DE1191919B

DE1191919B - Process for operating a nuclear reactor and nuclear reactor for carrying out the process

Info

Publication number: DE1191919B
Application number: DES79873A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ygal Fishman
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1962-06-07
Filing date: 1962-06-12
Publication date: 1965-04-29
Also published as: CH393557A; BE632488A; GB1041714A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

G 21 G 21

Deutsche KL: 21g-21/31German KL: 21g-21/31

Nummer: 1191 919Number: 1191 919

Aktenzeichen: S 79873 VIII c/21 gFile number: S 79873 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 12. Juni 1962 Filing date: June 12, 1962

Auslegetag: 29. April 1965Opening day: April 29, 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kernreaktors mit in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Kühlmittels veränderlichem Kühlmitteldurchsatz sowie einen Kernreaktor mit einer den Kühlmitteldurchsatz in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Kühlmittels beeinflussenden Regeleinrichtung.The invention relates to a method for operating a nuclear reactor with depending on the Outlet temperature of the coolant variable coolant flow rate and a nuclear reactor with one influencing the coolant throughput depending on the outlet temperature of the coolant Control device.

Bei Kernreaktoren ist es bekannt, den Kühlmitteldurchsatz in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des Reaktors zu steuern. Eine derartige Regelung ist jedoch mit einer hohen Trägheit verbunden, und es besteht die Gefahr, daß bei raschen Leistungssteigerungen die erhöhte Kühlung durch vergrößerten Kühlmitteldurchsatz derart spät einsetzt, daß eine Beschädigung des Spaltstoffes bzw. der diesen umgebenden metallischen Teile eintreten kann.In nuclear reactors, it is known to determine the coolant throughput as a function of the temperature of the Control coolant at the exit of the reactor. However, such a scheme is at a high level Connected inertia, and there is a risk that with rapid increases in performance, the increased cooling due to the increased coolant flow rate sets in so late that the fissile material is damaged or the surrounding metallic parts can occur.

Es ist auch eine Kernreaktoranlage mit einer Regelung bekannt, bei welcher für Regelzwecke ein Verhältnis des Kühlmitteldurchsatzes zum augenblicklichen Neutronenfluß gebildet wird. Der Neutronenfluß soll dabei ein Bild der augenblicklichen Reaktorleistung geben. Da der Neutronenfluß im Reaktorkern örtlich und zeitlich Veränderungen unterworfen ist, sind dadurch keine genauen Angaben über den Belastungszustand des Reaktors erzielbar. Aus diesem Grunde ist die bekannte Anordnung mit einem manuell zu betätigenden Trimmregler versehen, durch welchem von Zeit zu Zeit den Änderungen des Neutronenflusses Rechnung getragen werden soll. Mit der bekannten Anordnung ist jedoch eine genaue und selbsttätige Regelung der Reaktoranlage nicht erreichbar. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anordnung zur Regelung eines Reaktors, welche mit verminderter Trägheit arbeitet und eine genaueste Einhaltung der Temperatur des aus dem Reaktorkern austretenden Kühlmittels ermöglicht. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Kühlmitteldurchsatz zusätzlich von einer die augenblickliche Leistung des Reaktors repräsentierenden Größe oder von dem der Regelstabregelung zugeführten Sollwert der Leistung beeinflußt wird.It is also a nuclear reactor plant with a control known in which a for control purposes The ratio of the coolant throughput to the instantaneous neutron flux is formed. The neutron flux is intended to give a picture of the current reactor performance. Since the neutron flux in the Reactor core is subject to changes in location and time, therefore no precise information is given achievable via the load condition of the reactor. This is the reason why the known arrangement is provided with a manually operated trim regulator, through which from time to time the Changes in the neutron flux should be taken into account. With the familiar arrangement however, precise and automatic control of the reactor system cannot be achieved. The invention aims the creation of an arrangement for controlling a reactor which has reduced inertia works and a strict adherence to the temperature of the coolant emerging from the reactor core enables. According to the invention this is achieved in that the coolant throughput is additionally of a size representing the instantaneous output of the reactor or of that of the Control rod control supplied setpoint of the power is influenced.

