NO142897B - Anordning til fortoeyning av skip og for overfoering av last som er komplisert aa haandtere - Google Patents

Description

Anordning vedrørende trykkvann-reaktoranlegg.

Oppfinnelsen vedrører et reaktoranlegg for trykkvann omfattende en lukket krets som er fullstendig fylt med vann under trykk som virker både som et kjøle-medium og som moderator, et hus som inneholder flere på avstand fra hverandre anbragte stort sett vertikale langstrakte brenselselementer som tilsammen utgjør reaktorens kjerne, en varmeutveksler for overføring av den anvendbare varme som frembringes i nevnte kjerne, idet huset og varmeutveksleren utgjør en del av nevnte lukkete krets, og midler for å presse vann gjennom kretsen i en vertikal retning gjennom de passasjer som forekommer mellom brenselselementene.

I vanlige anlegg forsynt med en trykk-vannsreaktor er mengden av vann som i et visst tidsrom strømmer gjennom reaktor-kjerrien lik den som i samme tidsrom strømmer gjennom den ytre krets der er forsynt med varmeutveksleren. Da den maksimalt tillatelige temperatur for vannet i kjernen begrenses av faren for at der skal inntre lokal nedbrenning av reaktor-delene, hvilken fare er avhengig av den fysiske prosess i kjernen, idet hver kjerne-konstruksjon nødvendiggjør en på forhånd bestemt minimumsvannstrømning gjennom kjernen. Jo mer kompakt kjernen er bygget, og jo mere varme som frembringes pr. volumenhet av kjernen, jo mere vann vil pr. tidsenhet måtte strømme gjennom kjernen, og også gjennom de ytre deler av kretsen, hvilket nødvendiggjør en større effekt for vannsirkulasjonspumpen, og reduksjon i anleggets varme-effekt. Reduksjonen av denne effekt kan minskes ved å gjøre kanalene for den ytre del av kretsen vide og den totale passasje for varmeutveksleren stor, slik at en reduksjon av reaktorens størrelse er forbundet med en økning av de ytre deler for anlegget, og i forbindelse med det høye trykk for vannet med en betydelig større bruk av materiale. I mange tilfeller er dette en stor ulempe. En annen ulempe ved de kjente trykkvannsreaktoranlegg er at når pumpen faller ut, vil vannet i kjernen bli stående stille og vil da bli så intenst oppvarmet lokalt at der frembringes damp og kjernen kan lokalt smelte ned.

Oppfinnelsen har til hensikt å tilveiebringe et trykkvann-reaktoranlegg som har ikke bare de fordeler som nedenfor skal be-skrives, men som også kan fremstilles me-get kompakt og allikevel kan ha en relativt

høy varme-effekt, slik at det er egnet til fremdrift av fartøyer. Ovennevnte hensikt

oppnås ved hjelp av trykkvannsreaktoranlegg omfattende en lukket krets som er helt fylt med vann under trykk virkende

både som kjølemiddel og som moderator, hvori det er opptatt et hus med en reaktiv kjerne bestående av på avstand ved siden

av hverandre anbrakte, langstrakte, vertikale eller tilnærmet vertikale brenselselementer, en varmeutveksler for overføring av den anvendelige varme som frembringes i kjernen og midler for å presse vann gjennom denne krets og i vertikal retning langs brenselselementene. Det nye og karakteris-

