RU2193244C1 - Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators - Google Patents
Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193244C1 RU2193244C1 RU2001114397/06A RU2001114397A RU2193244C1 RU 2193244 C1 RU2193244 C1 RU 2193244C1 RU 2001114397/06 A RU2001114397/06 A RU 2001114397/06A RU 2001114397 A RU2001114397 A RU 2001114397A RU 2193244 C1 RU2193244 C1 RU 2193244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- simulators
- fuel
- fuel element
- assembly
- cooling
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 241000227287 Elliottia pyroliflora Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплофизических исследований и может быть использовано для охлаждения имитаторов твэл в процессе работы их в составе сборки. Имитаторы твэл используются в качестве модельных элементов при исследовании температурных режимов тепловыделяющих элементов при различных режимах работы реактора в том числе и аварийных. Имитатор твэл (фиг. 1) состоит из корпуса имитатора - оболочки 1, выполняемого из нержавеющей стали и служащего для размещения внутри него нагревательного элемента 2 в виде проволоки или стержня, по которому пропускают ток от источника тока. В качестве материала нагревательного элемента используют нихром, сталь и т.п. Нагревательный элемент установлен в верхний токоподводящий узел 7, который выполнен заодно с корпусом имитатора, нижний токоподвод 6 подсоединен к нагревательному элементу. Между корпусом имитатора твэл и нагревательным элементом размещен электроизолирующий материал 3. В качестве последнего используют, как правило, порошок (наполнитель) MgO - периклаз. Выход нагревательного элемента из корпуса осуществляется через узел герметизации 5. Внутри оболочки установлены термопары 4, горячие спаи которых касаются вогнутой поверхности оболочки, а удлинительные провода выходят через узел герметизации (фиг. 1). The invention relates to the field of thermophysical research and can be used to cool fuel element simulators during their operation as part of an assembly. Fuel element simulators are used as model elements in the study of temperature conditions of fuel elements at various reactor operating modes, including emergency ones. The fuel rod simulator (Fig. 1) consists of a simulator case — a
Имитаторы твэл используются, как правило, в составе сборок. Число имитаторов в сборке в зависимости от решаемой задачи может быть различным и лежит в пределах от 3 до 400. Fuel element simulators are used, as a rule, as part of assemblies. The number of simulators in the assembly, depending on the problem to be solved, can be different and ranges from 3 to 400.
Одной из причин выхода имитаторов из строя является перегрев нижней части имитаторов и токоподводов, выходящих из фланцевого соединения и находящихся на воздухе (фиг.2). В зависимости от проходящего через имитаторы тока и электрического сопротивления нижней части имитаторов и токоподводов (фиг. 2) в них выделяется то или иное количество тепла. При невысоких плотностях теплового потока и соответственно невысокого тока, проходящего через имитаторы, отвод тепла от имитаторов возможен с помощью естественной циркуляции воздуха, возникающей за счет разности температур имитаторов и окружающего воздуха. В противном случае, т.е. при больших токах, проходящих через имитаторы, необходимо их принудительное охлаждение. One of the reasons for the failure of the simulators is overheating of the lower part of the simulators and current leads coming out of the flanged connection and located in the air (figure 2). Depending on the current passing through the simulators and the electrical resistance of the lower part of the simulators and current leads (Fig. 2), a certain amount of heat is generated in them. At low heat flux densities and, accordingly, a low current passing through the simulators, heat can be removed from the simulators using natural air circulation, which arises due to the temperature difference between the simulators and the surrounding air. Otherwise, i.e. at high currents passing through the simulators, their forced cooling is necessary.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ охлаждения имитаторов твэл, заключающийся в подаче охлаждающей жидкости в полость, образованную в нижней части токоподводов (Majed M., Norback G. , Wiman P. Experience Using Individually Supplied Heater Rods in Critical Power Testing of Advanced BWRFuеl/NURETH-7, 1995). The closest in technical essence to the proposed method is a method for cooling fuel element simulators, which consists in supplying coolant to the cavity formed in the lower part of the current leads (Majed M., Norback G., Wiman P. Experience Using Individually Supplied Heater Rods in Critical Power Testing of Advanced BWRFuel / NURETH-7, 1995).