Der Kernreaktor zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, der mit einer den Kühlmitteldurchsatz in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Kühlmittels beeinflussenden Regeleinrichtung versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Kühlmitteldurchsatzes für die Regeleinrichtung einem Additionsglied zugeführt wird, das das Signal von einem Regler, welcher das Meßsignal eines am Ausgang aus dem Reaktor in der Kühl-Verfahren zum Betrieb eines Kernreaktors
und Kernreaktor zur Ausübung des VerfahrensThe nuclear reactor for carrying out the method according to the invention, which is provided with a control device influencing the coolant throughput as a function of the outlet temperature of the coolant, is characterized in that the setpoint of the coolant throughput for the control device is fed to an addition element which receives the signal from a controller , which is the measurement signal of an output from the reactor in the cooling process for operating a nuclear reactor
and nuclear reactor to carry out the procedure

Anmelder:Applicant:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)Sulzer Brothers Aktiengesellschaft,
Winterthur (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Marsch, patent attorney,

Schwelm (Westf.), Westfalendamm 10Schwelm (Westphalia), Westfalendamm 10

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Ygal Fishman,
Lausanne-Prilly (Schweiz)Named as inventor:
Dipl.-Ing. Ygal Fishman,
Lausanne-Prilly (Switzerland)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 7. Juni 1962 (6864)Claimed priority:
Switzerland of 7 June 1962 (6864)

mittelströmung angeordneten Temperaturfühlers mit einem Temperatursollwert vergleicht, und das Signal eines Funktionsgebers, der entweder ein die jeweilige Leistungsabgabe des Reaktors oder den Sollwert der Leistung repräsentierendes Signal liefert, addiert.compares the temperature sensor arranged in the middle flow with a temperature setpoint, and the signal a function generator, which either the respective power output of the reactor or the setpoint of the Signal representing power supplies, added.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Kreislaufschema eines Kernreaktors mit den Regeleinrichtungen,The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. It shows
F i g. 1 the circuit diagram of a nuclear reactor with the control devices,

F i g. 2 eine andere Anordnung zur Steuerung der Umwälzgeschwindigkeit entsprechend der F i g. 1,F i g. FIG. 2 shows another arrangement for controlling the circulation speed in accordance with FIG. 1,

F i g. 3 und 4 Ausschnitte aus der F i g. 1 mit Änderungen gegenüber dieser.F i g. 3 and 4 excerpts from FIG. 1 with changes compared to this.

In F i g. 1 ist ein Kernreaktor 1 über eine Kühlmittelleitung 2 mit einem Wärmeübertrager 3 verbunden. Aus dem Wärmeübertrager 3 gelangt das Kühlmittel durch eine Rohrleitung 4 in ein Umwälzgebläse 5, das von einem Elektromotor 47 angetrieben wird. Nach dem Umwälzgebläse 5 durchströmt das Kühlmittel ein Drosselorgan 6 und ein Meßgerät? zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und damit des Kühlmitteldurchsatzes durch den Reaktor. Von dort gelangt das Kühlmittel in den Reaktor zurück. Die vom Reaktor abgegebene Wärmeleistung wird durch einen Regelstabmechanismus 8 gesteuert, der in an sich bekannter Weise durchIn Fig. 1, a nuclear reactor 1 is connected to a heat exchanger 3 via a coolant line 2. The coolant passes from the heat exchanger 3 through a pipe 4 into a circulating fan 5, which is driven by an electric motor 47. After the circulation fan 5 flows through the coolant a throttle element 6 and a measuring device? to determine the flow velocity and thus the coolant throughput through the reactor. From there the coolant reaches the Reactor back. The heat output given off by the reactor is controlled by a control rod mechanism 8 controlled by in a known manner

