Модульный транспортируемый ядерный генератор

Модульный транспортируемый ядерный генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в основном относится к электроэнергии и процессу производства тепла с использованием модульного, компактного, транспортируемого, упрочненного ядерного генератора быстро размещаемого и изымаемого, содержащего оборудование для преобразования энергии и производства электроэнергии, полностью встроенное внутри единого корпуса высокого давления, вмещающего активную зону ядерного реактора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Ядерные генераторы естественно включают в себя активные зоны ядерного реактора, которые производят остаточную тепловую энергию после остановки. В общем, среди нескольких факторов количество остаточной тепловой энергии, производимой после остановки, является пропорциональным истории производства энергии топлива и плотности энергии, характеризующей активную зону ядерного реактора. Чтобы избежать перегрева ядерного топлива в любом месте активной зоны, остаточная тепловая энергия должна быть передана из активной зоны с использованием резервных механизмов передачи тепла, обычно поддерживаемых внешними по отношению к корпусу системами и конструкциями, выполненными для содержания активной зоны. Эти резервные системы охлаждения содержат сложные сети трубопровода, теплогидравлически связывающие активную зону с теплообменниками, расположенными снаружи корпуса, содержащего активную зону, и предназначенными для передачи тепловой энергии из активной зоны в окружающую среду (т.е. конечный теплопоглотитель). Теплоноситель по этим теплообменникам может активно циркулировать с использованием рециркуляторов с электрическим приводом (т.е. насосов, воздуходувов), а резервы реализованы при использовании множества теплообменников, регулируемых клапанами, предназначенными для распределения или перераспределения теплоносителя через относительно сложные сети трубопровода. Альтернативно теплоноситель может пассивно циркулировать по подобным сложным сетям трубопровода, теплогидравлически связывающим активную зону с теплообменниками вне активной зоны, посредством механизмов естественной циркуляции под действием силы тяжести, основанных на том, что плотность теплоносителя изменяется при нагревании или охлаждении. Современные ядерные реакторы основываются на резервных системах отвода остаточного тепла активной зоны, которые могут работать пассивно, активно или в совокупности того и другого.

[0003] Для отвода остаточной тепловой энергии конструкции реактора, внедряющие «активные» меры безопасности, сильно зависят от электроэнергии для активной зоны для поддержания безопасной температуры после остановки. Для обеспечения безопасной работы и постоянного отвода остаточной тепловой энергии эти конструкции требуют электроэнергии, обеспеченной соединением минимум с двумя внешними энергосетями, и аварийной электроэнергии, производимой выделенными резервными аварийными дизель-генераторами (АДГ) на месте.

[0004] С другой стороны, некоторые типы пассивных мер безопасности основываются только на силе тяжести и большом запасе воды, обычно хранящейся в резервуарах или конструкциях для воды, размещенных на относительно больших высотах относительно активной зоны. Разница в высоте между активной зоной и конструкциями для хранения теплоносителя требуется для того, чтобы теплоносителя подвергался перекачиванию посредством естественной циркуляции, и остаточная тепловая энергия эффективно отводилась из активной зоны. Для пассивных мер безопасности, основанных на хранящемся теплоносителе, способность соответствующим образом обеспечивать долгосрочный отвод остаточного тепла сильно зависит от запаса теплоносителя и эффективности механизма охлаждения активной зоны под действием силы тяжести при различных условиях температуры и влажности окружающей среды. В общем, когда температура окружающей среды увеличивается, способность пассивно производить конвективное охлаждение активной зоны постепенно ухудшается. В результате пассивный отвод остаточного тепла, основанный на хранящихся запасах теплоносителя, наилучшим образом подходит для ядерных генераторов, работающих в умеренном климате.

