Способ и система регулирования концентрации кислорода и водорода в реакторной установке и ядерная реакторная установка

Способ и система регулирования концентрации кислорода и водорода 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.

Для формирования оксидных пленок может применяться кислород. В патенте RU 2246561 (опубликован 20.02.2005) раскрыты способ и устройство для растворения оксидов теплоносителя в виде гранул в теплоносителе, что обеспечивает повышение концентрации кислорода в теплоносителе. Ввиду того, что железо, хром и другие компоненты конструкционных материалов имеют большее химическое сродство к кислороду, чем компоненты теплоносителя, такие как свинец и/или висмут, кислород, введенный в жидкометаллический теплоноситель в виде оксидов компонентов теплоносителя, будет окислять компоненты конструкционных материалов и при соответствующей концентрации кислорода образовывать защитные оксидные пленки на поверхности стенок реактора. Для обеспечения такого эффекта концентрация кислорода в теплоносителе должна поддерживаться в соответствующих пределах, зависящих от конструкции реактора и использованных в ней конструкционных материалов, а также от вида и состава теплоносителя.

В том случае, если концентрация кислорода в теплоносителе будет иметь чрезмерно высокое значение, может начаться кислородная коррозия конструкционных материалов, что приводит к снижению срока эксплуатации реактора, появлению риска протечки теплоносителя, повышенному накоплению в теплоносителе твердофазных отложений и т.п. Для снижения чрезмерно высокой концентрации кислорода в теплоносителе, к которой могла привести, например, разгерметизация реактора и проникновение внутрь него атмосферного воздуха или выполнения регламентных работ, в ходе которых было допущено чрезмерное повышение концентрации кислорода в теплоносителе, или для проведения очистки теплоносителя возможно использовать газообразный водород, вводимый в теплоноситель. Подобное решение и устройство для его реализации представлены в патенте RU 2247435 (опубликован 27.02.2005).

При вводе в теплоноситель водорода концентрация кислорода снижается вследствие взаимодействия кислорода с водородом и образования паров воды. В том случае, если концентрация кислорода в теплоносителе принимает чрезмерно низкое значение, а это может произойти как вследствие чрезмерного объема водорода, введенного в теплоноситель, так и диффундирования компонентов конструкционных материалов в теплоноситель и их взаимодействия с растворенным в теплоносителе кислородом, может произойти растворение защитных оксидных покрытий, что резко усилит коррозию конструкционных материалов реактора компонентами теплоносителя. Для предотвращения коррозии и повышения концентрации кислорода вновь могут быть использованы вышеуказанные способ и устройство по патенту RU 2246561.

Таким образом, для надлежащего регулирования концентрации кислорода достаточно применения двух способов, в частности, повышения концентрации в теплоносителе кислорода и повышения концентрации в теплоносителе водорода, при котором концентрация кислорода в теплоносителе снижается. Однако для устройств, реализующих эти способы, известных из уровня техники, характерна проблема, заключающаяся в возможности совместного выполнения этих способов, что приводит к невозможности изменения концентрации кислорода в таком совместном режиме осуществления способов, а значит к сохранению риска коррозии конструкционных материалов реактора, а также к бесполезному и неоправданному расходу запасов оксидов компонентов теплоносителя, предназначенных для повышения концентрации кислорода в теплоносителе. Объем оксидом компонентов теплоносителя внутри реактора (в теплоносителе) ограничен, а его пополнение связано со снижением безопасности реактора в связи с необходимостью его разгерметизации, а также с выведением реактора из эксплуатации. Таким образом, недостатки уровня техники приводят к снижению безопасности и сроков эксплуатации реакторных установок.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства регулирования концентрации водорода и/или кислорода в реакторной установке, в частности, в теплоносителе ядерной реакторной установки, не имеющих недостатков, присущих уровню техники. В частности, задачей настоящего изобретения предотвращение бесполезного и неоправданного расхода запасов оксидов компонентов теплоносителя, предназначенных для повышения концентрации кислорода в теплоносителе. В связи с этим перед изобретением стоит задача предотвращения подачи водорода в теплоноситель во время осуществления насыщения теплоносителя кислородом, а также предотвращение насыщения теплоносителя кислородом при вводе в теплоноситель водорода.

