FI63128B

FI63128B - Reaktoranlaeggning

Info

Publication number: FI63128B
Application number: FI761656A
Authority: FI
Inventors: Jan Blomstrand; Kaore Hannerz
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1982-12-31
Also published as: FR2314559A1; DE2625543A1; DE2625543B2; DE2625543C3; FI63128C; SE7506606L; CA1070860A; SE391058B; CH607856A5; FI761656A; FR2314559B1; DK258376A

Description

ΓΒΐ m^UULUTUSJULKAISU , 0 β LBJ “uTLAGGN I NQSSKRI FT 6 «5 I 2 8 " (45) - : ^ ^ ($1) Kv.lk.3/hc.CL3 G 21 C 9/00 SUOMI—FINLAND (21) p»wo«ih^«mu.—ρκ««·Λϋ*.* 761656 (22) HakMUtpSM—AMttknlngtdtg 09.06.76 (PO (23) AlkuplM—GUtiflMadag O9.O6.76 (41) Tullut lulkhukai — Blivtt off«Kllg 11.12.76

Patentti- ja rekisterihallitus (44) Nihtiviksipanoa |» kutiLjuUiatoun pvm. — 31.12.82

Patent· och ragistarstyrelaen Amöfcsn uttagd och utUkrtfUn pubiicarud (32)(33)(31) Pry4«9 etuellwu»—»«gird prtoriM* 10.06.75

Ruotsi-Sverige(SE) 75θ66θ6-8 (71) Aktiebolaget Asea-Atom, Box 53, 721 0l+ Väster&s 1, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Jan Blomstrand, Västeras, K&re Hannerz, Västeräs, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Berggren Oy Ab (5^) Reaktorilaitos - Reaktoranläggning

Esillä oleva keksintö kohdistuu reaktorilaitokseen, johon kuuluvat reaktorisäiliöön sisällytetty kevytvesijäähdytetty reaktorisydän, joka on yhdistetty reaktorijäähdytysaineen sisäänmenokammioon ja ulostulokammioon, lämmönvaihdin, vedellä täytetty allas, lämmönvaihtimen ensiöpiiriin ja mainittuun ulostulokammioon yhdistetty poistojohto, mainittuun sisäänmenokammioon ja samaan ensiöpiiriin yhdistetty paluujohto, sekä ensiöpiirin kierrätyspumppu, jolloin reaktorisäiliö on järjestetty mainittuun altaaseen, sisäänmenokammio on varustettu reaktorisäiliön seinämään sovitetulla allasveden tulo-aukolla ja ulostulokammio on normaalikäytössä erotettuna altaan vedestä sulkulaitteella, jonka sulkuvaikutus on poistettavissa.

Tällainen reaktorilaitos tunnetaan esimerkiksi artikkelista "The American Nuclear Society Transactions", Voi 20, sivut 733-731*, joka julkaistiin Euroopan ydinkonferenssissa 21.-25. huhtikuuta 1975.

Samantapainen reaktorilaitos on esitetty amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US-3 115 450.

2 63128 Näissä tunnetuissa reaktorilaitoksissa on mahdollista aikaansaada hätäjäähdytys altaan toimiessa lämpövarastona. Tämä tapahtuu ohjaamalla kahta venttiiliä, jolloin altaan vesi virtaa reaktorin ensiö-lauhdutuspiirin sisäänmenoaukosta, kun sillä aikaa vesihöyry ja lämmin vesi virtaavat ulos ensiölauhdutuspiirin ulosmenoaukosta.

Yllämainituilla tunnetuilla laitteilla on se puute, että hätäjääh-dytyksen jatkuva toiminta on riippuvainen kahden venttiilin liikkuvien venttiilinosien oikeasta asennosta ja täydestä liikkuvuudesta.

Keksintö yrittää ratkaista tunnettujen reaktorilaitosten edelleen-kehittämisen ongelman sillä tavalla, että allasvettä viedään reakto-risäiliöön kriittisessä tilanteessa, esim. jäähdytysaineen kierre-häiriöissä, jolloin ei olla riippuvaisia liikkuvien venttiilinosien tai sähköisten tai hydraulisten ohjauspiirien toiminnasta.

