(44) Ansökan utlagd och utlägg- 7 7 - 0 1 - 3 1 Publicerings- 3 9 1 0 6 1 ningsskriften publicerad nummer (41) Ansökan allmänt tillgänglig 7 6 - 1 2 — 1 1
( 2 2 ) Patentansökan inkom 7 5 - 0 6 - 1 0 PATENT-OCH (30) Prioritetsuppgifter
REGISTRERINGSVERKET ( 3 2 ) D a t u m ( 3 3 ) Land 131) Nr
Siffrorna inom parentes a n g e r internationell identifieringskod. I N I D - k o d . Bokslav inom k l ä m m e r a n g e r internationell d o k u m e n t k o d .
C 7 1 ) S ö k a n d e : AB ASEA-ATOM, VÄSTERÅS, SW
( 7 2 ) U p p f i n n a r e : J L i n d n e r och J M o l i n , V ä s t e r å s ( 7 4 ) 0 m b u d : M Aanes
( 5 4 ) B e n ä m n i n g : K ä r n v ä r m e v e r k
Föreliggande uppfinning avser ett kärnvärmeverk med en i en vattenbassäng anordnad tryckvattenreaktor, vars primärkylkrets står i trycköverförande, företrädesvis öppen förbindelse med bassängvattnet och innehåller primär- sidan hos en värmeväxlare, vars sekundärsida är seriekopplad med en cirku- lationspump och anordnad att leverera värme till en mångfald värmeanlägg- ningar anordnade i byggnader avsedda för ständig vistelse av människor.
Ett dylikt värmeverk måste kunna uppfylla stränga säkerhetskrav, dels där- för att reaktorns avstånd från tätbebyggda områden naturligt nog bör kunna vara relativt litet, och dessutom på grund av det faktum att fjärrvärmeled- ningarna utgör tänkbara vägar för radioaktivt material från reaktorn till bostäder och arbetsplatser. Största säkerheten mot spridning av radioaktivt material vid skada på reaktortanken uppnås om reaktorn utföres som en bassängs reaktor med trycköverförande öppen förbindelse mellan reaktorns primärkyl- system och bassängvattnet. Hed de bassängdjup som kan anses rimliga kommer en dylik reaktor vanligtvis att arbeta med ett vattentryck på omkring 4 bar, vilket innebär att maximal vattentemperatur i reaktorns primärkylkrets beräk- nas till ca 105°C. Om man då i tillägg till den i bassängen befintliga värme- växlaren använder en utanför bassängen anordnad isolervärmeväxlare i syfte att effektivt eliminera alla möjligheter för transport av radioaktiva ännen
till förbrukarna, kommer man att få en i ekonomiskt avseende för låg tempe- ratur på det till förbrukarna lämnade vattnet. Tid utveckling av ett kära- värmeverk enligt uppfinningen har man kommit fram till en lösning på detta problem som anses vara fullt acceptabel både ur ekonomisk och säkerhets- 5 mässig synpunkt.
Uppfinningen kännetecknas därav, att nämnda värmeleverans huvudsakligen äger rum genom att nämnda värmeväxlare är anordnad i direkt hydraulisk förbindelse med nämnda värmeanläggningar och att någon till sekundärsidan ansluten del lig- ger så högt i förhållande till bassängens vattennivå att trycket i varje punkt 10 på värmeväxlarens sekundäxsida alltid är högre än i samma höjd på primärsidan.
Vid ett kärnvärmeverk enligt uppfinningen uppnår man alltså att ett läckage mellan värmeväxlarens primär- och sekundärsidå alltid resulterar i att vat- • ten från reaktorns sekundärkylkrets strömmar in i primärkylkretsen och/eller bassängen, och icke tvärtom. Enligt en vidare utveckling av uppfinningen kan 15 man med enkla och pålitliga medel uppnå en automatisk begränsning av den vid
läckage överförda vattenmängden.
Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvisning till bifogade schematiska ritningar, där fig 1 visar en reaktor avsedd att ingå i ett kärnvärmeverk enligt uppfinningen. Fig 2 visar ett arrangemangsschema för 20 ett kärnvärmeverk enligt uppfinningen.
På fig 1 betecknar 1 en vattenfylld bassäng. Bassängvattnet innehåller ett neutronabsorberande material, t ex borsyra. Nära bassängens botten är en reaktortank 2 anordnad, vilken innehåller en reaktorhärd 3 och ett flertal styrstavar 4. Reaktortanken är förbunden med primärkretsen hos en värme- 25 växlare 5 medelst en rörledning 7 för i reaktorkärlet inströmmande relativt
kallt vatten och en rörledning 6 för relativt varmt vatten, som lämnar reaktorhärden 3» varvid en cirkulationspump 9 ingår i rörledningen 7« Rör- ledningen 6 mynnar ut i en inloppskammare 9 och rörledningen 7 går ut från en utloppskammare 10 hos värmeväxlaren. Från inloppskammaren 9 strömmar 30 vattnet genom vertikala rör 11 och upp till en vändkaasnare 12, från vilken
det via vertikala rör 13 strömmar tillbaka till värmeväxlarens utloppskam- mare 10. Delarna 2, 6, 9, 11, 12, 13, 10, 7, 0 bildar tilln,-ammans härdens
5 primilrkylkreta nom endast innehåller ront vatten. Motsvarande sekundär- kylkrets består av mellanrummen mellan rören 11 och 13, en utgående rör- 35 ledning 14 och en returledning 15» samt ett antal till ledningarna 14 och
15 anslutna förbrukare, företrädesvis direkt anslutna värmeelement för rums- uppvärmning i bostäder och på arbetsplatser.
Primärkylkret3en är utförd med en utloppsöppning 16 och en inlopps öppning 17, genom vilka den står i ständig öppen förbindelse med bassängutrymmet via två luftlåsrör 18 och 19, vilka är anslutna till öppningarna 16 respek- tive 17. Som antytts på ritningen innehåller luftlåsrören 18 och 19 var sin 5 innestängda gasmängd, som via relativt tunna rör 20 respektive 21 är an-
sluten till var sin tryckreglerad gastank 22 och 23. Gastrycket i gastanken 22 är valt ungefär lika med vattentrycket vid luftlåsrörets 18 nedre öpp- ning, dvs endast så mycket högre att en svag utbubbling av luft kan obser- veras vid denna öppning. Man får därvid en indikering på att jämnt tryck 10 hålles i luftlåsröret.
För att de båda luft lås rörens vattennivåer skall kvinna inställa sig som antytts på ritningen måste röret 19 tillföras gas, vars tryck - räknat i vattenpelare - är lika med gastrycket i röret 18 plus skillnaden h1 mellan de båda rörens vattennivåer. Som antytts på ritningen kan så stor tryck- 15 sättning användas att vattentrycket i härden 3 blir väsentligt större än
vad som motsvarar vattentrycket i bassängen.
Även i det fall att den i luftlåsen innestängbara gasmängden har mycket liten vertikal dimension, har luftlåsrören en viktig funktion eftersom de vid normal drift effektivt hindrar att reaktorvatten och bassängvatten 20 blandas med varandra. Då nivåpendlingar förekommer, bl a eftersom skillna-
den mellan luftlåsrörens vattennivåer är större när pumpen 8 är i gäng än vid det rent statiska fallet, måste emellertid luftlåsrörens vertikala dimension väljas så stor att den innestängda luftmängden icke lämnar luft- låsröret vid normal drift. Som regel kan man räkna med att luftlåsröret 25 skall vara dimensionerat att medge en innestängd luftmängd vars vertikala
dimension är större än en meter.