509 567/233509 567/233

Eintauchen von Stäben 9 aus neutronenabsorbierendem Stoff den Neutronenfluß im Reaktor verändert. Der spezifische Neutronenfluß im Reaktor wird durch ein Neutronenflußmeßgerät 10 gemessen. Das Regelsystem des Reaktors enthält einen Lastsollwertgeber 11, welcher durch eine Signalleitung 12 in an sich bekannter Weise das Eingangssignal z.B. vom Regler einer im Sekundärkreis der Atomkernreaktoranlage befindlichen Turbine erhält. Der Sollwertgeber 11 sendet ein der geforderten Last entsprechendes Signal durch eine Signalleitung 13 über ein Additionsglied 14 einem Regler 15 mit Proportional-Integral-Differential-Charakter, welcher die Betätigung des Regelmechanismus 8 und damit der Stäbe 9 bewirkt. Das Neutronenflußmeßgerät 10 sendet ein der tasächlichen Intensität des Neutronenflusses entsprechendes Meßsignal durch eine Signalleitung 16 dem Additionsglied 14, wo dieses Signal mit dem Sollwert aus der Signalleitung 13 verglichen wird, wobei die Differenz auf den Regler 15 einwirkt. Das Meßsignal des Neutronenflußmeßgerätes 10 wird durch die Signalleitung 16 gleichzeitig einem Funktionsgeber 17 übermittelt, welcher ein dem jeweiligen Neutronenfluß zugehöriges Signal durch eine Signalleitung 18 einem Additionsglied 19 übermittelt. Vom Additionsglied 19 führt eine Signalleitung 20 zu einem Regler 21 mit Proportional-Integral-Charakter, welcher das Drosselorgan 6 betätigt und eine entsprechende Durchsatzmenge des Kühlmittels einstellt. Das Meßgerät 7 wirkt auf einen Signalgeber 22, weleher ein der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit entsprechendes Signal durch eine Signalleitung 23 an das Additionsorgan 19 weitergibt. Das Additionsorgan 19 führt dauernd einen Vergleich des durch die Signalleitung 18 vom Funktionsgeber 17 übermittelten, für die jeweilige an Hand des Neutronenflusses festgestellte Leistung gültigen Sollwertes und des durch die Signalleitung 23 zugeführten Istwertes durch, und es wird dem Regler 21 jeweils die Differenz dieser Werte zugeführt. Zusätzlich ist in der Rohrleitung 2 ein Temperaturfühler 30 angeordnet, welcher mit einem Signalgeber 31 ausgestattet ist. Der Signalgeber 31 sendet ein der jeweiligen Temperatur des Kühlmittels entsprechendes Signal über eine Signalleitung 32 einem Additionsorgan 33, welches den Signalwert mit einem vom Sollwertgeber 11 durch eine Signalleirung 34 übermittelten Sollwert vergleicht. Der vom Sollwertgeber 11 übermittelte Sollwert kann mit der Last veränderlich sein, z. B. derart, daß der Sollwert mit steigender Last eine niedrigere Temperatur des Kühlmittels verlangt. Dadurch wird nämlich der erhöhte Wärmefluß und das erhöhte Wärmegefälle im Reaktor bei größerer Last berücksichtigt, welches eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem Spaltstoff und dem Kühlmittel zur Folge hat. Dieser Sollwert kann jedoch ohne weiteres ein mit der Last nicht veränderlicher, konstanter Wert sein. Eine besondere Signalleitung vom Sollwertgeber 11 ist dann nicht erforderlich. Das Additionsorgan 33 bildet ein der Differenz dieser beiden Signale entsprechendes Signal und sendet dieses durch eine Signalleitung 35 einem Regler 36 mit Proportional-Integral-Charakter, dessen Ausgangssignal durch eine Signalleitung 37 der Additionsstelle 19 zugeführt wird, wo dieses dem Signal vom Funktionsgeber 17 überlagert wird. Dieses zusätzliche Signal wirkt korrigierend auf den Regler 21 ein. Das Regelsystem ist noch mit einem Sicherheitsregler 40 ausgestattet, welchem das Temperatursignal aus der Signalleitung 32 zugeführt wird. Der Regler 40 vergleicht das Temperatursignal mit einem konstanten, durch ein Signal 41 gegebenen Grenzwert für die Kühlmitteltemperatur. Sobald aus irgendeinem Grunde die Kühlmitteltemperatur diesen Grenzwert überschreitet, sendet der Regler 40 ein entsprechendes Signal in eine Signalleitung 42, welche zum Additionsorgan 14 führt. Das vom Regler 40 gelieferte Signal wird im Additionsorgan 14 dem Leistungssollwertsignal aus der Signalleitung 13 überlagert und bewirkt durch die Stäbe 8 eine zusätzliche Verminderung des