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Perfectionnements aux réacteurs nucléaires.
La présente invention se rapporte à une installation de @ production de vapeur comprenant un réacteur nucléaire et à un procède de commande d'un réacteur nucléaire. Pendant le fonc- tionnement des réacteurs nucléaires, il est nécessaire de main- tenir des états de température convenables de l'agent de refroi- dissement. Par exemple, dans un réacteur refroidi au gaz, il est souhaitable de maintenir relativement constantes les tempéra-' tures d'entrée et de sortie de l'agent de refroidissement, dans un réacteur à eau pressurisée,
il est souhaitable de maintenir la température moyenne de l'agent de refroidissement approximatif t vement constante dans le noyau j et dans un réacteur à eau '
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bouillante il est souhaitable de maintenir la température de l'a- gent de refroidissement approximativement constante dans le noyau.
Dans une installation.ou l'agent de refroidissement secon- daire d'un réacteur nucléaire est le fluide de travail d'une chaudière à circulation naturelle ou forcée, il est connu de com- mander la température de l'agent de refroidissement à la sortie de la chaudière lorsque la charge change,en réglant la pression et la température .de la vapeur produite.Cependant,il est parfois souhaitable de commander un état de température dans le réacteur sans que en même temps,la pression de la vapeur engendrée ne dépende de la charge.
La présente invention concerne un procédé pour la commande d'un réacteur nucléaire dans lequel l'agent de refroidissement passe en rapport d'échange de chaleur avec le noyau du réacteur nucléaire et une chaudière à circulation forcée à un seul passage, dans lequel procédé la réactivité du noyau du réacteur nucléaire est réglable pour exercer un effet de commande sur un état de température de l'agent de refroidissement dans le réacteur nuclé- aire, et dans lequel la circulation d'alimentation à la chaudière est réglable pour exercer un effet de commande sur la pression de la vapeur engendrée dans la chaudière.
La présente invention concerne également une installation de réacteur nucléaire comprenant un dispositif générateur de va- peur à circulation forcée et un seul passage,un dispositif pour faire circuler l'agent de refroidissement en rapport d'échange de chaleur avec le noyau du réacteur nucléaire et le dispositif générateur de vapeur, un dispositif sensible à la température répondant à un état de température dans le réacteur nucléaire, un dispositif pour régler la réactivité du noyau du réacteur nu- cléaire suivant les variations du dispositif sensible à la tempé- rature, un dispositif sensible à la température,un dispositif sen- sible à la pression répondant à la pression de la vapeur engen- drée,
et un dispositif pour régler la circulation d'alimentation du dispositif générateur de vapeur suivant les variations du dis- positif sensible à la pression.
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A titre d'exemple, des formes de réalisation de la présente invention seront décrites ci-après avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels
Fig.l représente un réacteur à eau pressurisée associé à une chaudière à circulation forcée et un seul passage :
Fig.2 représente un réacteur à eau bouillante associé à une chaudière à circulation forcée et un seul passage :
Fig.3 représente un réacteur refroidi au gaz associé à deux chaudières à circulation forcée et un seul passager et,
Fig.4 représente un réacteur refroidi au gaz associé à deux chaudières à circulation forcée et un seul passage,et à deux pressions.
Sur la Fig.l, le réacteur à eau pressurisée est représenté en 1.De l'eau est mise en circulation par une pompe à vitesse constante 2 dans le noyau 3 du réacteur 1, et ensuite dans la chaudière à circulation forcée 4 à un seul passage. De la chau- dière 4, l'agent de refroidissement revient vers la pompe 2 en rapport d'échange de chaleur avec du fluide de travail passant dans la conduite ? de la valve de commande d'alimentation 6 vers ! la turbine 7.
La réactivité du réacteur peut être réglée par le disposi- tif de commande de réactivité 8 qui détermine la position des barres de commande (non représentées) dans le noyau 3. Un disposi- tif sensible à la température 9 est agencé de manière à répondre en dépendance de la moyenne des températures de l'agent de re- froidissement à l'entrée et à la sortie du noyau 3; et le réglage du dispositif 8 est commandé par cette réponse de manière à avoir tendance à maintenir constante la température moyenne.