[0005] Так как пассивная и активная системы безопасности обычно выполнены снаружи корпуса, вмещающего активную зону, в результате получается сложная система резервного трубопровода, клапанов, теплообменников, а также насосов/воздуходувов и дополнительных кабельных сетей энергии и управления (т.е. требуемых для обеспечения приводящей в действие электроэнергии и управления для активных систем). Сложная система трубопровода и теплогидравлическое (т.е. теплообменники) и электрическое оборудование (т.е. насосы), предназначенное для отвода тепловой энергии из активной зоны, обычно определяется как неядерное оборудование. Неядерное оборудование большинства ядерных генераторов, больших и маленьких, обуславливает по существу большие площади, занимаемые объектом, устанавливает ограничения на места, в которых ядерные генераторы могут быть размещены, и значительно увеличивает капитальные затраты, характеризующие установки ядерного генератора.

[0006] Активные зоны коммерчески работающих реакторов обычно охлаждаются водой и загружаются элементами ядерного топлива, покрытыми материалами, которые окисляются в присутствии воды/пара высокой температуры. Так как активная зона может испытывать перегрев, например, из-за потери теплоносителя или отказа систем активного или пассивного отвода остаточного тепла активной зоны, химические реакции между материалами покрытия и водой/паром приводят к образованию водорода. Таким образом, водород накапливается и в итоге самовоспламеняется, тем самым создавая серьезные проблемы безопасности. В результате ядерные энергетические установки оборудованы резервным оборудованием для удаления водорода, например, для выполнения управляемых воспламенений и предотвращения накопления больших количеств водорода. Однако эта дополнительная мера безопасности дополнительно увеличивает сложность, увеличивает операционные затраты и может не быть управляемой, как показывают несколько ядерных аварий таких как, например, авария, которая произошла на атомной станции Fukushima Daiichi в Японии. Уровень резервов, используемых для обеспечения активной, пассивной или совокупности обеих систем безопасности, выполняющих их функции безопасности, обычно является результатом оценок вероятностного риска, основанных на постулированных сценариях проектных аварий. Рассматриваются не все возможные сценарии аварий, так как вероятность возникновения сценариев запроектных аварий является очень низкой. К сожалению, несмотря на резервы и множество искусственных барьеров для выхода радиоактивности из активной зоны в окружающую среду, расплавление активной зоны, взрывы водорода, нарушение оболочки и крупные радиоактивные осадки возникают даже на атомных электростанциях, соответствующих наиболее современному регулирующему руководству для безопасной работы (т.е. электростанция Fukushima Daiichi), таким образом, демонстрируя, что катастрофические аварии, так как они вызваны сценариями запроектных аварий, имеют неприемлемую безопасность и экономическое влияние, хотя вероятность их возникновения является очень низкой. Сценарии запроектных аварий могут быть представлены цунами, экстремальными сейсмическими, погодными, террористическими/военными событиями.

[0007] Конструкции небольших модульных реакторов отличаются меньшими, модульными и легче транспортируемыми компонентами по сравнению с конструкциями современных больших реакторов. Однако эти компоненты или модули не могут работать не будучи предварительно теплогидравлически (и электрически) связанными в месте размещения. Связывание этих модульных компонентов происходит посредством объединения со сложными сетями трубопровода, клапанами, системами пассивного и/или активного охлаждения активной зоны (неядерное оборудование), выполненными снаружи корпуса, содержащего активную зону. В результате размещение и установка электростанции, основанной на конструкциях небольшого модульного реактора, требует нескольких месяцев для подготовки места, подключения неядерного оборудования установки и связывания всего вспомогательного оборудования независимо от размера небольшого модульного реактора. К тому же, как только системы небольшого модульного реактора связаны, общая площадь размещения электростанции, основанной на небольшом модульном реакторе, и зона аварийной эвакуации все же остаются значительными, даже для конструкций небольшого модульного реактора, производящих малые или очень низкие номинальные мощности. После сборки конструкции небольшого модульного реактора не могут быть транспортированы или изъяты, и в связи с этим не могут быть легко размещены, и не могут быть изъяты с места без выполнения разборки модульных компонентов и нескольких месяцев, предназначенных для разборки неядерного оборудования, обычно с длительными процедурами вывода из эксплуатации для удаления нескольких отдельных и потенциально радиоактивных компонентов небольшого модульного реактора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] С учетом вышеупомянутого имеется текущая потребность в действительно транспортируемой, полностью готовой к эксплуатации, компактной системе модульного ядерного генератора и способе безопасного производства электроэнергии с возможностью обеспечения технологического тепла, с возможностью безопасной работы в любых климатических условиях, в любом месте, со способностью безопасно справляться с экстремальным источником стресса окружающей среды (включая серьезные сейсмические события и наводнения) и, в порядке, который, по сути, уменьшает последствия сценариев постулированных проектных, а также запроектных аварий.