Neutronenflusses im Reaktor, falls die Temperatur des Kühlmittels gegen einen unzulässig hohen Wert strebt.Immersion of rods 9 made of neutron-absorbing material changes the neutron flux in the reactor. The specific neutron flux in the reactor is measured by a neutron flux meter 10. That The control system of the reactor contains a load setpoint generator 11, which is connected by a signal line 12 in As is known, the input signal e.g. from the controller in the secondary circuit of the nuclear reactor plant located turbine receives. The setpoint generator 11 sends a corresponding to the required load Signal through a signal line 13 via an adder 14 to a controller 15 with proportional-integral-differential character, which actuates the control mechanism 8 and thus the rods 9. The neutron flux meter 10 sends one of the actual Measurement signal corresponding to the intensity of the neutron flux through a signal line 16 the adder 14, where this signal is compared with the nominal value from the signal line 13, the difference acting on the controller 15. The measurement signal of the neutron flux measuring device 10 is simultaneously transmitted through the signal line 16 to a function generator 17, which one to the respective The signal associated with the neutron flux is transmitted to an adder 19 through a signal line 18. From the Adding element 19 leads a signal line 20 to a controller 21 with proportional-integral character, which actuates the throttle element 6 and sets a corresponding flow rate of the coolant. The measuring device 7 acts on a signal generator 22, weleher a signal corresponding to the respective flow velocity through a signal line 23 the addition organ 19 passes on. The addition element 19 continuously compares the the signal line 18 transmitted by the function generator 17, for the respective on the basis of the neutron flux determined power valid setpoint and the actual value supplied by the signal line 23 by, and the controller 21 is supplied with the difference between these values. In addition, the Pipeline 2 has a temperature sensor 30 which is equipped with a signal transmitter 31. Of the Signal transmitter 31 sends a signal corresponding to the respective temperature of the coolant via a Signal line 32 to an addition element 33, which the signal value with one from the setpoint generator 11 compares the nominal value transmitted by a signal line 34. The transmitted from the setpoint generator 11 Setpoint can vary with load, e.g. B. such that the setpoint with increasing load a lower coolant temperature required. This increases the heat flow and that increased heat gradient in the reactor with a higher load, which means a greater temperature difference between the fissile material and the coolant. However, this setpoint can can easily be a constant value that cannot be changed with the load. A special signal line from the setpoint generator 11 is then not required. The addition element 33 forms one of the difference between these two Signals corresponding signal and sends this through a signal line 35 to a controller 36 with proportional-integral character, its output signal is fed to the addition unit 19 through a signal line 37 where this is superimposed on the signal from the function generator 17. That extra signal has a correcting effect on controller 21. The control system is also equipped with a safety controller 40, to which the temperature signal from the signal line 32 is fed. The controller 40 compares the temperature signal with a constant limit value given by a signal 41 for the Coolant temperature. As soon as for some reason the coolant temperature reaches this limit exceeds, the controller 40 sends a corresponding signal in a signal line 42, which to the Adding organ 14 leads. The signal supplied by the controller 40 becomes the power setpoint signal in the addition element 14 superimposed from the signal line 13 and caused by the rods 8 an additional Reduction of the neutron flux in the reactor if the temperature of the coolant is inadmissible towards one strives for high value.