Le réglage de la valve 6 qui commande l'alimentation de fluide de travail à la conduite 5, est déterminé par le disposi- tif de commande 10 qui, à son tour, est commandé par un compara- teur 11 suivant la différence entre la pression influençant le dispositif sensible à la pression 12, à laquelle la vapeur est
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débitée à la turbine 7, et une pression prédéterminée. Le com. parateur 11 agit sur le dispositif de commande 10 de façon que l'alimentation par la valve 6 soit réglée de manière à tendre à maintenir la différence constante.
La disposition représentée sur la Fig.2 est semblable à celle représentée sur la Fig.1, sauf que le réacteur la est un réacteur à eau bouillante. Dans un tel réacteur il est souhaita- ble que la température dans le noyau 3a soit constante et, comme la pression de l'agent de refroidissement à la sortie du noyau d'un tel réacteur est déterminée par la température de l'agent de refroidissement à la sortie ,un dispositif 9 sensible à cette pression est utilisé pour commander la réactivité du noyau par le réglage du dispositif 8.
Sur la Fig.3, le réacteur 21 est refroidi au gaz et le gaz de refroidissement est mis en circulation par des pompes variables 22 et 23 dans deux chaudières à circulation forcée 24 et 25 à un seul passage et dans le noyau 26 de réacteur 21. Le fluide de travail passe par la valve de commande 28 dans la conduite d'échange de chaleur 29 de la chaudière 25 et ensuite dans le collecteur 30. Du fluide de travail passe également dans le col- lecteur 30 par la valve de commande 31 et la conduite d'échange de chaleur 32 de la chaudière 25. Du collecteur 30, la vapeur passe à la turbine 33.
Les chaudières 24 et 25 sont disposées de manière à débi- ter de la vapeur à la même pression par une commande appropriée des valves 28 et 31.La commande est effectuée par un dispositif sensible à la pression 34 qui répond à la pression régnant dans le collecteur 30. Cette pression est comparée, dans un compara- teur 25, & une pression déterminée et le comparateur 35 agit sur les dispositifs de commande 36 et 37.
Les dispositifs de commande 36 et 37 sont associés respectivement aux valves 28 et 31 et déterminent les réglages des valves, le comparateur 35 agissant par l'intermédiaire des dispositifs 36 et 37 dans le
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sens qui tend à maintenir constante la différence entre la pres- %ion dans le collecteur 30 et la pression prédéterminée appliquée au comparateur 35.
Il est souhaitable dans un réacteur refroidi au gaz que les températures auxquelles l'agent de refroidissement entre dans le noyau du réacteur et le quitte restent constantes.La tempéra- ture à laquelle l'agent de refroidissement quitte le réacteur est réglée par le réglage de la réactivité du noyau. La réacti- vité est réglée par le dispositif de commande 38 qui est commandé par le comparateur 39,Le comparateur 39 répond à la dit. ' férence entre la température de sortie de l'agent de refroidis- sement et une température prédéterminée,et il agit sur le dipo- ' aitit de commande 38 de manière à avoir tendance à maintenir la différence constante.
La température d'entrée de l'agent de refroidissement,qui est la même que la température de l'agent de refroidissement à la sortie de la chaudière, est maintenue constante en faisant varier les vitesses de fonctionnement des pompes 22 et 23. La ' température de l'agent de refroidissement à la sortie de la chaudière 24 est comparée dans le comparateur 40 à une températu- re prédéterminée, et le fonctionnement de la pompe 22 est réglé par le dispositif de commande 41 dans un sens qui agit de manière à maintenir constante la différence entre la températu- re d'entrée de l'agent de refroidissement et la température pré- ' déterminée.
La vitesse de fonctionnement de la pompe 23 est com- mandée de façon semblable par le dispositif de commande 42 et le comparateur 43.
Etant donné que les pompes 22 et 23 débitent dans une chambre commune dans le réacteur 21, il peut être souhaitable qu'elles soient couplées de manière à fonctionner toutes deux à la même vitesse, représentant une moyenne du réglage requis pour maintenir constantes les températures auxquelles logent de refroidissement quitte les chaudières 24 et 25.
