PL228040B1 - Sposób mieszania wody chłodzacej w obszarze szczeliny opadowej wokół komina reaktora jadrowego i komin reaktora jadrowego - Google Patents

Description

Dziedzina wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu mieszania wody chłodzącej w obszarze szczeliny op adowej wokół komina reaktora jądrowego i komin reaktora jądrowego.

Stan techniki

Fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny konwencjonalnego reaktora jądrowego z naturalnym obiegiem wrzącej wody. Pokazany na fig. 1, konwencjonalny typ reaktora jądrowego 100 z naturalnym obiegiem wrzącej wody (na przykład ekonomiczny uproszczony wrzący reaktor wodny (ESBWR)) wykorzystuje stosunkowo długi komin 108 między wylotem rdzenia 112 reaktora a wlotem separatora pary wodnej, w celu ustalenia, wzmocnienia i dostarczenia pary z naturalną cyrkulacją do góry do obszaru centralnego i przepływu 104 wody ku dołowi, w obszarze szczeliny opadowej 106 zbiornika ciśnieniowego 102 reaktora. W szczególności podawana woda chłodząca wchodzi do zbiornika ciśnieniowego 102 reaktora i miesza się z wodą obiegową oddzieloną od pary wodnej i pod działaniem siły ciężkości zaczyna się jej, przepływ 104 ku dołowi w obszar szczeliny opadowej 106. Występuje pewne domieszanie wody opuszczającej separatory pary i suszarki parowe. Obszar szczeliny opadowej 106 jest to przestrzeń pomiędzy zewnętrzną ścianą komina 108 a wewnętrzną ścianą zbiornika ciśnieniowego 102 reaktora. Komin 108 ma kształt geometryczny prostego walca obrotowego o stałym promieniu, o długości około 8,6 m, wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 102 reaktora, który ma około 27,6 metrów. Należy zauważyć, że wymiar ten jest podany jedynie dla zobrazowania skali, a nie w celu określenia rzeczywistej długości. Następnie, woda wypływa w kierunku na zewnątrz rdzenia 112 i przepływ powraca do rdzenia 112, z całkowitym odwróceniem przepływu w obszarze wlotowym 114 rdzenia. W oda przepływa pionowo do góry wskutek spadku jej gęstości powyżej rdzenia 112 w wyniku powstawania pary i przepływu wody w obszarze 106 szczeliny opadowej. Rdzeń paliwa rozszczepialnego wytwarzającego ciepło jest umieszczony powyżej obszaru wlotowego 114 rdzenia.

Zwykle, nie występują zakłócenia przepływu, gdy woda przepływa ku dołowi na zewnątrz komina 108. Komin 108 ma długość przepływu około 8,6 m i jest jednym z największych elementów wewnętrznych w reaktorze jądrowym 100. Chociaż komin 108 ma przegrody w celu zapewnienia przepływu mieszaniny pary i wody w kierunku pionowym, to nie istnieje żaden przepis dotyczący mieszania przepływu 104 wody na zewnątrz komina 108. Występują również nieznaczne straty tarcia w obrębie obszaru szczeliny opadowej 106. Poza tym nie występuje ani wzrost entalpii mieszaniny pary i wody w kominie 108, ani też zmiana entalpii wody płynącej w obszarze szczeliny opadowej 106.

Fig. 2 przedstawia ;widok przekroju poprzecznego konwencjonalnego komina reaktora jądrowego z naturalną cyrkulacją wrzącej wody. Jak to pokazano na fig. 2, powierzchnia zewnętrzna 110 komina 108 jest stosunkowo gładka. Z powodu względnej gładkości obszaru szczeliny opadowej 106 występuje brak wyrównanej temperatury wody w obszarze szczeliny opadowej 106. Wysokość komina 108 wynosząca 8,6 metra powoduje, że przepływ 104 w obszarze szczeliny opadowej 106 jest bardzo podobny do wodospadu tak, że występuje zwiększenie gradientu prędkości skierowanego w dół ze stosunkowo niewielkim mieszaniem w kierunku osiowym lub promieniowym. Brak wyrównanej temperatury wody powoduje w wyniku niejednorodne wytwarzanie energii w rdzeniu 112 reaktora.

Istota wynalazku

Według wynalazku, sposób mieszania wody chłodzącej w obszarze szczeliny opadowej wokół komina reaktora jądrowego, w którym wodę chłodzącą prowadzi się ku dołowi komina w obszarze szczeliny opadowej będącej pierścieniową przestrzenią wyznaczoną przez zbiornik ciśnieniowy reaktora i komin, charakteryzuje się tym, że przepływ wody prowadzony przez obszar szczeliny opadowej ku dołowi zaburza się w obrębie tej szczeliny opadowej zbiornika ciśnieniowego reaktora za pomocą tablicowego układu pierwszych występów, który to układ pierwszych występów obejmuje wiele rzędów pierwszych występów, a każdy rząd obejmuje pierwsze występy oddalone od siebie na obwodzie wokół zewnętrznej powierzchni komina.

Zaburzanie korzystnie obejmuje zakłócanie przepływu ku dołowi wody za pomocą płaskiej powierzchni układu pierwszych występów.

W szczególności, zaburza się przepływ za pomocą płaskiej powierzchni, która jest prostopadła do zewnętrznej powierzchni komina.

Zaburzanie może obejmować zakłócanie przepływu wody ku dołowi przez zakrzywione powierzchnie układu pierwszych występów.