Основной недостаток способа заключается в том, что не удается снять тепло, выделяемое в нижних частях имитаторов. Это связано с тем, что выполнение полостей и подача охлаждающей жидкости в имитатор недопустима. Попадание жидкости в имитатор и взаимодействие ее с электроизолятором приводит к уменьшению электросопротивления замыканию на оболочку и выходу имитатора из строя. Снятие тепла с нижней части имитаторов происходит только за счет передачи тепла теплопроводностью от охлаждаемых нижних частей токоподводов. При больших токах, проходящих через имитатор, тепло, отводимое за счет теплопроводности, составляет небольшую часть от тепла, выделяемого в нижней части имитаторов. Основная часть тепла идет на разогрев имитатора, повышение температуры внутреннего электрода до недопустимых величин и выходу из строя имитатора. The main disadvantage of this method is that it is not possible to remove the heat generated in the lower parts of the simulators. This is due to the fact that the implementation of the cavities and the supply of coolant to the simulator is unacceptable. The ingress of fluid into the simulator and its interaction with the electrical insulator leads to a decrease in electrical resistance to a short to the shell and the failure of the simulator. Heat removal from the lower part of the simulators occurs only due to heat transfer by thermal conductivity from the cooled lower parts of the current leads. At high currents passing through the simulator, the heat removed due to thermal conductivity is a small part of the heat generated in the lower part of the simulators. The main part of the heat is used to heat up the simulator, increase the temperature of the internal electrode to unacceptable values, and damage the simulator.
Известно устройство для охлаждения имитаторов твэл, содержащее герметичную полость в нижней части токоподводов имитаторов, в которую подается охлаждающая жидкость (Majed M., Norback G., Wiman P. Experience Using Individually Supplied, Heater Rods in Critical Power Testing of Advanced BWR Fuel/ NURETH-7, 1995). A device for cooling fuel rod simulators is known, which contains a sealed cavity at the bottom of the simulator current leads, into which coolant is supplied (Majed M., Norback G., Wiman P. Experience Using Individually Supplied, Heater Rods in Critical Power Testing of Advanced BWR Fuel / NURETH -7, 1995).
Основной недостаток устройства заключается в том, что не удается снять тепло, выделяемое в нижних частях имитаторов. Это связано с тем, что выполнение полостей и подача охлаждающей жидкости в имитатор недопустима. Попадание жидкости в имитатор и взаимодействие ее с электроизолятором приводит к уменьшению электросопротивления, замыканию на оболочку и выходу имитатора из строя. Снятие тепла с нижней части имитаторов происходит только за счет передачи тепла теплопроводностью от охлаждаемых нижних частей токоподводов. При больших токах, проходящих через имитатор, тепло, отводимое за счет теплопроводности, составляет небольшую часть от тепла, выделяемого в нижней части имитаторов. Основная часть тепла идет на разогрев имитатора, повышение температуры внутреннего электрода до недопустимых величин и выходу из строя имитатора. Кроме того, конструктивно выполнение устройства довольно сложно и возможно только в сборках с небольшим количеством имитаторов (3-19). The main disadvantage of the device is that it is not possible to remove the heat generated in the lower parts of the simulators. This is due to the fact that the implementation of the cavities and the supply of coolant to the simulator is unacceptable. The ingress of fluid into the simulator and its interaction with the electrical insulator leads to a decrease in electrical resistance, short circuit to the shell and the failure of the simulator. Heat removal from the lower part of the simulators occurs only due to heat transfer by the thermal conductivity from the cooled lower parts of the current leads. At high currents passing through the simulator, the heat removed due to thermal conductivity is a small part of the heat generated in the lower part of the simulators. The main part of the heat is used to heat up the simulator, increase the temperature of the internal electrode to unacceptable values, and damage the simulator. In addition, the design of the device is rather complicated and possible only in assemblies with a small number of simulators (3-19).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству для охлаждения имитаторов является устройство, содержащее нижний фланец корпуса ТВС с выходящими из него имитаторами твэл, включающими нижнюю часть имитаторов и нижнюю часть токоподводов, через гибкие токопроводящие элементы, подсоединенных к общему токоподводу. Воздух для охлаждения подается от вентилятора на имитаторы твэл непосредственно либо через патрубок подвода воздуха. В последнем случае вокруг имитаторов выполняется специальная обечайка, направляющая воздух на имитаторы. The closest in technical essence to the proposed device for cooling simulators is a device containing the lower flange of the fuel assembly housing with fuel simulators emerging from it, including the lower part of the simulators and the lower part of the current leads, through flexible conductive elements connected to a common current lead. Air for cooling is supplied from the fan to the fuel element simulators directly or through the air supply pipe. In the latter case, a special shell is carried out around the simulators, directing air to the simulators.