[0009] С учетом вышеупомянутого раскрыт транспортируемый упрочненный компактный модульный ядерный генератор. Раскрытый генератор образован активной зоной ядерного реактора, помещенной в корпусе, содержащем встроенное оборудование для преобразования энергии и производства электроэнергии без необходимости неядерного оборудования вне корпуса и содержащем компоненты, которые пассивно обеспечивают охлаждение активной зоны при всех сценариях аварии, включая сценарии запроектной аварии и сценарии проектной аварии.

[0010] В зависимости от электрической нагрузки конкретного места (и потребностей технологического тепла), транспортируемый упрочненный компактный модульный ядерный генератор, для простоты далее называемый транспортируемый ядерный генератор, может быть выполнен с возможностью работать с различными конфигурациями активной зоны, материалами, теплоносителями и замедлителями, так, чтобы преобразовывать тепловую энергию, производимую активной зоной, в электричество и технологическое тепло, используя встроенное оборудование для преобразования энергии, выполненное с возможностью работать с различными термодинамическими энергетическими циклами (т.е. Брайтона, Ренкина), и оборудование для производства электроэнергии, выполненное с возможностью регулировать напряжение и частоту в соответствии с потребностями в электроэнергии конкретного места.

[0011] В некоторых конфигурациях транспортируемый ядерный генератор может обеспечивать номинальные энергии от 10 МВт до 40 МВт (мегаватт тепловой энергии) с эффективностью приблизительно 45% при работе с модулем преобразования энергии, выполненным с возможностью преобразовывать тепловую энергию с использованием газового цикла Брайтона. При этой примерной конфигурации один транспортируемый ядерный генератор представляет собой блок производства энергии с возможностью производства 4,5-18 МВт электрической энергии (мегаватт электрической энергии). Так как транспортируемый ядерный генератор может работать с пассивным охлаждением с использованием естественной циркуляции воздуха по его поверхности теплопередачи, он может быть сгруппирован с множеством блоков транспортируемых ядерных генераторов так, чтобы соответствовать потребностям в электроэнергии и/или технологическом тепле конкретного места. Так как транспортируемый ядерный генератор является легко транспортируемым и изымаемым, он является подходящим для множества областей применения, например, он может использоваться для производства электроэнергии и технологического тепла в отдаленных районах или местах, не подключенным к сети. Дополнительные применения могут включать в себя производство энергии для различных производственных процессов на земле или насыпном острове (разработка месторождений, добыча нефти и газа, военные установки), движения судов и в качестве быстрой системы резервной сети в критических объединенных сетевых энергосистемах.

