Интенсификатор теплоотдачи

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для интенсификации теплообмена с поверхности твэла, и может быть использовано, в частности, в действующих реакторах водо-водяного типа с тепловой мощностью более 2600 МВт (например, ВВЭР-1000) или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов. Технический результат - повышение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов. Для целей перемешивания и турбулизации потока теплоносителя интенсификатор теплоотдачи выполнен в виде спиральной навивки металлической ленты на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента. При этом металлическая лента закручена относительно собственной продольной оси. 2 ил.

 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для интенсификации теплообмена с поверхности твэла, и может быть использовано, в частности, в действующих реакторах водо-водяного типа с тепловой мощностью более 2600 МВт (например, ВВЭР-1000) или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов.

Известны конструкции твэлов (патент РФ №2417462, Тепловыделяющий элемент ядерного реактора, опубл. 27.04.2011), содержащие топливные таблетки, помещенные в циркониевую оболочку, фиксирующие пружины, осуществляющие поджимание столба таблеток, верхнюю и нижнюю пробки.

Недостатком известной конструкции является неэффективный теплосъем с гладкой цилиндрической поверхности твэла, связанный с образованием пленочного режима кипения, т.е. образованием тонкого парового слоя, отделяющего нагреваемую поверхность твэла от жидкого теплоносителя. Уменьшение теплоотдачи вызывает локальное повышение температуры оболочки и образование микротрещин, которые могут привести к разгерметизации. Попадание воды в трещины приводит к разрушению оболочки и попаданию радиоактивного топлива (продуктов деления) в контур циркуляции теплоносителя. Эти процессы снижают ресурс твэлов и эксплуатационную надежность реактора.

Наиболее близким по технической сущности является интенсификатор теплоотдачи (см. Патент США, №3361640, МПК G21C 3/32, опубл. 2.01.1968), содержащий топливные таблетки, помещенные в циркониевую оболочку, фиксирующие пружины, осуществляющие поджимание столба таблеток, верхнюю и нижнюю пробки, на внешней поверхности оболочки выполнены косые ребра, осуществляющие закрутку потока теплоносителя относительно продольной оси твэла, а также дистанционирование твэлов друг от друга в сборке.

Однако такое решение дает существенное ухудшение гидравлических параметров прохождения потока теплоносителя вдоль твэлов. Выступающие ребра уменьшают гидравлический диаметр канала, а косое положение ребер удлиняет длину канала, что в совокупности значительно увеличивает гидравлическое сопротивление прохождению теплоносителя через активную зону.

Техническим результатом изобретения является улучшение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов.

Технической задачей является использование для целей перемешивания и турбулизации потока теплоносителя не внешних, по отношению к теплоносителю, элементов (ребра, накрутка проволочных спиралей, введение закручивающих решеток и пр.), а самого теплоносителя.

Это достигается тем, что известный интенсификатор теплоотдачи, содержащий металлическую ленту в виде спирали, навитую на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента и дополнительно закрученную относительно собственной продольной оси.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 показан интенсификатор теплоотдачи, а на фигуре 2 приведена фотография экспериментальной установки, иллюстрирующая образование микровихрей при взаимодействии транзитного и закрученного потоков.

Интенсификатор теплоотдачи содержит спиральную навивку металлической ленты 1 на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента 2, внутри которого находятся топливные таблетки 3, при этом металлическая лента 1 интенсификатора закручена относительно собственной продольной оси.

Интенсификатор теплоотдачи работает следующим образом. Прокачиваемый вдоль внешней поверхности оболочки твэла теплоноситель достигает первого витка металлической ленты 1 интенсификатора на внешней поверхности твэла и за счет закрученности относительно собственной продольной оси разделяется на два потока. Первый поток в местах, где закрученность металлической ленты 1 образует как бы мостики над внешней поверхностью твэла, образует транзитную составляющую, имеющую вектор скорости, направленный вдоль образующей стержневого твэла, а вторая составляющая формируется за счет спиральной намотки интенсификатора на поверхности твэла и образует закрученный поток теплоносителя. Очевидно, что взаимодействие двух вязких потоков с векторами скоростей, расположенными под некоторым углом, приводит к образованию микровихрей (фиг.2), которые и вызывают перемешивание теплоносителя между слоями над поверхностью твэла.

Таким образом, в предлагаемом интенсификаторе теплоотдачи поток теплоносителя нагревается от контакта с внешней поверхностью твэла, как это происходит в традиционных стержневых твэлах, и, кроме того, эффективно перемешивается микровихрями в удаленной от пристеночной зоны твэла, не позволяя образовываться пленочным режимам кипения. По сути микровихри многократно увеличивают поверхность теплообмена, не внося в поток теплоносителя внешних элементов, например оребрения внешней оболочки, и, тем самым, не внося дополнительного гидравлического сопротивления потоку теплоносителя.

Использование изобретения обеспечивает улучшение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов.