Основной недостаток устройства заключается в малой его эффективности. Последнее обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи от имитатора к воздуху и соответственно малым количеством тепла, отводимого от имитаторов. The main disadvantage of the device is its low efficiency. The latter is due to the low coefficient of heat transfer from the simulator to the air and, accordingly, the small amount of heat removed from the simulators.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности и работоспособности тепловыделяющей сборки с имитаторами твэл за счет улучшения охлаждения выходных частей имитаторов и токоподводов. Достижение технического результата достигается за счет того, что нижние части имитаторов твэл охлаждают путем передачи тепла теплопроводностью от имитаторов твэл к высокотеплопроводному блоку, через который пропущены имитаторы твэл, а от него путем подачи охлаждающего вещества в полость, размещенную по периметру высокотеплопроводного блока, а нижние части токоподводов охлаждают путем подачи охлаждающего вещества в емкость, в которой размещены нижние части токоподводов. The technical result, the invention is aimed at, is to increase the reliability and operability of a fuel assembly with fuel element simulators by improving the cooling of the output parts of simulators and current leads. The achievement of the technical result is achieved due to the fact that the lower parts of the fuel element simulators are cooled by transferring heat with thermal conductivity from the fuel element simulators to the highly heat-conducting block, through which the fuel element simulators are passed, and from it by supplying coolant to the cavity located around the perimeter of the high-heat-conducting block, and the lower parts the current leads are cooled by supplying a coolant to a container in which the lower parts of the current leads are located.
В устройстве для осуществления способа охлаждения тепловыделяющей сборки с имитаторами твэл, содержащем нижний фланец корпуса ТВС с выходящим из него имитаторами твэл, включающими нижнюю часть имитаторов и нижнюю часть токоподводов, через гибкие токопроводящие элементы подсоединенных к общему токоподводу, технический результат достигается за счет того, что нижние части имитаторов твэл размещены в блоке из высокотеплопроводного материала, по периметру которого выполнена полость, а нижние части токоподводов размещены в емкости. In a device for implementing a method of cooling a fuel assembly with fuel element simulators, comprising a lower flange of a fuel assembly housing with fuel element simulators coming out of it, including a lower part of simulators and a lower part of current leads, through flexible conductive elements connected to a common current lead, the technical result is achieved due to the fact that the lower parts of the fuel element simulators are placed in a block of highly heat-conducting material, a cavity is made around the perimeter, and the lower parts of the current leads are placed in the tank.
Технический результат достигается также за счет того, что общий токоподвод размещен в емкости и подсоединен к источнику питания ТВС через герметичный и электроизолированный от корпуса емкости токоподвод. The technical result is also achieved due to the fact that the common current lead is located in the tank and connected to the power supply of the fuel assembly through a sealed and electrically insulated from the tank body current lead.
Технический результат достигается также за счет того, что расстояние L между сечением выхода токоподвода из электроизолирующего слоя имитатора и уровнем жидкости в емкости больше величины перемещения имитаторов за счет температурных расширений ΔZt, т.e. L>ΔZt.The technical result is also achieved due to the fact that the distance L between the cross section of the output of the current supply from the electrically insulating layer of the simulator and the liquid level in the tank is greater than the displacement of the simulators due to temperature expansions ΔZ t , i.e. L> ΔZ t .