Tämä saavutetaan kaasulukon avulla. Kaasulukon käyttö johtaa siihen, että pienemmässä määrin voidaan määrätä järjestelmään viedyn veden määrä sekä allasveden viemisen alkamishetki. Tämä kompensoituu toisaalta sillä, että allasveden lämpötilan ja tehokkuuden pienentävä vaikutus vahvistuu huomattavasti, koska vesi sisältää lisäaineena neutroneja absorboivaa ainetta.

Keksinnölle tunnusomaiset piirteet selviävät patenttivaatimuksista.

Seuraavassa kuvataan keksinnön toiminta viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista reaktoria pystysuorana leikkauksena normaalissa reaktorikäytössä.

Kuvio 2 esittää suurennettuna osaa kuviosta 1.

Kuvattu reaktori soveltuu erityisesti lämmön tuottamiseen asuntojen ja työpaikkojen lämmittämiseksi, koska saavutettu varmuus on niin korkea, että reaktorilaitos voidaan sijoittaa taajamiin tai niiden välittömään läheisyyteen.

Keksinnön mukaisissa reaktorilaitoksissa valitaan altaanveden boori-happopitoisuus niin korkeaksi, että täyttö tällä johtaa voimakkaaseen reaktiviteetin alenemiseen. Kun vaaditaan suuri varmuus, valitaan konsentraatio niin korkeaksi, että vain murto-osan, esimerkiksi 3' 63128 vähemmän kuin 1/4 primäärijärjestelmän normaalista vesimäärästä korvaaminen altaan vedellä on riittävä, jotta reaktorin teho alenisi nollaan. Konsentraation on oltava ainakin niin korkea, että reaktorin primäärijärjestelmän veden korvaaminen täysin altaan vedellä merkitsee reaktorin tehon pienemistä ainakin 25 %*

Kuvassa 1 tarkoittaa numero 50 reaktorisydäntä, joka koostuu useista pystysuoraan järjestetyistä polttoaine-elementeistä 31· Sydän 30 on sisällytetty virtausta ohjaavaan vaippaan 32, joka on ripustettu reaktorisäiliöön 44, joka on sijoitettu painetiiviillä kannella 33', varustettuun vedellä täytettyyn altaaseen 33- Allas ja lämmönvaihtaja ovat sovitetut vesitiiviiseen kalliotilaan. Vaipan 32 ja reaktorisäi-liön 44 välinen tila on ylhäältä suljettu ja yhdistetty reaktorisäiliöön liittyvän lämmönvaihtajan 35 primääripiirin paluujohtoon 34, joka paluujohto 34 on yhteydessä pesän sisäänmenopäähän 36. Reaktori-säiliössä on kapeahko uuma 37, jossa sijaitsee rajapinta N', reakto-risäiliön vedellä täytetyn alaosan ja kaasulla täytetyn yläosan vä- t 11 63128

Iillä. Lämmönvaihtajan 35 primääripiirin syöttöjohto 38 on yhdistetty reaktori säiliöön sydämen ulostulopäähän 39 ja tason N*, väliin. Syöttö-johtoon 38 on tehty kuristus, sopivimmin venturiputken 55 muodossa. Kierrätyspunppu 40 pakottaa vettä reaktoripesän ja lämmönvaihtajan primääripiirin läpi. Pumppu 40 on varustettu esittämättä jätetyllä vaihtovirtamoottorilla, jonka kierrosluvun pääasiallisesti määrää verkkotaajuus, esimerkiksi synkronimoottori11a.

Uuman 37 yläpuolelle on reaktorisäiliöön 44 muotoiltu kaasulla täytetty, sylinterimäinen osa 41, jonka tilavuus on suunnilleen sama kuin reaktorisäiliöön sisällytetyn vesimäärän tilavuus. Yläosa on muotoiltu pitkäksi putkeksi 42, joka on täytetty kaasulla ja jonka tehollinen poikkipinta on hieman suurempi kuin uuman 37. Putki 42 on avoin ylä-päästään, jota ympäröi kupu 43 siten, että muodostuu kaasulukko, jossa kaasun ja veden välinen rajapinta on merkitty N". Korkeusero N” -N’ on merkitty H. Säiliönosiin 37, 41, 42, 43 sisällytetty kaasu muodostaa ylemmän kaasutyynyn 45. Reaktorisäiliön 44 alapäässä on alempi kaasutyyny 46 alemmassa kaasulukossa, johon kuuluu altaan pohjaan kiinnitetty reikäsylinteri 47. Alemman kaasutyynyn korkeus on mitätön verrattuna ylemmän kaasutyynyn korkeuteen, esimerkiksi vähemmän kuin 1/20 tästä. Alemman kaasulukon tehtävänä on ainoastaan estää altaan vesi sekoittumasta reaktoriveteen normaalikäytössä. Sen asemesta voidaan toteuttaa altaan veden ja reaktorisäiliön yläosan välinen yhteys useammalla suhteellisen ohuella, ilman kaasutyynyä olevalla putkella.