PL 228 040 B1

Korzystnie także zaburzanie dokonuje się za pomocą pierwszych występów wystających na pierwszą długość do pierścieniowej przestrzeni, przy czym pierwsza długość wynosi od około 1% do około 15% odległości pomiędzy zewnętrzną powierzchnią komina i zbiornikiem ciśnieniowym reaktora.

W innym wariancie zaburzanie obejmuje mieszanie przepływu wody do dołu przez każdy pierwszy występ i wytwarzanie wielu mikro-stref mieszania.

W następnym wariancie zaburzanie obejmuje tworzenie falistego przepływu wody przez obszar szczeliny opadowej za pomocą pierwszych występów o zmieniającej się długości.

Korzystnie zaburzanie obejmuje rozrywanie przepływu wody ku dołowi za pomocą pierwszych występów każdego rzędu występów usytuowanych w jednej pionowej linii.

Zaburzanie można także dokonywać poprzez rozrywanie przepływu wody ku dołowi za pomocą pierwszych występów każdego rzędu, usytuowanych schodkowo w pionie.

Zaburzanie przepływu wody w dół korzystnie też obejmuje wytwarzanie falistego przepływu ku dołowi w obszarze szczeliny opadowej za pomocą wielu drugich występów, rozmieszczonych na wewnętrznej powierzchni ciśnieniowego zbiornika reaktora.

Według wynalazku komin reaktora jądrowego, zawierający wydrążony korpus z powierzchnią wewnętrzną i przeciwległą powierzchnią zewnętrzną i występy rozmieszczone na powierzchni zewnętrznej, charakteryzuje się tym, że zawiera tablicowy układ występów, rozmieszczonych na zewnętrznej powierzchni wydrążonego korpusu, przy czym układ występów obejmuje wiele rzędów pierwszych występów, z których każdy rząd obejmuje pierwsze występy oddalone od siebie na obwodzie wokół zewnętrznej powierzchni komina.

Układ występów każdego rzędu korzystnie jest usytuowany w jednej linii w pionie.

Układ występów korzystnie mają określoną długość i wysokość, przy czym długość jest prost opadła do zewnętrznej powierzchni wydrążonego korpusu i jest, równa lub większa od wysokości.

Układ występów każdego: rzędu może być rozmieszczony schodkowo.

Układ występów w każdym rzędzie korzystnie ma odstępy kątowe od około 10 stopni do około 45 stopni.

Występy mogą mieć wielokątny zarys.

Występy mogą być także w postaci łopatek i być usytuowane w nachylonym kątowo, schodk owym, przecinającym się wzorze.

Układ występów także może być usytuowany w co najmniej jednym przecinającym się wzorze lub wzorze kratownicy.

Korzystnie występy mają zmieniający się kształt.

W szczególnym wariancie występy mają różne długości i są rozmieszczone tak, że tworzą profil falisty.

Sposób według wynalazku poprawia mieszanie wody w obszarze szczeliny opadowej dla poprawy entalpii wlotowej rdzenia. Przerywanie przepływu według tego sposobu zapewnienia mikrostref mieszania (na przykład mieszania w kierunkach osiowych i/lub promieniowych) podczas przepływu wody chłodzącej ku dołowi w obszarze szczeliny opadowej reaktora z obiegiem naturalnym.

Komin przewidziany do realizacji tego sposobu stanowi modyfikacje kominów istniejących p oprzez nadanie nowego kształtu i funkcjonalności powierzchni obszaru szczeliny opadowej reaktora. Wynalazek jest szczególnie przeznaczony do stosowania w wodnym reaktorze jądrowym wrzącym z obiegiem naturalnym (na przykład ESBWR).

Krotki opis rysunków

Różne cechy i zalety nieograniczających przykładów wykonania wynikają w sposób bardziej widoczne z poniższego szczegółowego opisu, odniesionego do załączonego rysunku, na którym: fig. 1 jest przekrojem poprzecznym konwencjonalnego typu reaktora jądrowego z naturalnym obiegiem wrzącej wody; fig. 2 jest widokiem przekroju poprzecznego konwencjonalnego komina w reaktorze jądrowym z naturalnym obiegiem wrzącej wody; fig. 3 jest widokiem przekroju komina reaktora jądrowego według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 4 przedstawia widok z góry komina reaktora jądrowego według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 5 jest widokiem przekroju komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 6 stanowi widok przekroju komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 7 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 8 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 9 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nie4

PL 228 040 B1 ograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 10 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 11 jest przekrojem obszaru szczeliny opadowej z występami, zarówno na kominie reaktora jądrowego, jak i na zbiorniku ciśnieniowym reaktora, według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 12 stanowi wykres przedstawiający zwiększenie liczby Sherwooda w funkcji stopnia wypukłości występów; fig. 13 jest wykresem przedstawiającym współczynnik wzrostu współczynnika tarcia Fanninga w funkcji stopnia ;wypukłości występów.

Rysunek jest załączony jedynie w celach ilustracyjnych i nie powinien być interpretowany jako ograniczenie zakresu zastrzeżeń. Figury załączonego rysunku nie mogą być rozpatrywane jako wyk onane z zachowaniem skali, chyba że wyraźnie to zaznaczono. Dla przejrzystości, różne wymiary na figurach rysunku mogą być przedstawione z przesadą.