[0012] В одной примерной конфигурации транспортируемый ядерный генератор образован тремя главными модулями: (1) заменяемым энергетическим модулем реактора, вмещающим активную зону, систему управления и конструкцию изменения направления потока теплоносителя, (2) модулем преобразования энергии, содержащим турбомашинное оборудование и теплообменники, и (3) модулем производства энергии, содержащим быстрый генератор-двигатель, электронные контроллеры и источники бесперебойного питания (т.е. батареи), используемые во время операций запуска. После того как теплогидравлически связаны через уплотняющие фланцы три модуля образуют единый упрочненный корпус, пассивно обменивающийся тепловой энергией с окружающей средой. Вращающееся оборудование, образующее турбомашинные системы модуля преобразования энергии, механически соединено с одним валом, также механически соединенным с валом вращающихся компонентов, встроенных в генератор-двигатель модуля производства энергии, таким образом, все вращающееся оборудование соответственно вращается с одинаковой скоростью без трения с использованием магнитных подшипников. Каждый модуль может быть транспортируемым независимо или все три полностью собранные в единый корпус, что обеспечивает готовность к эксплуатации транспортируемого ядерного генератора. Транспортировка полностью собранных или отдельных модулей транспортируемого ядерного генератора может быть выполнено в соответствии со стандартами транспортировки (т.е. с использованием стандартного оборудования для транспортировки). При транспортировке в полностью собранном виде транспортируемый ядерный генератор представляет собой быстро размещаемый и изымаемый полностью готовый к эксплуатации генератор электроэнергии.

[0013] В одной примерной конфигурации модули транспортируемого ядерного генератора могут быть связаны с использованием уплотняющих и запорных фланцев так, чтобы образовывать единый упрочненный корпус высокого давления работающий горизонтально. В другой конфигурации с переориентированными внешними и внутренними ребрами теплопередачи транспортируемого ядерного генератора транспортируемый ядерный генератор может работать вертикально. Все три модуля содержат высокоинтегрированные теплообменники, образованные внутренними и внешними ребрами, выполненными с возможностью обеспечивать опору внутренним компонентам, при этом по существу упрочняя общую конструкцию посредством образования множества внутренних и внешних ребер конструкции. Встроенные теплообменники, объединенные со встроенным оборудованием турбомашины и генератора-двигателя, делают возможным работу без необходимости применения внешнего неядерного оборудования, тем самым по существу уменьшая общую площадь размещения, уязвимости и вероятность сценариев потери теплоносителя. Транспортируемый ядерный генератор может использовать несколько типов активных зон, включая устойчивые к плавлению проводящие керамические активные зоны. Проточные каналы теплоносителя транспортируемого ядерного генератора выполнены с возможностью обеспечивать высокую эффективность преобразования тепловой энергии в электроэнергию. Эти каналы для теплоносителя получаются путем размещения внутренних ребер с низким гидродинамическим сопротивлением, которые обеспечивают опорную конструкцию активной зоны, при этом обеспечивая передачу остаточной тепловой энергии из активной зоны внешним ребрам транспортируемого ядерного генератора посредством механизмов теплопередачи проводимостью. В этой конфигурации активная зона транспортируемого ядерного генератора может безопасно и пассивно передавать остаточную тепловую энергию в среду, окружающую транспортируемый ядерный генератор, даже при полном отсутствии теплоносителя. Три модуля, образующие единый корпус транспортируемого ядерного генератора, далее будут описаны более подробно.

[0014] В одной конфигурации энергетический модуль реактора объединяет активную зону реактора, работающую на обогащенном расщепляющемся материале (т.е. уране или плутонии), отражатели нейтронов, множество систем управления реактивностью, каналы потока для эффективной циркуляции теплоносителя через энергетический модуль реактора и теплогидравлические системы, связывающие энергетический модуль реактора c модулем преобразования энергии. Корпус энергетического модуля реактора предпочтительно может быть выполнен из композитного материала C-C или подходящего металлического материала. Активная зона может представлять собой любую подходящую активную зону с составом материала и характеристиками теплопередачи, удовлетворяющими потребностям в номинальной энергии.

[0015] Предпочтительная конфигурация активной зоны содержит проводящую керамическую активную зону с керамическим микрокапсулированным топливом, заделанным в карбид кремния (SiC) для образования топливных элементов.