Технический результат достигается также за счет того, что высота полости в высокотеплопроводном блоке h меньше или равна расстоянию от выхода имитатора из фланца до выхода термопар из под оболочки имитатора hим, h≤hим.The technical result is also achieved due to the fact that the height of the cavity in the highly conductive block h is less than or equal to the distance from the simulator exit from the flange to the thermocouple exit from under the simulator shell h them , h≤h them .
Технический результат достигается также за счет того, что ширина зазора Δ1 между поверхностью имитатора твэл и поверхностью отверстий в высокотеплопроводном блоке лежит в пределах 0,1 <Δ1<Δмакс, где максимальная величина зазора Δмакс определяется из следующего выражения Δмакс = λвΔTмакс/q, где ΔTмакс - максимальное значение перепада температуры в воздушном зазоре, q - плотность теплового потока на стенке имитатора в его нижней части, λв - коэффициент теплопроводности воздуха в воздушных зазорах.The technical result is also achieved due to the fact that the gap width Δ 1 between the surface of the fuel element simulator and the surface of the holes in the high-heat block is in the range 0.1 <Δ 1 <Δ max , where the maximum gap Δ max is determined from the following expression Δ max = λ in ΔT max / q, where ΔT max is the maximum temperature difference in the air gap, q is the heat flux density on the simulator wall in its lower part, and λ c is the thermal conductivity of air in the air gaps.
Технический результат достигается также за счет того, что между нижней поверхностью фланца и верхней поверхностью высокотеплопроводного блока выполнен зазор Δ2, причем высота зазора выбрана из условия 1<Δ2<5 мм.The technical result is also achieved due to the fact that between the lower surface of the flange and the upper surface of the highly heat-conducting block, a gap Δ 2 is made , the gap height being selected from the
На фиг. 2 представлена схема устройства для осуществления способа охлаждения тепловыделяющей сборки с имитаторами твэл, включающая его основные элементы и элементы, подлежащие охлаждению. In FIG. 2 shows a diagram of a device for implementing a method of cooling a fuel assembly with fuel element simulators, including its main elements and elements to be cooled.
Устройство включает в себя следующие элементы:
1 - корпус рабочего участка
2 - устройство для охлаждения нижней части имитаторов
3 - токоподводы безтермопарных имитаторов (138 шт.)
4 - токоподводы термопарных имитаторов (30 шт.)
5 - медные втулки
6 - керамические втулки
7 - устройство для охлаждения нижней части токоподводов
8 - изолирующие прокладки
9 - герметичный разъем для вывода потенциальных выводов
10 - узел для подсоединения гибких токоподводов
11- общий токоподвод
12 - входные элементы для устройства по п.2
13 - входные элементы для устройства по п.7
14 - выходные элементы для устройства по п.2
15 - выходные элементы для устройства по п.7
16 - теплообменник
17 - насос
18 - термопары
19 - регулирующий вентиль
20 - регулирующий вентиль
21 - изолирующие втулки
22 - изолирующая пластина
23 - "воздушники"
24, 25, 26, 27 - термопары
28 - токоподвод
29 - источник питания
30 - потенциальные выводы
На фиг. 3 приведена схема устройства для охлаждения нижней части имитаторов - 1 - корпус устройства, 2 - входные элементы, 3 - выходные элементы.The device includes the following elements:
1 - housing work area
2 - device for cooling the bottom of the simulators
3 - current leads of thermocouple simulators (138 pcs.)
4 - current leads of thermocouple simulators (30 pcs.)
5 - copper bushings
6 - ceramic bushings
7 - a device for cooling the bottom of the current leads
8 - insulating gaskets
9 - sealed connector for the conclusion of potential conclusions
10 - site for connecting flexible current leads
11- general current supply
12 - input elements for the device according to
13 - input elements for the device according to
14 - output elements for the device according to
15 - output elements for the device according to
16 - heat exchanger
17 - pump
18 - thermocouples
19 - control valve
20 - control valve
21 - insulating sleeves
22 - insulating plate
23 - "air vents"
24, 25, 26, 27 - thermocouples
28 - current supply
29 - power source
30 - potential findings
In FIG. 3 shows a diagram of a device for cooling the bottom of the simulators - 1 - the device body, 2 - input elements, 3 - output elements.