Sydämen ulostulossa oleva paine on alempi kuin ympäröivän allasveden paine, kun taas sydämen sisäänmenossa vallitseva paine on sama kuin ympäröivän allasveden paine. Laitosta saatettaessa käyttöön käynnistetään pumput samalla kun kaasua johdetaan ylempään kaasutyynyyn 45. Reaktorisäiliön veden taso sydämen yläpuolella laskee tämän jälkeen käyttötilaan N* ja pysyy siinä suunnilleen riippumatta kierrätysjärjestelmän lämpötilaolosuhteista. Reaktori tehdään tämän jälkeen kriitilliseksi ja sen tehoa nostetaan lisäämällä puhdasta vettä kierrätys-piirin booripitoiseen veteen. Vastaava määrä booripitoista vettä johdetaan varastosäiliöön. Säiliössä 33 on normaalikäytössä suljettu polt-toainesauvojen kuljetusportti 54. Reaktorisäiliön 44 ja lämmönvaihta-jaan sisällytetyssä vedessä on suhteellisen alhainen neutroneja absorboivan aineen, esimerkiksi boorihapon konsentraatio, kun taas altaassa 33 olevassa vedessä 48 on monta kertaa suurempi saman aineen V' * '· ' i' 5 63128 konsentraatio. Allasveden konsentraation on oltava ainakin niin korkea, että reaktorin primäärijärjestelmän veden täydellinen korvaaminen altaan vedellä normaalikäytössä merkitsee reaktorin tehon pienenemistä 25 %. Kun vaaditaan suuri varmuus, valitaan konsentraatio niin korkeaksi, että vain murto-osan, esimerkiksi vähemmän kuin 1/4 primäärijärjestelmän normaalista vesimäärästä korvaaminen altaan vedellä riittää reaktorin tehon alentamiseksi nollaan.

Reaktorireaktiviteetin valvonta aikaansaadaan piirustuksessa esittämättä jätetyillä venttiileillä, yhdistämällä lämmönvaihtajan 35 pri-määripiiri joko puhtaan veden syöttöjohtoon tai booripitoisen veden syöttöjohtoon, kun hälutaan muuttaa reaktiviteettiä.

Piirustuksessa esitetty tila, joka kuten mainittu vastaa reaktorin normaalia käyttöä, voidaan ainoastaan ylläpitää pumpun 40 ollessa käynnissä ja kun reaktorisydämen 30 läpi pumpatulla vesivirralla on sellainen arvo, että reaktorisydämen paineputous, lausuttuna vesipilarina, on yhtä suuri kuin korkeusero N" - N'. Jos pumpun 40 aiheuttama vesivir-taus jostakin syystä lakkaa, johtaa tämä siihen, että reaktorisäiliön 44 yläosissa 37, 4l, 42 oleva kaasumäärä 45 puristuu ulos allastilaan, jolloin vastaava tilavuus suhteellisen korkean boorihappokonsentraa-tion omaavaa allasvettä samanaikaisesti tulee johdetuksi reaktorisäi-liöön 44 sen alemman aukon kautta, alemman kaasutyynyn 46 kaasun häipyessä. Tavallisesti käytetyllä boorihappokonsentraatiolla, tämä johtaa reaktorin pysähtymiseen. Koska sydän on yhteydessä allastilaan suurien virtauspoikkipintojen kautta sekä ylhäältä että alhaalta, on jäännös-tehon jäähdytys varmistettu pitkäksi aikaa. Allasveden lämpötila on näet suhteellisen alhainen, koska reaktorisäiliö 44 ja putket 34 ja 38 ovat varustetut piirustuksessa esittämättä jätetyllä lämpöä eristävällä kerroksella.

