Способ и устройство регулирования концентрации кислорода в реакторной установке и ядерная реакторная установка

Способ и устройство регулирования концентрации кислорода в реакторной установке и ядерная реакторная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области ядерной энергетики и ядерных реакторных установок, в частности к ядерным реакторным установкам с жидкометаллическими теплоносителями. В то же время настоящее изобретение также может применяться и в реакторных установках различного рода, не являющихся ядерными.

Уровень техники

Одной из основных проблем ядерных реакторных установок с жидкометаллическими теплоносителями является коррозия конструкционных материалов, из которых выполнен реактор. Для предотвращения коррозии может применяться метод формирования защитных оксидных покрытий, от целостности которых зависит коррозионная стойкость материалов, из которых выполнен реактор, например, стали.

Отметим, что указанная проблема также может появляться как в ядерных реакторных установках с теплоносителями, не являющимися жидкометаллическими, так и в реакторных установках, не являющихся ядерными. Хотя настоящее изобретение описано по отношению к ядерным реакторным установкам с жидкометаллическими теплоносителями, оно также может применяться как в ядерных реакторных установках с теплоносителями, не являющимися жидкометаллическими, так и в реакторных установках, не являющихся ядерными.

Традиционно для образования оксидных пленок применяется кислород. При работе реакторной установки компоненты конструкционных материалов, такие как железо, хром и другие, диффундируют в теплоноситель. Ввиду того, что указанные компоненты конструкционных материалов имеют большее химическое сродство к окислителям, например, к кислороду, то повышение концентрации железа, хрома и других компонентов конструкционных материалов в теплоносителе приводит к снижению концентрации в нем окислителей, таких как кислород. Это может привести к растворению защитных оксидных покрытий, что резко усилит коррозию. Следовательно, для снижения коррозии до минимального уровня, обеспечивающего многолетнюю эксплуатацию реакторной установки в безопасном режиме, требуется подача окислителя в теплоноситель для повышения его концентрации до такого уровня, когда защитные оксидные покрытия не будут растворяться в теплоносителе. В этом смысле кислород является весьма удобным окислителем, поскольку может подаваться в теплоноситель в виде газа или оксидов различных материалов, например, тех, из которых состоит теплоноситель.

В связи с вышеизложенным, важно контролировать и поддерживать на необходимом уровне концентрацию в теплоносителе окислителя, в частности, кислорода, для того, чтобы защитные оксидные пленки на внутренней поверхности реактора, контактирующей с теплоносителем, не растворялись в теплоносителе, предотвращая тем самым коррозию материалов, из которых выполнен реактор. Поскольку кислород постоянно расходуется на окисление железа, хрома и других компонентов конструкционных материалов, диффундирующих в теплоноситель, то для поддержания концентрации кислорода в заданном диапазоне, обеспечивающем минимальную коррозию материалов реактора, необходимо подавать кислород в теплоноситель, например, при достижении нижней границы заданного диапазона или снижении концентрации кислорода ниже допустимого уровня.

В патенте RU 2100480 (опубликован 27.12.1997) раскрыты такие способы повышения концентрации кислорода в теплоносителе, как ввод кислорода в смеси с инертным газом в защитный газ над поверхностью теплоносителя или непосредственно в теплоноситель, а также растворение в теплоносителе оксидов компонентов теплоносителя.

Однако описанные в указанном патенте способы имеют такие недостатки, как отсутствие возможности управления вводом кислорода в теплоноситель (повышением его концентрации в теплоносителе), а именно: запуском/окончанием подачи кислорода и растворения оксидов теплоносителя и скоростью измерения концентрации кислорода в теплоносителе, то есть объемов подаваемого кислорода и растворяемых оксидов теплоносителя. Кроме того, при подаче смеси кислорода с инертным газом в объем защитного газа над поверхностью теплоносителя скорость диффундирования кислорода в теплоноситель относительно мала, а при повышении доли кислорода в смеси с инертным газом повышается риск образования оксидной пленки (корки) на поверхности теплоносителя.

