SVERIGE UTLÄGGNINGSSKRIFT nr 366 139 Int Cl G 21 c 13/00 PATENT- OCH REGISTRERINGSVERKET P.ans. nr 3285/65 Giltighetsdag den Ans. allmänt tillgänglig den Ans. utlagd och utläggningsskriften publicerad den Prioritet ej begärd Inkom den 12 III 1965 12 III 1965 1 VII 1968 8 IV 1974 AB ATOMENERGI, STOCKHOLM Uppfinnare: P H E Margen Ombud: 8 Molin Kärnreaktor Under senare år har intresset för tryckkärl av förspänd betong ökat, allt eftersom reaktorernas storlek har ökat. Ehuru detta huvudsakligen gäller för gaskylda reaktorer, är dylika tryckkärl av intresse även för reaktorer som kylas med lätt eller tungt vatten i vätskeform 5 eller i kokande form. För sådana reaktorer är det viktigaste nya problemet att ordna en lämplig termisk isolering mellan det heta vattnet och ångan å ena sidan och betongkärlet å andra sidan. I de gaskylda reaktorerna utgöres den termiska isoleringen mellan 'betongkärlets kalla stålinfodring och den heta kylgasen ofta av tunna 10 stålfolier, trådnät eller andra kända anordningar som försvårar cirkulationen av kylgasen i ett tunt skikt nära infodringen och sålunda skapa ett stillastående skikt av kylgasen som verkar som isolering. Denna form av isolering kan icke användas för ångutrymmet i kokarreaktorer eller tryckvattenreaktorer för vanligt vatten eller tungt vatten, 15 enär ångan skulle kondensera på den förhållandevis kalla infodringen. En annan typ av isolering som användes i gaskylda reaktorer är porös betong, t.ex. betong innehållande pimpsten, som anbringas i ett utrymme mellan den kalla yttre infodringen och en flexibel, varm inre infodring. En sådan isolering skulle också kunna användas för en 20 kokarreaktor eller en tryckvattenreaktor om porös betong och en flexibel
366139 inre infodring som kunde motstå de mycket höga trycken i dylika reaktorer vore tillgängliga, vilket icke är fallet för närvarande. För en kokarreaktor eller en tryckvattenreaktor är det möjligt att som isolering under vattenytan använda stillastående skikt av vatten, åtskilda av stålfolier eller motsvarande anordningar. Även för utrymmet över vattenytan är det möjligt att använda stillastående skikt av vatten som isolering, men endast med hjälp av komplicerade anordningar. En vattenisolering är emellertid mycket underlägsen en gasisolering, räknat i isoleringsförmåga per cm tjocklek. Vid en tungvattenreaktor tillkommer dessutom en hög kostnad för tungvattnet i isoleringsutrymmet. Uppfinningen syftar till att undanröja ovan nämnda nackdelar, och avser att åstadkomma en gasisolering vid en vattenkyld reaktor utan tillgripande av komplicerade mekaniska anordningar och utan något dyrbart extra stålkärl. Kärnreaktorn enligt uppfinningen är av den typ som omfattar ett tryckkärl, ett utrymme för kylvatten nedtill i tryckkärlet, en i kylvattenutrymmet belägen reaktorkärna innehållande kärnbränsle för uppvärmning av kylvattnet, med eller utan kokning, ett utrymme för ånga upptill i tryckkärlet, ett förhållandevis tunnväggigt hölje som omger utrymmet för ånga, en värmeisolerande gas i utrymmet mellan höljet och tryckkärlets vägg, samt en tryckutjämningsanordning för att dels skilja ångan från den värmeisolerande gasen, dels tillåta en utjämning av trycken i ångan och den värmeisolerande gasen och kännetecknas därav, att tryckutjämningsanordningen utgöres av ett i tryckkärlet beläget vattenlås som är anordnat invid den normala vattenytan i reaktorn och som är så utfört att vattnet i.vattenlåset direkt kommunicerar med kylvattnet i reaktorns kylvattenutrymme samt att anordningar finns för att hålla vattnet i. vattenlåset kallt, för minskning av avdunstningen från vattenytan i vattenlåset-. Tack vare vattenlåset kan ingen nämnvärd tryckskillnad uppkomma mellan reaktorns inre och utrymmet för den värmeisolerande gasen, och höljet kan därför utföras turmväggigt. Genom att vattenlåset är placerat invid den normala vattenytan, och kommunicerar med kylvattnet har man en garanti för att det ständigt är vattenfyllt. Uppfinningen kommer nu att beskrivas under hänvisning till bifogade ritning, som visar en utföringsform av reaktorn.enligt uppfinningen. Den illustrerade reaktorn innehåller ett tryckkärl 11 av förspänd betong. Tryckkärlets insida är klädd med en stålinfodring 12, vid vilken är fastsvetsaäe rör 13 för kylvatten, genom vilka betongen hålles vid en temperatur under 70 C. Tryckkärlet innehåller en tank 10
