DE1225780B - Vorrichtung zum Veraendern bzw. Regeln der Zusammensetzung einer aus zwei Komponenten zusammengesetzten Moderatorfluessigkeit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1225 780

Aktenzeichen: U 9545 VIII c/21 g

Anmeldetag: 30. Januar 1963

Auslegetag: 29. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verändern bzw. Regeln der Zusammensetzung einer aus zwei Komponenten zusammengesetzten Moderatorflüssigkeit, welche in einem Kreislauf durch den Reaktorkern geführt ist, die es gestattet, ein bestimmtes Volumen der umlaufenden Moderatorflüssigkeit zu entnehmen und durch eine Moderatorflüssigkeit mit einem anderen Moderierungsvermögen zu ersetzen.

Einer der Reaktoren, für den diese Bedingung gilt, ist ein Druckwasserreaktor, bei welchem ein Teil der nuklearen Steuerung durch Anwendung des sogenannten Spektralverschiebungsprinzips erfolgt, d. h. durch Ändern der Eigenschaften des Moderators, derart, daß das Spektrum der Neutronenenergien im Reaktor sich in dem Sinne verschiebt, daß sich eine gewünschte Reaktivitätsänderung ergibt. Durch die deutsche Auslegeschrift 1065 949 ist ein Reaktor bekanntgeworden, der durch Veränderung der Zusammensetzung eines Wassermoderators, der Schwer- und Leichtwasser enthält, gesteuert wird.

Die Anwendung dieses Prinzips bei Druckwasserreaktoren, wie es bisher vorgeschlagen worden ist, bedeutet, daß als Anfangscharge eines Kühlmittel-Moderator-Gemisches (im nachstehenden der Einfachheit halber »Kühlmittel-Moderator« genannt) ein Gemisch von Schwerwasser und Leichtwasser verwendet wird, dessen Zusammensetzung progressiv verändert werden kann, um die Kernreaktivität zu verändern, wobei die Gesamtmenge von Flüssigkeit in der Strömung des geschlossenen Kreislaufes jederzeit konstant bleibt. Schwierigkeiten entstehen jedoch bei der Schaffung eines geeigneten Extraktions- oder Subtraktions-Injektionszyklus des Betriebes für einen Flüssigkeitsstrom von geschlossenem Kreislauf, der unter Druck und bei hoher Temperatur arbeitet, wenn die Gefahr von »Unfalk-Bedingungen auf ein Minimum herabzusetzen ist. Unfallbedingungen könnten z. B. dann auftreten, wenn eine ungeregelte Überschußmenge von Leichtwasser in den Reaktor-Kühlmittel-Moderatorstrom in einem Stadium der Lebensdauer des Kerns eintreten könnte, wo die Überschuß-Reaktivität durch den Schwerwasser-Bestandteil des Kühlmittel-Moderators gesteuert werden würde, oder dann, wenn bei einem Reaktor, der für den Betrieb mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität geregelt wird, die Flüssigkeit in den Kreislauf bei einer Temperatur unterhalb derjenigen des Hauptkühlmittelkreislaufs eingeführt würde. Darüber hinaus könnte ein Unfall eintreten, wenn das Zufügen und Herausnehmen von Moderator auf solche Weise erfolgen würde, daß eine Druckänderung entweder in Vorrichtung zum Verändern bzw. Regem der
Zusammensetzung einer aus zwei Komponenten
zusammengesetzten Moderatorflüssigkeit

Anmelder:

Societe Anglo-Belge Vulcain S. A., Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Eiserner Str. 227 .

Als Erfinder benannt:

Alan Alfred Cooper, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 1. Februar 1962 (3975),
vom 7. Februar 1962 (4794)

einem positiven oder in einem negativen Sinne in dem Geschlossenkreislauf auftreten würde, z. B. dadurch, daß das zugefügte Flüssigkeitsvolumen nicht gleich dem entnommenen ist.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß zwei gleiche Volumina aufweisende Behälter vorhanden sind, die mit Hilfe geeigneter Leitungen und in diesen angeordneter Ventile mit dem Kreislauf, dem Vorratsbehälter für die zuzugebende Komponente und einem Flüssigkeitsablaß verbunden sind, in einer Weise, daß der eine Behälter die Menge der zuzugebenden Flüssigkeitskomponente aufnimmt und der andere Behälter gleichzeitig zur Aufnahme der abzuführenden gleich großen Menge an Moderatorflüssigkeit dient.