Ainsi, ces températures ne sont pas maintenues strictement constantes en
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faisant varier la vitesse de recireulation par les pompes 22 et 23 et les fins réglages de température peuvent être effectuée de manière acceptable en réglant les alimentations des chaudières 24 et 25 même si cette façon de faire introduit de légères va- riations de la pression de la vapeur dans le collecteur 30.
Pour régler les alimentations des chaudières de manier'* à régler la température de l'agent de refroidissement dans la chaudière 24, la différence de température établie dans le comparateur 40 est appliquée au dispositif de commande 36 de manière à ouvrir légèrement la valve 28 si la température de l'agent de refroidissement est trop élevée et à fermer légèrement la valve 28 si la température est trop faible. La valve 31 est réglée de façon semblable en réponse à la différence de température appliquée au dispositif de commande 37 par le comparateur 43.
La disposition représentée sur la Fig.4 est semblable dans l'ensemble à celle représentée sur la Fig.3, sauf que chaque chaudière 24 et 25 comprend en plus une conduite basse pression 40, 41.De la vapeur engendrée dans les conduites 40 et 41 est débitée dans le collecteur commun 42, d'où la vapeur passe à la turbine basse pression 43 par la valve 44. La pression à la- quelle la vapeur est débitée à la turbine 43 est commandée par le réglage de la valve 44 depuis le comparateur 45. Le compara- teur 45 est réglé par la différence entre la pression régnant dans le collecteur 42 qui influence le dispositif sensible à la pression 46, et une pression prédéterminée et il agit de manière à maintenir la différence constante.
L'utilisation de chaudières comprenant tant des circuits basse pression que des circuits haute pression a l'avantage que les recirculateurs peuvent être réglés de manière à fonctionner en réponse à une température de sortie moyenne d'agent de re- froidissement et les différences entre cette température et la température réelle peuvent être compensées sans faire varier la pression dans le collecteur haut.:. pression 30. A cette fin,il est prévu que les valves 50 et 51 par lesquelles le fluide de
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travail est débité aux conduites basse pression 40, 41 sont com- mandées par les dispositifs de'commande 52, 53.
Ces dispositifs répondent aux différences établies dans les comparateurs 4-0, 43 et agissent de manière à augmenter la circulation dans la con- duite basse pression si la température de l'agent de refroidis- sement associée à ce circuit est trop élevée, et réduit la circulation si la température est trop faible.
Dans la description des Figs.3 et 4, on a supposé que la température de l'agent de refroidissement devait être maintenue constante.Dans certaines circonstances, cependant, il peut être approprié d'augmenter la température du noyau et ainsi augmenter: la réactivité du noyau pour obtenir un "over-ride Xénon".
Sur les Figs.l et 2 une seule chaudière est représentée associée au réacteur.Si plus d'une chaudière est associée au réac- teur, il peut être nécessaire, comme dans les formes de réalisa- tion des Figs.3 et 4, de modifier de manière appropriée les cir- culations vers les chaudières pour maintenir la pression de va- peur suivant les variations de l'état de température dans le noyau.
Dans la description donnée ci-dessus , les comparateurs ont été décrits comme agissant pour maintenir une différence constan- te entre des paramètres fixes et variables.Normalement cette différence est égale à zéro et les comparateurs agissent pour , maintenir la différence constante à une faible tolérance près, pour éviter les variations excessives des réglages qui pourraient se produire si on essayait de maintenir la différence absolument constante.
REVENDICATIONS.
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Improvements to nuclear reactors.
The present invention relates to a steam production plant comprising a nuclear reactor and to a process for controlling a nuclear reactor. During the operation of nuclear reactors, it is necessary to maintain proper coolant temperature conditions. For example, in a gas-cooled reactor, it is desirable to keep the inlet and outlet temperatures of the coolant relatively constant in a pressurized water reactor.
it is desirable to keep the average temperature of the approximate coolant very constant in the core j and in a water reactor.
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When boiling it is desirable to keep the temperature of the cooling agent approximately constant in the core.
