NO154984B - Fremgangsmaate for sterilisering av povidon (polyvinylpyrrolidon). - Google Patents

Description

Kjernereaktor méd kokende fluidum.

Oppfinnelsen angår en kjernereaktor

med kokende fluidum og nærmere bestemt av den art som omfatter en kjerne som ut-

gjøres av kjernebrenselelementer anbragt i en beholder hvor fluidet sirkulerer, og gjennomstrømmes av fluidet i oppadgående retning under delvis fordampning, en tilsluttet krets for utnyttelse av den produ-

serte damp og retur av kondensat til beholderen, og en anordning til tvungen sirkulasjon av fluidet i beholderen. Reaktoren er bestemt for bevegelig installasjon eller mer generelt for anlegg som er utsatt for en akselerasjon som kan variere og/eller anta en verdi påtagelig under den normale tyngdekraf takselerasj on.

Dette tilfelle inntreffer spesielt i in-stallasjoner som er bestemt for fremdrift av skip og er utsatt ikke bare for tyngdekraften men også for akselerasjoner som skyldes fartøyets bevegelse, så vel som ved anlegg bestemt for anvendelse ved rom-

fart, som undertiden innebærer arbeide i vektløs tilstand eller i en tilstand med redusert vekt.

Endringene i de resulterende krefter i forhold til dem ved et stasjonært anlegg ytrer seg ved forstyrrelser i reaktorens ar-

beide. Der er fare for ustabiliteter av en-

hver art, og disse kan medføre forstyrrel-

ser i neutronfluksen med mulighet for al-vorlige følger.

I kjente kokende vann-reaktorer skjer fordampningen i kontakt med brenselele-

menter som i alminnelighet har form av vertikalt plaserte langstrakte legemer for å

lette unnvikelsen av den dannede damp i retning oppover og sikre en regelmessig fordeling av vann og damp i kontakt med elementene. Denne virkemåte krever at den akselerasjon reaktoren er utsatt for, for-

blir hovedsakelig vertikal eller, for å si det mer nøyaktig, stadig har uforandret ret-

ning i forhold til elementene, og at den har tilstrekkelig størrelse. Benyttes reaktoren for fremdrift av skip, vil de akselerasjoner som skyldes rulling og stamping, forstyrre den regelmessige fordeling. Der er fare for dannelse av foretrukne veier for dampen langs brenselelementene med der-

av følgende lokale ødeleggelser ved over-opphetning (caléfaction), såkalt utbren-

ning (burn-out).

Bortsett fra de direkte følger på var-meutvekslingen og virkemåten av de inn-retninger som opptas av flere faser av mediet, (særlig vann-dampseparatorer)

kan disse forstyrrelser influere på neutronfluksen i en grad som til og med kan føre til ustabilitet av reaktoren.

Der har allerede i fransk patentskrift

nr. 1 189 294 vært foreslått en reaktor som arbeider med kokende fluidum som drives oppover gjennom kjernen, og hvor hoved-strømmen i kjernen er oppdelt i en rekke skruelinjeformede veier ved at avbøynings-organer plasert i fluidumstrømmen frem-tvinger en roterende bevegelse av fluidet.

Derved oppnås en øket strømningshastig-het av fluidet, noe som for det første bedrer varmeovergangen og for det annet gir en betydelig sentrifugalkraft som fører til at der stadig vedlikeholdes et væske-skikt i kontakt med brenselelementene til tross for damputviklingen, idet dampen fortrenges radialt innover, og til tross for opptredende massekrefter som ellers ville kunne medføre ustabilitet, idet der tales om at reaktoren vil kunne tillates å stå skjevt slik det ville være tilfelle på et krengende skip.

Hvis man på dette grunnlag alene ville søke å overvinne de innledningsvis nevnte vanskeligheter når mer betydelige massekrefter overlagrer seg på tyngdekraften som i de omtalte tilfeller, ved å tilmåle rotasjonshastigheten og dermed sentrifu-galkraften i strømningskanalene etter på-regnelige akselerasjoner, ville man ennu ikke komme frem til en tilfredsstillende løsning når det gjelder med sikkerhet å unngå ustabiliteter.