Bei der Ausführung nach F i g. 2 wird die Umwälzgeschwindigkeit des Kühlmittels nicht durch Verstellung eines Drosselorgans, sondern durch Veränderung der Drehzahl des Umwälzgebläses 5 verändert. Zu diesem Zweck ist das Gebläse 5 mit einem Antriebsmotor 48 mit veränderlicher Drehzahl ausgestattet, und der Regler21 aus Fig. 1 bewirkt eine Drehzahlveränderung dieses Antriebsmotors.In the embodiment according to FIG. 2, the circulation speed of the coolant does not go through Adjustment of a throttle element, but by changing the speed of the circulating fan 5 changes. For this purpose, the fan 5 is provided with a drive motor 48 with variable speed equipped, and the controller 21 from Fig. 1 causes a change in the speed of this drive motor.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3, welche einen Ausschnitt aus F i g. 1 darstellt, wird dem Funktionsgeber 17 nicht der Meßwert des Neutronenflußmeßgerätes 10 zugeführt, sondern der Leistungssollwert des Reaktors aus der Signalleitung 13 durch eine Signalleitung 50. Die Verbindung zwischen dem Neutronenflußmeßgerät 10 und dem Funktionsgeber 17 ist dabei unterbrochen. Diese Anordnung hat gegenüber der Ausführung nach F i g. 1 den Vorteil, daß beabsichtigte Laständerungen noch früher erfaßt werden. Der Einfluß einer beabsichtigten Laständerung auf den Kühlmittelkreislauf wird bereits dann wirksam, wenn dem Reaktor das betreffende Signal übermittelt wird. Die tatsächliche Veränderung des Neutronenflusses erfolgt darauf mit einer größeren oder kleineren Verzögerung je nach der Bauart des Reaktors. Es ist möglich, zur Berücksichtigung der Auswirkung dieser Verzögerung in der Signalleitung 37 ein an sich bekanntes Verzögerungsorgan anzuordnen.In the embodiment according to FIG. 3, which shows a detail from FIG. 1 represents, is dem Function generator 17 is not supplied with the measured value of the neutron flux measuring device 10, but rather the power setpoint of the reactor from the signal line 13 through a signal line 50. The connection between the neutron flux measuring device 10 and the function generator 17 is interrupted. This arrangement has, compared to the embodiment according to FIG. 1 the advantage that intended load changes are detected even earlier. The influence of an intended change in load on the coolant circuit is already effective when the reactor in question Signal is transmitted. The actual change in the neutron flux then takes place with a larger one or smaller delay depending on the design of the reactor. It is possible for consideration the effect of this delay in the signal line 37 is a delay element known per se to arrange.

In F i g. 4 ist schließlich eine Kombination der beiden Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist in der vom Neutronenflußmeßgerät 10 zum Funktionsgeber 17 führenden Signalleitung 16 ein Additionsorgan 60 angeordnet. Im Additionsorgan 60 wird dem Meßwert aus der Signalleitung 16 das durch die Signalleitung 50 zugeführte Leistungssollwertsignal überlagert. Bei dieser Ausführungsform wird zwar bei einer beabsichtigten Leistungsänderung des Reaktors rechtzeitig die Änderung der Umwälzgeschwindigkeit eingeleitet, es wird jedoch gleichzeitig die tatsächliche Reaktion des Reaktors ebenfalls berücksichtigt.In Fig. Finally, FIG. 4 is a combination of the two embodiments according to FIGS. 1 and 3 shown. In this embodiment, from the neutron flux measuring device 10 to the function generator 17 leading signal line 16 an adder 60 is arranged. In addition element 60 is the measured value the power setpoint signal supplied by the signal line 50 is superimposed on the signal line 16. In this embodiment, although an intended change in the power of the reactor the change in the circulation speed is initiated in good time, but at the same time the actual one Reaction of the reactor also taken into account.