Интенсификатор теплоотдачи, содержащий металлическую ленту, навитую в виде спирали на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента, отличающийся тем, что металлическая лента дополнительно закручена относительно собственной продольной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов) Тепловыделяющий элемент содержит топливные таблетки 1, заключенные в трубчатую оболочку 2 и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами.
Изобретение относится к способам получения смешанного уран-плутониевого ядерного топлива. В заявленном способе раствор нитратов металлов (0,3-5 моль/л HNO3) смешивают с раствором восстановителя и/или комплексообразующего реагента и подают через форсунку аппарата аэрозольной сушки, обеспечивающего прогрев реакционной смеси выше температуры разложения реагентов и образующихся комплексов металлов (>400°С).

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР-440. Чехол ТВС соединяется с хвостовиком с помощью 6-ти специальных винтов, имеющих коническую форму головки снизу.
Изобретение относится к способу получения диоксида урана в виде зерен сферической и неправильной формы. Способ включает растворение при интенсивном перемешивании оксида урана UO3 или UO2(NO3)2×6H2O в органической кислоте, предпочтительно в аскорбиновой кислоте, обработку полученного аскорбиново-гидрокси-уранового золя и термообработку полученного геля при температуре 550°C и скорости нагрева 5°C/мин в воздушной среде до образования U3O8, после чего полученный оксид восстанавливают в атмосфере водорода и/или аргона, предпочтительно в атмосфере водорода, при температуре 1100°C до образования диоксида урана в виде зерен сферической или неправильной формы.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерного реактора на бегущей волне. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора деления выполнена с возможностью управляемого удаления летучих продуктов ядерного деления и тепла, высвобождаемого волной горения в ядерном реакторе.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС), используемых, преимущественно, для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Группа изобретений относится к вентилируемым тепловыделяющим элементам ядерного реактора. Способ предусматривает использование тепловыделяющей сборки с кожухом, выполненным с возможностью вмещения пористой массы ядерного топлива с летучим продуктом ядерного деления.

Изобретение относится к ядерному реактору на быстрых нейтронах. Совокупность активной зоны, отражателя и бланкета представляет собой двухфазную металлическую систему: Pb-Pu-U, или Pb-U-Th, или Pb-Pu-U-Th.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Устройство снаряжения фольгой оболочек твэлов содержит фольгу, валики прокатки фольги, пуансон, штангу с цилиндром, диаметр которого равен диаметру таблетки делящегося материала, губки, охватывающие цилиндр перед заслонкой.

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при создании тепловыделяющих элементов (твэлов) для атомных реакторов на тепловых и быстрых нейтронах.

Изобретение относится к ядерным реакторам деления. Вентилируемый тепловыделяющий модуль ядерного реактора деления содержит тепловыделяющий элемент ядерного деления, соединенный с ним корпус клапана для помещения газообразных продуктов деления, клапан, предназначенный для управляемой вентиляции газообразных продуктов деления из объема корпуса, и керамическую трубную решетку для отвода тепла. Технический результат - повышение надежности тепловыделяющего модуля, увеличение кампании реактора. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 205 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к конструкциям газозаполненных твэлов для экспериментальных, испытательных и исследовательских реакторов и способам их изготовления. Твэл содержит оболочку, заполненную газом заданного состава и давления, с размещенным в ней топливным сердечником и концевые элементы, герметично соединенные с оболочкой сварными швами. Оба концевых элемента соединены с оболочкой при помощи сварных швов, выполненных многопроходной электронно-лучевой сваркой. По крайней мере в одном из концевых элементов выполнена полость с размещенной внутри ампулой с инертным газом заданного состава и давления. Полость соединена с внутренним объемом оболочки, а концевой элемент с полостью выполнен толщиной, соизмеримой с толщиной стенки оболочки. Для изготовления твэла в концевом элементе предварительно формируют полость, в которую помещают ампулу, заполненную газом заданного состава с избыточным давлением. Ампулу выполняют из материала с температурой плавления ниже температуры плавления материала концевого элемента. Твэл герметизируют при помощи сварных швов, выполненных электронно-лучевой сваркой, а заполнение внутренней полости оболочки газом производят путем вскрытия ампулы после герметизации путем теплового воздействия на концевой элемент. Технический результат - получение твэла с более качественными, коррозионностойкими, менее напряженными сварными швами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам деления. Система вентилируемого тепловыделяющего модуля ядерного деления содержит тепловыделяющий элемент ядерного деления, соединенный с ним корпус клапана для помещения газообразных продуктов деления и клапан, предназначенный для управляемой вентиляции газообразных продуктов деления из объема корпуса. Технический результат - повышение надежности тепловыделяющего модуля, увеличение кампании реактора. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 205 ил.