Система охлаждения работает следующим образом. The cooling system operates as follows.
Запуск системы. System startup.
Перед началом работы система заполняется водой. Заполнение системы водой производится путем подсоединения входных и выходных устройств 12, 13, 14, 15, фиг.2 к источникам охлаждающей воды. Проверка заполнения осуществляется путем продувки "воздушников" 23 фиг.2, установленных в верхних частях системы охлаждения. Заполнение системы проходит до тех пор пока из "воздушников" не появится вода. После этого "воздушники" перекрываются. Система готова к работе. Before starting work, the system is filled with water. Filling the system with water is done by connecting the input and
Работа системы заключается в создании циркуляции воды по замкнутым контурам и отводе тепла от токоподводов. Контроль за работой системы осуществляется путем измерения температуры воды на выходе из системы охлаждения с помощью термопар погружного типа 24, 25, 26, 27 (фиг.2). Температура воды на выходе из системы охлаждения должна быть меньше температуры насыщения при рабочем давлении. Температура воды на входе в систему охлаждения должна быть не выше 30-50oС.The operation of the system is to create water circulation in closed loops and to remove heat from current leads. Monitoring the operation of the system is carried out by measuring the water temperature at the outlet of the cooling system using
Для эффективной работы системы охлаждения и безаварийной работы пучка необходимо выполнить следующие условия. Имитаторы твэл 3 (безтермопарный твэл), 4 (термопарный твэл) (фиг.2) должны свободно перемещаться в корпусе 2 устройства для охлаждения нижней части имитаторов на всей его высоте (фиг. 2). For efficient operation of the cooling system and trouble-free operation of the beam, the following conditions must be met. The fuel rod simulators 3 (non-thermocouple fuel rod), 4 (thermocouple fuel rod) (Fig. 2) must freely move in the
Расстояние L1 и L между сечением выхода токоподвода из электроизолирующего слоя безтермопарного и термопарного имитатора и уровнем жидкости в емкости должно быть больше величины перемещения имитаторов за счет температурных расширений ΔZt, т.е. L>ΔZt. Из двух значений L1 и L выбирается меньшее - в данном случае L. В противном случае при перемещении имитаторов за счет температурного расширения имитаторы погрузятся в охлаждающую жидкость, размещенную в емкости, ниже керамических втулок 6 (фиг.2) произойдет попадание охлаждающей жидкости под оболочку имитаторов в электроизолирующий слой (периклаз - MgO) и выход имитаторов из строя. На фиг.2 показан случай герметичного выполнения емкости, в которой размещены имитаторы. В этом случае уровень охлаждающей жидкости совпадает с нижней поверхностью фланца емкости.The distance L 1 and L between the cross section of the output of the current supply from the insulating layer of the thermocouple and thermocouple simulator and the liquid level in the tank should be greater than the displacement of the simulators due to temperature expansions ΔZ t , i.e. L> ΔZ t . Of the two values L 1 and L, the smaller one is chosen - in this case L. Otherwise, when the simulators are moved due to thermal expansion, the imitators will immerse in the coolant located in the tank, below the ceramic bushings 6 (Fig. 2), the coolant will fall under the shell imitators in an electrically insulating layer (periclase - MgO) and failure of imitators. Figure 2 shows the case of a sealed container in which the simulators are located. In this case, the coolant level coincides with the bottom surface of the tank flange.
Высота высокотеплопроводного блока h меньше или равна расстоянию от выхода имитатора из фланца до выхода термопар из под оболочки имитатора
hим, h≤hим.The height of the highly conductive block h is less than or equal to the distance from the simulator exit from the flange to the thermocouple exit from under the simulator shell
h them , h≤h them .
