по ходу пара с теплообменником для конденсации части пара и электрическим поджигателем.

12

Изобретение относится к области реакторостроения и может быть использовано в промышленной технологии, Целью изобретения является получение водорода и кислорода в активной зоне ядерного реактора и получение высокопотенциального тепла, На фиг. 1 изображен теловыделяющий элемент, содержащий делящийся материал 1, заключенный в оболочку 2 из материала сенсибилизирующего радиолиз воды; на фиг, 2 показан фрагмент активной эоны реактора, где тепловыделяющие элементы устанавливают вертикально в тесную решетку с:шагом и, образуя пористый объем; на фиг.. 3 показан возможный вариант компановки активной зоны 3, установленной в нижней части корпуса 4 реактора в корзине 5, имеющей установочные ножки 6; корпус реактора залит водой 7; на фиг, 4 изображена общая компоновка реакторных узлов; регулирующие стержни 8, погруженный низкотемпературный теплообменник 9 для охлаждения воды, сборники 10 конденсированной воды, низкотемпературный теплообменник 11 для конденсации час-ти пара, электрический поджигатель

12, высокопотенциальный теплообменник 13 и концевые теплообменники 14.

Устройство работает следующим образом.

Реактор выводится на номинальную мощность с помощью регулирующих стержней 8. Вода 7, циркулирующая в пористой активной зоне 3 по прост— ранству между тепловыделяющими элементами, закипает и частично превращается в пар, а также частично диссоциирует на поверхности тепловыделяющих элементов, благодаря гетерогенному каталитическому процессу, инициируемому осколками давления, образующимися в делящемся материале 1 и проходящими в оболочку 2 тепловыделяющего элемента (твэла). Нагретая вода естественно циркулирует в залитой водой части корпуса реактора и охлаждается в погруженном низкотемпературном теплообменнике 9, расположенном на стенке корпуса 4, Парогазовая смесь выходит в надводную часть реактора. В низкотемпературном теплообменнике 11 часть пара конде Гсируется, B результате чего достигается запредельный уровень концентрации водорода и кисло85987 2

55 t5

35 рода в парогазовой смеси Смесь поджигается электрическим поджигателем

12, Энергия сгорания водорода в кислороде перегревает оставшийся пар до 800-1000 С, В высокопотенциальном теплообменнике 13 снимается высокопотенциальное тепло, а в концевых теплообменниках 14 — оставшееся среднепотенциальное и низкопотенциальное тепло, Конденсирующаяся в теплообменнике вода стекает по сборникам 1О и по стенкам корпуса реактора обратно в залитую водой нижнюю часть реактора, Пример 1. Сердечник цилиндрического микротвэла изготовляют из двуокиси урана, Радиус сердечника

3 мкм. Оболочку твэла изготовляют из двуокиси кремния. Толщина оболочки

18 мкм, Из микротвэлон собирают пористую активную зоку, в которой твэлы стоят вертикально и образуют квадратную решетку с шагом 158 мкм.

Активная зона представляет собой в поперечном сечении квадрат со стороной 337 см, Высота активной зоны

30 см, Критическая масса реактора

42 кг двуокиси урана с обогащением по урану -235 90, Активную зону заливают водой на уровень 600 см от верхнего края активной эоны, Такой уровень воды обеспечивает скорость протекания воды в нижней части пористой активной зоны

0,3 м/с и пара в верхней части активной эоны 1 м/с, При давлении пара в надводном пространстве 16 атм и входной температуре воды 160 С выходная температура пара будет равной 200 С,. При этом приблизительно половина твэла по длине будет омываться водой, а вторая половина — смесью воды с паром, Мощность реактора при этом будет равна 700 МВт, Содержание водорода в парогазовой смеси будет равно приблизительно

21,5 . по объему при выходе водорода в радиолктическом гетерогенном каталитическом процессе 8 мол/100 эВ, Сжигание гремучей смеси повьш ает температуру оставшегося пара цо

1800 С, Частичное испарение конденсированной воды, сливающейся с вышестоящих теплообменников, приводит к тому, что температура перегретого пара снижается до 1000 С, 79

Л

Составитель В, Мигло

Редактор Т, Иванова Техред И.Попович

Корректор А. Обручар

Заказ 5204

Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., и. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

3 128598

Тепло перегретого пара снимается на высокотемпературном теплообменнике, Серия концевых теплообменников снимает среднепотенциальное и низкопотенциальное тепло, доводя темпера.5 туру конденсата до 160 С, В результате получается высоко-, средне- и низкопотенциальное тепло в соотношении 1:1:8 °

Пример 2. Если в качестве оболочки микротвэла испольэовать

А1 0з толщиной 1 1 мкм, то при высоте активной зоны 30 см сторона сечения активной зоны будет 331 см. Критическая масса будет равна 42 кг двуокиси

4 урана, а расстояние между микротвэлами 155 мкм. Мощность реактора будет равной 700 МВт ° Остальные параметры остаются, как и в примере

Пример 3. Если в качестве оболочки использовать ВеО толщиной

13 мкм, то при высоте активной зоны

30 см сторона квадратного сечения активной зоны реактора будет 294 см, Критическая масса реактора будет равна 33 кг двуокиси урана, расстояние между микротвэлами 155 мкм. Мощность реактора будет равна 550 МВт.

Остальные параь:етры остаются, как в примере l°.