FI82994B - Vaetskekyld kaernreaktor, speciellt kokvattenreaktor. - Google Patents

Description

1 82994

Nestejäähdytteinen ydinreaktori, erikoisesti kiehuntavesi-reaktori

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukaista nestejäähdytteistä ydinreaktoria, erikoisesti kiehuntavesireaktoria.

Tällainen ydinreaktori tunnetaan julkaisusta FR-A-1 299 400. Sen ytimen lämpöä kehittävät elementtiryhmät muodostavat ydinsoluja, joita peltikuilut ympäröivät.

10 Tällaisilla ydinsolujen muotoon sovitetuilla läm pöä luovuttavat elementit käsittävillä peltikuiluilla on muun muassa se etu, että ne tukevat lämpöä luovuttavat elementit hyvin poikittaisvoimia vastaan ja voimistivat kamiinavaikutuksen avulla jäähdytysainevirtausta alhaalta 15 ylös. Tunnetuissa ydinreaktoreissa säätösauvojen absorp-tiolevyt on tosin järjestetty peltikuilujen ulkopuolelle; ne ohjataan ylemmän ja alemman ydinristikkolevyn rakojen sisäpuolelle niiden pituussuunnassa.

Keksinnön tarkoituksena on, lähtien liikkeelle pa-20 tenttivaatimuksen 1 johdannon määrittelemästä nestejääh-dytteisestä ydinreaktorista, saada aikaa säätösauvojen parempi ohjaus ja tuenta tunnettuihin ydinreaktoreihin verrattuna.

Keksinnön mukaisesti tämä tehtävä ratkaistaan pa-25 tenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisilla tunnusmerkeillä. Edullisia suoritusmuotoja esitetään vaatimuksissa 2-6.

Keksinnöllä saavutettavat edut on nähtävissä ennen kaikkea siinä, että säätösauvat on ohjattu sekä niiden 30 sisääntyönnetyssä, että myös niiden ulostyönnetyssä tilassa ja väliasennoissa niiden koko pituudelta peltikuiluja vasten, minkä johdosta ydinreaktori on myös säätösauvojen järjestelyn suhteen erikoisen hyvin maanjäristystä kestävä. Säätösauvakäyttölaitteen integrointi peltikuiluihin 35 merkitsee myös pienempää rakennekorkeutta. Vähintään sää- 2 82994 tösauvojen pituudelta reaktoriytimeen ulottuvat peltikui-lut parantavat kamiinavaikutusta jäähdytysainevirtausta varten. Siten keksintö soveltuu erikoisesti kiehuntavesi-reaktoreihin, joissa on luonnollinen kiertokulku, vaikka-5 kin ydinrakenteen yksinkertaistamista voidaan käyttää edullisesti myös muissa nestejäähdytteisissä ydinreaktoreissa.

Patenttivaatimuksen 2 mukaisesti välilevyt toimivat säätösauvojen kanssa yhdessä ohjaimena, jolloin edullinen 10 konstruktio tätä varten on esitetty patenttivaatimuksessa 3. Erikoisen stabiili peltikuilujen tuenta toisiinsa saavutetaan patenttivaatimuksen 4 mukaisella rakenteella.

Patenttivaatimuksen 5 mukainen rakenne tarjoaa mahdollisuuden järjestää neljälle lämpöä luovuttavalle ele-15 mentille peltikuiluun yhteinen vedenerotin, mutta myös omat vedenerottimet kullekin elementille. Joka tapauksessa on varmistettu, että takaisinpäin virtaava vesi ei estä peltikuilussa ylöspäin kulkevaa jäähdytysnestevirtausta.

Keksinnön mukaisissa ydinreaktoreissa on tavalli-20 sesti monikulmainen ydinpoikkileikkaus. Perustana on tavallisesti neliö, niin että myös peltikuilun poikkileikkaus on neliö. Patenttivaatimuksen 6 mukaisella järjestelyllä helpotetaan tässä yhteydessä elementin vaihtoa uudelleenlatauksessa, koska vaihdettavia elementtejä ei 25 tarvitse enää siirrellä lämpöä kehittävien elementtien varastoaltaassa.