Ved utførelsen etter patentskriftet skjer både damputskillelsen og en fordeling av de to faser på separate kretsløp i kjernen etterhvert som dampen utvikles, idet den fortrengte damp strømmer inn gjennom åpninger i rør plasert sentralt i kanalene. Som følge herav foregår der en synkning i volumhastigheten av væskefasen langsetter den ringformede kanal med konstant tverr-snitt som begrenses av brenselelementene, og dermed en synkning i kjølevirkningen av den resterende væske med derav føl-gende fare for utbrenning. Videre vil der etter det innledende driftstidsrom etter den første kritikalitet eller etter reaktorstopp være fare for ustabilitetsfenomener som begrenser den hastighet hvormed effekten kan økes (mens hurtig start er et primært krav ved reaktorer for fremdrift av skip). Dette skyldes forekomsten av vannmengder med fri overflate i oppsamlingsrørene under oppstartingen. Som følge herav vil fordelingen av vann i hvert rør og mellom rørene kunne bli underkastet tilfeldige va-riasjoner under oppstarting.

Oppfinnerne har funnet at det for oppfyllelse av det mål de har satt seg, er nødvendig at damputskillelsen finner sted i kjernen for å vedlikeholde vannskiktet mot brenselelementene, som ved utførelsen etter det franske patentskrift, men at fordelingen på separate kretsløp, altså på kretsløp adskilt ved en vegg, foregår utenfor kjernen, d.v.s. utenfor den sone hvor en endring i den andelsvise fordeling av mediets faser ville kunne innvirke på reaktorens neutronfluks.

En fordeling av fasene ovenfor kjernen på dennes utløpsside er i og for seg tidligere kjent fra britisk patent nr. 928 915 hvor fluidet under naturlig sirkulasjon strømmer rettlinjet oppover gjennom kjernen og først ved en reaktor ovenfor denne får påtvunget en roterende bevegelse, hvor-ved dampen utskilles og strømmer inn i sentralt nedragende rør i utløpskanalene, mens rotasjonen av væske igjen avbremses i de ringformede strømningsveier utenom disse rør. Her skjer altså ikke bare fordeling av de to faser, men også utskillelsen av damp fra væske ovenfor kjernen, i motset-ning til hva oppfinnerne i det foreliggende tilfelle har funnet nødvendig. Reaktoren ifølge britisk patentskrift nr. 928 915 er selvsagt ikke egnet til å arbeide i varierende massekraftfelt, altså under forhold med treghetskrefter som superponerer seg geo-metrisk på tyngdens akselerasjon, eller ved redusert eller skjevtvirkende tyngdekraft.

Ved oppfinnelsens gjenstand benyttes der således, som ved utførelsen etter det franske patenskrift, skrueflateformede av-bøyningsorganer som dirigerer væskestrøm-ningen mellom elementene i beholderen i strenger med skruelinjeformet strømning, slik at de ved sentrifugalvirkning holder væsken i kjølende kontakt med elementene til tross for damputviklingen og opptredende massekrefter, mens væsken skilles fra dampen ovenfor kjernens utløpsside for fordeling av væske/damp på separate kretsløp som ved utførelsen etter det bri-tiske patentskrift. Hva som i første rekke karakteriserer oppfinnelsens gjenstand, er at der i høyde med oppadgående forlen-gelser av avbøyningsorganene er anordnet utløpsåpninger som vender radialt utover i forhold til de respektive avbøyningsorga-ner og fører inn i ledninger som inngår i det separate væskekretsløp og er plasert i aksial forlengelse av brenselelementene.

På grunn av forlengelsen av de skrueflateformede avbøyningsorganer fra kjernen videre opp i dampseparatoren unngår man i dette tilfelle de trykktap som ville følge av en sammenblanding av vann- og dampstrømningene før disse fordeles i se-paratoren, ved at man vedlikeholder den sentrifugalvirkning som allerede er opp-nådd i kjernen med sikte på stabilisering og bedre varmeovergang, for å holde vann-og dampstrømmene adskilt frem til det punkt hvor fordelingen skjer utenfor kjernen, samtidig som dampen stadig strøm-mer med maksimalt areal og ikke undergår noen avbøyning radialt innover.

Takket være de angitte forholdsregler, er der i og med oppfinnelsen realisert en reaktor som er fri for ustabilitet selv i tilfeller hvor væskestrømmen til stadighet utsettes for treghetskrefter som ville være tilstrekkelig til å spille en dominerende rolle for strømningsforholdene, forutsatt at man ved beregningen av strømnings-parametrene tar hensyn til de massekrefter som kan påregnes ved den påtenkte anvendelse.