Последнее условие вытекает из следующего ограничения. При перемещении имитатора за счет температурного нагрева термопары, выходящие из под оболочки имитатора, затруднят перемещение и (или) сделают его невозможным. Последнее приведет к изгибу имитатора и выходу его из строя. В связи с этим h должно быть меньше или равно расстоянию от выхода имитатора из фланца до выхода термопар из под оболочки имитатора hим, h≤hим.The last condition follows from the following restriction. When moving the simulator due to temperature heating, thermocouples emerging from under the shell of the simulator will make it difficult to move and (or) make it impossible. The latter will lead to the bending of the simulator and its failure. In this regard, h should be less than or equal to the distance from the simulator exit from the flange to the thermocouple exit from under the simulator shell h them , h≤h them .
Выбор ширины зазора Δ1 между поверхностью имитаторов твэл и поверхностью отверстий в высокотеплопроводном блоке сделан исходя из следующих условий. Нижний предел выбран из условия минимального термического сопротивления воздушного зазора. При этом зазоре перепад температур между оболочкой имитатора и поверхностью отверстия в высокотеплопроводном блоке минимален (при фиксированной плотности теплового потока), в то же время обеспечивается достаточно свободное перемещение имитатора. Выполнение зазора меньше 0,1 мм технологически сложно, сборка имитаторов также затруднена. Увеличение зазора приводит к увеличению термического сопротивления и соответственно росту температуры имитаторов. Максимальная величина зазора определяется из следующего выражения Δмакс = λвΔTмакс/q, где ΔTмакс - максимальное значение перепада температуры в воздушном зазоре, q - плотность теплового потока на стенке имитатора в его нижней части, λв - коэффициент теплопроводности воздуха в воздушном зазоре.The choice of the gap width Δ 1 between the surface of the fuel rod simulators and the surface of the holes in the high-heat block is made on the basis of the following conditions. The lower limit is selected from the condition of minimum thermal resistance of the air gap. In this gap, the temperature difference between the shell of the simulator and the surface of the hole in the high-heat block is minimal (at a fixed heat flux density), at the same time, sufficiently free movement of the simulator is ensured. Performing a gap of less than 0.1 mm is technologically difficult; assembly of simulators is also difficult. An increase in the gap leads to an increase in thermal resistance and, accordingly, an increase in the temperature of the simulators. The maximum gap value is determined from the following expression Δ max = λ in ΔT max / q, where ΔT max is the maximum value of the temperature difference in the air gap, q is the heat flux density on the simulator wall in its lower part, and λ c is the thermal conductivity coefficient of air in the air the gap.
Величина зазора между нижней поверхностью фланца и верхней поверхностью высокотеплопроводного блока λ2 выбрана из следующих условий. Нижний предел из условия начала образования конвективных токов за счет разницы температур нагретых имитаторов и окружающего воздуха. Верхний предел из условия ухудшения теплоотдачи за счет образования в зазоре вихревых ячеек, затрудняющих направленное движение воздуха в зазоре. 1<Δ2<5 мм, Δ2 - определяется опытным путем.The gap between the lower surface of the flange and the upper surface of the highly heat-conducting block λ 2 is selected from the following conditions. The lower limit of the condition for the onset of convective currents due to the temperature difference between heated simulators and ambient air. The upper limit is due to the deterioration of heat transfer due to the formation of vortex cells in the gap, which impede the directional movement of air in the gap. 1 <Δ 2 <5 mm, Δ 2 - is determined empirically.
В качестве примера рассмотрим систему охлаждения тепловыделяющей сборки мощностью 10 МВт с имитаторами косвенного нагрева. As an example, consider a cooling system for a fuel assembly with a capacity of 10 MW with simulators of indirect heating.
Основные параметры. Main parameters.
1. Номинальный ток через один имитатор - 450 А. 1. The rated current through one simulator is 450 A.
2. Напряжение источника тока - до 150 В. 2. The voltage of the current source is up to 150 V.
3. Суммарное тепловыделение в медных токоподводах и нижних частях имитаторов - до 27 кВт. 3. Total heat dissipation in copper current leads and lower parts of simulators - up to 27 kW.