In an installation where the secondary coolant of a nuclear reactor is the working fluid of a natural or forced circulation boiler, it is known practice to control the temperature of the coolant to the output of the boiler when the load changes, by adjusting the pressure and temperature of the steam produced. However, it is sometimes desirable to control a temperature state in the reactor without at the same time the pressure of the steam generated being depends on the load.
The present invention relates to a method for the control of a nuclear reactor in which the coolant passes into heat exchange ratio with the core of the nuclear reactor and to a single-pass forced circulation boiler, in which the process is carried out. The reactivity of the nuclear reactor core is adjustable to exert a controlling effect on a temperature state of the coolant in the nuclear reactor, and wherein the feed flow to the boiler is adjustable to exert a controlling effect. control on the pressure of the steam generated in the boiler.
The present invention also relates to a nuclear reactor installation comprising a forced circulation steam generator device and a single passage, a device for circulating the cooling agent in heat exchange ratio with the core of the nuclear reactor and the steam generator device, a temperature-sensitive device responding to a temperature state in the nuclear reactor, a device for adjusting the reactivity of the nuclear reactor core according to the variations of the temperature-sensitive device, a device temperature sensitive, a pressure sensitive device responding to the pressure of the vapor generated,
and a device for regulating the feed circulation of the steam generator device according to the variations of the pressure sensitive device.
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By way of example, embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying schematic drawings, in which
Fig.l represents a pressurized water reactor associated with a forced circulation boiler and a single pass:
Fig. 2 represents a boiling water reactor associated with a forced circulation boiler and a single pass:
Fig. 3 represents a gas-cooled reactor associated with two forced circulation boilers and a single passenger and,
Fig. 4 represents a gas-cooled reactor associated with two boilers with forced circulation and a single passage, and with two pressures.
In Fig. 1, the pressurized water reactor is shown in 1. Water is circulated by a constant speed pump 2 through the core 3 of the reactor 1, and then through the forced circulation boiler 4 at a single run. From boiler 4, the coolant returns to pump 2 in heat exchange ratio with working fluid passing through the pipe? from the supply control valve 6 to! the turbine 7.
The reactivity of the reactor can be regulated by the reactivity control device 8 which determines the position of the control rods (not shown) in the core 3. A temperature sensitive device 9 is arranged to respond in response. dependence on the average temperature of the cooling agent at the inlet and at the outlet of the core 3; and the adjustment of the device 8 is controlled by this response so as to tend to keep the mean temperature constant.
The setting of the valve 6 which controls the supply of working fluid to the line 5 is determined by the control device 10 which, in turn, is controlled by a comparator 11 according to the difference between the pressure. influencing the pressure sensitive device 12, at which the vapor is
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delivered to the turbine 7, and a predetermined pressure. Com. parateur 11 acts on the control device 10 so that the supply by the valve 6 is adjusted so as to tend to keep the difference constant.
The arrangement shown in Fig.2 is similar to that shown in Fig.1, except that the reactor 1a is a boiling water reactor. In such a reactor it is desirable that the temperature in the core 3a be constant and, as the pressure of the coolant leaving the core of such a reactor is determined by the temperature of the coolant. at the output, a device 9 sensitive to this pressure is used to control the reactivity of the core by the adjustment of the device 8.
In Fig. 3, the reactor 21 is gas cooled and the cooling gas is circulated by variable pumps 22 and 23 in two single-pass forced circulation boilers 24 and 25 and in the core 26 of reactor 21 The working fluid passes through the control valve 28 into the heat exchange line 29 of the boiler 25 and then into the manifold 30. Working fluid also passes into the manifold 30 through the control valve 31. and the heat exchange pipe 32 of the boiler 25. From the manifold 30, the steam passes to the turbine 33.
The boilers 24 and 25 are arranged so as to deliver steam at the same pressure by appropriate control of the valves 28 and 31. The control is effected by a pressure sensitive device 34 which responds to the pressure prevailing in the boiler. manifold 30. This pressure is compared, in a comparator 25, & a determined pressure and the comparator 35 acts on the control devices 36 and 37.