En særlig gunstig utformning får man ved å la avbøyningsorganene være anordnet for å dirigere væskestrømningen i beholderen i innbyrdes berørende strenger med motsatt rotasjonsretning i to og to tilgrensende strenger, hensiktsmessig idet de utføres som bånd som er vridd om sin lengdeakse. Fra fransk patentskrift nr. 78 724 er en slik utførelse av strømnings-dirigerende avbøyningsorganer i og for seg tidligere kjent, nemlig ved varmevekslere. Imidlertid er der i den forbindelse ikke talt om noen fordampning av det medium av-bøyningsorganene er anbragt i, tvertimot er der talt om en nedadgående strømning av dette fluidum, noe som ville være uforenlig med en medstrømsirkulasjon av damp og væske som den der forutsettes i det foreliggende tilfelle. Videre ville den kjente ut-førelse ikke egne seg for den foreliggende anvendelse, da den beskrevne varmeveksler har rør med tversgående ribber som brem-ser på væskestrømningen.

Ved fastleggelsen av væskestrømnin-gens hastighetskomponent i omkretsretnin-gen bør man for å sikre den tilsiktede sta-bilitet påse at den utviklede sentrifugal-akselerasjon blir minst dobbelt så stor som amplituden av den variable komponent av den akselerasjon som anlegget utsettes for, og minst lik den normale tyngdekraftakse-lerasjon.

Utgjøres avbøyningsorganene spesielt av bånd som er vridd om en akse parallell med strømningsretningen, må man over-holde den følgende betingelse for at den roterende komponent av strømningen skal sikre en akselerasjon lik G gange tyngdens akselerasjon g (hvor G er valgt for å oppfylle de ovenfor angitte kriterier):

hvor V er fluidets strømningshastighet langs båndets akse, r er den midlere radius av fluidets strømningsvei rundt båndet og n . r er stigehøyden av det vridde bånd.

Da størrelsene % og Vg er omtrent like, kan formelen skrives i den forenklede form:

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved les-ning av den følgende beskrivelse av et ikke-begrensende utførelseseksempel. Beskrivel-sen henviser til tegningen, som skjematisk viser en kjernereaktor ifølge oppfinnelsen i aksialt snitt.

Den viste kjernereaktor har en beholder 2 som motstår trykket av den fordamp-bare væske, som strømmer i et kretsløp skjematisk antydet ved pilene f.

Beholderen er ved skillevegger delt opp i en rekke avdelinger: En tversgående skillevegg 4 begrenser et fordelerkammer 6 ved bunnen av beholderen; en annen tversgående skillevegg 8 inngrenser sam-men med beholderens øvre endevegg et samlekammer 10 for flytende fase forsynt med en avløpsledning 12. Sluttelig skiller en koaksialt sylindrisk vegg 14 i beholderens midtparti et ringformet innløpskam-mer 16 forsynt med en tilløpsledning 18 fra

et sentralt kammer 20 som opptar reaktorkjernen og i sin øvre del har et avløp 22

for damp. Innløpskammeret 16 kommuni-serer med fordelerkammeret 6 gjennom en rekke åpninger 24 i omkretspartiet av veggen 4.

Midtpartiet av veggen 4 danner en rist med åpninger 26 for gjennomføring av fluidet i flytende fase fra fordelerkammeret til det sentrale kammer 20 og med andre åpninger som danner føring for celler 28 for brenselelementer.

Midtpartiet av den øvre skillevegg 8 danner likeledes en rist. I denne er tett-sluttende opphengt cellene 28, som går gjennom det indre kammer og videre ned gjennom åpningene i veggen 4. Cellene 28 er anbragt i knutepunktene av et regelmessig nett, f. eks. et kvadrat- eller sekskant-nett.

Imidlertid opptas visse av nettets knutepunkter ikke av celler, men av styre-organer 30, som hvert utgjøres av et neut-ronabsorberende element hvis stilling i kjernen reguleres fra yttersiden av beholderen ved hjelp av en stang 32 som er ført avtettet gjennom en åpning i beholderen.

Mellom cellene 28 er der anbragt vridde bånd 34 til å dirigere strømningen av pri-mærfluidet i kammeret 20 i en rekke skruelinjeformede strømveier. Stigehøyden av båndene velges selvsagt i avhengighet av strømningshastigheten for å oppfylle den ovennevnte betingelse, som det vil fremgå senere.

Hver celle 28 utgjøres av et rør 36 som er lukket ved sin øvre ende og nedentil opptar et brenselelement 36', som utgjør var-mekilden. Veggen av røret 36 har en rekke åpninger 42 fordelt over lengden og bestemt for oppsamling av væskefase som er tilbake i fluidet.

