SE522992C2 - Kärnreaktoranläggning med medel för kylning av kondensationsbassängen - Google Patents

Description

25 30 35 . | n . . u ~ u ~ o In 522 992 kunna leda till en otillåten tryck- och temperaturökning i inneslutningen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kärnreaktoranläggning där kondensationsbassängens kylning kan säkerställas på ett bättre och tillförlitligare sätt.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna kärnreak- toranläggningen som kännetecknas av att cirkulationskretsen är inrättad att arbeta med självcirkulation av nämnda fluid.

På så vis kan man åstadkomma ett helt passivt kylsystem för kylning av det i det andra utrymmet befintliga kylmediet, dvs den så kallade kondensationsbassängen. Det betyder att inga aktiva hjälporgan i form av exempelvis elektriska pum- par eller dieseldrivna pumpar är nödvändiga för att säker- ställa kondensationsbassängens kylning. Således är det möj- ligt att undvika eller åtminstone begränsa den tryckökning som annars kan blir följden av ett fel hos det aktiva kyl- systemet enligt tidigare teknik. För att åstadkomma en sådan självcirkulation kan kylanordningen vara anordnad på en högre nivå än värmeväxlaren och inrättad att sänka tempera- turen hos fluiden, varvid naturlig egenkonvektion kan ut- nyttjas som drivkraft för fluidens självcirkulation. Vidare kan en första ledning vara inrättad ett leda nämnda fluid från värmeväxlaren till kylanordningen och en andra ledning vara inrättad att leda nämnda fluid från kylanordningen till värmeväxlaren, varvid den första ledningen är utformad som en stigledning.

Enligt en utföringsform. av uppfinningen sträcker sig den andra ledningen åtminstone delvis utanför reaktorinneslut- ningen. Den andra ledningen som återför fluiden till värme- växlaren och är utformad som en falledning kommer på så vis . o n a nu nu :non on a o man o nu 10 15 20 25 30 35 522 992 gi* ._¿; -~ att öka självcirkulationen eftersom temperaturen utanför re- aktorinneslutningen är lägre än inuti densamma.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är vär- meväxlaren anordnad i kylmediet i det andra utrymmet. Med en sådan direkt kontakt mellan värmeväxlaren och kylmediet sä- kerställs en effektiv kylning av detsamma.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tar kylanordningen ett värmeväxlarorgan.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är vär- meväxlarorganet inrättat att kylas med hjälp av den omgi- vande atmosfärsluften, och är exempelvis anordnat i ett kyl- torn. Ett sådant kyltorn kan vara av en torr typ, dvs endast den omgivande luften utnyttjas för kylning av värmeväxlaror- ganet, eller av en våt typ, varvid värmeväxlarorganet är in- rättat att dessutom kylas med hjälp av en vätska från en ex- tern källa. Med denna våta typ fås en hög kyleffekt, vilket möjliggör en snabb sänkning av temperatur och tryck i reak- torinneslutningen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tar kylanordningen ett tredje utrymme som är inrättat att hysa ett andra kylmedium. Enligt ett första utförande kan nämnda fluid utgöras av det andra kylmediet. På så vis sä- kerställs en effektiv kylning av den så kallade kondensa- tionsbassängen. Enligt ett andra utförande kan det ovan- nämnda värmeväxlarorganet vara anordnat i det tredje utrym- met i värmeöverförande kontakt med det andra kylmediet.

Enligt en ytterligare utföringsfonn av uppfinningen är det tredje utrymmet inrättat att nædge utsläpp till den omgi- vande atmosfären av det andra kylmediet i ångform. 10 15 20 25 30 35 . - . - . - - » - - -o 522 992 Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är medel inrättade att tillföra vätska till det tredje utrymmet för spädning av det andra kylmediet. Dessa medel kan innefatta ett fjärde utrymme som är inrättat att rymma en vätska. De kan också innefatta åtminstone ett ventilorgan som är inrät- tat att öppna automatiskt för nämnda spädning när nivån av det andra kylmediet i det tredje utrymmet sjunker under en i förväg bestämd nivå. Vidare kan dessa medel innefatta ett ledningsorgan son1 är inrättat att tillföra nämnda vätska från en extern källa.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare med hjälp av olika utföringsformer, som visas enbart såsom exempel, och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig 1 visar ett snitt genom en kärnreaktoranläggning enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Fig 2 visar ett snitt genom en kärnreaktoranläggning enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Fig 3 visar ett snitt genom en kärnreaktoranläggning enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER Fig l visar en kärnreaktoranläggning enligt en första utfö- ringsfonn som innefattar en reaktorinneslutning 1. med ett Det övre utrymmet 2 och det nedre utrymmet 3 är åtskilda från första övre utrymme 2 och ett andra nedre utrymme 3. varandra medelst ett skiljeorgan 4 i form av en mellanvägg.