Die beiden Behälter können durch eine Leitung an ihren oberen Enden miteinander verbunden werden und durch ein inertes Gas so unter Druck gesetzt werden, daß die Entnahme der Flüssigkeit aus dem Kreislauf in den einen Behälter hinein von einer Verdrängung von Gas aus diesem Behälter in den anderen und dementsprechend der Zugabe von Flüssigkeit aus dem anderen Behälter in den Kreislauf hinein begleitet ist. Die beiden Behälter können in einer Umgehungsschleife parallel zum Kreislauf liegen, und die Leitung, welche die oberen Enden der Behälter miteinander verbindet, kann ein Drosselventil aufweisen,

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durch welches der Strömungswiderstand der Umgehungsschleife eingeregelt werden kann.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Druckwasserreaktorkreislauf, bei dem der Kühlmittel-Moderator aus einem Gemisch von Leichtwasser und Schwerwasser zusammengesetzt ist,' mit einer Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des Moderators,

F i g. 2 eine Alternativ-Ausführungsform der Vorrichtung zum Regem der Zusammensetzung des Moderators.

Gemäß F i g. 1 ist ein Druckwasser-Kernreaktor 1 mit einem Kühlmittel-Moderator-Kreislauf 2 versehen, der einen Wärmeaustauscher 3 aufweist, durch welchen der Kühlmittel-Moderator in der gezeigten Richtung durch eine Pumpe 4 in Umlauf versetzt wird. Um die Reinheit des Kühlmittel-Moderators zu erhalten, wird ein Hilfskreislauf durch ein Rohr 5 mit dem Hauptkreislauf verbunden, welcher einen Druckminderer 6, einen Wärmeaustauscher 7 mit Einlaß- und Auslaßventilen 7 α, 7 b, Ionen-Tauscherkolonnen und Filter 8 aufweist, die in Reihe liegen, durch welche ein Teil des Kühlmittel-Moderators geleitet wird. Eine Pumpe 16 und ein Trimmerhitzer 17 sind vorgesehen, um den Druck und die Temperatur des gereinigten Kühlmittel-Moderators einzuregeln, bevor er nach dem Hauptkreislauf zurückgeführt wird, und zwar durch ein Einwegventil 18 und ein Rohr 19.

Die Temperaturregelung des Hauptkreiskühlmittels wird durch eine Vorrichtung 17 a wahrgenommen, welche wiederum den Ausgang des Erhitzers steuert, um die Temperatur des Strömungsmittels im Rohr 19 gleich derjenigen im Hauptkreislauf zu halten. Zur Veränderung der Moderatorzusammensetzung ist eine Vorrichtung erforderlich, die von Zeit zu Zeit eine vorbestimmte Menge Kühlmittel-Moderator aus dem Kreisstroin herauszieht und durch eine gleiche Menge von Verdünnungsmittel ersetzt, was bewirkt, daß die Moderierungseigenschaften des Strömungsmittels abgeändert, aber gleichzeitig die Gesamtmenge an Kühlmittel-Moderator im Hauptkreislauf konstant gehalten wird.

Zu diesem Zwecke wird in dem gezeigten Schema die gereinigte Kühlmittel-Moderator-Mischung von der Auslaßöffnung der Filter 8 her durch einen der beiden Auslaßverzweigungen9a oder 9 b geschickt, und zwar je nach der Einstellung der Ventile 10 α und 10Z), um in die geeignete Kammer 11 oder 12 ein- und von dort durch das geeignete Auslaßrohr 13 a oder 13 b auszutreten, in welchem sich die Ventile 14 α und 14 & befinden. Ebenfalls in Verbindung mit den Kammern 11 und 12 sind Rohrverbindungen 20, 21, die mit einer Einspritzflüssigkeitslieferquelle 20 α bzw. einem Abfluß 21a verbunden sind, um die Kammern 11 und 12 zu füllen und zu entleeren, sowie ein Rohr 22 für das Einführen oder Ablassen eines geeigneten Gasmantels in eine ausgewählte der Kammern 11 oder 12. Ein Rohr 23 verbindet die Stromabwärtsseite der Ventile 14 a, 14 & mit der Einlaßseite der Pumpe 16.