В патенте RU 2246561 (опубликован 20.02.2005) раскрыты способ и устройство для регулируемого растворения оксидов теплоносителя в теплоносителе, но в этом патенте отсутствуют какие-либо сведения о возможности регулирования ввода кислорода в теплоноситель в газообразном виде.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства регулирования концентрации кислорода в реакторной установке, в частности, в теплоносителе ядерной реакторной установки, подаваемого в газообразном виде. Кроме того, задачей настоящего изобретения одновременно является обеспечение эффективности и безопасности подготовки и эксплуатации ядерной реакторной установки в различных режимах, таких как, например, режим пассивации конструкционных материалов реактора, режим нормальной эксплуатации, нештатные режимы работы при разрушении защитных оксидных пленок и другие. В связи с вышеизложенными задачами перед изобретением также стоят задачи обеспечения переключения между способами регулирования (повышения) концентрации кислорода в теплоносителе, повышения безопасности оборудования, используемого для регулирования концентрации кислорода, и предоставления системы управления оборудованием, обеспечивающим безопасность эксплуатации и подготовки к эксплуатации ядерной реакторной установки во всех режимах.

Задача настоящего изобретения решается с помощью способа регулирования концентрации кислорода в теплоносителе реакторной установки, имеющей в своем составе реактор, теплоноситель, размещенный в реакторе, газовую систему, имеющую выход в реактор в объем около теплоносителя, массообменный аппарат, установленный в теплоносителе, вмещающий твердофазные оксиды теплоносителя и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, диспергатор, установленный частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненный с возможностью подачи газа из объема около теплоносителя в теплоноситель, и датчик концентрации кислорода в теплоносителе.

Способ содержит следующие шаги: оценивают концентрацию кислорода в теплоносителе на основании данных от датчика концентрации кислорода в теплоносителе; сравнивают оценку концентрации кислорода в теплоносителе с допустимым значением; оценивают изменение концентрации кислорода в теплоносителе; в том случае, если оцененное изменение концентрации кислорода в теплоносителе показывает уменьшение концентрации, сравнивают величину и/или скорость уменьшения с соответствующим пороговым значением; в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше допустимого значения и оцененная величина и/или скорость уменьшения концентрации кислорода меньше соответствующего порогового значения, активируют массообменный аппарат; в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше допустимого значения и оцененная величина и/или скорость уменьшения концентрации кислорода больше соответствующего порогового значения, в объем около теплоносителя из газовой системы подают газ, содержащий кислород, и/или активируют диспергатор.

В предпочтительном варианте способа в том случае, если после осуществления шага активации массообменного аппарата или шага подачи газа, содержащего кислород, и активации диспергатора оцененная концентрация кислорода в теплоносителе принимает или превышает допустимое значение, осуществляют шаг деактивации массообменного аппарата или шаг деактивации диспергатора и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего кислород. Кроме того, в дополнение к прекращению подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего кислород, в объем около теплоносителя из газовой системы могут подавать газ, не содержащий кислород.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью системы регулирования концентрации кислорода в теплоносителе реакторной установки, имеющей в своем составе реактор, теплоноситель, размещенный в реакторе, газовую систему, имеющую выход в реактор в объем около теплоносителя, массообменный аппарат, установленный в теплоносителе, вмещающий твердофазные оксиды теплоносителя и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, диспергатор, установленный частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненный с возможностью подачи газа из объема около теплоносителя в теплоноситель, и датчик концентрации кислорода в теплоносителе.

Система регулирования содержит: модуль оценки концентрации кислорода в теплоносителе, выполненный с возможностью получения данных от датчика концентрации кислорода в теплоносителе, оценки на основании полученных данных концентрации кислорода в теплоносителе и передачи оценки концентрации кислорода в теплоносителе в модуль сравнения оценки концентрации кислорода в теплоносителе с допустимым значением; модуль сравнения оценки концентрации кислорода в теплоносителе с допустимым значением, выполненный с возможностью получения оценки концентрации кислорода в теплоносителе из модуля оценки концентрации кислорода в теплоносителе и сравнения ее с допустимым значением; модуль оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе, выполненный с возможностью оценки величины и/или скорости уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе, а также с возможностью передачи оценки величины и/или скорости уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе в модуль сравнения оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе; модуль сравнения оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе, выполненный с возможностью получения оценки величины и/или скорости уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе и ее сравнения с соответствующим пороговым значением; модуль управления массообменным аппаратом, выполненный с возможностью активации массообменного аппарата в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше допустимого значения и если оценка величины и/или скорости изменения концентрации кислорода меньше соответствующего порогового значения; модуль управления газовой системой и/или диспергатором, выполненный с возможностью активации газовой системы с обеспечением подачи газа, содержащего кислород, в объем около теплоносителя и/или активации диспергатора в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше допустимого значения и если оценка величины и/или скорости изменения концентрации кислорода больше соответствующего порогового значения.