[0016] В одной примерной конфигурации транспортируемый ядерный генератор оборудован «устойчивой к плавлению» активной зоной, содержащей монолитные трехструктурно-изотропические топливные (MTF) элементы, в этой конфигурации активная зона изготовлена из топливных элементов, изготавливаемых с топливом TRISO в таблетках SiC, далее называемое полностью керамическое микрокапсулированное (FCM) топливо, запечатанное в элементы SiC или композитного SiC, или с трехструктурно-изотропическими (TRISO) частицами, распределенными в элементах MTF. Любое из спекания, прессования или другого процесса изготовления SiC может быть использовано для изготовления SiC достаточной структурной прочности и устойчивости к излучению в таблетках и/или блоках. В одной предпочтительной конфигурации может быть использован способ спекания SiC пропитыванием нанопорошками и образованием переходной эвтектической фазы (NITE). Таблетки могут иметь слой бестопливного SiC для окружения областей, заполненных топливом.

[0017] Расщепляющееся топливо, используемое в частицах TRISO, может представлять собой оксид, карбид, оксикарбид или нитрид урана, плутония, тория или другого расщепляющегося изотопа. Редкоземельный оксид выгорающего поглотителя, например, оксид эрбия или оксид гадолиния, может быть включен в керамический брикет SiC. Выгорающий поглотитель также может содержаться в специально покрытых частицах, смешанных с топливными частицами, образуя таблетки. Непористое высокоплотное покрытие SiC частиц TRISO, плотная матрица SiC топливной таблетки FCM и SiC в топливном элементе обеспечивают множество барьеров для перемещения и рассеивания продуктов расщепления, в форме, которая в то же время является устойчивой к облучению, теплопроводящей и совместимой с операциями при высокой температуре.

[0018] В другом примере транспортируемый ядерный генератор может быть загружен теплопроводящей керамической активной зоной, причем проводящая керамическая активная зона состоит из элементов или блоков MTF и подобным образом выполненных элементов или блоков отражателя (изготовленных, например, из углерода или композитного материала SiC). В этой конфигурации MTF выполнен и имеет размеры для исключения чрезмерных тепловых напряжений во время работы. Один пример представляет собой пластины толщиной 10 см в форме четверти круга, обозначенные на Фиг. 24 и 24A. Другие примеры представляют собой гексагональные или прямоугольные топливные блоки. Во всех конфигурациях топливные блоки и блоки отражателя или элементы содержат отверстия для протекания теплоносителя. Во всех конфигурациях прижимные пластины с соответствующими отверстиями для теплоносителя могут быть предусмотрены на впуске и выпуске активной зоны для сохранения активной зоны все время сжатой. Теплопроводность матрицы проводящей керамической активной зоны также увеличивается путем исключения зазоров между топливными элементами и блоками и уменьшения зазоров между блоками, тем самым уменьшая температуру топлива и поддерживая способность пассивной теплопередачи активной зоны транспортируемого ядерного генератора при всех сценариях аварий.

[0019] Реактивность активной зоны может быть управляемой поглощением нейтронов в отражателе и предотвращением их повторного входа в активную зону и поглощением нейтронов активной зоны. Реактивность активной зоны транспортируемого ядерного генератора управляется посредством применения: (1) управляющих стержней или вращающихся барабанов управления в отражателе, содержащих поглощающие и отражающие нейтроны материалы, расположенные так, чтобы быть пассивно задействованными в режиме поглощения для безопасности; (2) сборки управляющих стержней внутри активной зоны; (3) системы аварийного останова ядерного реактора, которая вводит поглотитель нейтронов в активную зону с помощью пассивной системы, если другие системы выведены из строя. Барабаны управления могут представлять собой поглощающие и отражающие материалы, геометрически расположенные так, чтобы давать возможность большему или меньшему числу нейтронов выходить из или отражаться обратно в активную зону в зависимости от положения вращения. Поглощающий нейтроны материал может представлять собой керамику на основе SiC или C с бором или поглощающий нейтроны редкоземельный материал, тогда как участки отражателя нейтронов могут использовать бериллий или другие материалы в подходящей совместимой с высокой температурой форме с подходящими свойствами отражения нейтронов. Эти компоненты управления реактивностью могут работать независимо, и каждый может быть выполнен с возможностью полного или частичного управления реактивностью активной зоны для регулирования энергии и выполнения остановки реактора.