Genom att öppna ventilerna 24 och 25 så att gastrycket försvinner i tank- arna 22 och 23 skulle man kunna åstadkomma en relativt snabb inströmning av bassängvatten i reaktorns primärkylkrets. Eftersom emellertid reaktorns 30 beteende vid sämst tänkbara förhållanden är av intresse förutsätter vi att trycket i rören 20 och 21 är oförändrat. Inträffar en avkokning i reaktor- härden 3 minskar skillnaden mellan nivån i värmeväxlaren och nivån i en ansluten gren av nedre luftlåsröret sakta, vilket innebär att bassängvattnet stiger så mycket i det nedre luftlåsrörets långa gren att bassängvatten slut- 35 ligen passerar luftlåsens horisontala del och tillföres reaktorns primärkyl-
krets. Dylik påfyllning kan upprepas flera gånger, men vattennivån i värme- växlaren kan därvid aldrig stiga högre än till en vissj tnaximinivå, nämligen den som sammanfaller med övre luftlåsrörets nedre öppning.
På fig 2 har de hänvisningssiffror som även förekommer på fig 1 oförändrad betydelse.
Bassängen 1 har ett ventilerat, vanligtvis luftfyllt utrymme 46 ovanför den vattenfyllda delen. Sekundärsidan hos värmeväxlaren 5 har en inloppsöppning 5 31 och en utloppsöppning 32, som via en ventil 33 är ansluten till en vatten-
behållare 37, vars inloppsöppning är betecknad med 35 och ligger högre än utloppsöppningen som är betecknad med 36. Överst i behållaren 37 finns en relativt liten öppning som är ansluten till en luftledning 38, som via en ventil 39 är ansluten till en på ritningen ej visad tryckluftkälla. Vid till- 10 räckligt högt läge av behållaren 37 kan trycksättningen undvaras. Vattenbe-
hållaren 37 har en luftkudde 40. Vattennivån i behållaren 37 ändrar-sig något vid varierande vattentemperatur och vid läckage, varför utloppsöppningen 36 är anordnad så lågt att det vid felfri drift alltid skall vara ett avstånd /S E motsvarande högst 20 % av fjärrvärmenätets volym mellan utloppsöpp- 15 ningen 36 och vattennivån i behållaren. Företrädesvis förses behållaren 37
med ett flertal i olika höjder anordnade utloppsöppningar på sådant sätt att man med ett enkelt kopplingsförfarande kan välja den lämpligaste. En del av fjärrvärmeverkets belastning antyds på ritningen med hjälp av symbolen B1, B2 och B3, vilka föreställer värmeväxlare anordnade i var sin hyreshuskällaxe.
20 0m någon del av belastningen ligger på större höjd än överkanten av behålla- ren 37, kunde man befara att ett bortfall av luftkudden 40, t ex vid sabo- tage, skulle kunna resultera i att motsvarande vattenmängd rinner ned i värmeväxlaren 5 och vidare ut i bassängvattnet, under förutsättning att det även hade uppstått fel på värmeväxlaren 5 i form av hydraulisk förbindelse 25 mellan primär- och sekundärsida. I syfte att förhindra detta är den vertikala
vattenledningen 47 mellan ventilen 33 och inloppsöppningen 35 hos behållaren 37 samt vattenledningen 42, 43 utformade med var sitt parti 41 och 44 som är anordnat på större höjd än högsta punkten hos belastningen. Det kan ookså tänkas att en begränsad inströmning av vatten i bassängen 1 kan tillåtas i 30 ett dylikt fall, men vattenledningarnas högsta punkter 41 och 44 bör alltid
ligga högre än ett tänkt horisontalplan under vilket minst 80 i<> av sekundär- kylkxetsens vattenvolym förefinnes. När pumpen 3 icke är igång är vatten- nivån i rören 42, 45 och 47 lika med nivån i behållaren 37.