В одном из вариантов модуль оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе может быть выполнен с возможностью оценки величины и/или скорости уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе на основании оценки концентрации кислорода в теплоносителе из модуля оценки концентрации кислорода в теплоносителе. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления модуль оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе может быть выполнен с возможностью определения уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе и передачи информации об этом в модуль сравнения оценки уменьшения концентрации кислорода в теплоносителе и/или в модуль управления массообменным аппаратом и модуль управления газовой системой и/или диспергатором.

В преимущественном варианте осуществления модуль управления массообменным аппаратом выполнен с возможностью деактивации массообменного аппарата, а модуль управления газовой системой и диспергатором выполнен с возможностью деактивации диспергатора и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего кислород, в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе имеет или превышает допустимое значение. Кроме того, модуль управления газовой системой и диспергатором может быть выполнен с возможностью подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, не содержащего кислород.

Задачу настоящего изобретения также решает ядерная реакторная установка, имеющая в своем составе: реактор, теплоноситель, размещенный в реакторе, газовую систему, имеющую выход в реактор в объем около теплоносителя, массообменный аппарат, установленный в теплоносителе, вмещающий твердофазные оксиды теплоносителя и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, диспергатор, установленный частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненный с возможностью подачи газа из объема около теплоносителя в теплоноситель, и датчик концентрации кислорода в теплоносителе. Указанная реакторная установка выполнена с возможностью управления концентрацией водорода в теплоносителе в соответствии со способом по любому из вышеописанных вариантов и/или с помощью системы по любому из вышеописанных вариантов.

Благодаря настоящему изобретению удается достичь такого технического результата, как обеспечение способа и устройства регулирования концентрации кислорода в реакторной установке, в частности, в теплоносителе ядерной реакторной установки, подаваемого в газообразном виде. Кроме того, одновременно достигается такой технический результат, как обеспечение эффективности и безопасности подготовки и эксплуатации ядерной реакторной установки в различных режимах, таких как, например, режим пассивации конструкционных материалов реактора, режим нормальной эксплуатации, нештатные режимы работы при разрушении защитных оксидных пленок и другие. Помимо вышеизложенного, достигаются такие технические результаты, как обеспечение переключения между способами регулирования (повышения) концентрации кислорода в теплоносителе; повышения безопасности, надежности и срока эксплуатации оборудования, используемого для регулирования концентрации кислорода, и предоставления системы управления оборудованием, обеспечивающим безопасность эксплуатации и подготовки к эксплуатации ядерной реакторной установки во всех режимах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематичный вид реакторной установки в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показан вариант выполнения массообменного аппарата.

На фиг. 3 показан вариант выполнения диспергатора.

На фиг. 4 показан вариант выполнения датчика концентрации кислорода в теплоносителе.

На фиг. 5 показана блок-схема способа регулирования концентрации кислорода в теплоносителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 показана структурная схема одного из вариантов выполнения устройства регулирования концентрации кислорода в теплоносителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 показана структурная схема другого варианта выполнения устройства регулирования концентрации кислорода в теплоносителе в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение применимо в реакторной установке (например, ядерной реакторной установке), имеющей в своем составе, как показано в схематичном виде на фиг. 1, реактор 101, теплоноситель 104, газовую систему 108, массообменный аппарат 114, диспергатор 112, и датчик 110 концентрации кислорода в теплоносителе 104.