Pienikin pumppuvirtauksen pieneneminen, esimerkiksi 20 %, saattaa johtaa reaktorin pysäyttämiseen, mikäli boorihappokonsentraatio on riittävän korkea, tai ainakin johtaa varmuusnäkökannalta riittävään tehon alenemiseen. Toisaalta on edullista jos pumppuvirtauksessa esiintyy pieniä vaihteluja ilman että kierrätyspiiriin tulisi boori-happoa altaasta. Tämä on saavutettu sen kautta, että reaktorisäiliö 44 on korkeudelle N* tehty suhteellisen pieni poikkipinta-ala. Reaktori on tarkoitettu toimimaan normaalikäytössä siten, ettei kiehumista tapahdu ja että edullisesti esiintyy ylipaine allastilassa, jolloin reaktorisäiliöstä lähtevä vesi on sopivimmin lämpötilaltaan 90 - 200°C.

"?i ‘ j i) > f »·'·· ··· * 6 63128

Kuten jo mainittiin on esitetty reaktorilaitos riippumatta ulkoisten varmuusjärjestelmien siihen puuttumisesta suojattu verkon poisjäämisessä, pumpun vaurioituessa ja kaiken tyyppisissä reaktorisydämen primääri jäähdytyspiirin putkikatkoksissa sen kautta, että kierrätyspii-rin läpi virtaavan vesimäärän pieneneminen johtaa ketjureaktion katkeamiseen tai reaktoritehon huomattavaan alenemiseen. Jotta saavutettaisiin edelleen suurempi varmuus on reaktorilaitos sen lisäksi varustettu suojalaitteella, joka riippumatta ulkoisista varmuusjärjes-telmistä reagoi mikäli reaktorisydämen lämpötila jostakin syystä nousisi liian korkealle, esimerkiksi jos reaktiviteetin valvontajärjestelmään vaikutetaan sabotaasitarkoituksella.

Tällainen suoja saadaan kun lämmönvaihtajan syöttöjohto 38 on varustettu puristuksella 55, joka on venturiputken muodossa. Normaalikäytössä on jäähdytysvesi ainoastaan juoksevassa faasissa puristuksessa vallitsevasta alemmasta paineesta huolimatta. Paineen nouseminen tapahtuu venturiputken palautusmatkalla. Resultoiva paineenmenetys on sen vuoksi mitätön.

Jos reaktorin tehoa nostetaan yli sallitun arvon, tulee lähtevän jäähdytysveden lämpötila jatkuvasti nousemaan. Lopulta tapahtuu höyryn muodostus venturiputken korkean nopeuden vyöhykkeessä, jolloin paineenmenetys siinä moninkertaistuu. Samalla estetään tehokkaasti paineen syntymistä palautusvyöhykkeessä. Tämän johdosta kasvaa kierrä-tyspiirin painehäviö voimakkaasti ja saadaan pumppujen ominaisuuskäy-ristä riippuva virtauksen pieneneminen, joka edellä osoitetulla tavalla johtaa reaktorin pysäyttämiseen tai voimakkaaseen tehon alenemiseen.

Sen sijaan että johtoon 38 muodostetaan edellä mainittu puristus voidaan siihen muodostaa osa, jonka korkein piste on ainakin kaksi, mieluummin enemmän kuin 10 metriä korkeammalla kuin lämmönvaihtajan korkein piste. Jos veden lämpötila pyrkii nousemaan liian korkeaksi, tapahtuu tällöin kiehuminen ensin korkeimmassa kohdassa, ja tuloksena on pumpun läpi menevän vesivirran pieneneminen.

Reaktiviteetin kompensaatio tapahtuu esitetyssä reaktorilaitoksessa boorihapolla. Säätösauvoja ei tavallisessa merkityksessä tarvita.