The control devices 36 and 37 are respectively associated with the valves 28 and 31 and determine the settings of the valves, the comparator 35 acting through the devices 36 and 37 in the
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direction which tends to maintain constant the difference between the pressure in the manifold 30 and the predetermined pressure applied to the comparator 35.
It is desirable in a gas-cooled reactor that the temperatures at which the coolant enters and leaves the reactor core remain constant. The temperature at which the coolant leaves the reactor is controlled by adjusting the temperature. the reactivity of the nucleus. The reactivity is regulated by the controller 38 which is controlled by the comparator 39. The comparator 39 responds to this. The difference between the outlet temperature of the coolant and a predetermined temperature, and it acts on the control device 38 so as to tend to keep the difference constant.
The inlet temperature of the coolant, which is the same as the temperature of the coolant at the outlet of the boiler, is kept constant by varying the operating speeds of pumps 22 and 23. The ' The temperature of the coolant at the outlet of the boiler 24 is compared in the comparator 40 to a predetermined temperature, and the operation of the pump 22 is regulated by the controller 41 in a direction which acts so as to maintain constant the difference between the inlet temperature of the coolant and the predetermined temperature.
The operating speed of pump 23 is similarly controlled by controller 42 and comparator 43.
Since pumps 22 and 23 flow into a common chamber in reactor 21, it may be desirable that they be coupled so that they both operate at the same speed, representing an average of the setting required to maintain constant the temperatures at which cooling housing leaves boilers 24 and 25.
Thus, these temperatures are not kept strictly constant in
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varying the speed of recireulation by pumps 22 and 23 and fine temperature adjustments can be made in an acceptable manner by adjusting the feeds to boilers 24 and 25 even though doing so introduces slight variations in the pressure of the boiler. steam in the collector 30.
In order to adjust the boiler feeds so as to adjust the temperature of the cooling medium in the boiler 24, the temperature difference established in the comparator 40 is applied to the control device 36 so as to slightly open the valve 28 if the temperature of the coolant is too high and to slightly close the valve 28 if the temperature is too low. Valve 31 is similarly adjusted in response to the temperature difference applied to controller 37 by comparator 43.
The arrangement shown in Fig. 4 is broadly similar to that shown in Fig. 3, except that each boiler 24 and 25 additionally includes a low pressure line 40, 41. Steam generated in the lines 40 and 41 is delivered to the common manifold 42, from where the steam passes to the low pressure turbine 43 through the valve 44. The pressure at which the steam is delivered to the turbine 43 is controlled by the adjustment of the valve 44 from the comparator 45. The comparator 45 is set by the difference between the pressure in the manifold 42 which influences the pressure sensitive device 46, and a predetermined pressure and it acts to keep the difference constant.
The use of boilers comprising both low pressure circuits and high pressure circuits has the advantage that the recirculators can be set to operate in response to an average coolant outlet temperature and the differences between this. temperature and actual temperature can be compensated without varying the pressure in the top manifold.:. pressure 30. To this end, it is provided that the valves 50 and 51 through which the fluid of
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The work is delivered to the low pressure lines 40, 41 and are controlled by the control devices 52, 53.
These devices respond to the differences established in comparators 4-0, 43 and act to increase circulation in the low pressure line if the temperature of the coolant associated with this circuit is too high, and reduced. circulation if the temperature is too low.
In the description of Figs. 3 and 4, it has been assumed that the temperature of the coolant should be kept constant; in certain circumstances, however, it may be appropriate to increase the core temperature and thus increase: the reactivity of the nucleus to obtain a "Xenon over-ride".
In Figs. 1 and 2 only one boiler is shown associated with the reactor. If more than one boiler is associated with the reactor, it may be necessary, as in the embodiments of Figs. 3 and 4, to appropriately modifying the circulation to the boilers to maintain the steam pressure according to the changes in the temperature state in the core.
In the description given above, the comparators have been described as acting to maintain a constant difference between fixed and variable parameters. Normally this difference is zero and the comparators act to keep the difference constant at a low tolerance. close, to avoid excessive variations in settings that could occur if one tried to keep the difference absolutely constant.
CLAIMS.
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