'Även när läckage mellan primär- och sekundärsida i värmeväxlaren uppstår 35 och behållaren 37 är intakt, uppnås ökad säkerhet mot radioaktiv förorening
om man kan begränsa den vattenmängd som strömmar från reaktorns sekundärkyl- system in i dess primärkylsystem och vidare ut i reaktorbassängen 1. Detta
är naturligtvis av störst betydelse om reaktorbassängen är utförd med rela- tivt litet extrautrymme 46 för uppsamling av dylikt läckagevatten, t ex ett extrautrymme på endast 5 $ av sekundärkylkretsens vattenvolym. Men även om extrautrymmet 46 är väl tilltaget, t ex dimensionerat för sekundärkylkretsens 5 hela eller halva vattenvolym, är det ur säkerhetssynpunkt en. fördel oa en
vid reaktorfel uppstående vattentillförsel till bassängen kan avbrytas auto- matiskt, och på ett enkelt och tillförlitligt sätt. Detta är t ex fallet om det användes en tillsats av ett neutronabsorberande medel, till exempel borsyra i bassängvattnet. Det är då av betydelse att ingen väsentlig reduk- 10 tion av bassängvattnets neutronabsorberande verkan äger rum genom att det
uppblandas med sekundärkretsens vatten, vilket företrädesvis är utan till- sats av neutronabsorberande medel.
Vid den på fig 2 visade utföringsformen av uppfinningen begränsas det vid ovannämnda, värmeväxlarfel till bassängen maximalt överförda läckflödet genom 15 att nivåminskningen A H i behållaren 37 ned till utloppet 36 leder till att
pumpen 3 suger luft och då bryts automatiskt cirkulationen i fjärrvärmesyste- met. Vattennivån sjunker fr&n röret 45 till rören 42, 43 och 47 och på så vis skiljes hela belastningen och behållaren 37 från rören 47 och 42, varför endast vattnet i dessa kan rinna ned till bassängen 1. Maximalt möjliga 20 läckaget till bassängen 1 leder således endast till en nivåhöjning A h i
bassängen 1, som är väsentligt mindre än nivåsänkningen i behållaren 37•
Totala möjliga läckaget till bassängen 1 kan på detta sätt begränsas till högst 5 $ av fjärrvärmenätets vatteninnehåll.
PAMTKRAV
1. Kärnvärmeverk med en i en vatteribassäng (1) anordnad tryckvattenreaktor, vara primärkylkrets står i trycköverförande, företrädesvis öppen förbindelse med bassängvattnet och innehåller primärsidan hon on värmeväxlare ( 5 ) , varo sekundärsida är seriekopplad med en cirkulationspump (5) och anordnad att leverera värme till en mångfald värmeanläggningar anordnade i byggnader av- sedda för ständig vistelse av människor, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda värmeväxlare (5) är anordnad i direkt hydraulisk förbindelse med nämnda värmeanläggningar (B1, B2, B3) och att någon till sekundärsidan direkt ansluten del ligger så högt i förhållande till bassängens vattennivå att trycket i varje punkt på värmeväxlarens sekundärsida är högre än i samma höjd på primärsidan.
2. Kämvärmeverk enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda belastning (B1, B2, B3) står i förbindelse med värmeväxlaren (5) via ett rörparti (44) som ligger högre än ett tänkt horisontalplan tinder vilket minst 80 % av sekundärkretsens vattenvolym förefinnes, och som via en luftledning står i förbindelse med luft av minst 1 atm tryck.
3. Kärnvärm e verk enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda luftledning (44) är ansluten till en luftkudde hos en mellan värmeväxlaren (5) och pumpen (3) .belägen vattenbehållare (37)» s o m här en inloppsöppning (35) som står i förbindelse med värmeväxlaren (5) via en rörledning (41)» vars högsta punkt ligger högre än ett tänkt horisontalplan under vilket minst 80 5° av sekundärkylkretsens vattenvolym förefinnes.
ANFÖRDA PUBLIKATIONER:
r © -
. - i / ' " " ' " -
I T U U t i C z U / < = t O ~ t ~ l ~
^ i I ! : ) / - X P jti