Opis przykładów wykonania

Należy rozumieć, że kiedy element lub warstwa jest określana jako „na” innym elemencie lub warstwie, „połączony z” innym elementem lub warstwą „przyłączony do” innego elementu lub warstwy lub „obejmujący” inny element lub warstwę, może on znajdować się bezpośrednio na, połączony z przyłączony do, lub obejmujący inne elementy lub warstwy lub mogą być obecne pośrednie elementy lub warstwy. Natomiast, gdy do elementu jest stosowane określenie „bezpośrednio na”, „bezpośrednio połączony do” lub „bezpośrednio sprzężony z” innym elementem lub warstwą, nie istnieją żadne elementy lub warstwy mające z nim związek pośredni. Do podobnych elementów w całym op isie odnoszą się te same odnośniki liczbowe. Stosowany tu termin „i/lub” obejmuje dowolne i wszystkie kombinacje jednego lub więcej powiązanych wyszczególnionych elementów.

Należy przyjąć, że jakkolwiek określenia „pierwszy”, „drugi”, „trzeci” itd. mogą być, stosowane do opisania różnych elementów, składników, obszarów warstw i/lub sekcji, te elementy, składniki, obszary, warstwy i/lub sekcje nie powinny być ograniczane przez te określenia. Określenia te są używane jedynie w celu odróżniania jednego elementu, składnika, obszaru, warstwy lub sekcji od innego obszaru, warstwy lub sekcji. Zatem, opisane poniżej pierwszy element, składnik, obszar, warstwa lub sekcja mogłyby być nazwane drugim elementem, składnikiem, obszarem, warstwą lub sekcją bez wychodzenia poza zakres poszczególnych przykładów wykonania.

Terminy odnoszące się do położenia przestrzennego {na przykład „poniżej”, „pod”, „dolny”, „ponad”, „górny”, i podobne) mogą być tu stosowany dla prostoty opisu powiązania jednego elementu lub cechy w stosunku do innego elementu {ów) lub cechy (cech), pokazanych na figurach rysunku. Należy rozumieć, że terminy odnoszące się do przestrzeni w zamierzeniu obejmują różne orientacje urządzenia podczas jego używania lub działania, dodatkowo do orientacji pokazanej na figurach. Na przykład; jeżeli urządzenie na figurach zostaje obrócone, te elementy opisane jako „pod” lub „poniżej” innych elementów lub cech byłyby wtedy zorientowane „powyżej” innych elementów lub cech. Tak więc, termin „poniżej” może obejmować orientacje zarówno powyżej, jak i poniżej. Urządzenie może być inaczej zorientowane (obrócone o 90 stopni, lub pozostając w innych orientacjach) i zastosowane tutaj deskryptory odnoszące się do przestrzeni zostają odpowiednio zinterpretowane.

Stosowana tu terminologia ima na celu jedynie opis różnych przykładów wykonania i nie ma na celu ograniczania zakresu przykładowych wykonań. Stosowane w niniejszym opisie formy liczby pojedynczej (angielskie rodzajniki: „a,” „an,” i „the”) w założeniu obejmować mają również formy liczby mnogiej, chyba że kontekst wyraźnie wskazuje inaczej. Dodatkowo jest zrozumiałe, że terminy „obejmuje”, „obejmujący”, „‘zawiera”, i/lub „zawierające”, gdy są stosowane w niniejszym; opisie, określają obecność przedstawionych cech, liczb całkowitych, etapów, operacji, elementów i/lub składników, lecz nie wykluczają obecności lub dodania jednej lub więcej innych cech, liczb całkowitych, etapów, operacji, elementów, składników, i/lub ich grup.

Przykłady wykonania są opisane tutaj w odniesieniu do przedstawień przekroju; poprzecznego, które ukazują schematycznie wyidealizowane realizacje (i struktury pośrednie) według przykładu wykonania. W związku z tym, należy oczekiwać możliwych odchyleń od przedstawionych kształtów, w wyniku, na przykład, zastosowanych technik wytwarzania i/lub tolerancji. Zatem, przykładów wykonania nie należy interpretować jako ograniczonych do kształtów tu pokazanych, ale istnieje równie możliwość odchyleń kształtu, które wynikają, na przykład, z procesu wytwarzania. Na przykład, zastosowany obszar przedstawiony jako prostokąt będzie, zazwyczaj, miał cechy zaokrąglenia lub zakrzywienia i/lub gradient koncentracji obszaru na jego brzegach, a nie zmiany binarne od stanu zastosowania do niezastosowania obszaru. Podobnie obszar zagrzebany utworzony przez implantację, mogą powodować implantację w obszarze pomiędzy obszarem zagrzebanym a powierzchnią, przez którą

PL 228 040 B1 odbywa się implantacja. Zatem, obszary przedstawione na rysunkach są z natury schematyczne a ich kształty nie mają na celu pokazania rzeczywistego kształtu obszaru elementu i nie mają na celu ogr aniczenia zakresu przykładowych realizacji.

Jeżeli nie zaznaczono inaczej, wszystkie użyte tu terminy (w tym terminy techniczne i naukowe) mają takie samo znaczenie, jak terminy powszechnie zrozumiałe dla zwykłego specjalisty w dziedzinie, do której przykład wykonania należy. Należy ponadto rozumieć, że terminy, w tym te zdefiniowane w powszechnie stosowanych] słownikach, powinny być interpretowane jako mające znaczenie, które jest zgodne z ich znaczeniem w kontekście odnośnej dziedziny i nie będą interpretowane w wyidealizowanym lub nadmiernie formalnym sensie, chyba że jest to wyraźnie zaznaczone w niniejszym opisie.

Mimo, że niektóre przykłady wykonania mogą być opisane w odniesieniu do ESBWR, to jest zrozumiałe, że takie przykłady wykonania mogą być użyteczne w innych rodzajach reaktorów z obiegiem naturalnym w warunkach przepływu dwufazowego, lub gdy obieg naturalny służy do usuwania ciepła.