Задача настоящего изобретения решается с помощью способа регулирования концентрации кислорода и/или водорода 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 (или его компонентов) и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, устройство ввода газа в теплоноситель (например, диспергатор), установленное частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненное с возможностью подачи газа из объема около теплоносителя в теплоноситель, и датчик концентрации кислорода в теплоносителе.

Указанный 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 верхним и нижним допустимыми значениями; в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе больше верхнего допустимого значения, проверяют, активирован ли массообменный аппарат и/или деактивируют его и/или подают сигнал о необходимости его деактивации, а из газовой системы в реактор в объем около теплоносителя подают газ, содержащий водород и/или активируют устройство ввода газа в теплоноситель; в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше нижнего допустимого значения, проверяют, деактивировано ли устройство ввода газа в теплоноситель и/или прекращена ли подача ли в объем около теплоносителя газа, содержащего водород, и/или деактивируют устройство ввода газа в теплоноситель и/или прекращают подачу в объем около теплоносителя газа, содержащего водород, и/или подают сигнал о необходимости деактивации устройства ввода газа в теплоноситель и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя газа, содержащего водород, и/или подачи в объем около теплоносителя газа, не содержащего водород, и активируют массообменный аппарат.

В дополнение к прекращению подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего водород, в объем около теплоносителя из газовой системы в некоторых вариантах могут подавать газ, не содержащий водород.

В том случае, если после подачи газа, содержащего водород, и/или активации устройства ввода газа в теплоноситель оценка концентрации кислорода в теплоносителе становится равной или ниже верхнего допустимого значения, возможно осуществление деактивации устройства ввода газа в теплоноситель и/или прекращение подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего водород. В дополнение к прекращению подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего водород, в объем около теплоносителя из газовой системы в некоторых случаях могут подавать газ, не содержащий водород.

В том случае, если после активации массообменного аппарата оценка концентрации кислорода в теплоносителе становится равной или выше нижнего допустимого значения, то возможна деактивация массообменного аппарата.

На решение задачи настоящего изобретения также направлена система регулирования концентрации кислорода и/или водорода 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 (или его компонентов) и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, устройство ввода газа в теплоноситель (например, диспергатор), установленное частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненное 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 верхним и нижним допустимыми значениями; модуль управления массообменным аппаратом, выполненный с возможностью активации массообменного аппарата в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше нижнего допустимого значения и если деактивировано устройство ввода газа в теплоноситель и/или в объем около теплоносителя не подают газ, содержащий водород; и модуль управления газовой системой и/или устройством ввода газа в теплоноситель, выполненный с возможностью обеспечения подачи из газовой системы газа, содержащего водород, в объем около теплоносителя и/или активации устройства ввода газа в теплоноситель в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе выше верхнего допустимого значения и если деактивирован массообменный аппарат.

Система регулирования в некоторых вариантах осуществления может содержать модуль формирования сигнала предупреждения, выполненный с возможностью формирования сигнала предупреждения о необходимости деактивации массообменного аппарата, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе выше верхнего допустимого значения, а массообменный аппарат находится в активированном состоянии, и/или с возможностью формирования сигнала предупреждения о необходимости деактивации устройства ввода газа в теплоноситель и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя газа, содержащего водород, и/или подачи в объем около теплоносителя газа, не содержащего водород, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе меньше нижнего допустимого значения, а устройство ввода газа в теплоноситель активировано и в объем около теплоносителя подают газ, содержащий водород.

В некоторых вариантах осуществления модуль управления массообменным аппаратом может быть выполнен с возможностью деактивации массообменного аппарата в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе становится равной или выше нижнего и/или верхнего допустимого значения, и/или в том случае, если из модуля управления газовой системой и/или устройством ввода газа в теплоноситель получен сигнал о необходимости деактивации массообменного аппарата.

Модуль управления газовой системой и/или устройством ввода газа в теплоноситель в некоторых вариантах осуществления может быть выполнен с возможностью деактивации устройства ввода газа в теплоноситель и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, содержащего водород, в том случае, если оценка концентрации кислорода в теплоносителе становится равной или ниже верхнего и/или нижнего допустимого значения, и/или в том случае, если из модуля управления массообменным аппаратом получен сигнал о необходимости деактивации устройства ввода газа в теплоноситель и/или прекращения подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа. Кроме того, модуль управления газовой системой и/или устройством ввода газа в теплоноситель может быть выполнен с возможностью подачи в объем около теплоносителя из газовой системы газа, не содержащего водород.