I reaktorinneslutningens centrala del bildar skiljeorganet 4 en grop 5 som begränsas av ett väggparti 6 hos skiljeorganet 4 och som sträcker sig nedåt från det övre utrymmet 2 till en nedre begränsningvägg 7 hos reaktorinneslutningen 1. En reaktortank 8 för en kokarvattenreaktor innesluter en reak- torhärd 9 och är anordnad i det övre utrymmet 2. Reaktortan- 10 15 20 25 30 35 ~ ø - . | n ø » I o -n 522 992 - « n ø .q u n ken 8 är förbunden med en ångturbinanläggning (ej visad) me- till ångturbinanlägg- delst en ångledning 10 för tillförsel av ånga ångturbinanläggningen. Kondensatet från ningen áterförs till reaktortanken 8 medelst en matarvatten- ledning ll. Ångledningen 10 innefattar vidare säkerhets- och avblåsningsventiler (ej visade) för avblåsning av ånga från reaktortanken 8.

Det nedre utrymmet 3 är inrättat att hysa ett kylmedium 12, i det visade exemplet vatten, för olika kylningsändamål. Det och det däri kylmediet 12 benämns vanligen kondensationsbassängen. Mellan det övre ut- nedre utrymmet 3 befintliga rymmet 2 och det nedre utrymmet 3 sträcker sig ett antal ka- naler 13, av vilka ett visas i Fig 1. kondensationsbassängen, så kallade nedblåsningsrör, Kanalen 13 har en nedre mynning som befinner sig i d.v.s. i kylmediet 12. Vid nüssöde och utströmmande ånga från reaktortanken 8 kommer trycket i det övre utrymmet 2 att vara högre än i det nedre utrymmet 3, såsom framgår av Fig 1-3, och med hjälp av kanalen 13 kan ånga ledas ner till och kondenseras i kondensationsbassängen 12. På så vis kan tryck och temperatur hållas på en accepta- bel nivå i reaktorinneslutningen 1 trots ett visst läckage av' het ånga. Det skall. noteras att kondensationsbassängen även utnyttjas för en mängd andra kylningsändamål. Exempel- vis avleds ånga från nämnda säkerhets- och avblåsningsventi- ler ner i kondensationsbassängen 12. Reaktorinneslutningen 1 innefattar vidare enl övre begränsningvägg 14. Ovanför den övre begränsningväggen 14 är en reaktorbassäng 15 som hyser ett kylmedium 16, i det visade exemplet vatten, anordnad.

Den visade reaktorbassängen 15 kan innefatta ett flertal olika bassänger, exempelvis för lagring av bränslestavar vid bränslebyte i reaktortanken 8.

I syfte att kyla vattnet i kondensationsbassängen innefattar reaktoranläggningen en eller flera cirkulationskretsar 17 i vilka ett kylmedium cirkulerar medelst självcirkulation på . . u - .u ao o 10 15 20 25 30 35 | . - . . 1 ~ ~ n . -n 522 992 grund av egenkonvektion. I Fig 1 visas två sådana cirkula- tionskretsar 17. Varje cirkulationskrets 17 innefattar en värmeväxlare 18 som. är anordnad. i kondensationsbassängen, d.v.s. i kylmediet 12 i det nedre utrymmet 3. Från värmeväx- laren 18 sträcker sig en stigledning 19 till en andra värme- växlare 20 som är anordnad utanför reaktorinneslutningen 1.

Värmen från den varma kondensationsbassängen och/eller från volymen ovanför kylmedienivån i det nedre utrymmet 3 över- förs således via värmeväxlaren 18 till stigledningen 19. Den uppvärmda fluiden, sonx kan. vara i gas- eller vätskefas i cirkulationskretsen kommer att stiga uppåt genom konvektion.

Från den andra värmeväxlaren 20 sträcker sig en falledning 21 tillbaka till värmeväxlaren 18. Falledningen 21 sträcker sig åtminstone delvis utanför reaktorinneslutningen 1. där Stigled- ningen 19 kan vara försedd med en god värmeisolering och vilket ytterli- I den utfö- temperaturen är lägre än i reaktorinneslutningen. falledningen 21 kan utföras utan isolering, gare förbättrar den naturliga cirkulationen. ringsform som visas i Fig 1 är den andra värmeväxlaren 20 anordnad i ett kyltorn 22 som är inrättat att låta luften hos den omgivande atmosfären strömma förbi den andra värme- växlaren 20 för att på så vis kyla kylmediet som strömmar genom den andra värmeväxlaren 20. Det skall noteras att kyl- tornen 22 endast är schematiskt visade i Fig 1. Dessa kan vara anordnade på en mängd olika sätt och exempelvis befinna i vilken re- sig ovanpå taket hos en reaktorhall (ej visad) aktorinneslutningen 1. befinner sig. Den. visade reaktoran- läggningen innefattar vidare en vätskekälla 23 från vilken vatten kan strömma ned över den andra värmeväxlaren 20 i kyltornen 22 för att på så vis öka kyleffekten. Vätskekällan 23 kan exempelvis innefatta en bassäng eller en extern damm, som befinner sig på högre höjd än kyltornet 23 och på så vis utnyttjas gravitationskraften för tillförseln av vätskan.