[0020] Могут быть использованы другие конфигурации активной зоны реактора, например, топливные стержни, содержащие ядерный расщепляющийся материал в виде оксида, нитрида, металла или другого, с металлическим или керамическим покрытием, и расположенные в пучках, соответствующих охлаждающей среде. Свободные топливные элементы подходящей геометрической формы, например сферический микротвэл, также могут быть использованы.

[0021] В одной конфигурации активная зона транспортируемого ядерного генератора использует инертный газ в качестве теплоносителя и рабочей текучей среды для модуля преобразования энергии. В этой конфигурации теплоноситель может представлять собой CO₂, гелий или другие предпочтительные инертные газы (например, аргон). В этом примере активная зона транспортируемого ядерного генератора производит тепловую энергию, тогда как турбомашина, объединенная с различными встроенными теплообменниками, способствует осуществлению регенеративного цикла Брайтона, достигая высокой эффективности преобразования энергии.

[0022] В другой конфигурации активная зона транспортируемого ядерного генератора использует воду в качестве теплоносителя и частично в качестве замедлителя, циркулирующую в первом контуре, полностью заключенном в энергетическом модуле реактора. Давление в первом контуре регулируется с использованием встроенного нагнетателя. Один или множество встроенных разделительных теплообменников обеспечивают тепловую связь между первым контуром в энергетическом модуле реактора и вторым контуром в модуле преобразования энергии. Вода, циркулирующая во втором контуре, принимает тепловую энергию со стороны первого контура разделительного теплообменника (т.е. парогенератора) так, чтобы изменять термодинамическое состояние из переохлажденной жидкости в перегретый пар. Вода во втором контуре не смешивается с водой, циркулирующей в первом контуре. В этой конфигурации тепловая энергия активной зоны транспортируемого ядерного генератора передается турбомашине в модуле преобразования энергии в виде перегретого пара. После расширения в турбомашине пар выпускается во встроенный конденсатор, который пассивно передает тепловую энергию внутренним и продолжающимся снаружи охлаждающим ребрам модуля преобразования энергии. Когда пар конденсируется, он повторно сжимается насосным блоком, и второй контур возвращается в исходное состояние путем нагнетания переохлажденной воды на впуске второй стороны разделительного теплообменника.

[0023] В другой конфигурации первый контур транспортируемого ядерного генератора может содержать жидкий металл, активно циркулирующий с использованием насосов рециркуляции или пассивно, для передачи тепловой энергии второй стороне одного или множества разделительных теплообменников. В этой конфигурации активной зоны транспортируемого ядерного генератора вторая сторона может быть связана с модулем преобразования энергии, использующим турбомашину, выполненную так, чтобы соответствовать требованиям регенеративного энергетического цикла Брайтона с газом в качестве рабочей текучей среды, или модулем преобразования энергии, использующим турбомашину и конденсатор, выполненный так, чтобы соответствовать требованиям энергетического цикла Ренкина с водой в качестве рабочей текучей среды.

[0024] Независимо от конфигураций модуля преобразования энергии, использующего компоненты, выполненные с возможностью соответствия требованиям энергетического цикла Брайтона или Ренкина, модуль преобразования энергии непосредственно соединен с модулем производства энергии, так как вращающиеся компоненты, образующие турбомашину в модуле преобразования энергии, и вращающиеся компоненты, образующие генератор-двигатель модуля производства энергии, непосредственно механически соединены с вращающимся валом так, чтобы вращаться на одинаковой скорости. Скорость вращения вала определяется термогидравликой системы преобразования энергии, условиями нагружения и настройками электронной системы управления, регулирующей электрический генератор-двигатель. Частота и другие электрические параметры энергии генератора могут быть регулируемыми посредством встроенных электронных схем согласования.

[0025] В одной конфигурации энергогенератор в модуле производства энергии может быть переключен для работы в качестве электродвигателя для приведения в движение турбомашины модуля преобразования энергии во время запуска и после остановки. В этой конфигурации энергия запуска может быть обеспечена с помощью блока батарей (т.е. источников бесперебойного питания) или внешнего источника электроэнергии (например, небольшой электродизельной установки).