Während des Normalbetriebs des Reaktor-Kühl¹ mittel-Moderator-Kreislaufes wird ein Teil des Realctor-Kühlmittel-Moderators kontinuierlich durch den im vorstehenden beschriebenen Kreis hindurchgeleitet, und zwar mittels der einen oder der anderen der Kammern 11 oder 12. Wenn also die Kammer 12 ausgewählt ist, um als Einspritzkammer zu· dienen, dann sind die Ventile 10 a und 14 a geschlossen und die Ventile 10 & und 14 b. geöffnet. Kühlmittel-Moderator-Flüssigkeit in der Reinigungsschleife strömt dann durch die Kammer 11. Unter diesen Bedingungen wird die Kammer 12, die von gereinigtem Kühlmittel-Moderator entleert worden ist, der in einem vorhergehenden Zyklus entzogen worden ist, über das Rohr 20 mit der Flüssigkeit gefüllt, welche in den

ίο Hauptkreis 2 eingeführt werden soll, während ein inerter Gasmantel in der Kammer 12 über ein Rohr 22 abziehen kann.

Temperatur und Druck dieses Strömungsmittels können nun, falls dies noch nicht erfolgt ist, in geeigneter Weise eingeregelt werden, um der Strömung durch die Kammer 11 zu entsprechen.

Die Ventile 10 b und 14 b sind nun geschlossen, wodurch die gereinigte Kühlmittel-Moderatorflüssigkeit in der Kammer 11 getrennt wird, und die Ventile 10 α und 14 a sind offen, wodurch die Strömung durch die Kammer 12 umgeleitet und das Beschickungsströmungsmittel in den Strömungsstrom eingeführt wird, von wo es in den Hauptkreis 2 geführt wird. Die Kammer 11 wird nun über die Auslaßleitung 13 b geleert und ein inertes Gas der Kammer über die Rohrverbindung 20 zugeführt. Die Kammer 11 ist nun bereit; um mit der Einspritzflüssigkeit versehen zu werden, Der Einspritz-Extraktions-Zyklus kann dann, wenn erforderlich, wiederholt werden, indem die Kammer 12 für die Extraktion und die Kammer 11 für das Einspritzen verwendet werden usw.

Es ist ersichtlich, daß dadurch, daß der Einspritz-Extraktions-Prozeß so eingerichtet wird, daß er an einem Punkte im Kreislauf bewirkt wird, an welchem der Druck und die Temperatur niedrig sind, und durch ein System von feststehendem Fassungsvermögen, die Möglichkeit eines Kaltwasser- oder Leichtwasserunfalls auf ein Minimum herabgesetzt ist. Des weiteren kann zu jeder Zeit während des Einspritzzyklus die Stellung der Ventile 10 a und 10 b, 14 a und 14 b umgekehrt werden, wodurch die Lieferung von Verdünnungsmittel abgeschnitten wird und der Strom nach dem anderen Teil des Kreislaufs umgekehrt wird, welcher zu dieser Zeit immer noch das ursprüngliche Kühlmittel-Moderator-Gemisch enthält.

Gemäß F i g. 2 wird ein Kernreaktor 1 durch Druckwasser gekühlt und moderiert, welches in einem geschlossenen Hauptkreislauf 2 zirkuliert, der einen Wärmetauscher 3 und eine Pumpe 4 aufweist. Ventile 25 a, 256 sind an den Einlaß- und Auslaßseiten des Reaktors 24 vorgesehen. Der Druckwasser-Kühlmittel-Moderator kann ein Gemisch von Leicht- und Schwerwasser aufweisen, und der Reaktor kann für die Steuerung durch Variieren der Anteile dieser Bestandteile gemäß der Reaktivität des Reaktorkerns eingerichtet sein. Alternativ kann es erforderlich sein, ein lösliches (Neutronen-) »Gift« in den Hauptkreiszylinder einzuspritzen, um eine Notabschaltung des Reaktors zu bewirken. In beiden Fällen ist es, um den Druck und die Gesamtmenge der Flüssigkeit in dem Hauptkreislauf konstant zu halten, notwendig, eine gleichwertige Menge Flüssigkeit herauszuziehen oder zu extrahieren, wenn eine andere Flüssigkeit gleichzeitig eingespritzt wird. Im folgenden soll die Flüssigkeit, welche zugefügt wird, mit »Einspritzflüssigkeit« bezeichnet werden, während die Flüssigkeit, welche herausgezogen wird, als Extraktionsflüssigkeit bezeichnet werden soll.