Den separasjonsanordning som vil bli beskrevet i detalj i det følgende, er plasert ovenfor reaktorkjernen, som er definert som den sone hvori variasjonene i de neut-roniske fenomener (absorbsjon, moderasjon osv.) har påtagelig innflytelse på reaktorens virkemåte. Denne sone er for tydelig-hets skyld inngrenset med en strekpunktert ramme på tegningen.

Båndene 28 er fortsatt opp gjennom separasjonsinnretningen, som omfatter rørsleider som er glidbart lagret i hvert sitt av rørene 36 (for enkelhets skyld er bare én slik sleide 44 vist på tegningen) og kan forskyves fra yttersiden av reaktoren ved hjelp av en stang 46. Sleiden kan stenge åpningene 42 mer eller mindre. Den øvre del av sleiden har store åpninger 48 som tillater væske som slynges inn i røret 36 gjennom åpningene 42 ved sentrifugal - virkningen fra den skruelinjef ormede strømning, å unnvike til kammeret 10.

I tillegg til den beskrevne anordning kommer en ytre krets til utnyttelse av dampen og til tvungen sirkulasjon av fluidet. Den krets som er vist skjematisk på figu-ren, omfatter en turbin 50 hvor dampen fra ledningen 22 ekspanderer, en kondensator 52 hvor dampen kondenseres, og en retur-ledning 54 som fører til en fordeler 56 for innsprøytning av kondensat i kammeret 10. Fødepumper 58 avtar væsken fra kammeret 10 og driver den inn i kammeret 16 gjennom ledningen 18. Væsken blir fortrinnsvis un-derkjølt i kondensatoren, altså bragt på et lavere varmeinnhold enn svarende til like-vekt mellom væske og damp ved det her-skende trykk.

Reaktorens virkemåte vil fremgå av den foregående beskrivelse: Det fordamp-bare fluidum som strømmer inn i flytende fase gjennom tilløpsledningen 18, går inn i ringkammeret 16 og fordelerkammeret 6. Fra dette strømmer fluidet opp giennom åpningene 26 og inn i kammeret 20, hvor de vridde bånd dirigerer fluidumstrømmen i en rekke skruelinjef ormede strenger. Pumpene 58 bør meddele væsken en slik strømningshastighet at den roterende komponent i hver streng oppfyller de ovenfor angitte betingelser uavhengig av andre betingelser som skal oppfylles, særlig for å sikre en tilfredsstillende kjøling av brenselelementene.

Det delvis fordampede fluidum strøm-mer opp i høyde med åpningene 42, hvori-gjennom den ennu ikke fordampede væske unnviker til væskesamlekammeret 10 (pil f). Stillingen av rørsleidene 44 blir selvsagt regulert for å redusere den væske-mengde som trenger inn i rørene 36 gjennom åpningene 42, til et minimum.

Claims (2)

1. Kjernereaktor med kokende fluidum, omfattende en kjerne som utgjøres av kjernebrenselelementer anbragt i en beholder hvor fluidet sirkulerer, og gjennom-strømmes av fluidet i oppadgående retning under delvis fordampning, en tilsluttet krets for utnyttelse av den produserte damp og retur av kondensat til beholderen, en anordning til tvungen sirkulasjon av fluidet i beholderen og kretsen og skrueflateformede avbøyningsorganer som dirigerer væskestrømningen mellom elementene i beholderen i strenger med skruelinjef ormet strømning, slik at de ved sentrifugalvirkning holder væsken i kjølende kontakt med elementene til tross for damputviklingen og opptredende massekrefter og skiller væsken fra dampen ovenfor kjernens ut-løpsside for fordeling av væske/damp på separate kretsløp, karakterisert ved at der i høyde med oppadgående forlen-gelser av avbøyningsorganene er anordnet utløpsåpninger som vender radialt utover i forhold til de respektive avbøyningsorga-ner og fører inn i ledninger som inngår i det separate væskekretsløp og er plasert i aksial forlengelse av brenselelementene.

2. Kjernereaktor som angitt i påstand 1, karakterisert ved at avbøynings-organene, som i og for seg kjent ved ribberørsvarmevekslere, er anordnet for å dirigere væskestrømningen i beholderen i innbyrdes berørende strenger med motsatt rotasjonsretning i to og to tilgrensende strenger og hensiktsmessig har form av om sin lengdeakse vridde bånd.