Реактор 101 представляет собой емкость, стенки 102 которой выполнены из конструкционных материалов, обладающих достаточной механической, термической, радиационной и другими видами стойкостей, необходимых для безопасной работы реакторной установки, например, таких как сталь. Безопасность работы реакторных установок имеет особое значение ввиду того, что в реакторе 101 в активной зоне 103 располагаются радиоактивные материалы, которые в ходе радиоактивного деления высвобождают энергию. По меньшей мере, часть этой энергии в виде тепла передается в теплоноситель 104, имеющийся в реакторе и контактирующий с активной зоной (то есть, радиоактивные материалы располагаются в теплоносителе), и далее переносится в теплообменник 107, в котором тепловая энергия передается другим материалам (например, воде, пару или другим теплоемким материалам), в некотором удалении от источника радиоактивного излучения. Теплообменник может представлять собой в некоторых вариантах парогенератор, предназначенный для производства пара, который может использоваться далее для нагрева других сред или для приведения в действие турбин. Далее, после теплообменника 107 в коммуникациях за пределами реактора тепловая энергия передается без опасности радиационного заражения, которая, таким образом, концентрируется в пределах реактора. В связи с этим, ввиду тяжелых, нежелательных и длительных последствий радиоактивного заражения окружающих территорий прочности и безопасности эксплуатации реактора придается особое значение. Для обеспечения продолжительного и эффективного процесса передачи тепла из активной зоны 103 в теплообменник 107 в реакторе предпочтительно осуществляют циркуляцию теплоносителя в реакторе 101 - в контуре, охватывающем активную зону и теплообменник. Для обеспечения циркуляции могут использоваться насосы (на фиг. 1 не показаны).

Одним из важных факторов сохранения прочности реактора 101 во времени является предотвращение или ослабление до допустимого уровня коррозии конструкционных материалов, из которых выполнены его стенки 102 и арматурные, крепежные, прочностные и другие элементы реактора 101. Указанный фактор должен учитываться и в том случае, если в качестве теплоносителя 104 используется теплоноситель из жидких металлов, таких как натрий, литий, свинец, висмут и т.п. Тяжелые металлы (свинец, висмут) имеют преимущество перед легкими ввиду их повышенной безопасности, в частности, по критерию сниженной пожароопасности.

Кроме того, теплоносители, выполненные с использованием тяжелых металлов, имеют также такое преимущество, как устойчивость их свойств при попадании в них воды. Естественно, что физико-химические свойства такого теплоносителя будут изменяться при попадании в него воды, однако такие изменения будут незначительными и позволят продолжать эксплуатацию и далее. Это может быть полезно для повышения безопасности реакторной установки ввиду возможных аварий или протечек оборудования, в котором находится или протекает вода в жидком виде или в виде пара - например, такого оборудования, как теплообменники или парогенераторы. Даже если теплообменник или парогенератор будет иметь неисправность в виде течи, то реакторная установка может эксплуатироваться далее до того момента, когда настанет удобный момент для ремонта или замены неисправного (протекающего) оборудования, поскольку теплоноситель с использованием тяжелых металлов допускает такой режим работы в силу незначительной (некритичной) зависимости своих физико-химических свойств от привнесения воды в жидком или парообразном виде.

Для уменьшения коррозионного воздействия на конструкционные материалы реактора перспективным считается создание оксидных пленок на границе теплоносителя и конструкционного материала, например, с помощью подачи в теплоноситель кислорода или кислородосодержащих материалов, которые могут быть перенесены теплоносителем в стенкам реактора, где кислород может вступить в химическое соединение с конструкционным материалом (которым может быть, например, сталь) и образовать оксид в форме оксидной пленки. Дополнительным преимуществом использования такой защиты от коррозии является снижение интенсивности теплообмена между теплоносителем и стенками реактора за счет пониженной теплопроводности оксидов.

Кислород может вводиться в теплоноситель несколькими способами. Для реализации одного из них реакторная установка содержит газовую систему 108, имеющую выход в реактор 101 в объем 106 около теплоносителя 104 (в предпочтительном варианте, показанном на фиг. 1, над теплоносителем). Теплоноситель 104 занимает только часть емкости реактора для снижения опасности разгерметизации реактора ввиду теплового расширения теплоносителя при разогреве. Верхняя часть 106 емкости реактора, находящаяся над поверхностью 105 («уровнем») теплоносителя 104, для предотвращения коррозии и нежелательных химических реакций заполняется газом, представляющим собой инертный газ (He, Ne, Ar) или смесь инертных газов. Для подачи газа в объем над теплоносителем или около теплоносителя, который в других вариантах может представлять собой отдельный объем от емкости, в которой находится теплоноситель, и предусмотрена газовая система 108.