W pierwszym przykładzie wykonania, poprawienie osiowego i promieniowego mieszania w systemie naturalnej cyrkulacji można uzyskać przez zmiany ha zewnętrznej powierzchni komina.

Opisywane w niniejszej publikacji konfiguracje powierzchni powodują w wyniku osiowe ,i promieniowe mieszanie, tak że warunki wlotowe rdzenia są jednakowe i ułatwiają wytwarzanie jednolitej mocy promieniowania w strefie cieplnej. Zewnętrzna powierzchnia komina i/lub wewnętrzna powierzchnia zbiornika ciśnieniowego reaktora może być zaopatrzona w elementy zaburzające przepływ. Może być łatwiejsze zmodyfikowanie zewnętrznej powierzchni komina, ponieważ zbiornik ciśnieniowy reaktora może być wykonany ze stosunkowo grubej stali węglowej z wyłożeniem ze stali nierdzewnej. Przykłady różnych wzorów do optymalizacji, mieszania promieniowego i/lub osiowego opisano poniżej.

W nieograniczającym przykładzie wykonania, na zewnętrznej powierzchni komina mogą znajdować się żebra poprawiające mieszanie (na przykład przez przerywanie przepływu w adiabatycznej sekcji reaktora naturalnego). Żebra mogą rozpraszać prędkość przepływu na boku komina. Kiedy odbywa się przepływ w dół, żebra pracują w sposób ciągły. Mieszanie można poprawić przez zastosowanie występów warstwy granicznej na zewnętrznej ścianie komina. Występy mogą mieć postać ściegów spawalniczych nakładanych w pewnych odstępach na zewnętrzną powierzchnię komina. Obecność występów wzdłuż zewnętrznej ściany komina powoduje rozpad cieplnych i hydrodynamicznych warstw granicznych wzdłuż ściany zewnętrznej, co w rezultacie doprowadza do bliższego kontaktu zimniejszej wody ze ścianą komina. W celu zoptymalizowania mieszania w zależności od stanu i przepływu szerokości kanału, odstępy mogą być zwiększane lub zmniejszane w kierunku poziomym i/lub pionowym.

W innym nieograniczającym przykładzie wykonania mogą być stosowane żebra rozmieszczone na zewnętrznej powierzchni komina dla poprawy mieszania. Żebra mogą być charakteryzowane rozmiarem wchodzącym w pole przepływu (na przykład długością), rozmiarem wzdłuż pola przepływu (na przykład wysokością) i odstępami między żebrami. Wymiary mogą być zoptymalizowane na podstawie wlotowych warunków przepływu do obszaru szczeliny opadowej i separacji między kominem a zbiornikiem ciśnieniowym reaktora. Na przykład, stosunek długości żebra do jego wysokości może być większy niż 1,2, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone. Stosunek długości żebra do odstępu między sąsiadującymi żebrami może być większy niż 2,5, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone. Rozkład kątowy żeber może być również dostosowany do dalszej poprawy mi eszania w obszarze szczeliny opadowej.

W innym nieograniczającym przykładzie wykonania mogą być stosowane żebra, rozciągające się na nieregularne długości do przepływu płynu w celu. utworzenia falistej powierzchni przepływu wzdłuż komina, dla poprawienia mieszania, zarówno osiowego, jak i promieniowego. Na przykład, żebra o dwóch różnych długościach mogą być ułożone w sposób naprzemienny, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone.

W innym nieograniczającym przykładzie wykonania, zewnętrzna powierzchnia komina jest zaopatrzona w żebro, które ma płaską i równą powierzchnię górną. Dolna powierzchnia żebra jest ustawiona pod kątem i jest nachylona w kierunku od dalszego końca żebra do zewnętrznej powierzchni komina tak, że przypomina trójkąt prostokątny o przyprostokątnej jako podstawie. W rezultacie, pod tymi żebrami nie gromadzą się niekondensujące się gazy (na przykład tlen, wodór) powstające z radiolizy wody, ponieważ siła wyporności hydrostatycznej przy słabych warunkach przepływu umożliwia przepływ gazu w górę. Ponadto płaska górna powierzchnia z następującą wiodącą krawędzią może

PL 228 040 B1 zapewnić lepsze mieszanie ze względu na różne stany prędkości. Odstępy pomiędzy żebrami mogą być optymalizowane w zależności od warunków przepływu i szerokości kanału przepływowego. Na przykład, stosunek długości żebra do jego wysokości może wynosić około 1, jednak przykłady wykonania nie są do tej wartości ograniczone. Stosunek odległości pomiędzy sąsiednimi żebrami do długości żebra może wynosić około 2, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone.

Położenie promieniowe i kierunek kątowy żeber mogą być skonfigurowane w taki sposób, że więcej ruchów poziomych występuje podczas pionowego spadku wody tak, że mogą być zmniejszone lub wyeliminowane zimne strugi (które zwykle występują w rozwiązaniach znanych).

W innej nieograniczającej realizacji, może być stosowany obszar rezerwowy, zwiększający zapas wody w dolnym obszarze szczeliny opadowej. Obszar rezerwowy umożliwia redukcję turbulencji w szczelinie opadowej i poprawę mieszania przed wejściem wody w komorę wlotową rdzenia. W szczególności ukształtowanie ściany komina może być modyfikowane w celu dostosowania do ścian wewnętrznych przegród kominowych (które są strukturami kwadratowymi umieszczonymi wewnątrz cylindrycznej struktury komina). W jednym przypadku, komin może być strukturą dwuczęściową. Dwuczęściowy komin może zapewnić pewne zalety dla konserwacji i wytwarzania.