Keksinnön tarkemmaksi selvittämiseksi esitetään oheisen piirustuksen perusteella suoritusesimerkki. Siinä esittää kuvio 1 keksinnön mukaisesti ydinreaktoria pysty-30 suoraan leikattuna, kuvio 2 vastaavaa vaakasuoraa leikkausta, kun taas kuviossa 3 on esitetty perspektiiviku-vauksena ydinreaktorin osaa leikkauksina. Kuvioissa 4-7 on esitetty peltikuilun suoritusmahdollisuuksia. Kuvioissa 8 ja 9 on esitetty peltikuilujen tukemista toisiinsa ja li-35 säabsorptiomateriaalien sijoittamista. Kuviot 10 ja 11 esittävät vedenerottimien järjestämistä peltikuiluihin.

3 82994

Esitetty ydinreaktori on kiehuntavesireaktorina toimiva kuumareaktori, jonka terminen teho on n. 100 MW. Siinä on oleellisesti sylinterimäinen reaktoripainesäiliö 1, jonka läpimitta on n. 4 m ja korkeus kansilaipan ylä-5 reunaan noin 8 m. Painesäiliön 1 alemmalla alueella säi-liöakselin 3 lähellä on reaktoriydin 4, joka on kokoonpantu tunnetulla tavalla lämpöä kehittävistä elementeistä 5, joissa on aktiivipituus 1,85 m ja neliömäinen poikkileikkaus .

10 Ytimessä 4 tuotettu lämpö johdetaan reaktorijäähdy- tysaineella (vesi 200°C ja kyllästetty höyry 15 bar) kahdeksan lämmönvaihtimen kautta, jotka on järjestetty reak-toriytimen 4 yläpuolelle reaktoripainesäiliön 1 seinän läheisyyteen. Lämmönvaihtimet 6 on varustettu läpiviennin 15 7 kautta kahdella konsentrisella putkella tulojohtoineen 8 ja poistojohtoineen 9 sekundaarista jäähdytysainetta varten. Tämä on painevettä 18 bar ja 120 tai 160°.

Reaktoriydin 4 on alemmalla kannatinlevyllä 12. Sen sivuttäinen asema määräytyy ennen kaikkea tukilevyjen 13 20 ja 14 avulla, joita ei ole tarkemmin esitetty, ja jotka liittyvät kuviosta 2 näkyvään monikulmaiseen ytimen 4 ääriviivaan. Ääriviivan sisäpuolella on ydinpoikkileikkaus jaettu peltikuilulla 16, joilla on neliömäinen poikkileikkaus, jonka reunanpituus on n. 300 mm ja jotka sulkevat 25 sisäänsä ydinsolut 15, joissa kussakin on neljä lämpöä kehittävää elementtiä 5. Ainoastaan reaktioytimen 4 kulmissa ovat lämpöä kehittävien elementtien 11 paikat vapaat.

Lämpöä kehittävillä elementeillä 5 on myös neliö-30 mäinen poikkileikkaus ja ne ovat peltikuiluja 16 vasten olevilla ulkosivuillaan peltikuilujen 16 reunassa. Toiset sisäpuoliset sivut ovat välilevyjen 20 vieressä, jotka on asetettu peltikuiluihin 16. Välilevyt muodostavat ristin-muotoisen raon 21 säätösauvojen 22 ja käyttötankojen tai 35 käyttölaitteiden vastaanottamiseksi, joita ei ole esitetty.

4 82994

Ydinsoluihin 15 järjestetyt ja peltikuilujen 16 ym-päröimät ristirunuotoiset säätösauvat 22 on rakenteellisesti integroitu peltikuiluihin. Keskellä rakoa 21 on sylinteri 17, jossa liukuu säätösauvaan 22 liitetty paine-5 ainemäntä 18. Paineaineena toimii reaktorin jäähdytysvesi, joka asetetaan säiliössä 19 lämmönvaihtimien 6 välissä korkeampaan paineeseen. Painejohdot on jätetty pois selvä-piirteisyyden vuoksi.