Газовая система 108 содержит трубопроводы (трубы), запорную арматуру 109 (вентили, клапаны и т.п.), фильтры, насосы и прочее оборудование, обычно применяемое в газовых системах и известное из уровня техники. Газовая система соединена с источниками инертных газов и кислорода и может осуществлять их смешивание. Таким образом, газовая система может подавать не только инертный газ или смесь инертных газов. Для обеспечения коррозионной стойкости в реактор в объем около теплоносителя может подаваться газ, содержащий кислород - например, газовая смесь инертного газа с кислородом (кислород в чистом виде представляет опасность для конструкционных материалов реактора и жидкометаллического теплоносителя). Газовая смесь может содержать, например, 1/5 или меньшую долю кислорода от своего объема - в таком соотношении наблюдается достаточная активность кислорода, содержащегося в газе, без излишних рисков для конструкционных материалов и теплоносителя.

В частности, в трубопроводы или смесительные емкости газовой системы могут подаваться инертные газы и кислород из емкостей, в которых газы находятся в сжатом состоянии под давлением, благодаря регулированию запорной арматуры (например, вентилей, клапанов с помощью электро- или гидроприводов), или благодаря воздействию побудительных насосов, перекачивающих указанные газы из емкостей, в которых они хранятся, в требуемые смесительные емкости или трубопроводы, при соответствующих состояниях запорной арматуры на соединительных трубах/трубопроводах. Указанные газы или их смеси могут подаваться в реактор в объем около теплоносителя посредством трубопроводов из емкостей, в которых хранятся газы, или из смесительных емкостей вследствие соответствующего управления запорной арматурой (например, вентилями, клапанами) и/или насосами (если насосы не активируются, то подача газов может осуществляться благодаря повышенному давлению, под которым они находятся в соответствующих емкостях).

В том случае, когда газ, содержащий кислород, подается в объем реактора около теплоносителя, кислород может диффундировать в теплоноситель или окислять его составляющие, например, висмут или свинец, и окислы теплоносителя за счет конвекции или циркуляции теплоносителя в реакторе могут уноситься в глубь реактора, где при контакте с компонентами конструкционных материалов, таких как Fe, Cr, Zn и других, могут окислять указанные компоненты за счет того, что те имеют большее сродство к кислороду, чем висмут и свинец (например, тем самым восстанавливая эти компоненты теплоносителя). Такой способ пассивного поддержания оксидных пленок на поверхности конструкционных материалов для предотвращения коррозии может применяться, например, в стационарных режимах, когда расход кислорода на окисление компонентов конструкционных материалов соответствует поступлению кислорода через поверхность теплоносителя из объема около теплоносителя (и реализация такого способа регулирования концентрации кислорода в теплоносителе может учитываться регулирующей системой реакторной установки). Однако такой способ поддержания необходимой для защиты от коррозии концентрации кислорода в теплоносителе обладает такими недостатками, как инерционность и малая управляемость процессом вследствие незначительной эффективности пассивного проникновения кислорода из газа в жидкий теплоноситель, а также невозможность наращивания повышения концентрации кислорода в теплоносителе за счет повышения доли кислорода в газе ввиду роста отрицательного воздействия кислорода на конструкционные материалы в объеме реактора около теплоносителя и опасности образования оксидной пленки на поверхности теплоносителя.

Таким образом, ввод кислорода в теплоноситель за счет диффундирования через поверхности теплоносителя обеспечивает практически бесконечный источник кислорода, однако такой способ увеличения концентрации кислорода в теплоносителе является не очень точным, медленным и неуправляемым. В то же время для поддержания коррозионной стойкости конструкционных материалов требуется управляемый, точный и более быстрый способ повышения концентрации кислорода в теплоносителе. Такой способ может быть обеспечен с помощью массообменного аппарата 114, установленного в теплоносителе 104.

Массообменный аппарат может представлять собой контейнер, в котором расположены твердофазные оксиды теплоносителя. Например, в том случае, когда теплоноситель состоит из свинца и/или висмута, массообменный аппарат может содержать твердофазные оксиды свинца и/или висмута, например, в форме гранул. Указанные твердофазные оксиды могут растворяться в теплоносителе и благодаря тому, что они представляют собой оксиды компонентов теплоносителя, эффект будет в определенной степени аналогичен проникновению кислорода из газовой среды и окисления указанных компонентов, однако в данном случае имеется возможность управления интенсивностью этого процесса. Для того, чтобы происходило растворение твердофазных оксидов компонентов теплоносителя в теплоносителе необходимо, чтобы теплоноситель протекал через массообменный аппарат. Для обеспечения этого корпус массообменного аппарата, в котором вмещаются оксиды компонентов теплоносителя, например, в гранулированной форме, имеет отверстия, через которые протекает теплоноситель.