W innym nieograniczającym wykonaniu, elementy zaburzające przepływ (na przykład żebra, łopatki) mogą być również umieszczone na wewnętrznej, ścianie zbiornika ciśnieniowego reaktora tak, że wystają do obszaru szczeliny opadowej. Elementy zaburzające przepływ mogą mieć podobne wymiary i odstępy jak elementy zaburzające przepływ na kominie. Gdy elementy zaburzające przepływ są rozmieszczone w sposób schodkowy, woda może przepływać przez obszar szczeliny opadowej wzdłuż falistej ścieżki przepływu.

W innym nieograniczającym wykonaniu, wydajność mieszania w obszarze szczeliny opadowej; może być zwiększona przez dodanie łopatek skręcających na zewnętrznej powierzchni komina. Łopatki mogą być skręcać się do dołu wzdłuż komina z wymaganym kątem podziałki i długości. Każda łopatka może mieć pożądaną geometrię, która może obejmować szerokość łopatki i wysokość kanału zawartego w całkowitej szerokości przekroju.

Poniżej, w odniesieniu do załączonych rysunków omówiono przykłady wykonania. Jest zrozumiałe, że różne przykłady wykonania omówione w niniejszym opisie mają jedynie charakter ilustracyjny i nie mają na celu ograniczenia. W takiej sytuacji, należy mieć ha uwadze, że różne wymiary, kompozycje, właściwości itp. jednego z przykładów odnoszą się również do innych przykładów, jeżeli nie jest to zakazane w oparciu o zasady opisane w niniejszym dokumencie.

Fig. 3 jest widokiem przekroju komina reaktora atomowego według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Jak to przedstawiono na fig. 3, komin 308 może mieć wydrążony korpus z powierzchnią wewnętrzną i przeciwległą powierzchnią zewnętrzną 310. Komin 308 może mieć postać walca, który jest otwarty na obu końcach. Komin 308 zawiera występy 320 i 322 na zewnętrznej powierzchni 310 komina 308. Występy 320 mają pierwszą długość od zewnętrznej powierzchni 310 komina 308, natomiast występy 322 mają drugą długość od zewnętrznej powierzchni 310 komina 308. Druga długość jest większa niż pierwsza długość. Na wysokości występy 320 i 322 są równoległe do podłużnego korpusu komina 308 i prostopadłe do ich długości. Na długości występy 320 i 322 są prostopadłe do zewnętrznej powierzchni 310 komina 308. Długość może być równa lub większa od wysokości, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone.

Jakkolwiek na fig. 3 pokazano, że komin 308 posiada występy zarówno 320, jak i 322, to jest zrozumiałe, że komin 308 może mieć tylko występy 320 lub tylko występy 322, tak że wszystkie występy mają tę samą długość od zewnętrznej powierzchni 310 komina 308. Alternatywnie, występy 320 i 322 mogą być rozmieszczone naprzemiennie, tworząc profil pofałdowany (jak to pokazano po prawej stronie komina 308 na fig. 3). W szczególności w regularnych odstępach mogą być rozmieszczone występy o dwóch, trzech lub więcej różnych długościach, aby uzyskać różne profile (na przykład profile faliste, profile piłozębne). Odstępy pomiędzy występami 320 i 322 mogą być regularne lub nieregularne: Odstępy pomiędzy występami 320 i 322 mogą być większe od długości, chociaż przykłady w ykonania nie są do nich ograniczone. Występy 320 i 322 mogą również tworzyć różne układy tablicowe, wzory i szablony widoczne w widoku komina 308 z boku. Dodatkowo, jakkolwiek występy 320 i 322 mają wielokątny kształt ich profilu, to jest zrozumiałe, że występy 320 oraz 322 mogą być strukturami wielokątnymi lub cylindrycznymi (na przykład, strukturami fajkowatymi) w widoku z przodu komina 308.

Fig. 4 przedstawia widok z góry komina reaktora jądrowego według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Jak widać na fig. 4, od zewnętrznej powierzchni 310 wydrążonego

PL 228 040 B1 korpusu komina 308 odchodzi promieniowo pewna liczba występów 320. Występy mogą być rozmieszczone w odstępach kątowych 330 od około 10 stopni do około 45 stopni.

Fig. 5 przedstawia widok przekroju komina reaktora atomowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Na fig. 5, komin 508 zawiera występy 520 i 522 na zewnętrznej powierzchni 510 komina 508. Występy 520 i 522 są strukturami zakrzywionymi, przy czym występy 520 są większe niż występy 522. Na przykład, występy 520 i/lub 522 mogą być częściowymi strukturami kulistymi (na przykład strukturami półkul istymi), jednak przykłady wykonania nie są do tego ograniczone. Rozmiar występów 520 może być również zwiększony tak, że sąsiadujące ze sobą występy 520 stykają się ze sobą. Ponadto, należy zaznaczyć, że odmiany i alternatywy omówi one w związku z fig. 3-4 mają zastosowanie również tutaj.

Fig. 6 stanowi widok przekroju komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Na fig. 6, komin 608 zaopatrzony jest w występy 620 i 622 na zewnętrznej powierzchni 610 komina 608. Występ 620 może mieć profil przypominający trójkąt prostokątny. W szczególności, występy 620 mają poziomą górną powierzchnię i ustawioną pod kątem powierzchnię dolną, która jest nachylona w dół aż do zewnętrznej powierzchni 610 wydrążonego korpusu komina 608. Górna powierzchnia występu 620 może być prostopadła| do powierzchni zewnętrznej 610 komina 608. Występ 622 może mieć profil przypominający trójkąt równoramienny (na przykład trójkąta równobocznego), jakkolwiek przykłady wykonania nie są do nich ograniczone. Ponadto, należy zaznaczyć, że odmiany i alternatywy omówione w związku z fig. 3-5 mają zastosowanie również tutaj.

