NO128552B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å omforme kjerne-energi til mekanisk energi, samt anordning for fremgangsmåtens utførelse.

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte for å omforme kjerne-energi til mekanisk energi. Oppfinnelsen vedrorer også en anordning for utfdreise av denne fremgangsmåte.

Ifolge nå vanlige metoder utvinnes i reaktoren i et atomkraft-anlegg termisk energi som ved hjelp av et fluidum gjennom rør-ledninger transporteres til apparater som befinner seg utenfor reaktoren og i disse i forste hånd omformes til mekanisk energi, som derpå vanligvis overfores til elektrisk energi. Til forskjell fra dette skjer ved metoden ifolge oppfinnelsen omformningen av kjerne-energi til mekanisk energi ved at i en turbin hvis lede- og drivelententer i det minste delvis består av reaktorbrennstoff, gjennomføres kjernereaksjoner, idet et damp- eller gassformig arbeidsmedium fores gjennom kanaler som avgrenses av lede- og drivelementene, samt at den derved frigjorte kjerneenergi opptas av arbeidsmediet og under arbeids-mediets ekspansjon som derved blir praktisk talt isoterm, om-settes i kinetisk energi som overfores til drivelementene og bevirker rotasjon av disse.

Det fluidum som anvendes for energioverføringen bibringes på denne måte en ordnet stromning gjennom herfor tilpassede kanaler,

i hvilke stromningstapene har kunnet holdes meget lave, samtidig som hoy stromningshastighet og dermed god energioverforing kan opprettholdes. Dessuten oppnåes en forbedret virkningsgrad i forbindelse med energiomformningen ifolge oppfinnelsen.

Ved å utfore veggene i de kanaler som gassen eller damp ledes gjennom i turbinen, dvs. i forste rekke skovel-, ledeskinne-

eller munnstykkekanalene av reaktorbrennstoff, kan nemlig det nodvendige trykkfall i turbinene holdes meget lavt eftersom overforingen av energien fra atomkjernen til gassen kan foregå

i hele kanalens lengde. Dette medforer dessuten at gassens ekspansjon i kanalene skjer praktisk talt isotermt i stedet for isentropt slik det ellers ville ha vært tilfelle. Det er derfor mulig ifolge oppfinnelsen å utnytte det innen teknikken velkjente forhold at virkningsgraden for isoterm sirkelprosess er hoyere enn virkningsgraden for en isentrop sirkelprosess.

I det efterfolgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere under henvisning til tegningen som i fig. 1 og 2 skjematisk viser to utforelsesformer for omformning av kjerneenergi til mekanisk energi samt fig. 3 og 4 likeledes skjematisk viser en turbin ifolge oppfinnelsen sett henholdsvis i lengde- og tverrsnitt.

I fig. 1 betegner 1 en damp- eller gassturbin som ved hjelp

av en aksel 2 er mekanisk sammenkoblet med en elektrisk generator 5. Turbinen 1 og kompressoren 3 som kan være anordnet for kom-presjon i ett. eller, flere trinn og eventuelt med kjoling mellom trinnene, danner sammen mecfr ledningene 6 og. 7 en lukket sirkula-sjonsomkrets for det for turbinens drift nodvendige damp- eller

gassfluidum som i en varmeutveksler 8 av i og for seg kjent slag kjoles til passende tempertur for inngangen i kompressoren 3.

I turbinen 1 er i det minste en del av de elementer som danner damp- eller gasskanalene, dvs. fortrinnsvis skovel- og lede-skinneelementene helt eller delvis oppbygget av reaktorbrensel, hvorved når turbinen er i drift, dampen eller gassen tilfores energi som er frigjort ved kjernereaksjon, hvoretter en mer eller mindre fullstendig direkte omformning av kjerneenergi til mekanisk energi fåes i disse. Energiomformningen blir alt etter omstendighetene som nevnt mer eller mindre fullstendige. Det kan derfor være nbdvendig å la en storre eller mindre del termisk energi avledes fra systemet i varmeutveksleren 8 som fortrinnsvis har regulerbar kapasitet. Den termiske energi som fåes ut fra denne varmeutveksler kan da anvendes eksempelvis for oppvarmingsformål, eventuelt i forbindelse med desti-lering eller kraftfrembringelse.

Den mekaniske energi som utvinnes i turbinen 1 anvendes for via akslene 2 og 4 å drive dels kompressoren 3 og dels den elektriske generator 5.

For regulering av reaktorkapasiteten samt for ved starten å oppnå kritikalitet bor i det minste en del av brenselselementene være lett innforbare i og uttagbare fra sine stillinger. Dette gjelder i forste hånd de brenselselementer som er beregnet på ikke å rotere under drift, men kan eventuelt også være onskelig eller nodvendig for de roterbart anordnede brenselselementer. Det bor i denne forbindelse nevnes at anordningen foruten de brenselselementer som inngår i turbinen, eventuelt kan inneholde en reaktordel på vanlig måte anordnede brenselselementer i storre eller mindre grad.

For lettere å kunne regulere reaktorkapasiteten resp. oppnå kritikalitet kan man anvende en radialturbin av dobbelrotortype som i prinsippet er av konvensjonell utforelse, men har de to rotorhalvdeler innbyrdes aksialforskjovne. I fig..2 som skjematisk viser, en anordning av dette slag, betegner 11 turbinen som er utfort som en radialturbin. Hver turbinhalvdel er ved en aksel 12 mekanisk forbundet med en kompressor 13 som ved en aksel 14 igjen er mekanisk koblet til en elektrisk generator 15. Turbinen 11 og kompressorene 13 danner gjennom ledningene 16 og 17 to parallelle sirkulasjonskretser for det under turbinens drift sirkulerende damp- eller gassformede fluidum. Disse sirkulasjonskretser inneholder fortrinnsvis også en varmeutveksler 18.