Изобретение относится к ядерному топливу и тепловыделяющим элементам ядерного реактора. Металлический стержневой твэл включает кольцевое ядерное топливо из металлического сплава, циркониевую защитную оболочку, окружающую и находящуюся в контакте с ядерным топливом, оболочку, окружающую защитную оболочку, и газосборник в оболочке. Центральное отверстие обеспечивает эффективную плотность топлива 75% или менее при облучении. Также описаны система форм и способы изготовления кольцевого металлического ядерного топлива. Технический результат - повышение выгорания ядерного топлива. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области использования ядерной энергии, с применением в качестве топлива микросферических кернов ядерного материала с защитными слоями из керамических покрытий. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу и защитное покрытие. Покрытие включает слой низкоплотного пироуглерода, слой высокоплотного изотропного пироуглерода, слой карбида кремния и наружный слой высокоплотного изотропного пироуглерода. Слой низкоплотного пироуглерода выполнен с прослойкой из карбида кремния, являющейся геттером кислорода и составляющей 5,0-6,0% от массы топливной микросферы. Технический результат: снижение парциального давления окиси углерода в микротвэле и, как следствие, повышение ресурса работы топлива (глубины выгорания) в реакторе. 2 ил.

Заявленное изобретение относится к мишени для получения изотопов. Заявленная мишень (30) может включать в себя стенку внешнего диаметра (32) и стенку внутреннего диаметра (34). Изотопный источник может находиться между стенкой внутреннего диаметра и стенкой внешнего диаметра. При этом изотопный источник может содержать делящееся вещество (36), чередующееся с одной или более полыми областями (38). Центральная область (35) может быть расположена внутри стенки внутреннего диаметра, и центральная область может быть выполнена с возможностью размещения в себе объема термализации нейтронов. Техническим результатом является возможность получения молибдена без использования реактора большой мощности, в связи с чем повышается эффективность использования полученных изотопов за счет возможности производства молибдена ближе к месту назначения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к атомной технике, в частности к устройствам отделения разделки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) на АЭС. В шахте стыковки камеры разделки отработавших твэлов с транспортным контейнером установлена передаточная камера, выполненная в виде прямоугольной камеры с тремя секциям по высоте. В нижней секции установлен выдвижной шибер люка перекрытия для биологической защиты транспортного коридора от радиационного излучения разделываемых ОТВС в камере разделки. В средней секции установлена выдвижная тележка для установки на нее крышки, снятой с транспортного контейнера (ТК), и перемещения ее в камеру передаточную для освобождения места последующей загрузки-выгрузки чехла ТК и хранения ее на период загрузки чехла или передачи через заднюю стенку камеры передаточной для ремонта и осмотра. В верхней секции установлена выдвижная тележка с поворотной платформой для установки на него чехла ТК под загрузку в него ампул с упакованными в них элементами разделанных твэлов, которая при выдвижении стыкуется с приводом поворота платформы. Технический результат - повышение безопасности и надежности разгрузки камеры разделки от ампул с разделанными твэлами. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к топливным элементам ядерных реакторов и их блокам, в частности к составу твердых керамических топливных элементов на основе диоксида урана. В микроструктуре таблетки ядерного топлива имеются металлокластеры в виде химических соединений U2 и U2 2+ с химической связью U-U, поры размером 1-5 мкм распределены по границам зерен, а внутри зерен расположены преимущественно поры наноразмеров. Кроме того, металлокластеры составляют от 0,01 до 2 мас. %. Способ изготовления таблетки ядерного топлива включает осаждение полиураната аммония в две стадии при разных значениях pH. Спекание осуществляют при температуре от 1600 до 2200°C в водородсодержащей среде в незначительном количестве жидкой фазы, образующейся за счет расплавления при температуре выше 1150°C металлокластеров. Технический результат - более надежная особая структура и простой состав топливной таблетки диоксида урана без инородных добавок или с незначительным их количеством, приближенной к свойствам монокристалла, имеющей повышенную теплопроводность с ростом температуры, и простой способ ее получения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к процессам создания высокотемпературных карбидокремниевых композиционных материалов, которые могут быть использованы в производстве керамических трубок для оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) и других узлов тепловыделяющей сборки. Способ изготовления керамической трубки для оболочки тепловыделяющего элемента, выполненной из слоев карбида кремния, включает этапы: формируют трубчатый каркас из волокна со структурой β-SiC, осуществляют его пропитку керамообразующим прекурсором в атмосфере инертного газа, последующую ступенчатую термообработку с получением керамической матрицы и образованием керамокомпозита в процессе окончательной высокотемпературной термообработки. Техническим результатом являются устранение одного из главных недостатков изделий из керамики - хрупкости, обеспечение экологической чистоты метода. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями, и может быть использовано в ядерных реакторах, применяемых как для транспорта, так и в стационарных энергоустановках, в частности в сверхвысокотемпературных реакторах космического применения. Микротвэл ядерного реактора содержит топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоев. Топливная микросфера выполнена полой с диаметром полости от 0.1 до 0.5 диаметра микросферы и содержит геттеры продуктов деления. Полость содержит алюмосиликатный компакт. В качестве геттера используют соединения тантала, титана, циркония, бария, церия, лантана и ниобия, а также смесь церия, лантана и тория. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов, предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для интенсификации теплообмена с поверхности твэла, и может быть использовано, в частности, в действующих реакторах водо-водяного типа с тепловой мощностью более 2600 МВт или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов. Технический результат - повышение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов. Для целей перемешивания и турбулизации потока теплоносителя интенсификатор теплоотдачи выполнен в виде спиральной навивки металлической ленты на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента. При этом металлическая лента закручена относительно собственной продольной оси. 2 ил.

Наверх