4. Тепло, выделяемое в нижней части имитаторов (от места выхода имитаторов из нижней крышки корпуса рабочего участка до выхода термопар из оболочки) (фиг.2) - 10 кВт. Тепло, выделяемое в средней части токоподводов (место размещения термопар - выход и подсоединение) (фиг.2) - 2 кВт. 4. The heat generated in the lower part of the simulators (from the place of exit of the simulators from the bottom cover of the working area to the exit of thermocouples from the shell) (figure 2) - 10 kW. The heat generated in the middle of the current leads (the location of the thermocouples - output and connection) (figure 2) - 2 kW.
5. Тепло, выделяемое в нижней части (медные токоподводы имитаторов, гибкие токоподводы, общий токоподвод) (фиг.2) - 15 кВт. 5. The heat generated in the lower part (copper current leads of simulators, flexible current leads, total current lead) (figure 2) - 15 kW.
6. Число имитаторов в сборке - 168. 6. The number of simulators in the assembly is 168.
Верхний высокотеплопроводный блок - высота 90 мм, расстояние от выхода имитатора из фланца до выхода термопар из под оболочки имитатора hим=100 мм, т.е. h≤hим, Δ1 = 0,1 мм, Δ2 = 1,5 мм.
Для уменьшения электрического сопротивления токоподводов и соответственно тепла, выделяемого в токоподводах, на токоподводы в их нижней части надеты медные втулки 5 (фиг.2) наружным диаметром 8 мм.The upper highly heat-conducting block is a height of 90 mm, the distance from the simulator exit from the flange to the thermocouple exit from under the simulator shell is h im = 100 mm, i.e. h≤h them , Δ 1 = 0.1 mm, Δ 2 = 1.5 mm.
To reduce the electrical resistance of the current leads and, accordingly, the heat generated in the current leads, copper bushes 5 (Fig. 2) with an outer diameter of 8 mm are put on the current leads in their lower part.
Расход воды, подаваемой на вход щели высокотеплопроводного блока, 500 кг/ч, температура на входе 25oС, на выходе 70-80oС. При этом температура оболочек имитаторов не превышала 150oС.The flow rate of water supplied to the inlet of the slit of a highly heat-conducting block is 500 kg / h, the inlet temperature is 25 o C, and the outlet temperature is 70-80 o C. At the same time, the temperature of the simulator shells did not exceed 150 o C.
Расход воды, подаваемой на вход емкости, в которую помещались имитаторы, не превышал 800 кг/ч, температура подаваемой воды не превышала 25oС. На выходе температура воды колебалась в пределах 45-50oС. Температура токоподводов не превышала 100oС.The flow rate of water supplied to the inlet of the tank into which the simulators were placed did not exceed 800 kg / h, the temperature of the supplied water did not exceed 25 o C. At the outlet, the water temperature ranged from 45-50 o C. The temperature of the current leads did not exceed 100 o C.
Температура токоподводов между высокотеплопроводным блоком и емкостью, т.е. находящихся на воздухе, не превышала 180oС.The temperature of the current leads between the high-conductivity block and the capacitance, i.e. being in the air, did not exceed 180 o C.