Es versteht sich, daß auch andere Ausführungsformen der dargestellten Anlage möglich sind. So kann z. B. das Meßgerät 7 mit seinem Signalgeber 22 entfallen. In diesem Falle kann der Integralteil des Reglers 21 ebenfalls entfallen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer vereinfachten und billigeren Ausführung. Es kann auch zweckmäßig sein, das Ausgangssignal des Reglers 21 oder des Mengenmeßgerätes 8,22 zur Beeinflussung der sekundärseitigen Durchflußmenge des Wärmeübertragers 3 heranzuziehen, indem z.B. diese Signale im Sinne einer Störgrößenaufschaltung auf den die Umwälzgeschwin-It goes without saying that other embodiments of the system shown are also possible. So can e.g. B. the measuring device 7 with its signal generator 22 is omitted. In this case the integral part of the Regulator 21 is also omitted. This embodiment has the advantage of being simplified and cheaper Execution. It can also be expedient to use the output signal of the controller 21 or of the quantity measuring device 8.22 to influence the secondary-side flow rate of the heat exchanger 3, by, for example, these signals in the sense of a feedforward feedforward to the circulation speed

digkeit im Sekundärkreislauf beeinflussenden Regler einwirken. Es ist auch z.B. möglich, anstatt einer Addition der Signale des Funktionsgebers 17 und des Reglers 36 im Additionsorgan 19, in an sich bekannter Weise eine Multiplikation dieser beiden Signale durchzuführen. Es ist auch möglich, eine derartige multiplikative Aufschaltung des Ausgangsignals des Reglers 36 unmittelbar mit dem Ausgangssignal des Neutronenflußmeßgerätes 10 durchzuführen. In diesem Falle wirkt sich eine Temperaturabweichung auch sofort auf den Regelkreis 10,14, 15, 8,9 aus.the regulator influencing the speed in the secondary circuit. It is also possible, for example, instead of one Addition of the signals from the function generator 17 and the controller 36 in the addition element 19, in a manner known per se Way to perform a multiplication of these two signals. It is also possible to have such a multiplicative connection of the output signal of the controller 36 directly to the output signal of the neutron flux measuring device 10 to perform. In this case, there is a temperature deviation immediately on the control circuit 10, 14, 15, 8, 9.

Claims

Patent claims:

1. Process for operating a nuclear reactor with a function of the outlet temperature of the coolant variable coolant flow rate, characterized in that the Coolant throughput additionally from a value representing the current output of the reactor Size or influenced by the setpoint of the power supplied to the control rod control will.

2. Nuclear reactor for performing the method according to claim 1 with a coolant throughput depending on the control device influencing the outlet temperature of the coolant, characterized in that the setpoint of the coolant throughput for this control device (21) is fed to an adder (19) which receives the signal from a controller (36), which the measuring signal of a arranged at the outlet from the reactor in the coolant flow Temperature sensor (30) with a temperature setpoint (34) compares, and the signal of a Function generator (17), which either the respective power output of the reactor or the Provides a signal representing the nominal value of the power, added.

3. Nuclear reactor according to claim 2, characterized in that the control device (21) additionally the measuring signal of a measuring element (7,22) measuring the circulation speed is also supplied will.

4. Nuclear reactor according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the operating variable, the neutron flux, which represents the instantaneous output of the reactor is in the reactor.

5. Nuclear reactor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the signal of the temperature sensor is fed to a safety device (40), which when exceeded an adjustable limit value for the temperature in addition to the coolant flow rate influences the control rod control.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1104 630;
Swiss Patent No. 349 007.

1 sheet of drawings