Fig. 7 przedstawia widok z boku komina reaktora jądrowego zgodnie z innym nieograniczającym przykładem wykonania niniejszego wynalazku. Jak to pokazano na fig. 7, na całej powierzchni zewnętrznej 710 wydrążonego korpusu komina 708 jest okresowo rozmieszczonych wiele występów 720. Pierwszy układ 740 zawiera wyrównane rzędy występów 720 tak, że tworzą układ regularny. Drugi układ 750 zawiera schodkowo ułożone rzędy występów 720, tworzące układ schodkowy (na przykład wzór szachownicy). Należy przyjąć, że komin 708 może zawierać jedynie pierwszy układ 740J jedynie drugi układ 750, zarówno układ pierwszy 740 i układ drugi 750 lub kombinację obejmującą inne wzory. Wiele występów 720 może zajmować około 40% do około 80% zewnętrznej powierzchni wydrążonego korpusu. Ponadto, chociaż występy 720 przedstawione zostały jako ukształtowane albo zorientowane tak, że mają kwadratowe przekroje poprzeczne lub prostokątne przekroje poprzeczne, to, oczywiście, występy, 720 mogą alternatywnie być ukształtowane lub zorientowane tak, że mają przekroje rombowe. Ponadto, należy zaznaczyć, że odmiany i alternatywy omówione w związku z fig. 3-6 mają zastosowanie również tutaj.

Fig. 8 przedstawia widok z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Na fig. 8, komin 808 zawiera występy 820 rozmieszczone w układzie krzyżowym na zewnętrznej powierzchni 810 komina 808. Należy zaznaczyć, że wielkość wzoru krzyżowego może różnić się od pokazanego na fig. 8.

Odmiany i alternatywy wykonania omówione w związku z fig. 37 mają zastosowanie również tutaj.

Fig. 9 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonaniu niniejszego wynalazku. Na fig. 9 komin 908 zawiera występy 920 rozmieszczone spiralnie na |zewnętrznej powierzchni 910 komina 908. Odmiany i alternatywy wykonania omówione w związku z fig. 3-8 mają zastosowanie' również tutaj.

Fig. 10 jest widokiem z boku komina reaktora jądrowego według innego nieograniczającego przykładu wykonaniu niniejszego wynalazku. Na fig. 10, komin 1008 zawiera występy 1020, które mają postać łopatek na zewnętrznej powierzchni 1010 komina 1008. Łopatki są rozmieszczone w kątowy i schodkowy, przecinający się wzór. Łopatki mogą być strukturami w postaci karbów lub ostrzy, chociaż przykłady wykonania nie są do tego ograniczone. Ponadto, odmiany i alternatywy przykładów wykonania omówione w związku z fig. 3-9 mają zastosowanie również tutaj.

Fig. 11 przedstawia przekrój obszaru 1106 szczeliny opadowej z występami zarówno na kominie reaktora jądrowego, jak i na ciśnieniowym zbiorniku reaktora, według nieograniczającego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Na fig. 11, komin 1108 obejmuje występy 1120 na zewnętrznej powierzchni 1110 komina 1108. Zbiornik ciśnieniowy reaktora 1102 zaopatrzony jest również w występy 1124 na wewnętrznej powierzchni ciśnieniowego zbiornika, reaktora 1102. Powierzchnia zewnętrzna 1110 komina 1108 i powierzchnia wewnętrzna ciśnieniowego zbiornika reaktora 1102 wyznaczają obszar szczeliny opadowej 1106 pomiędzy nimi. Występy 1120 i 1124 umożliwiają falisty przepływ 1104 przez obszar szczeliny opadowej 1106.

PL 228 040 Β1

Do określenia skuteczności mieszania mogą być wykorzystywane zasady konwekcyjnego przenoszenia masy. Definicje istotnych parametrów, indeksów i wielkości bezwymiarowych zamieszczono poniżej.

Określenia parametrów: d: średnica rury, metry e: wysokość żebra lub łopatki, metry n: liczba ostrych narożników zwróconych do przepływu (ustawiona w równaniu na 1, dla zapewnienia wartości liczbowej) p: podziałka żeber/łopatek (odległość między żebrami i łopatkami) a: kąt zwilżania (90° we wszystkich analizach pozornego przepływu bezpośredniego) β: podziałka kątowa żeber/łopatek (w stopniach)

Określenia indeksów:

e: powiększona powierzchnia (żebra lub łopatki) s: powierzchnia gładka Wielkości bezwymiarowe:

Re: liczba Reynoldsa Re = wiąże siły bezwładności z siłami lepkości w przepływającym płynie

Pr: Liczba Prandtla Pr = wiąże tempo dyfuzji pędu ze współczynnikiem dyfuzji termicznej

Sh: Liczba Sherwooda Sh = y wiąże konwekcyjny przepływ masy z dyfuzyjnym przepływem masy. Stosowana tu dla wskazania wzrostu konwekcyjnego transferu masy.

Sc: Liczba Schmidta Sc = wiąże tempo dyfuzji pędu ze współczynnikiem dyfuzji, używana w korelacji z obliczeniami liczby Sherwooda. W obliczeniach Sc był wykorzystywany współczynnik dyfuzji wody w wodzie.

Nu: Liczba Nusselta Nu = — wiąże konwekcyjny transfer ciepła i przewodnościowy transfer ^kf ciepła.