Sen sijasta on sulkemislaite, jonka tarkoituksena on syöttää sydämeen absorbtiokappaleita reaktorin ollessa kauemmin pysäytettynä, ja jo- t ' ' > ’ ·· 7 63128 ka myöskin toimii ylimääräisenä hätäpysäytysjärjestelmänä. Sulkemis-laitteessä on reaktorisäiliöön sovitettu varasto 49, joka koostuu suuresta joukosta varastoputkia 50, jotka on piirustuksessa esitetty pystysuorina viivoina. Jokainen varastoputki sisältää suuren määrän, toisinsanoen enemmän kuin 5 kappaletta booriteräskuulia. Varasto 49 on laakeroitu reaktorisäiliöön ja sitä voidaan kiertää pystysuoran keskiviivan ympäri painetiiviin, altaan kannen 33, läpi viedyn akselin 51 avulla. Reaktorin ollessa käytössä pidetään kuulia paikoillaan varastoputkissa reikälevyn 52 avulla. Levyn alapuolelle on järjestetty joukko jakeluputkia 53 booriteräskuulia varten, joiden putkien yläpäät sijaitsevat kukin oman levynsä 52 olevan reiän alapuolella, reikien ollessa niin suuret, että booriteräskuulat voivat läpäistä ne. Jakeluputkien alapäät päätyvät kukin oman poltto-aine-elementtinsä 31 yläpuolelle. Kiertämällä akselia 51 voidaan va-rastoputken alemmat päät saattaa yhtymään levyssä 52 oleviin reikiin sekä jakeluputkien ylempiin päihin, jolloin booriteräskuulat vierivät kukin jakeluputkensa 53 läpi pudoten alas polttoaine-elementtei-hin, joissa ne kerääntyvät kunkin polttoaine-elementin keskellä olevaan sylinterimäiseen reikään.

Ylemmässä kaasutyynyssä 45 oleva kaasu voi sopivasti olla vesihöyryä, jota syötetään jatkuvasti sopivasta sähköllä toimivasta kiehutuslait-teesta, joka voi olla järjestetty reaktorisäiliön, esimerkiksi kuvun 43 sisään, tai höyryä voidaan syöttää ulkoapäin erityisen höyry-johdon kautta. 1 ‘JT> I .

Claims

63128 8

1. Reaktorilaitos, johon kuuluvat reaktorisäiliöön (44) sisällytetty kevytvesijäähdytetty reaktorisydän (30), joka on yhdistetty reaktorijäähdytysaineen sisäänmenokammioon (56) ja ulostulokammioon (57), lämmönvaihdin (35), vedellä täytetty allas (33), lämmönvaihtimen ensiöpiiriin ja mainittuun ulostulokammioon yhdistetty poisto-johto (38), mainittuun sisäänmenokammioon ja samaan ensiöpiiriin yhdistetty paluujohto (310, sekä ensiöpiirin kierrätyspumppu (40), jolloin reaktorisäiliö on järjestetty mainittuun altaaseen, sisään-menokammio (56) on varustettu reaktorisäiliön seinämään sovitetulla allasveden tuloaukolla (58) ja ulostulokammio (57) on normaalikäytössä erotettuna altaan vedestä sulkulaitteella, jonka sulkuvaiku-tus on poistettavissa, tunnettu siitä, että mainittu sulku-laite (4l, 42, ^3, ^5) sisältää ulostulokammioon suljetun kaasu-tyynyn (45), joka on reaktorisäiliön yläpäässä kosketuksessa altaan veden kanssa, jolloin kaasutyynyn allasveteen rajoittuvan pinnan (N") ja reaktorisäiliön vedenpinnan (Ν’) välinen korkeusero (H) on normaalikäytössä suunnilleen yhtä suuri kuin reaktorisydämen (30) painehäviö lausuttuna vesipilarimetreissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktorilaitos, tunnet-t u siitä, että altaan veden mainittu tuloaukko (58) sisältää kaasulukon (46, 47).

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että mainitun kaasutyynyn (45) tilavuus normaalikäytössä on suurempi kuin 1/4 reaktorisäiliön veden tilavuudesta.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että reaktorisäiliössä on reakto-riveden ja kaasutyynyn (45) välisessä rajapinnassa (Ν') putken-tapainen osa (37), jonka läpivirtauspoikkipinta on pienempi kuin reaktorisäiliön kaasutyynyn sulkevan osan suurin poikkileikkaus.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että mainittu poistojohto (38) on varustettu kuristuksella (55), joka sopivimmin on venturiputken muodossa. 63128 9

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että mainitun poistojohdon (38) korkein piste on ainakin kaksi metriä korkeammalla kuin lämmön-vaihtajan korkein piste.

7- Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että mainitussa kaasutyynyssä (45) oleva kaasu on tätä varten tarkoitetusta keittolaitteesta tulevaa vesihöyryä.

8. Jonkin edellä oleva patenttivaatimuksen mukainen reaktori-laitos, tunnettu siitä, että altaan veteen on normaalikäytössä lisätty liuotettua, neutroneja absorboivaa ainetta sellaisessa määrässä, että reaktorisäiliön (44) veden korvaaminen täysin altaan vedellä merkitsee reaktorin tehon pienenemistä ainakin 25 %·