Vätskekällan kan också tillhandahållas av exempelvis brand- försvaret för extra kylning av den andra värmeväxlaren 20 Med ett sådant med vätska kylt kyltorn, vid behov. av så . . - . nu 10 15 20 25 30 35 - . » . - o - ; . - .- 522 992 kallad våt typ, möjliggörs en högre kyleffekt och detta kan utnyttjas vid ett missöde då behovet av kylning är som störst. Tack vare den större kyleffekten kan tryck och tem- peratur i reaktorinneslutningen sänkas snabbare. Om vätske- källan 23 ej längre är tillgänglig eller om tillförseln av vätska för kylning av värmeväxlaren 20 av någon anledning inte längre fungerar kommer kyltornet 22 att fungera som ett torrt kyltorn.

Fig 2 visar en andra utföringsform av den uppfinningsenliga reaktoranläggningen. Det skall noteras att komponenter med motsvarande funktion har givits samma hänvisningsbeteck- ningar i alla visade utföringsformer. Dessa komponenter kom- mer därför inte att förklaras ytterligare en gång.

Den i Fig 2 visade reaktoranläggningen innefattar ett ytter- ligare utrymme 24 som är anordnat ovanför reaktorinneslut- ningens 1 övre begränsningsvägg 14 och som är inrättat att Det yt- terligare utrymmet 24 och kylmediet 25 bildar en hjälpkon- hysa ett kylmedium 25, i det visade exemplet vatten. densationsbassäng. Det ytterligare utrymmet 24 står via en öppning 26 i. kontakt med den omgivande atmosfären. På så sätt kan det kylmedium 25 som förångas avgå till den omgi- vande atmosfären. I den andra utföringsformen är kylmediet 25 i det ytterligare utrymmet 24 en del av cirkulationskret- sen 17, d.v.s. kylmediet 25 värms i. värmeväxlaren 18 och stiger genom stigledningen 19 upp och in i hjälpkondensa- tionsbassängen. Från hjälpkondensationsbassängen matas kyl- mediet 25 tillbaka till värmeväxlaren 18 via falledningen 21. Mellan det ytterligare utrymmet 24 och reaktorbassängen 15 är en backventilanordning 27 anordnad för att möjliggöra matning av vätska från reaktorbassängen 15 till det ytterli- gare utrymmet 24. Således kan det kylmedium 25 som förångas och avgår från det ytterligare utrymmet 24 ersättas med vätska från reaktorbassängen 15. Backventilanordningen 27 är så inrättad att den öppnar automatiskt när kylmediet 25 i 10 15 20 25 30 35 522 992 det ytterligare utrymmet 24 sjunker under en i förväg be- stämd nivå. På liknande sätt som visades i den första utfö- ringsformen kan det ytterligare utrymmet 24 vara förbundet med. en yttre vätskekälla. Denna kan utgöras av' en extern damm eller tillhandahållas av exempelvis brandförsvaret via externt drivna pumporgan 28. Först vätska inte skulle fungera kommer nivån i. det ytterligare utrymmet 24 att sjunka under den förutbestämda nivån och matning ske från reaktorbassängen 15.

Den tredje utföringsformen som visas j. Fig 3 skiljer sig från den andra utföringsformen därigenom att kylmediet 25 inte utgör en del av cirkulationskretsen 17. I den tredje utföringsformen innefattar cirkulationskretsen 17 i stället en värmeväxlare 29 som är anordnad i kylmediet 25 i det yt- terligare utrymmet 24. Vidare är falledningen 21 anordnad åtminstone delvis utanför reaktorinneslutningen 1.

Kylmedlet 25 j. det ytterligare utrymmet 24 kommer således först att värmas upp och sedan förångas. Tack vare att avgå- ende förångat kylmedium ersätts med vätska från reaktorbas- sängen 15 eller från en extern källa kan vätskenivån i det ytterligare utrymmet 24 hållas på en lämplig nivå och passiv kylning säkerställas under en lång tid.

Kylmediet 25 i det ytterligare utrymmet 24 kan även användas för andra kylningsändamål. Exempelvis kan man placera en se- parat värmeväxlare i det ytterligare utrymmet 24, vilken är ansluten till reaktortanken 8 eller dess primära system för kylning av reaktortankens 8 vatten genom avledning av ånga och återföring av kondensat. Vidare kan sådana separata vär- mevåxlare utnyttjas för kylning av reaktorns resteffektsys- tem eller vattenreningssystem.