Kuvioissa 4-7 on esitetty erilaisia mahdollisuuksia 10 välilevyjen 20 järjestämiseksi, jotka on seuraavassa eroteltu kirjaimin. Kuviossa 4 on välilevyt 20a muodostettu säännöllisesti koko ympärykseen neliömäisenä kotelona pyöristetyin kulmin 23. Kulmien 23 pyöristyssäde r on valittu siten, että se saa aikaan pyöristyssäteellä R peltikui-15 lujen 16 kulmiin 24 mahdollisimman suljetun tilan. Koteloiden 20a neliömäisen poikkileikkauksen reunanpituus on 140 mm, kun taas peltikuilujen 16 ulkoreunan pituus on noin 300 mm.

Kuvion 5 mukaisessa suoritusesimerkissä on pelti-20 kuilu 16 keskialueelta 25:n kohdalta vedetty sisäänpäin. Siihen on kiinnitetty massiivinen liitoskappale 26 ruuvilla 27, joka ulottuu kahdella sarvenmuotoisella ulokkeella 28 yhden peltikuilun 16 keskustaan. Ulokkeisiin on hitsattu kulmakappaleet välilevyinä 20b, jotka erotta-25 vat lämpöä kehittäviä elementtejä 5 varten tarkoitetun neliömäisen poikkileikkauksen keskisestä ristinmuotoisesta välitilasta 21.

Kuvion 6 mukaisessa suoritusesimerkissä on suorakulmaiset välilevyt 20c tehty jonkin verran pitemmillä 30 kyljillä. Kylkien vapaat päät 29 työntyvät tylpästi peltikuilun 16 sisäpuoleen niin, että siellä ei ole ainoastaan kiinnittäminen esimerkiksi hitsaamalla tai juottamalla vaan myös paikallisesti liittämällä mahdollista.

Kuvion 7 mukaisessa suoritusesimerkissä on kulmat 35 20d varustettu kyljistään käännetyillä huulilla 30 ja 31.

I f 5 82994 Nämä voidaan liittää toisiinsa ja peltikuiluun 16 ja kiinnittää samanaikaisella hitsausvaiheella pistehitsaamalla.

Peltikuilut 16 samoin kuin välilevyt 20 muodostuvat reaktioytimen 4 alueella, siis osana 32 suojalevyn 13 ala-5 puolella, zirkoniseoksesta. Sen yläpuolella oleva osa 33 voi sitävastoin olla valmistettu ruostumattomasta teräksestä.

Kuviossa 8 on nähtävissä, että peltikuilut 16 on varustettu kulmistaan 24 kulmakappaleilla 35, jotka muo-10 dostavat ulokkeet jalaksina viereisten peltikuilujen 16 molemmin puolin. Viereisten peltikuilujen 16 väli a on noin 10 mm. Välitilaan 36 voidaan asettaa ydinfysikaalis-ten tarpeiden mukaan esimerkiksi absorptiolaite, erityinen hidastin t.m.s., joka asetetaan levyjen 37 muodossa. Ellei 15 tällaista levyä tarvita, voidaan välitila 36 myös tehdä erittäin pieneksi, jotta ytimessä 4 olisi vähemmän mode-roivaa vettä.

Kuvion 9 mukaisessa suoritusesimerkissä on pelti-kuilut 16 tuettu toisiinsa litteillä, erikoisesti viistoi-20 tetuilla jalaksilla 38, jotka on sijoitettu kuilunseinien keskelle. Sen vuoksi jää vapaa välitila 40 ristipoikki-leikkauksen kanssa viereisten peltikuilujen 16 kulmien 24 alueelle. Ristinmuotoiseen välitilaan 40 peltikuilujen 16 välillä on asetettu ristinmuotoinen lisäabsorptiolaite 43. 25 Lisäabsorptiolaite voidaan tarvittaessa järjestää liikkuvaksi. Vähintään silloin on poisvetäminen mahdollista, kun ytimessä on tapahtunut vastaava reaktiviteettipurkaus.

Kuvion 10 mukainen kuvaus esittää lyhennetysti piirrettyä peltikuilua 16 pystysuorana leikkauksena, niin 30 että alempaan päähän on järjestetty lämpöä kehittävät elementit 5. Niissä on niin paljon välystä peltikuilun 16 ja välilevyjen 20 välissä, että niitä voidaan liikuttaa kuor-mauskoneella poistamatta kuiluja 16 reaktiopainesäiliöstä. Kuilut 16 muodostavat vain kanavat 44 kullekin lämpöä ke-35 hittävälle elementille 5. Ainoastaan sisäänkäynti on jä- 6 82994 tettävä vapaaksi, jossa on vedenerotin 45, joka on tuettu kannatuslaipalla 46 peltikuilujen 16 yläpäässä. Jokaisessa lämpöä kehittävän elementin 5 ottavassa kanavassa 44 on erotin 45. Siinä on peltikuiluun 16 erottimien 45 alapuo-5 leen tehty aukko 48, joka toimii vedenpoistoaukkona. Erottimet 45 voivat esimerkiksi olla keskipakoerottimia.