Wzrost współczynnika tarcia Fanninga na żebrze lub łopatce w stosunku do gładkiej rury:

ί fs

Re (().67-0.06^049 _e (1.37-1.75§)

p. (-1.66«10^e*/?e-0.33~) a , (4.59++.ii.i0“^fi.fie-0.is|) z 2.94

A

V90/ / 2.94 \ *U+—d \ smBJ

ΛΪ5 ^90/ V ' εϊηβ

Wzrost liczby Nusselta dla żebra lub łopatki w stosunku do gładkiej rury:

0.212 p -0.21 . _a .0.29 f Γ _ze. 0.212 _D -0,21 « 0.29 ^fi + l⁰⁰³⁶ ^ © ^pr'°

-0.024

Liczba Sherwooda stanowi odpowiednik dla transferu masy w stosunku do liczby Nusselta, która odnosi się do konwekcyjnego dyfuzyjnego: transferu masy. Tak więc, to równanie można zapisać jako:

_zp. 0.212 _zD. -0.21 _z π .0.29 ₂.₆«e—(-) @ (Λ) _Sc

-0.024

90>

gdzie liczba Prandtla została zastąpiona liczbą Schmidta, co jest następstwem transferu masy. Fig. 12 stanowi wykres przedstawiający zwiększenie liczby Sherwooda w funkcji rozmiaru wystawania występu. Jak wynika z fig. 12, przy obliczaniu liczby Sherwood nie można było odróżnić żeber od

PL 228 040 B1 łopatek, i dlatego wykresy dla dwóch różnych kształtów geometrycznych się pokrywają, przedstawiając tylko jedną linię. Nastąpiło, to w wyniku korelacji nieuwzględniającej krzywizny; lub braku krzywizny, obiektu, nasilającej mieszanie w przepływie. Ogólna tendencja nie wykazuje na wzrost liczby Sherwood w funkcji wysokości żebra lub łopatki.

Fig. 13 jest wykresem przedstawiającym zależność współczynnika wzrostu współczynnika tarcia Fanninga od stopnia wystawania występu. Jak pokazano na fig. 13, występuje zwiększanie współczynnika tarcia Fanninga jako funkcji wysokości żebra lub łopatki. Kształt geometryczny łopatki zwiększa współczynnik tarcia bardziej niż kształt geometryczny żebra o tej samej wysokości, co sugeruje dodatkowy wzrost efektywności mieszania w wyniku zwiększonej szybkości rozpraszania energii. Należy również zauważyć, że liczba Reynoldsa w symulacjach była dwukrotnie wyższa od górnej granicy wykorzystywanych korelacji. Obliczenia wykazują na duży potencjalny wzrost efektywności mieszania w wyniku dodatkowego ukształtowania geometrycznego w postaci żeber lub łopatek.

Zgodnie z przykładem wykonania, sposób poprawy wlotowej entalpii rdzenia reaktora jądrowego może obejmować zaburzenie przepływu ku dołowi wody w obrębie obszaru szczeliny opadowej zbiornika ciśnieniowego reaktora za pomocą pierwszych występów. Szczelina opadowa jest pierścieniową przestrzenią wyznaczoną przez zbiornik ciśnieniowy reaktora i komin w zbiorniku ciśnieniowym reaktora. Na zewnętrznej powierzchni komina jest rozmieszczony szereg pierwszych występów. Zab urzanie może obejmować zakłócenia przepływu ku dołowi wody przez płaskie powierzchnie wielu pierwszych występów. Płaska powierzchnia może być prostopadła do zewnętrznej powierzchni komina. Zaburzanie może obejmować zaburzanie przepływu wody ku dołowi przez zakrzywione powierzchnie wielu pierwszych występów. Wiele pierwszych występów wystaje na pierwszą długość do pierścieniowej przestrzeni, przy czym pierwsza długość wynosi od około 1% do około 15% odległości pomiędzy zewnętrzną powierzchnią komina a zbiornikiem ciśnieniowym reaktora. Zaburzanie może obejmować kierowanie przepływającej w dół wody od zewnętrznej powierzchni komina i do powierzchni ciśnieniowego zbiornika reaktora. Zaburzanie może dodatkowo obejmować tworzenie falistego przepływu wody przez obszar szczeliny opadowej. Zaburzanie może również obejmować zwiększanie jednorodności termicznej, tak że temperatura wody w dolnej części obszaru szczeliny opadowej zmienia się nie o więcej niż 5 stopni Celsjusza. Obszar szczeliny opadowej może rozciągać się na co najmniej 7 metrów. Sposób ten może ponadto obejmować zaburzanie przepływu wody w dół w obszarze szczeliny opadowej za pomocą wielu drugich występów, przy czym wiele drugich występów jest rozmieszczonych na wewnętrznej powierzchni ciśnieniowego zbiornika reaktora.

W rezultacie, możliwe jest wytwarzanie bardziej spójnych i wymieszanych warunków wlotowych rdzenia, co pozwala na łatwiejsze osiągnięcie znamionowej mocy cieplnej rdzenia reaktora. Kolejną zaletą jest elastyczność w odniesieniu do długości komina, sprzyjająca lepszemu załadowywaniu paliwa, i redukcji miejsca na poziome załadowywania. Może być zmniejszone również rozpraszanie energii promieniowania w rdzeniu.

Chociaż w niniejszym opisie została zamieszczona pewna liczba przykładów wykonania, to jest oczywiste, że mogą być możliwe również inne realizacje. Takich realizacji nie należy uważać za odejście od istoty i ' zakresu niniejszego wynalazku i wszystkie takie modyfikacje, oczywiste dla specjal istów w tej dziedzinie, należy uważać za objęte zakresem poniższych zastrzeżeń.