Эффективность (скорость) растворения твердофазных оксидов компонентов теплоносителя в теплоносителе зависит, в частности, от скорости протекания теплоносителя через массообменный аппарат. Для регулирования скорости протекания теплоносителя через массообменный аппарат в нем или в той части емкости реактора, в которой расположен массообменный аппарат, может быть предусмотрен, например, насос, который может прокачивать теплоноситель с различной скоростью, и работа этого насоса может регулироваться извне (дистанционно). Скорость протекания теплоносителя через массообменный аппарат может регулироваться нагревателем, который нагревает теплоноситель и благодаря этому осуществляется его конвекция. Работа нагревателя может регулироваться извне (дистанционно). Применение нагревателя имеет преимущество перед насосом ввиду того, что нагреватель не имеет движущихся элементов, что особенно важно для повышения срока службы массообменного аппарата и безопасности реактора в целом ввиду работы массообменного аппарата (а значит, и нагревателя или насоса) в горячем теплоносителе при высокой радиационной активности.

Эффективность (скорость) растворения твердофазных оксидов компонентов теплоносителя в теплоносителе также зависит, в частности, от объема и площади поверхности твердофазных оксидов компонентов теплоносителя, с которыми контактирует теплоноситель, и объем емкости, в которой находятся указанные оксиды (например, в форме гранул) и через которую протекает теплоноситель, может регулироваться с помощью клапанов или вентилей, которые могут управляться дистанционно, например, с помощью электропривода.

Кроме того, эффективность (скорость) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе также зависит, в частности, от температуры взаимодействующих теплоносителя и/или твердофазных компонентов теплоносителя. Их температура может также регулироваться, например, с помощью нагревателя, работа которого может регулироваться извне реактора (дистанционно).

Таким образом, существует множество различных способов регулирования эффективности (скорости) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе, некоторые из которых описаны выше. В настоящем изобретении все эти способы собирательно описываются как «активация» («активировать») массообменного аппарата, поскольку при этом происходит повышенное растворение твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе. В «неактивированном» («деактивированном») состоянии, то есть, например, когда насос или нагреватель, увеличивающие поток теплоносителя через массообменный аппарат, отключены, или когда, например, клапаны или вентили переведены в такое положение, что теплоноситель омывает минимальное количество твердофазных компонентов теплоносителя или не омывает их совсем, или когда нагреватель, предназначенный для повышения температуры теплоносителя и/или твердофазных компонентов теплоносителя с целью повышения эффективности их взаимодействия, отключен (приведены примеры в соответствии с вышеописанными способами повышения эффективности (скорости) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе; при использовании других способов неактивированное или деактивированное состояние определяется по соответствующей минимальной эффективности (скорости) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе), эффективность (скорость) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе может быть минимальна или равна нулю (в общем случае она может иметь некоторое значение в силу того, что теплоноситель может проходить через массообменный аппарат в силу общей циркуляции в реакторе (а не за счет побуждения потока дополнительными вышеописанными способами), а текущая температура взаимодействия может обеспечивать некоторое растворение сама по себе (а не за счет, например, дополнительного нагрева).

Следовательно, когда применяется термин «активировать» массообменный аппарат, это означает, что включаются средства, которые обеспечивают повышение эффективности (скорости) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе. В обратном случае, когда применяется термин «деактивировать» массообменный аппарат, это означает, что средства, которые обеспечивают повышение эффективности (скорости) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе, включаются или переводятся в положение, при котором указанная эффективность (скорость) имеет минимально возможное значение.

Активация/деактивация может обеспечивать два или более состояний активности оборудования. При двух состояниях, когда массообменный аппарат может иметь минимальную (или нулевую) активность и максимальную активность, регулирование поступающего в теплоноситель кислорода может регулироваться временем, в течение которого массообменный аппарат находится в состоянии максимальной активности. При большем количестве возможных задаваемых состояний активности массообменного аппарата также может регулироваться скорость поступления кислорода в теплоноситель (то есть объем растворяемых твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе за единицу времени). В предельном случае может быть предусмотрено не дискретное, а аналоговое, непрерывное по величине, регулирование активности массообменного аппарата, что еще больше увеличивает возможности по регулированию скорости (эффективности) растворения твердофазных компонентов теплоносителя в теплоносителе, что дополнительно повышает точность регулирования.