tiske er at der i det med hensyn til kjernens akse radialt utenfor kjernen beliggende rom i huset er anordnet minst en dyse fra en strålepumpe som inngår i nevnte krets og i drift fører vann mot kjernens innløpsende, og hvis sugeåpning er i åpen forbindelse med kjernens vannut-løpsende, slik at en del av vannstrømmen gjennom kjernen under drift av strålepum-pen presses gjennom en annen krets, som i sin helhet ligger inne i huset, og at forholdet mellom den vannmengde som pr. tidsenhet passerer gjennom kjernen, fra kjernens innløps- til utløpsende, og den vannmengde som pr. tidsenhet føres ut av huset ved full belastning av reaktoren ligger mellom 1,5 og 4. I et slikt anlegg blir bare en del av kjølevannet som strømmer gjennom kjernen presset gjennom den ytre del av den første krets. Dette muliggjør en betydelig reduksj on av størrelsen av nevnte ytre deler, og videre anvendelse av en pumpe med mindre effekt. Reduksjonen av størrelsen av den ytre krets sparer også kostbart tungtvann hvis dette anvendes som kjølemiddel. Videre vil der være større frihet m.h.t. konstruksjon av kjernen og konstruksjonen for den ytre krets, og det vil også være mulig å øke vannstrømmen gjennom kjernen uten nødvendighet for øking av vannstrømmen gjennom de ytre deler av kretsen, som er forbundet med større tap. Det har vist seg at varme-effekten er optimal innenfor et område i hvilket forholdet mellom vannstrømmen gjennom kjernen og den gjennom de ytre deler av den første krets ligger mellom 1,5 og 4. Over faktoren 4 er enten hastigheten for vannstrømmen for høy, hvilken resulterer i for store tap p.g.a. motstanden, eller vannstrømmen gjennom de ytre deler av kretsen er for liten, hvilket nødvendiggjør for stor avkjøling av vannet i varmeutveksleren, hvorved utillatelige varmespen-ninger kan forekomme, og effekten blir på-virket på en uheldig måte. Økningen av mengden av det vann som pr. tidsenhet presses gjennom kjernen har først og fremst den fordel at den ugunstige virkning av den irregulære varme frembragt i kjernen, p.g.a. hvilken den gjennomsnitt-lige temperatur for det vann som forlater kjernen er vesentlig lavere enn maksi-mumstemperaturen som kan tillates for en gitt vannhastighet, réduseres slik at vannet tillates å forlate kjernen med en høyere midlere temperatur. For det annet kan temperaturen for vannet i kjernen være høyere, idet faren for nedbrenning i den varmeste sone viser seg å være mindre når det vann som passerer gjennom kjernen

har en større hastighet. En annen fordel ved anlegget ifølge oppfinnelsen er at strå-lepumpen, eller sett av strålepumper som virker i parallell, ikke utgjør noen hind-ring for at den annen krets forblir inne i huset, slik at når hovedpumpen for drift av vannet faller ut, eller en alvorlig lek-kasje forekommer, vil vannet i kjernen ikke bli stående stille, men fortsetter å strømme p.g.a. termosifon-virkningen i den indre krets. Dette er grunnen til at faren for nedsmeltning av visse steder i kjernen reduseres vesentlig. Videre har strålepumpene ingen bevegelige deler som kan føre til stansing. Videre er reguleringen av anlegget ved kontroll av den indre krets mere følsom, slik at en bedre stabilisering av kjernens funksjonering er mulig.

Reaktoren kan med fordel være konstruert slik at den indre andre krets kan være sluttet utenfor kjernen. Dette mulig-gjør reduksjon av kjernens størrelse og at det kan tilveiebringes en lang vei tilbake for vannet uten nødvendighet av å gjøre huset uhensiktsmessig stort. ;Også en bedre kontroll med temperaturen av vannet er dermed mulig.

For å oppnå en bedre blanding og for-deling av kjølevannet fra de ytre deler av den første krets etter at det er gått inn i huset, og det varmere vann sirkulerer inne i huset, kan et blandekammer være anordnet i huset foran innløpsenden av kjernen, hvilket blandekammer kommuniserer med en rekke kjøle- og moderatorpassasjer for kjernen, og i det minste en strålepumpe kan være montert i veggen for det nevnte kammer. Fordelingen av vannet over de forskjellige passasjer i kjernen kan forbed-res ved i veggen for nevnte blandekammer å anordne to eller flere strålepumper som arbeider i parallell og munner ut i nevnte kammer.

Beliggenheten og/eller kapasiteten av hver av strålepumpene kan velges slik at det fåes justering av den lokale strøm-ningsintensitet for vannet som passerer gjennom kjernen til den lokale effekt-tett-het for kjernen.

Istedetfor å anbringes umiddelbart eller ved hjelp av blandekammeret foran innløpsenden av kjernen, kan strålepum-pen eller settene av strålepumper som arbeider i parallell være tilpasset i det rom som i forhold til kjernens akse er anordnet i huset radialt til siden for kjernen. En større frihet for kontroll av de to kretser kan oppnåes når strålerørene for pumpen eller for hver av pumpene er forbundet med en gren av den del av den første krets som ligger utenfor huset. I nevnte gren kan et automatisk regulerbart strupeorgan være anordnet ved hjelp av hvilket åpnin-gen reguleres i avhengighet av trykkfallet over kjernen eller ved variasjon pr. tidsenhet av nevnte trykkfall. Det er også mulig å tilkoble to eller flere strålepumper eller to eller flere sett av strålepumper som virker i parallell i serier, idet strålerørene for disse pumper er koblet i parallell med grener av den del av den første krets som ligger utenfor huset. Når der ved siden av kjernen men inne i huset anvendes et fritt rom inneholdende strålepumper for å slutte den indre andre krets, kan huset med fordel være utformet som en kule eller en ellipsoide for derved å oppnå gunstig strømning. En slik form for huset øker dets motstand mot trykk såvel som dets isola-sjon. Hvis kjernen er formet som en kule eller en ellipsoide, kan brenselselementene forløpe i konsentriske omdreinings-hyper-boloider for å forbedre vannsirkulasjonen inne i huset. I dette tilfelle kan elementene og passasjene være rette hvis de er anbragt i de deskriptive linjer av nevnte krumme flater.