Med den uppfinningsenliga reaktoranläggningen, såsom den har exemplifierats i. de tre utföringsformerna, är' det således 10 . . . @ .- 522 992 möjligt att på ett helt passivt sätt under en lång tid sä- kerställa kylning av kondensationsbassängen. i reaktorinne- slutningen l. På så vis kan tryck och temperatur i reaktor- inneslutningen l hållas på en acceptabel nivå.

Uppfinningen är inte begränsad till de här visade utförings- formerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Även om reaktoranläggningen är visad. med en kokarvattenreaktor så skall noteras att den även är tillämplig för andra typer av reaktorer, exempelvis tryckvattenreaktorer. , . - ~ .n

Claims (15)

10 l5 20 25 30 35 522 992 10 Patentkrav

1. Kärnreaktoranläggning innefattande en reaktorinneslut- ning (1), med ett första utrymme (2) och ett andra utryme (3) som är inrättat att ryma ett kylmedium (12), en reak- tortank (8), som hyser en reaktorhärd (9) och är anordnad i det första utrymet (2), och åtminstone en värmeväxlare (18), detsamma, varvid nämnda värmeväxlare (18) tillsammans med en soul är anordnad i det andra utrymet för att kyla kylanordning (20, 24, 29) bildar en cirkulationskrets (17) för en fluid och varvid cirkulationskretsen (17) är inrättad att arbeta med självcirkulation av nämnda fluid, känneteck- nad. av' att kylanordningen innefattar ett värmeväxlarorgan (20, 29) vande atmosfärsluften. som är inrättat att kylas med hjälp av den omgi-

2. Kärnreaktoranläggning enligt krav 1, kännetecknad av att kylanordningen (20, 24, 29) är anordnad på en högre nivå än värmeväxlaren (18) och inrättad att sänka temperaturen hos nämnda fluid.

3. Kärnreaktoranläggning enligt krav 2, kännetecknad av en första ledning (19) från värmeväxlaren (18) till kylanordningen (20, 24, 29) och som är inrättad ett leda nämnda fluid en andra ledning (21) som är inrättad att leda nämnda fluid från kylanordningen till värmeväxlaren, varvid den första ledningen (19) är utformad som en stigledning.

4. Kärnreaktoranläggning enligt krav 3, kännetecknad av att den andra ledningen (21) sträcker sig åtminstone delvis utanför reaktorinneslutningen (1).

5. Kärnreaktoranläggning enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att värmeväxlaren (18) är anordnad i kylme- diet (12) i det andra utrymet (3). - . u . nu ...- lO 15 20 25 30 35 522 992 ll

6. Kärnreaktoranläggning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att värmeväxlarorganet (20) är an- ordnat i ett kyltorn (22).

7. Kärnreaktoranläggning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att värmeväxlarorganet (20) är in- rättat att dessutom kylas med hjälp av en vätska från en extern källa (23).

8. Kärnreaktoranläggning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad. av' att kylanordningen innefattar ett tredje utryme (24) som är inrättat att hysa ett andra kyl- medium (25).

9. Kärnreaktoranläggning enligt krav 8, kännetecknad av att nämnda fluid utgörs av det andra kylmediet (25).

10. lO. Kärnreaktoranläggning enligt krav 8, kännetecknad av att värmeväxlarorganet (29) är anordnat i det tredje utrym- met (24) (25). i värmeöverförande kontakt med det andra kylmediet

11. ll. Kärnreaktoranläggning enligt något av kraven 8 - lO, kännetecknad av att det tredje utrymet (24) är inrättat att medge utsläpp (26) till den omgivande atmosfären av det andra kylmediet (25) i ångform.

12. Kärnreaktoranläggning enligt något av kraven 8 och ll, kännetecknad av att medel (27, 28) tillföra vätska till det tredje utrymmet (24) av det andra kylmediet (25). soul är inrättade att för spädning

13. Kärnreaktoranläggning enligt krav 12, kännetecknad av att nämnda medel (27, 28) innefattar ett fjärde utrymme (15) som är inrättat att rymma en vätska (16). . - n . . u ß 10 522 992 12

14. Kärnreaktoranläggning enligt något av kraven 12 och 13, kännetecknad av att nämnda medel innefattar åtminstone ett ventilorgan (27) som är inrättat att öppna automatiskt för nämnda spädning när nivån av det andra kylmediet (25) i det tredje utrymet (24) sjunker under en i förväg bestämd nivå.

15. Kärnreaktoranläggning enligt något av kraven 12 - 14, kännetecknad av att nämnda medel (28) innefattar ett led- ningsorgan som är inrättat att tillföra nämnda vätska från en extern källa.