Таким образом, предлагаемый способ охлаждения тепловыделяющей сборки с имитаторами твэл позволяет повысить надежность и работоспособность тепловыделяющей сборки с имитаторами твэл за счет улучшения охлаждения выходных частей имитаторов и токоподводов. Thus, the proposed method for cooling a fuel assembly with fuel element simulators can improve the reliability and performance of a fuel assembly with fuel element simulators by improving the cooling of the output parts of simulators and current leads.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114397/06A RU2193244C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114397/06A RU2193244C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2193244C1 true RU2193244C1 (en) | 2002-11-20 |
Family
ID=20250093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001114397/06A RU2193244C1 (en) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193244C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2275701C2 (en) * | 2003-06-18 | 2006-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций" (ФГУП "ЭНИЦ") | Method and device for cooling down fuel assembly incorporating fuel-element simulators |
| RU2390061C1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-20 | Эдуард Алексеевич Болтенко | Method for determining thermal hydraulic characteristics along section of heat-producing assembly |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1441539A (en) * | 1973-10-18 | 1976-07-07 | Commissariat Energie Atomique | Fast reactor of the liquid sodium cooled type |
| US4557890A (en) * | 1981-12-10 | 1985-12-10 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Spray devices for nuclear reactor cores |
| US4755348A (en) * | 1987-01-12 | 1988-07-05 | General Electric Company | Cooled water rod (LOCA conditions) |
| RU2097846C1 (en) * | 1996-04-26 | 1997-11-27 | Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Method for cooling fuel assemblies in case of coolant failure in circulating circuit |
| RU2129313C1 (en) * | 1997-03-11 | 1999-04-20 | Обнинский институт атомной энергетики | Method for determining heat flow and temperature fields in nuclear reactor fuel assembly |
-
2001
- 2001-05-30 RU RU2001114397/06A patent/RU2193244C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1441539A (en) * | 1973-10-18 | 1976-07-07 | Commissariat Energie Atomique | Fast reactor of the liquid sodium cooled type |
| US4557890A (en) * | 1981-12-10 | 1985-12-10 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Spray devices for nuclear reactor cores |
| US4755348A (en) * | 1987-01-12 | 1988-07-05 | General Electric Company | Cooled water rod (LOCA conditions) |
| RU2097846C1 (en) * | 1996-04-26 | 1997-11-27 | Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Method for cooling fuel assemblies in case of coolant failure in circulating circuit |
| RU2129313C1 (en) * | 1997-03-11 | 1999-04-20 | Обнинский институт атомной энергетики | Method for determining heat flow and temperature fields in nuclear reactor fuel assembly |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MAJED M., etc Experience Using Individually Supplied Heater Rods in Critical Power Testing of Advanced BWR Fuel /NURETH-7, 1995. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2275701C2 (en) * | 2003-06-18 | 2006-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций" (ФГУП "ЭНИЦ") | Method and device for cooling down fuel assembly incorporating fuel-element simulators |
| RU2390061C1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-20 | Эдуард Алексеевич Болтенко | Method for determining thermal hydraulic characteristics along section of heat-producing assembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110517797B (en) | A nuclear reactor annular fuel damage experimental device and experimental method | |
| JP4412875B2 (en) | Nozzle for injection mold and nozzle structure | |
| JP2010139420A (en) | Dummy fuel rod, dummy fuel rod assembly, and method for manufacturing dummy fuel rod | |
| US12173930B2 (en) | Internally heated phase change material heat batteries | |
| CN104136849A (en) | Cooled electrode and burner system including a cooled electrode | |
| RU2193244C1 (en) | Method and device for cooling fuel assembly with fuel-element simulators | |
| Yu et al. | Investigation on the thermal performance of a 363 kV vacuum circuit breaker using a 3D coupled model | |
| US20240088470A1 (en) | Battery cell and module battery for high-temperature operating secondary battery | |
| BRPI0611565A2 (en) | arrangement and method for heat transport and use in conjunction with subsea equipment | |
| RU2168776C1 (en) | Nuclear reactor fuel element simulator | |
| US2969412A (en) | Furnaces | |
| RU2275701C2 (en) | Method and device for cooling down fuel assembly incorporating fuel-element simulators | |
| CN114698164B (en) | Indirect uniform electric heating rod | |
| CN207425373U (en) | A kind of non-homogeneous electrically heated nuclear fuel simulation stick | |
| CN216145687U (en) | Battery preheating device and electric equipment | |
| RU2214010C2 (en) | Fuel assembly | |
| CN221571205U (en) | Semiconductor heat exchanger structure | |
| Mateev et al. | Modeling of Thermally Activated Fe2O3/Li2CO3 Electrochemical Cell | |
| JPH0245082B2 (en) | ||
| CN217656758U (en) | Integrated integral type heating structure and heater | |
| Ai et al. | Research on Influence Factors of Winding Hot Spot Temperature of Oil-immersed Transformer Based on Oil Baffle Position | |
| KR200219752Y1 (en) | electric hot water generating apparatus using carbon heat generator | |
| CN113163528A (en) | Gas electric heater capable of being heated at high temperature and preparation method thereof | |
| CN221259117U (en) | High-efficiency stable heater | |
| CN206018977U (en) | A heater for cryogenic fluid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040531 |