[0026] В большинстве конфигураций вал, соединяющий все вращающиеся компоненты, встроенные в модуль преобразования энергии и модуль производства энергии, может быть соединен с неподвижными конструкциями соответствующих модулей с использованием магнитных подшипников. Для обеспечения полного отделения и независимости всех модулей модуль преобразования энергии и модуль производства энергии при соединении используют гибкое соединение для механического соединения с валом.

[0027] В другой конфигурации может быть предусмотрено сцепление, если требуется отцепление вращающихся компонентов модуля производства энергии от вращающихся компонентов модуля преобразования энергии, или если конкретное применение требует дифференциальной скорости вращения между вращающимися компонентами этих двух модулей. Следующее далее обсуждение подчеркивает ключевые и общие признаки транспортируемого ядерного генератора.

[0028] Во всех конфигурациях (т.е. использующих газ или жидкости в качестве теплоносителя и/или рабочих текучих сред) транспортируемый ядерный генератор представляет собой многокомпонентную многоуровневую модульность и интеграцию для обеспечения очень компактного транспортируемого блока производства энергии быстро размещаемого и изымаемого. Транспортируемый ядерный генератор представляет собой три предварительно изготовленных модуля, образующих при соединении единый корпус. Каждый модуль может быть выпускаемым серийно, легко транспортируется по отдельности или полностью собранным и готовым к эксплуатации. Энергетический модуль реактора может быть оперативно заменяемым в конце цикла перезагрузки или если требуется аварийное (т.е. военные операции) быстрое извлечение активной зоны, например, с помощью воздушного подъемника (т.е. воздушного транспорта C17 или вертолета большой грузоподъемности).

[0029] Компоненты транспортируемого ядерного генератора, образующие три модуля, основаны на существующих технологиях (турбомашина из различных коммерческих областей применения, и генератор-двигатель из технологий быстрого генератора переменного тока-двигателя с магнитными подшипниками), или испытанных технологиях, разработанных и протестированных в различных национальных лабораториях и на международном уровне (например, топливо FCM). Энергетический модуль реактора содержит, поддерживает, защищает и охлаждает активную зону ядерного реактора, модуль преобразования энергии, содержащий турбомашину (турбины и компрессорное оборудование для конфигурации охлаждаемого газом транспортируемого ядерного генератора), встроенные теплообменники (т.е. рекуператор, предварительный теплоноситель и промежуточный теплоноситель), подходящие выбранному теплоносителю и термодинамическому энергетическому циклу (т.е. регенеративному или частично циклу Брайтона или Ренкина), и модуль производства энергии, содержащий блок статора/генератора.

[0030] Полностью собранный транспортируемый ядерный генератор может быть выполнен с возможностью работать горизонтально с минимальной подготовкой места или вертикально для подземных установок. Во всех конфигурациях транспортируемый ядерный генератор позволяет быстрое размещение и запуск, а также быстрое изъятие реактора полностью или отдельных модулей. Перезагрузка может быть выполнена заменой «используемого» энергетического модуля реактора, содержащего отработанную активную зону, на новый модуль, содержащий неотработанную активную зону. Если неисправность возникает в модуле преобразования энергии или модуле производства энергии, их замена будет выполнена просто заменой неисправного модуля новым или восстановленным на производстве модулем.

[0031] В зависимости от выбранной рабочей текучей среды транспортируемый ядерный генератор не требует сложной сети трубопровода и оборудования, обычно образующего неядерное оборудование всех конструкций небольших модульных реакторов. Транспортируемый ядерный генератор полностью собирается и готов для производства энергии незамедлительно после размещения. Если транспортируемый ядерный генератор выполнен с возможностью горизонтальной работы, полученный в результате генератор энергии позволяет простое размещение в местах, характеризуемых сейсмическими активностями, на борту кораблей и некоторых других применениях, требующих критической энергии. Энергетический модуль реактора, модуль преобразования энергии и модуль производства энергии могут быть выполнены с возможностью их индивидуального и независимого закрепления на стандартизированном транспорте, операционных платформах и платформах хранения, с множеством вариантов транспортировки в соответствии со стандартами гражданской и военной транспортировки.

