Адиабатически изолированная атомная электростанция

 

Использование: источники электроэнергии с ограниченными возможностями сброса непреобразованного тепла термодинамического цикла в окружающую среду, например подземные атомные электростанции. Сущность изобретения: адиабатически изолированная атомная электростанция содержит источник тепловой энергии в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую, систему передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую и систему отвода из системы преобразования непреобразованной теплоты термодинамического цикла, снабженную тепловым аккумулятором фазового перехода с температурой плавления выше максимального значения температуры окружающей среды, в которой система передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую выполнена на основе тепловых труб или тепловых мостов, а в качестве рабочего материала теплового аккумулятора выбран материал с температурой плавления ниже предельно допустимой температуры теплоносителя системы отвода непреобразованной теплоты. 1 ил.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано при создании источников электроэнергии с ограниченными возможностями сброса тепла в окружающее пространство.

В соответствии со вторым законом термодинамики преобразование тепловой энергии в электрическую должно сопровождаться рассеянием в окружающую среду непреобразованной в электроэнергии отбросной теплоты термодинамического цикла.

В то же время существуют так называемые адиабатически изолированные источники электроэнергии, когда сброс тепловой мощности в окружающее пространств намного меньше мощности непреобразованного тепла термодинамического цикла. К таким источникам можно отнести установки с острым дефицитом охлаждающей воды и автономные системы, не допускающие использования внешних источников для отвода тепла, например, подземные атомные электростанции.

Известна адиабатически изолированная атомная электростанция на основе газотурбинной схемы преобразования энергии, термодинамический анализ параметров которой выполнен в [1] Она содержит источник тепла, например, в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую и систему отвода непреобразованной теплоты термодинамического цикла расходуемым хладагентом.

Ресурс такой энергоустановки ограничен не ресурсом источника тепла и системы преобразования энергии, а запасенным количеством расходуемого хладагента, например воды.

Известна адиабатически изолированная атомная электростанция, описанная в [2] Она содержит источник тепла, например, в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую систему передачи тепла от ядерного реактора к системе преобразования и систему отвода непреобразованной теплоты термодинамического цикла, снабженную тепловым аккумулятором.

Однако ресурс и надежность такой электростанции будут зависеть не только от рабочего вещества теплового аккумулятора, но и эффективности системы передачи тепла от источника к системе ее преобразования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является адиабатически изолированная атомная электростанция, описанная в [3] и содержащая источник тепловой энергии, например, в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую, систему передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую, выполненную на основе циркуляционного контура, и систему отвода из системы преобразования непреобразованной теплоты термодинамического цикла, снабженную тепловым аккумулятором фазового перехода с температурой плавления выше максимального значения температуры окружающей среды.

Однако ресурс и надежность такой электростанции будут зависеть не только от рабочего вещества теплового аккумулятора, но и эффективности системы передачи тепла от источника к системе ее преобразования.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является увеличение ресурса и надежности работ электростанции за счет улучшения качества системы передачи тепла от источника энергии к системе преобразования и уточнения требований к рабочему веществу теплового аккумулятора.

Указанный технический результат достигается тем, что в адиабатически изолированной атомной электростанции, содержащей источник тепловой энергии в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую, систему передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую и систему отвода из системы преобразования непреобразованной теплоты термодинамического цикла, снабженную тепловым аккумулятором фазового перехода с температурой плавления выше максимального значения температуры окружающей среды, в которой система передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую выполнена на основе тепловых труб или тепловых мостов, а в качестве рабочего материала теплового аккумулятора выбран материал с температурой плавления ниже предельно допустимой температуры теплоносителя.

На чертеже представлена схема адиабатически изолированной атомной электростанции.

Адиабатически изолированная атомная электростанция содержит источник тепла в виде ядерного реактора 1, систему преобразования тепловой энергии в электрическую 2, систему отвода 3 из системы преобразования 2 непреобразованного тепла термодинамического цикла с прокачиваемым теплоносителем-хладагентом 4 и тепловым аккумулятором 5, выполненным в виде корпуса 6 с рабочим веществом 7, рабочая температура которого выше температуры окружающей среды и ниже максимально допустимой температуры теплоносителя или хладагента 4. Прокачка или циркуляция теплоносителя или хладагента 4 осуществляется устройством 8 в виде компрессора при газообразном теплоносителе или насоса при жидком теплоносителе. Тепло от реактора 1 передается в систему преобразования 2 с помощью теплопередающей системы 9, которая может быть выполнена на основе тепловых труб или теплопередающих мостов.

Адиабатически изолированная атомная электростанция работает следующим образом.

В исходном состоянии все элементы электростанции находятся при температуре окружающей среды. Для пуска электростанции реактор 1 выводится из подкритического состояния, его тепловая мощность поднимается до рабочего значения. Тепло из реактора 1 с помощью системы теплопередачи 9 переносится в систему 2 преобразования тепловой энергии в электрическую, например газотурбинную установку, где происходит генерирование электроэнергии, которая снимается с клемм 10 системы преобразования 2. Непреобразованная часть тепловой мощности системой 3 отвода тепла теплоносителем или хладагентом 4, перекачка или циркуляция которого обеспечивается перекачивающим устройством 8, переносится в тепловой аккумулятор 5. Здесь происходит сначала нагрев рабочего вещества 7 теплового аккумулятора до температуры плавления, а затем и его расплавление внутри корпуса 6. Рабочее вещество выбирается таким образом, чтобы его температура плавления была выше температуры окружающей среды 11, но ниже предельно допустимой температуры теплоносителя или хладагента 4. Допустимое время работы такой электростанции фактически определяется запасом рабочего вещества 7 теплового аккумулятора 5 и его удельными тепловыми характеристиками.

После расплавления всего рабочего вещества 7 теплового аккумулятора 5 электростанция исчерпала свой ресурс и должна быть остановлена. Для этого реактор 1 глушится, циркуляция теплоносителя или хладагента 4 прекращается.

Если электростанция предназначена для многократного использования, то осуществляется выдержка, во время которой происходит постепенная, пусть небольшая, но конечная диссипация запасенной в тепловом аккумуляторе 5 тепловой энергии в окружающее пространство 11. При этом происходит затвердевание рабочего вещества 7 теплового аккумулятора 5, а затем и снижение его температуры, как впрочем и температур остальных ходов электростанции. Через какое-то время электростанция готова к повторному пуску, который осуществляется аналогично описанному.

Таким образом, за счет улучшения качества системы передачи тепла от источника энергии к системе преобразования, выполненной на основе тепловых труб или тепловых мостов, где отсутствует движущиеся части, может быть увеличены ресурс и надежность электростанции. Использование тепловых труб в системе передачи тепла упрощает также пуск электростанции и облегчает осуществление многократности пуска и останова.

Формула изобретения

Адиабатически изолированная атомная электростанция, содержащая источник тепловой энергии в виде ядерного реактора, систему преобразования тепловой энергии в электрическую, систему передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую и систему отвода из системы преобразования непреобразованной теплоты термодинамического цикла, снабженную тепловым аккумулятором фазового перехода с температурой плавления выше максимального значения температуры окружающей среды, отличающаяся тем, что система передачи тепла от источника тепловой энергии к системе преобразования тепловой энергии в электрическую выполнена на основе тепловых труб или тепловых мостов, а в качестве рабочего материала теплового аккумулятора выбран материал с температурой плавления ниже предельно допустимой температуры теплоносителя системы отвода непреобразованной теплоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1