Kuviossa 11 esitetyssä vaihtoehdossa on neljälle lämpöä kehittävälle elementille 5 peltikuilussa 16 järjestetty yksi yhteinen erotin 50. Sen poikkileikkaus on vähän 10 pienempi kuin peltikuilun 16 poikkileikkaus. Sen vuoksi juoksee erottimen 50 alapäästä tuleva vesi viisteen 51 yli peltikuilun 16 ulkopuolelle. Viisteen 51 pitää nousta erottimen 50 kanssa, jotta kanavat 44 kuviossa 3 lämpöä kehittävälle elementille 5 esitettyä vetämistä varten jää-15 vät vapaiksi.

Kun erottimet 45, 50 poistetaan tilan antamiseksi lämpöä kehittäville elementeille 5 niitä vaihdettaessa, voidaan esimerkiksi myös peltikuilujen 16 ylin osa poistaa, sillä sellainen jaottelu pituussuunnassa voi olla 20 tarkoituksenmukainen peltikuilujen 16 käsittelyssä ja niiden viemisessä suojaavaan vesialtaaseen.

Claims (6)

7 82994

1. Nestejäähdytteinen ydinreaktori, erikoisesti kiehuntavesireaktori, jossa on reaktoripainesäiliö (1) ja 5 siihen järjestetty reaktoriydin (4), joka koostuu lämpöä kehittävistä elemeneistä (5), jotka on ryhmitelty ydinso-luiksi (15) ja jotka ovat yhteistoiminnassa pystysuorassa suunnassa sovitettujen ja liikutettavien, absorptiomateri-aalia sisältävien säätösauvojen (22) ja niihin liittyvien 10 käyttölaitteiden (17,18) kanssa, jolloin kuhunkin ydin-soluun (15) on järjestetty peltikuilu (16), joka ulottuu reaktoriytimen (4) yläpuolelle, jolla on sama poikkileikkaus kuin ydinsolulla (15) ja joka muodostaa kanavat lämpöä kehittävien elementtien (5) sisään- ja ulosottamisek-15 si, tunnettu siitä, että kukin peltikuilu (16) ulottuu vähintään säätösauvan (22) pituudelta reaktoriytimen (4) yläpuolelle ja ympäröi säätösauvan (22) käyttölaitetta (17,18).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ydinreaktori, 20 jolloin peltikuilu (16) on jaettu välilevyillä (20) poikkileikkaukseltaan lämpöä kehittävien elementtien (5) suuruisiin osiin (44), jotka jakavat kuilupoikkileikkauksen osapoikkileikkauksiin, tunnettu siitä, että säätö-sauva (22) on johdettu välilevyjä (20) vasten.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen ydinreaktori, tunnettu siitä, että välilevyt (20) on muodostettu kulmakappaleeksi, joka on kiinnitetty sen kyljen vapaasta päästä peltikuiluun (16).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ydin-30 reaktori, tunnettu siitä, että peltikuilujen (16) ulkopuolelle on sovitettu liukukenkiä (38) kuiluseinämän keskelle ja/tai kulmaulokkeita (35), joilla peltikuilut (16) on tuettu toisiinsa ja ydinympärykseen (13,14).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen ydin-35 reaktori, tunnettu siitä, että peltikuilu (16) 8 82994 kannattaa vedenerotinta (45), ja että peltikuilussa (16) on aukko (48), jonka läpi erotettu vesi menee peltikuilun (16) ulkopuolelle.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen ydin-5 reaktori, jossa on monikulmainen ydinpoikkileikkaus, tunnettu siitä, että ydinpoikki leikkauksen kulmissa oleva lämpöä kehittävän elementin tila (11) jää vapaaksi . li 9 82994