In Stromaufwärts- und Stromabwärtsrichtung vorgesehene Anzapfstellen in dem Hauptkreislauf 2 sind so angeordnet, daß sie über Rohre 28 und 29 mit zwei Kammern 30 und 31 unter der Steuerung von Ventilen 28a und 29 a in Verbindung stehen. Die Kammern 30 und 31 können so angeordnet sein, daß sie über eine Rohrleitung 32 mit einem Ventil 32 a untereinander in Verbindung stehen bzw. kommunizieren. Eine Druckgaslieferquelle 33 kann mit jeder der Kammern 30 oder 31 über Rohre 34,35 mit Ventilen 34 α, ίο 35 a in Verbindung gebracht werden. Die Stromaufwärtskammer 30 hat eine Auslaßverbindung 36 zum Wegnehmen der Extraktionsflüssigkeit von dieser unter der Steuerung eines Ventils 36 a, während die Stromabwärtskammer 31 eine Einlaßverbindung 37 ts zum Beschicken dieser Kammer mit Einspritzfiüssigkeit hat.

Die Kammer 30 hat Ein-Ventil-Verblockungen, die durch Hoch- und Niedrig-Niveau-BegrenzungsschalterSl und 52 bewirkt werden, und die Kammer 31 hat ähnliche Schalter 53 und 54. Die Schalter 51 und 54 sind so angeordnet, daß sie die Ventile 28 α und 29 a schließen, wenn der entsprechende hohe Pegel Ll in der Kammer 30 und niedrige Pegel L 4 in der Kammer 31 erreicht ist. Die Schalter 52 und 53 werden betätigt, wenn die Flüssigkeit in den Kammern die entsprechenden Pegel L 2 und L 3 erreicht, und bewirken ein Schließen der Ventile 36 a und 37 a.

Ein zweites Verblockungssystem für die Ventile 28 a, 29 a ist so konstruiert, daß es verhindert, daß flüssiger Moderator aus dem Hauptkreis in die Abteilungen 30, 31 ausströmt, wenn die Ventile unabsichtlich geöffnet sind, während ein Druckabfall zwischen dem Kreislauf und den Abteilungen in dem entsprechenden Sinne stattgefunden hat. Eine derartige Verblockung für das Ventil 28 a ist durch Druckfühler 39,40 im Rohr 28 an jeder Seite des Ventils 28a vorgesehen, dessen Ausgänge einer Steuereinrichtung 41 für das Ventil 28 α zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 41 verhindert es, daß das Ventil sich öffnet, wenn nicht die Drücke auf beiden Seiten des Ventils 28 α gleich oder beinahe gleich sind.

Für das Anzapf rohr 29 ist ein Einwegventil 42 ausreichend, um ein Ausströmen von Moderator aus dem Kreislauf zu verhindern.

"~ Unter normalen Reaktorbetriebsbedingungen werden beide Ventile 28 a, 29 α geschlossen gehalten, und unter Druck befindliche Kühlmittel-Moderator-Flüssigkeit wird durch die Pumpe 4 in dem Kreislauf in Umlauf gebracht, wobei sie durch den Reaktor 1 und Wärmeaustauscher 3 strömt. Die Stromabwärts-Kammer 31 wird mit der erforderlichen Menge Einspritzflüssigkeit dadurch beschickt, daß das Ventil 37 a geöffnet und die Flüssigkeit durch das Rohr 37 bis zum Pegel L 3 geliefert wird, wo der Begrenzungsschalter 53 in Betrieb tritt und das Ventil 37 a schließt.

Die Ventile 34 a, 35 a und 32 a werden als nächste geöffnet und die Kammer 30, das Rohr 32 und das übrige Volumen der Kammer 31 werden dann mit einem derartigen Volumen von inertem Gas beschickt, daß bei einem Druck, der dem Druck im Hauptkreis 2 entspricht, das Gasvolumen gleich dem Volumen der Ersatzflüssigkeit durch Pumpen in einem inerten Gas von der Lieferquelle 33 durch die Rohre 34 und 35 ist, wobei das Ventil 36 a während des Betriebs geschlossen ist. Die Ventile 34 a, 35 a werden dann geschlossen. Die Kammer 30 enthält Flüssigkeit bis zu dem Niveau L 2 von dem vorhergehenden Zyklus und verhindert es zusammen mit dem Ventil 28 α, daß Gas in den Hauptkreis eintritt.