Det skal bemerkes at bruk av strålepumper i huset for en kjernereaktor for å oppnå en andre krets som i sin helhet ligger utenfor huset, allerede er kjent for kokende vannreaktorer (se det tyske Aus-legeschrift nr. 1 068 823). I slike reaktorer anvendes den indre krets for kontroll av den energi som frembringes av kjernen og er avhengig av modereringsvirkningen, dvs. av vanndamp forholdet, for kjølemiddelet i kjernen. Denne andre krets er ikke ment for økning av varme-effekten eller for opp-rettholdelse av nevnte effekt når dimensjo-nene for anlegget reduseres. I de kjente kokende vannreaktoranlegg må forholdet mellom den vannmengde som presses gjennom kjernen og mengden av damp som, strømmer gjennom den ytre krets være mere enn 4 for å oppnå en rimelig effekt og for å muliggjøre den tilsiktede kontroll: innenfor et stor område.

Oppfinnelsen skal belyses ved hjelp av tegningen som viser forskjellige utførelses-eksempler for trykkvannsreaktoranlegg. På tegningen er: Fig. 1 viser delvis i vertikalt snitt og delvis i oppriss delene av et trykkvannsreaktoranlegg som er forsynt med en annen reaktor og viser bare de deler som er nød-vendig for oppfinnelsens forståelse. Fig. 2 er et vertikalt snitt gjennom en variant av reaktoren ifølge fig. 1. Fig. 3 er et vertikalt snitt gjennom en reaktor. Fig. 4 er et vertikalt snitt gjennom en

sfærisk reaktor, og

Fig. 5 er en kurve som viser avhengig-heten mellom anleggets varme-effekt og vannets sirkulasjonsforhold. Fig. 1 er et trykkfast hus betegnet med 1 og inneholder en reaktiv kjerne 2 bestående av vertikale brenselselementer, som er anbrakt på en viss innbyrdes avstand, slik at det mellom dem dannes passasjer for det modererende kjølevann. Huset utgjør en del av den vannsirkula-sjonskrets som har en ytre del bestående av rørene 4 og 5, en varmeutveksler 6 og en pumpe 7. Huset og de øvrige deler av kretsen er fylt med vann under høyt trykk. Pumpen 7 presser vannet oppover gjennom kjernen 2. I rommet 10 arbeider flere strålepumper 13, 14 i parallell langs siden av kjernen og i nærheten av dennes øvre ende. Fordelene ved denne anordning av strålepumpene er at et stort blandekammer automatisk fåes, hvorved høyden av reaktoren kan reduseres og vannet som forlater kjernen lettere kan suges bort. Under drift presser strålepumpene vannet langs en andre krets, angitt med pilene 11, hvilken helt ligger inne i huset. Følgelig vil mengden av vann som pr. tidsenhet strømmer gjennom kjernen være større enn mengden av vann som pr. tidsenhet presses gjennom den ytre krets 4, 6, 5, 7. Forholdet m mellom de to mengder må ligge mellom 1,5 og 4 for at det skal oppnåes optimal varme-effekt n for anlegget. Hvis varme-effekten n for anlegget ifølge oppfinnelsen settes i forhold til sirkulasjonsforholdet, dvs. forholdet m, mellom intensiteten for vann-strømningen gjennom kjernen og den gjennom den ytre krets, fåes en kurve som vist i fig. 5. Av denne kurve fremgår at opti-mum ligger mellom 1,5 og 4 for nevnte forhold.