На решение задачи настоящего изобретения также направлена 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 (или его компонентов) и выполненный с возможностью протекания через него теплоносителя, устройство ввода газа в теплоноситель (например, диспергатор), установленное частично в теплоносителе и частично в объеме около теплоносителя и выполненное с возможностью подачи газа из объема около теплоносителя в теплоноситель, датчик концентрации кислорода в теплоносителе. В соответствии с изобретением 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 обеспечить способ и устройство регулирования концентрации водорода и/или кислорода в реакторной установке, в частности, в теплоносителе ядерной реакторной установки, не имеющих недостатков, присущих уровню техники. Достигается такой технический результат, как предотвращение бесполезного и неоправданного расхода запасов оксидов компонентов теплоносителя, предназначенных для повышения концентрации кислорода в теплоносителе. В частности, обеспечивается получение таких технических результатов, как предотвращение подачи водорода в теплоноситель во время осуществления насыщения теплоносителя кислородом, а также предотвращение насыщения теплоносителя кислородом при вводе в теплоноситель водорода. Кроме того, обеспечено безопасное переключение между режимами регулирования состава и концентрации примесей, таких как водород и кислород, в теплоносителе. Это позволяет повысить безопасность, надежность и срок эксплуатации реакторной установки.

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 водорода и кислорода в теплоносителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 показана структурная схема одного из вариантов выполнения устройства регулирования концентрации водорода и 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 одном из примеров в схематичном виде на фиг. 1, реактор 101, теплоноситель 104, газовую систему 108, массообменный аппарат 114, диспергатор 112 с выводом 113 питания и управления, и датчик 110 концентрации кислорода в теплоносителе 104 с выводом 111.

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 преимущественно 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 пониженной 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-химический 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 к стенкам реактора, где кислород может вступить в химическое соединение с конструкционным материалом (которым может быть, например, сталь) и образовать оксид в форме оксидной пленки на поверхности конструкционного материала. Дополнительным преимуществом использования такой защиты от коррозии является снижение интенсивности теплообмена между теплоносителем и стенками реактора за счет пониженной теплопроводности оксидов. Ввод кислорода (в частности, кислородосодержащих соединений) в теплоноситель и повышение его концентрации могут быть обеспечены 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, обеспечивая нагрев нагревательного элемента 205 массообменного аппарата и, тем самым, его активацию. Таким образом обеспечивается безопасное дистанционное управление работой массообменного аппарата (а значит и регулирование концентрации кислорода в теплоносителе), поскольку такое устройство минимизирует количество и размеры отверстий в корпусе реактора и устраняет необходимость проникновения в корпус реактора или разгерметизации реактора для регулирования концентрации кислорода в теплоноситель, в результате чего обеспечивается высокая степень герметичности и прочности корпуса реактора, что положительно сказывает на сроке и безопасности эксплуатации реакторной установки.

Массообменный аппарат обеспечивает возможность регулирования концентрации кислорода в теплоносителе, однако имеет недостаток, заключающийся в том, что запас расходного материала - твердофазных оксидов компонентов теплоносителя - ограничен. В реакторе может быть установлено несколько массообменных аппаратов увеличенной емкости, но может появиться ограничение по объему реактора и месту, требующемуся для другого оборудования реакторной установки. Пополнение или обновление запасов расходного материала связано со снижением безопасности реактора в связи с необходимостью его разгерметизации, а также с выведением реактора из эксплуатации, что приводит к снижению безопасности и сроков эксплуатации реакторных установок. В связи с этим желательно, чтобы твердофазные оксиды компонентов теплоносителя тратились лишь в том время, когда это необходимо, и не расходовались бесполезно и неоправданно.

Бесполезный и неоправданный расход твердофазные оксиды компонентов теплоносителя может происходить в случае одновременного нахождения массообменного аппарата в активном состоянии и при вводе в теплоноситель газообразного водорода, предназначенного для снижения чрезмерно высокой концентрации кислорода в теплоносителе, к которой могла привести, например, разгерметизация реактора и проникновение внутрь него атмосферного воздуха или выполнения регламентных работ, в ходе которых было допущено чрезмерное повышение концентрации кислорода в теплоносителе, или для проведения очистки теплоносителя. Снижение повышенной концентрации кислорода в теплоносителе имеет высокое значение ввиду того, что слишком высокая концентрация кислорода влечет за собой опасность кислородной коррозии стенок реактора.

Водород 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 водорода 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