На фиг. 2 показан один из возможных вариантов выполнения массообменного аппарата. В состав массообменного аппарата входит емкость, образованная корпусом 201, ограниченная днищем 202 и крышкой 203. В емкости размещены проточная реакционная камера 210, расположенная внутри емкости ниже уровня теплоносителя и ограниченная сверху перфорированной решеткой 204. Ограничивающая решетка 204 предназначена для удерживания твердофазного гранулированного средства окисления 206 от всплытия под действием выталкивающей силы. Через ограничивающую решетку 204 и отверстия 207 в стенке корпуса 201, размещенные в верхней части стенки корпуса 201 над ограничивающей решеткой 204, обогащенный кислородом теплоноситель выходит из массообменного аппарата и смешивается с теплоносителем основного контура установки.

Твердофазное средство окисления 206 (в частном варианте твердофазные оксиды компонентов теплоносителя), помещенное под решеткой 204, при взаимодействии с теплоносителем растворяется, обогащая теплоноситель кислородом. Нагреватель 205, расположенный в реакционной камере 210 и проходящий через перфорированную решетку 204, предназначен для подогрева теплоносителя в реакционной камере 210. Входные отверстия 208 расположены в стенке корпуса 201 на уровне нижнего торца электрического нагревателя 205 для того, чтобы при работе массообменного аппарата теплоноситель двигался в основном через слой твердофазного средства окисления, размещенный в реакционной камере 210 в зазоре между корпусом 201 и электрическим нагревателем 205. Выходные отверстия 207, входные отверстия 208 и перфорация в решетке 204 выполнены, предпочтительно, в виде узких щелей с размером меньше гранул твердофазного средства окисления.

В рабочем положении массообменный аппарат погружен в теплоноситель так, чтобы выходные отверстия 207 находились в теплоносителе. Массообменный аппарат размещается в реакторе так, чтобы через место установки обеспечивался проток теплоносителя. Если высота слоя теплоносителя недостаточна для погружения в него корпуса массообменного аппарата, место установки оснащают карманом, в который утапливается корпус массообменного аппарата. Проток теплоносителя через карман может обеспечиваться за счет конвективного течения жидкометаллического теплоносителя через реакционную камеру при работе электрического нагревателя 205.

Массообменный аппарат, показанный на фиг. 2, работает следующим образом. При включении электрического нагревателя 205 за счет естественной конвекции создается расход теплоносителя через гранулированное твердофазное средство окисления 206, размещенное в проточной реакционной камере 210 в зазоре между корпусом 201 и электрическим нагревателем 205. Теплоноситель 104 (предпочтительно жидкометаллический) из окружающего объема поступает в массообменный аппарат через входные отверстия 208 и движется снизу вверх (показано стрелочками) через гранулированное твердофазное средство окисления 206, размещенное в реакционной камере 210. Гранулы твердофазного средства окисления при взаимодействии с теплоносителем растворяются в нем, обогащая теплоноситель кислородом. Обогащенный кислородом теплоноситель выходит из массообменного аппарата через выходные отверстия 207 и смешивается с теплоносителем основного контура реактора. Величина производительности, то есть количество кислорода, поступающего из массообменного аппарата в единицу времени, регулируется путем изменения мощности электрического нагревателя. При повышенной температуре повышается растворение твердофазного средства окисления. Поскольку плотность твердофазного средства окисления (например, оксида свинца) меньше плотности теплоносителя (например, свинцового или свинцово-висмутового), то твердофазные оксиды компонентов теплоносителя стремятся вверх и удерживаются в корпусе теплоносителя решеткой 204, которая при этом пропускает поток теплоносителя.

В верхней части нагревательного элемента 205 выводятся провода 115, с помощью которых подводится электрическое напряжение в нагревательный элемент 205. Благодаря тому, что для активации массообменного аппарата достаточно нагревать теплоноситель с помощью нагревателя 205, то для обеспечения работоспособности массообменного аппарата 114 на фиг. 1 через корпус 102 реактора достаточно провести лишь провода (кабель 115), по которым будет протекать электрический ток, обеспечива