I radialturbin av det angitte slag kan såvel skovlene som

de ring- og skiveelementer som bærer disse være helt eller delvis utfort av anriket uran eller fisjonerbart reaktorbrensel. Alternativt kan en indre av sådanne skovler og andre elementer bestående sone inneholde sådant brensel, idet tilsvarende deler i en ytre sone inneholder eller består av såkalt fertilt materiale, dvs. uran 238 eller torium. På tilsvarende måte kan i en aksialturbin skovel- og ledeskinneelementer i en nærmere turbinens innlopsside beliggende sone være oppbygget av eller inneholde fisjonerbart reaktorbrensel, idet tilsvarende deler i en nærmere turbinens utlopsside beliggende sone er oppbygget av eller inneholder fertilt materiale.

Det nodvendige fluidum for reaktordriften kan med fordel utgjores av tungtvann i damp- eller gassform. Det er derved mulig å gjore nytte av dette fluidums relativt lave neutron-innbremsning og derav folgende reduksjon av fra neutroninn-bremsningen stammende forringelse i neutronutskiftet.

Fig. 3 er et lengdesnitt etter linjen III-III i fig. 4 som igjen er et tverrsnitt etter linjen IV-IV i fig. 3. Anordningen ifolge disse figurer er forsynt med en radialturbin av dobbelrotortype, hvis to rotorhalvdeler 19, 20 bæres av aksler 21, 22 som går gjennom i rotorhuset 23, anordnede tetninger 24, 25 samt bæres av lagre 26, 27 og er anordnet for mekanisk å kobles sammen eksempelvis med hver sin på fig. 3 og 4 ikke viste kompressor og elektriske generator på den måte som er angitt for anordningene 12, 13, 14 og 15 i fig. 2. Hver rotorhalvdel er forsynt med et antall kransformig anordnede skovler 28, 29 som griper inn i hverandre på en sådan måte at skovlene i den ene av rotorhalvdelene 19, 20 utgjor ledeskinnene for den andre rotorhalvdel og omvendt. Damp- eller gassfluidet ledes inn gjennom akslene 21, 22 i sentralt anordnede tilforselskanaler og strommer radielt utad gjennom de av skovlene 28, 29 dannede kanaler samt avledes gjennom en ved husets 23 omkrets beliggende avlopsåpning 30der i likhet med tilforselskanalen er forbundet med de i fig. 3 og 4 ikke viste lukkede sirkulasjonskretser for damp-eller gassfluidet, i hvilket også på den måte som fremgår av fig. 2, kompressorene 13 og varmeutveksleren 18 er innkoblet. Den ene rotorhalvdel 19 samt tilhorende aksel 21 er ved hjelp av en motor 31 og mellom denne og akslen anordnede bevegelses-overforingsanordninger 32 aksialforskyvbar på en sådan måte at de to rotorhalvdelers skovelkranser 28, 29 helt eller delvis kan fores ut av inngrep med hverandre, hvorved fåes en regulering av den effektmengde som tas ut. Skovlene og eventuelt også ovrige deler av rotorhalvdelene og huset 32, består i storre eller mindre utstrekning av reaktorbrensel som derved på i og for seg kjent måte fortrinnsvis skålformet omsluttes av et for den mekaniske holdfasthet eventuelt nodvendig materiale som f.eks. titan, beryl e.l. Det er innlysende at også rotor-halvdelen 20og tilhorende aksel 22 kan være aksialforskyvbar på ovenfor delene 19 og 20 beskreven måte.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å omforme kjerneenergi til mekanisk energi, karakterisert ved at i en turbin hvis lede- og drivelementer i det minste delvis består av reaktorbrennstof f,- gjennomfores kjernereaksjoner, idet et damp- eller gassformig arbeidsmedium fores gjennom kanaler som avgrenses av lede- og drivelementene, samt at den derved frigjorte kjerneenergi opptas av arbeidsmediet og under arbeids-mediets ekspansjon som derved blir praktisk talt isoterm, om-settes i kinetisk energi som overfores til drivelementene og bevirker rotasjon av disse.

2.F remgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det for drift av turbinen anvendes tungtvann i damp- eller gassform.

3.A nordning for utovelse av fremgangsmåten ifolge et av kravene 1-2, karakterisert ved en med en reaktorsone (1, 11) forsynt damp- eller gassturbin, fortrinnsvis en radialturbin av Ljungstrom-typen, i hvilken i det minste en del av turbinelementene som danner damp- eller gasskanalene, i særdeleshet skovlene som danner lede- og drivelementene, inneholder eller består av reaktorbrennstoff og dermed tilhorer reaktorsonen.

4.A nordning som angitt i krav 3, hvorved turbinen utgjores av en radialturbin av Ljungstrom-typen, karakterisert ved at turbinens rotorhalvdeler er innbyrdes forskyvbare.

5.A nordning som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at bare en del av de turbinelementene som danner damp- eller gasskanalene, fortrinnsvis de nærmere turbinens innlopsside beliggende skovl- og ledeskinnelementer er oppbygget av eller inneholder anriket eller annet fisjonert reaktorbrensel.

6.A nordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at de nærmere turbinens utlopsside beliggende ^skovl-og ledeskinneelementer inneholder eller er oppbygget av fertilt materiale.