[0032] Транспортируемый ядерный генератор не требует больших масс воды для его пассивного охлаждения и может использовать местную воду или сухой, неиспаряемый или просто воздух окружающей среды в качестве его конечного теплопоглотителя. В ненормальных ситуациях транспортируемый ядерный генератор будет способен полагаться исключительно на пассивный отвод остаточной тепловой энергии из активной зоны посредством теплопередачи проводимостью (при полном отсутствии теплоносителя активной зоны) к стенкам ребристых модулей и пассивную конвекционную теплопередачу в наружный воздух, окружающий транспортируемый ядерный генератор. Энергетический модуль реактора при отделении от остальной части транспортируемого ядерного генератора для перезагрузки способен пассивно отводить остаточное тепло исключительно на основании механизмов излучения и конвекции наружного воздуха.

[0033] Когда транспортируемый ядерный генератор выполнен с возможностью работать с модулем преобразования энергии, основанном на преобразовании цикла Брайтона, он обеспечивает возможность использования отвода тепла при высокой температуре, что может быть использовано для поддержания различных применений технологического тепла. В этой конфигурации транспортируемый ядерный генератор может быть оборудован теплообменниками для производства низко- и/или высокотемпературного технологического тепла для распределения по оборудованию, предназначенному для опреснения, переработки биотоплива, централизованного теплоснабжения или других промышленных применений.

[0034] Модуль производства энергии может быть выполнен с возможностью запуска турбомашины при нагревании и повышении давления в первом контуре транспортируемого ядерного генератора с поддержкой от источников бесперебойного питания, представленных встроенным блоком батарей (т.е. содержащимися в модуле производства энергии), или небольшого внешнего электро-дизельного генератора. Полностью собранный блок транспортируемого ядерного генератора представляет собой энергетическую установку, выполненную с возможностью запуска, остановки, нормальной работы при пассивном поддержании безопасных границ температуры топлива во время переходных состояний и аварийных условий.

[0035] Другие устройства, установки, системы, способы, признаки и преимущества изобретения будут или станут очевидными специалисту в области техники при изучении следующих далее фигур и подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества, включенные в это описание, находятся в пределах объема охраны изобретения и защищены сопровождающей формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036] Изобретение может быть лучше понято со ссылкой на следующие далее фигуры. Компоненты на фигурах необязательно представлены в масштабе, вместо этого сделан акцент на иллюстрацию принципов изобретения. На фигурах ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех различных видах.

[0037] Фиг. 1 представляет собой вид сверху в поперечном сечении примера структурной схемы транспортируемого ядерного генератора, показывающий границы энергетического модуля реактора, модуля преобразования энергии и модуля производства энергии примерного варианта реализации.

[0038] Фиг. 2 представляет собой вид сверху в поперечном сечении примера структурной схемы транспортируемого ядерного генератора, показывающий единый корпус, содержащий все оборудование для горизонтальной или вертикальной работы транспортируемого ядерного генератора.

[0039] Фиг. 3 представляет собой вид сбоку примера реализации, показанного на Фиг. 1, иллюстрирующий внешние ребра транспортируемого ядерного генератора, выполненные таким образом, чтобы обеспечивать увеличение площади поверхности теплопередачи для пассивного охлаждения, структурного упрочнения и защиты компонентов.

[0040] Фиг. 4 и 5 иллюстрируют вид в поперечном сечении и функциональную схему охлаждаемой газом конфигурации примера реализации транспортируемого ядерного генератора, показанного на Фиг. 1.

[0041] Фиг. 6 представляет собой подробный схематический вид в поперечном сечении внутренних частей примера реализации варианта транс