10. Физический принцип действия атэц.

В связи с постоянным дорожанием органического топлива становится все более актуальна выработка тепловой и электрической энергии на атомных станциях и котельных.

Основное топливо – уран 235, обогащенный (до 4% в топливе). Чистый уран не применяется. При распаде не потребляется кислород. Не выделяется CO₂, NO_x, окислы, сернистые соединения и др. Радиактивные выбросы из атомных станций значительно ниже естественного радиационного фона.

РБМК – реактор большой мощности канальный (сейчас не выпускается и не строится). Сейчас устанавливают реактор типа ВВЭР-1000 (1200) – водоводяной электрический реактор. Замедлитель реакции нейронов – вода, теплоноситель – вода. В отличие от РВК, ВВЭР имеет целый ряд защитных устройств.

Большинство станций работает на U-235, 236 – природное, искусственно обогащенное топливо. U-235 – наиболее легко делится.

В этом реакторе используется урановое топливо, обогащенное до 4,4% - в виде спрессованных из урана таблеток Ø7,53 мм. Эти таблетки помещаются в трубку из циркония Ø7,72 мм, d_н=9 мм. Зазор между стенкой и таблеткой нужен для того, что у них (уран и цирконий) коэффициент расширения разный. Кроме тогоЮ, этот зазор заполняется гелием Р=2,5 МПа. Длина трубки 3,83 м. сверху и снизу привариваются колпаки. Эта трубка является основным элементом ядерного реактора. Эти трубки называются ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент. ТВЭЛ собираются в ТВС – тепловыделяющая сборка, в нее входит 312 ТВЭЛов.

18 каналов системы защиты управления и защиты СУЗ. Эти элементы представляют собой трубочки, заполненные карбитом бора – который является активным замедлителем ядерной рекции.

Сверху и снизу ТВС – штуцеры для прохода охлаждающей воды.

Масса 1 ТВС – 700 кг.

Масса 1 ТВЭЛа – 2,1 кг.

Кластеры – системы подвижных стержней. 18 стержней объединены системой, которая может вдвигаться и выдвигаться – управление ядерной реакцией. При полном опускании – реакция прекращается, при выдвижении вверх – реакция возрастает.

Дополнительной системой управления и защиты является борная кислота в первом контуре, а не чистая вода (р-р). Тепло, выделяющееся в процессе реакции отводится теплоносителем и поступает в парогенератор 2ого контура, который может поступать в турбину или 3ий контур.

Температура в таблетках =1600°С и воду нагревает до 329°С.

Температура плавления циркония 1800°С. Оболочка циркония =352°С.

В реакторе не одна топливная сборка, а 163, =80 тонн чистого топлива урана.

Замена топливных сборок происходит периодически, по мере выгорания – 2-3года.

После помещаются в бассейн выдержки – который находится под куполом. В нем 2-3 года, чтобы получить выделения до допустимого уровня. В бассейне борная кислота определенной концентрации. После этого в специальных контейнерах по 12 шт ТВС транспортируют до ж/д станции, а дальше в специальные хранилища ядерных отходов.

11. Принципиальная схема парокомпрессионной теплонасосной установки

Тепло термальных вод, грунта, поверхностных источников воды, в меньшей степени – воздуха. И особенно отходящие воды теплоустановок – вторичные тепловые ресурсы. Тепло канализационных вод.

Обратный цикл холодильной машины.

По принципу действия:

- парокомпрессионные

- сорбционные

- термоэлектрические

Низкотемпературное рабочее тело с параметрами P₁,T₁ поступает к источнику низкотемпературного тепла в испаритель 1, где испаряется за счет отбираемого тепла q₁, поступает в компрессор 2, где сжимается до P₂,T₂. q_k – затрачиваемая энергия. Далее поступает в конденсатор 3, где конденсирует отдавая тепло q₂= q₁+ q_к. конденсат поступает к дросселю 4, где дросселирует до параметров P₁, T₁. И цикл повторяется.

Таким образом, в тепловом насосе используются 2 источника энергии. q₁ – низкотемпературное тепло, и дополнительно затрачиваемая энергия на привод компрессора. В качестве рабочего агента исп. различные фреоны с различной температурой конденсации. Наиболее часто – фреон 16 – температура конденсации 60°С.

Фреон 113 – температура конденсации 127°С.

Характеризуется тепловой насос коэффициентом преобразования:

Чем выше температура отбираемой теплоты, тем выше коэффициент вложений и тем меньше капиталовложений.

Выработка на теплоутилизационных установках значительно дешевле (до 2х раз) по сравнению с напрямую использованным топливом.

Намечается в последние годы применение комбинированных установок при использовании летом для охлаждения воздуха, зимой – для тепла. Такие установки наз. теплотрансформаторы.

Принцип действия сорбционных теплоустановок основан на сорбции (поглощении) рабочего агента, а потом десорбции.

Принцип действия термоэлектрических установок основан на принципе Петье – в спае двух разнородных металлов при пропуске постоянного тока от положительного электрода к отрицательному выделяется тепло, а на другом конце спая поглощается тепло.