Claims (20)

1. Sposób mieszania wody chłodzącej w obszarze szczeliny opadowej wokół komina reaktora jądrowego, w którym wodę chłodzącą prowadzi się ku dołowi komina w obszarze szczeliny opadowej będącej pierścieniową przestrzenią wyznaczoną przez zbiornik ciśnieniowy reaktora i komin, znamienny tym, że przepływ wody prowadzony przez obszar szczeliny opadowej (1106) ku dołowi zaburza się w obrębie tej szczeliny opadowej (1106) zbiornika ciśnieniowego (1102) reaktora za pomocą tablicowego układu pierwszych występów (320,322;520,522;620,622;720;820;920;1020;1120), który to układ pierwszych występów (320,322;520,522;620,622;720;820;920;1020;1120) obejmuje wiele rzędów pierwszych występów (320,322;620,622;720;820;920;1020;1120), a każdy rząd obejmuje pierwsze występy (320,322;620,622;720;820;920;1020;1120) oddalone od siebie na obwodzie wokół zewnętrznej powierzchni (310,510,610,710,810,910,1010,1110) komina (308,508,608,708,808,908,1008,1108).

PL 228 040 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie obejmuje zakłócanie przepływu ku dołowi wody za pomocą płaskiej powierzchni układu pierwszych występów (320,322; 620,622;720;820;920;1120).

3. Sposób według zastrz 2, znamienny tym, że zaburza się przepływ za pomocą płaskiej powierzchni, która jest prostopadła do zewnętrznej powierzchni (310,710,810,910, komina (308,7,08,808, 908, 1008,1108).

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie obejmuje zakłócanie przepływu wody ku dołowi przez zakrzywione powierzchnie układu pierwszych występów (520,522).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie dokonuje się za pomocą pierwszych występów (320,322;520,522; 620,622;720; 820;920;1020;1120) wystających na pierwszą długość do pierścieniowej przestrzeni, przy czym pierwsza długość wynosi od około 1% do około 15% odległości pomiędzy zewnętrzną powierzchnią (310,510,610,710,810,910,1010,1110) komina (308,508,608,708,808,908,1008, 1108) i zbiornikiem ciśnieniowym reaktora (1102).

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie obejmuje mieszanie przepływu wody do dołu przez każdy pierwszy występ (320,322;620,622;720;820;920;1020;1120) wytwarzanie wielu mikro-stref mieszania.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie obejmuje tworzenie falistego przepływu wody przez obszar szczeliny opadowej za pomocą pierwszych występów (322) o zmieniającej się długości.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie obejmuje rozrywanie przepływu wody ku dołowi za pomocą pierwszych występów (320,322;620,622;720;1120) każdego rzędu usytuowanych w jednej pionowej linii.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzanie dokonuje się poprzez rozrywanie przepływu wody ku dołowi za pomocą pierwszych występów (820;920;1020) każdego rzędu, usytuowanych schodkowo w pionie.

10. Sposób według zastrz., 1, znamienny tym, że zaburzanie przepływu wody w dół obejmuje i wytwarzanie falistego przepływu ku dołowi w obszarze szczeliny opadowej za pomocą wielu drugich występów (1124), rozmieszczonych na wewnętrznej powierzchni ciśnieniowego zbiornika (1102) reaktora.

11. Komin reaktora jądrowego, zawierający wydrążony korpus z powierzchnią wewnętrzną i przeciwległą powierzchnią zewnętrzną i występy rozmieszczone na powierzchni zewnętrznej, znamienny tym, że zawiera występy (320,322;520,522;620,622;720;820;920;1020; 1120) rozmieszczone na zewnętrznej powierzchni (310,510,610,710,810,910,1010,1110) wydrążonego korpusu w tablicowym układzie, przy czym układ występów (320,322;520,522;620,622;720;820;920;1020;1120) obejmuje wiele rzędów pierwszych występów (320,322;620,622;720;820;920;1020;1120), z których każdy rząd obejmuje pierwsze występy (320,322;620,622;720;820;920;1020;1120) oddalone od siebie na obwodzie wokół zewnętrznej powierzchni (310,510,610,710,810,910,1010,1110) komina (308,508,608;708,808, 908,1008,1108).

12. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że układ występów (320,322;620,622;720;1120) każdego rzędu jest usytuowany w jednej linii w pionie.

13. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że występy (320,322;520,522;620,622;720; 820;920;1020;1120) mają określoną długość i wysokość, przy czym długość jest prostopadła do zewnętrznej powierzchni (310,510,610,710,810,910,1010,1110) wydrążonego korpusu i jest równa lub większa od wysokości.

14. Komin według zastrz. 13, znamienny tym, że układ występów (820;920) każdego rzędu jest rozmieszczony schodkowo.

15. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że układ występów (320) w każdym rzędu ma odstępy kątowe (330) od około 10 stopni do około 45 stopni.

16. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że występy (620) mają wielokątny zarys.

17. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że występy (1020) są w postaci łopatek i są usytuowane w nachylonym kątowo, schodkowym, przecinającym się wzorze.

18. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że układ występów (820) jest usytuowany w co najmniej jednym przecinającym się wzorze lub wzorze kratownicy.

19. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że występy (322) mają zmieniający się kształt.

20. Komin według zastrz. 11, znamienny tym, że występy (322,1120,1124) mają różne długości i są rozmieszczone tak, że tworzą profil falisty.