Det er en mangel ved tidligere utførel-sesformer at det er forholdsvis vanskelig å kontrollere de indre og ytre kretser hver for seg, da strålerørene for strålepumpene må monteres for innregulering i forhold til deres sugeåpninger, hvilket som man vil forstå er vanskelig å oppnå. For å unngå denne ulempe er strålepumpene 13, 14 for anlegget ifølge fig. 2 koblet til en gren 15 av den ytre krets som igjen er direkte forbundet med den nederste ende av huset 1. I grenen 15 er der anordnet en regulerbar ventil eller en regulerbar strupeanordning 16 ved hjelp av hvilken strålepumpene 13,

14 kan reguleres. Røret 17 for den ytre

krets som er direkte forbundet med huset har videre en gradvis avsmalnende del

etterfulgt av et videre parti på en slik måte at røret ender i et venturi-rør. P.g.a. denne konstruksjon tilveiebringes en sugevirkning på den indre krets. Det vil forståes at delen 16 muliggjør regulering av strålepumpene uavhengig av vannstrømningen i den ytre krets.

I utførelsesformen ifølge fig. 3 er blandekammeret 12 og strålepumpene 8, 9, 8', 9' forbundet med kanalen 17 foran innløps-enden for kjernen, og strålepumpene 13, 14 er anbragt slik som vist i fig. 2 ved siden av kjernen. I dette tilfelle er strålepumpene 8, 8' og 13 koblet til parallelle grener 17, 15 for den ytre del av kretsen, og strålepumpene 8, 9, 8', 9' og strålepumpene 13, 14 er på den annen side forbundet i serie m.h.t. den indre krets for vannet. På denne måte er det lett å tilveiebringe vannstrømningen for den indre krets slik at denne blir vesentlig sterkere enn den som strømmer gjennom sirkulasjonskretsen utenfor reak-torhuset. Også i dette tilfelle er et strupeorgan 16 anordnet i grenen 15. Passasje-arealet for nevnte del reguleres i avhengighet av den absolutte verdi eller variasjo-ner i trykkfallet i kjernen. I denne hensikt er trykkfølsomme pick-ups 19 montert både i nærheten av innløpet og i nærheten av utløpsenden for kjernen, og er ved kanalene 20 forbundet med et måleinstrument 21 som reagerer på en trykkforskjell eller på trykkvariasjoner og som over en forbindelse 22 virker på strupeorganet 16.

I fig. 4 vises en variant av anlegget ifølge fig. 2. Reaktoren er her konstruert så kompakt som mulig, hvorved huset 23 er sfærisk og formen av kjernen er tilnærmet sfærisk. Denne sfæriske form har, bortsett fra den fordel at man får en større trykk-motstandsdyktighet og en mindre varme-stråling, den gunstige virkning at i ekva-tbr-området fåes et større rom for tilpas-ning av strålepumpene, og den indre vann-sirkulasjonskrets tilpasses formen for en naturlig toroidalstrømning. I denne ut-førelse kan brenselselementene og kjøle-passasjene strekke seg i konsentriske om-dreinings-hyperboloider. Hvis nevnte ele-menter og passasjer er anbragt i retning av de rette deskriptive linjer for nevnte kurve-flater, kan de være rette.

Claims (3)

1. Trykkvannsreaktoranlegg omfattende en lukket krets som er helt fylt med vann under trykk virkende både som kjøle-middel og som moderator, hvori det er opptatt et hus med en reaktiv kjerne bestående av på avstand ved siden av hverandre anbrakte, langstrakte, vertikale eller tilnærmet vertikale brenselselementer, en varmeutveksler for overføring av den anvendelige varme som frembringes i kjernen og midler for å presse vann gjennom denne krets og i vertikal retning langs brenselselementene, karakterisert ved at der i det med hensyn til kjernens (2) akse radialt utenfor kjernen (2) beliggende rom (10) i huset (1) er anordnet minst en dyse (13) fra en strålepumpe (7) som inngår i nevnte krets og i drift fører vann mot kjernens innløpsende, og hvis sugeåpning er i åpen forbindelse med kjernens vannut-løpsende, slik at en del av vannstrømmen gjennom kjernen under drift av stråle-pumpen presses gjennom en annen krets (11) , som i sin helhet ligger inne i huset, og at forholdet mellom den vannmengde som pr. tidsenhet passerer gjennom kjernen, fra kjernens innløps- til utløpsende, og den vannmengde som pr. tidsenhet føres ut av huset (1) ved full belastning av reaktoren ligger mellom 1,5 og 4.

2. Anlegg som angitt i påstand 1, karakterisert ved at strålepumpens dyse (13) er forbundet med en gren av den første kretsen utenfor huset (1).

3. Anlegg som angitt i påstand 2, karakterisert ved at det i den første kretsens gren er anordnet et automatisk regulerbart strupeorgan (16), hvis åpning reguleres i avhengighet av trykkfallet over kjernen eller nevnte trykkfalls endring pr. tidsenhet.