Wenn das Einspritzen der Flüssigkeit in der Kam-.mer 31 in den Kreislauf 2 und das gleichzeitige Extrahieren einer entsprechenden Menge von Flüssigkeit aus dem Kreislauf erforderlich ist, so werden beide Ventile 28 α, 29 α geöffnet, und, vorausgesetzt daß zwischen den Stromaufwärts- und Stromabwärts-Anzapfpunkten an dem Hauptkreis ein Druckabfall besteht oder geschaffen wird, tritt die Kühlmittel-Moderator-Flüssigkeit in die Extraktionskammer 30 über das Rohr 28 ein und verschiebt so das Gas darin durch die Rohrleitung 32. Der folgende Druckanstieg in der Kammer 31 bewirkt das Einspritzen der Flüssigkeit, die in dieser enthalten ist, durch das Rohr 29 in den Kreislauf 2. Der Flüssigkeitspegel in der Kammer 30 steigt an und derjenige in der Kammer 31 fällt und betätigt so die Begrenzungsschalter 51 und 54, wenn die PegelLl und L4 erreichen. Die Ventile 29 a, 28 a schließen sich in Ansprecherwiderung auf diese Schalttätigkeit. Die in der Kammer 30 eingefangene Flüssigkeit wird dann über das Rohr 36 in die Speicherung gepumpt, wobei das Ventil 36 a geöffnet ist.

Das im vorstehenden beschriebene System kann zusätzlich der Druckerzeugung im Hauptkreislauf dienen, da zu jeder Zeit eine oder mehr Kammern mit dem Hauptkreis verbunden werden kann und der Gasmantel im Druck eingeregelt werden kann.

Bei dem gezeigten Beispiel kann ein geeigneter Druckunterschied zwischen den Anzapf punkten durch Betätigung einer Pumpe 38 eingeführt werden. Alternativ kann jedoch der Druckabfall entweder durch Anordnen eines Ventils in den Hauptkreis oder durch Abnehmen der Anzapfstellen an Punkten des Hauptkreises über einen bestehenden Druckabfall im Kreislauf, wie beispielsweise demjenigen, der durch die Ventile 25 α, 25 b, den Reaktor 1 oder Wärmetauscher 3 erzeugt ist, hergestellt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verändern bzw. Regeln der Zusamensetzung einer aus zwei Komponenten zusammengesetzten Moderatorflüssigkeit, welche in einem Kreislauf durch den Reaktorkern geführt ist, die es gestattet, ein bestimmtes Volumen der umlaufenden Moderatorflüssigkeit zu entnehmen und durch eine Moderatorflüssigkeit mit einem anderenModerierungsvermögenzu ersetzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche Volumina aufweisende Behälter vorhanden sind, die mit Hilfe geeigneter Leitungen und in diesen angeordneter Ventile mit dem Kreislauf, dem Vorratsbehälter für die zuzugebende Komponente und einem Flüssigkeitsablaß verbunden sind, in einer Weise, daß der eine Behälter die Menge der zuzugebenden Flüssigkeitskomponente aufnimmt und der andere Behälter gleichzeitig zur Aufnahme der abzuführenden gleich großen Menge an Moderatorflüssigkeit dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behälter durch eine Leitung an ihren oberen Enden miteinander verbunden sind und durch ein inertes Gas so unter Druck gesetzt werden, daß die Entnahme der Flüssigkeit aus dem Kreislauf in den einen Behälter hinein von einer Verdrängung von Gas aus

diesem Behälter in den anderen und dementsprechend der Zugabe von Flüssigkeit aus dem anderen Behälter in den Kreislauf hinein begleitet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behälter in einer Umgehungsschleife parallel zum Kreislauf liegen und daß die Leitung, welche die oberen Enden

der Behälter miteinander verbindet, ein Drosselventil aufweist, durch welches der Strömungswiderstand der Umgehungsschleife einregelbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 949; französische Patentschrift Nr. 1184 886; USA.-Patentschriften Nr. 2 917 444, 2 989 454.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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