366139 som definierar reaktorkärnan. I kärnan är det klyvbara bränslet anordnat i ett flertal vertikala rör 1, av vilka för enkelhetens skull endast ett är visat. Dessa rör är upptill försedda med en separator 2 för ånga och vatten. Matarvatten tillföres reaktorn genom en ledning 9. Vattnet flyter uppåt genom reaktorkärnan 10, varvid det verkar som moderator, blandar sig med hett vatten från ångseparatorerna 2, strömmar nedåt genom utrymmet 4 omkring reaktorkärnan, in i ett fördelningsutrymme 5 under reaktorkärnan, och upp genom rören 1. Under passagen genom dessa rör bringas vattnet till kokning. Från ångutrymmet 6 strömmar ångan nedåt genom tuber 7 som är anordnade omkring den egentliga reaktorkärnan 10, och ångan lämnar reaktorn genom rör 8. Omkring ångutrymmet 6 är anordnat ett relativt tunnväggigt hölje 14 av stålplåt som tillsammans med infodringen 12 bildar en tämligen smal isoleringsspalt 29. Upptill är höljet vid 30 fastsvetsat vid infodringen. Nedtill är höljet 14 försett med én del 16 med mindre diameter. Denna del 16 sträcker sig under den normala vattenytan 3 i reaktorn. Ett motsvarande tunnväggigt hölje 15 är anordnat omkring den undre, vattenfyllda delen av reaktorn, och bildar tillsammans med infodringen 12 en isoleringsspalt J>1. Nedtill är höljet 15 fastsvetsat vid den del av infodringen som täcker tryckkärlets botten. Upptill överlappar höljet 15 den undre delen 16 av höljet 14, och i utrymmet mellan dessa överlappande delar är anordnade två baffelplåtar 19 och 20. En ledning 18 för tillförsel av vatten är anordnad att mynna mellan baffelplåtarna 19 och 20, och en ledning 21 för bortförsel av vatten är anordnad att mynna över baffelplåten 20. Isoleringsspalten 31, 29 är fylld med en gas, lämpligen kväve, som tillföres genom ett rör 22. För att reducera gasens cirkulation är'i spalten anordnat ett flertal tunna stålfolier 32. Vatten som kan ha kondenserat i spalten 32 bortledes genom ett rör 23. Isoleringen på tryckkärlets botten är utförd annorlunda, eftersom en mångfald rör sträcker sig genom denna botten. På bottnen är anordnat ett metalltrådsnät 24 eller liknande, som alstrar ett skikt av stillastående vatten med tillfredsställande isoleringsförmåga. I tryckkärlets lock finnes en öppning 28, och genom denna öppning sträcker sig en laddmaskin 25 för avlägsnande av förbrukade bränsleelement från reaktorn och införande av nya bränsleelement genom ett laddrör 26. ; De överlappande delarna av höljena 14 och 15 bildar 1 tillsammans med baffelplåtarna 19 och 20 ett vattenlås som befinner sig vid den normala vattenytan J>. Vattnet i vattenlåset kommunicerar med kylvattnet, och vatten kommer sålunda ständigt att finnas i vattenlåset, utom under korta perioder då trycket ändras onormalt hastigt. Vid normalt förekornman-
366139 4 de tryckvariationer i reaktorn kommer nivån av vattenytan 17 i vattenlåset att variera något. Vattenlåsets bredd bör göras så stor att denna variation blir tämligen liten. Vattenytan 17 bör lämpligen uppgå till 3-10 ^ av vattenytan Vid en onormal tryckökning kommer vattenytan 3 att sjunka under kanten på höljedelen 16, varvid ånga tränger in i isoleringsspalten 29, 31. Vid en onormal trycksänkning i reaktorn kommer vattenytan 17 att sjunka under kanten på höljedelen 16, varvid gas från isoleringsspalten 29, 31 tränger in i ångutrymmet 6. I båda fallen, vilka endast inträffar vid mycket sällsynta olyckstillbud, kommer en tryckutjämning att ske mellan båda sidorna av höljena 14 och 15, vilka därför kan göras tunnväggiga. Det kan icke hindras att gas från isoleringsspalten 29, 31 löser sig i vattnet i vattenlåset. Till förhindrande av att detta gashaltiga vatten blandar sig med reaktorvattnet tillföres kallt gasfritt vatten genom ledningen 18, varvid det gashaltiga vattnet bortgår genom ledningen 21. Genom att det tillförda gasfria vattnet är kallt minskas avdunstningen från vattenytan 17.
5 SG6139- PATENTKRAV 1. Kärnreaktor, omfattande ett tryckkärl (ll), ett utrymme (4, 5) för kylvatten nedtill i tryckkärlet, en i kylvattenutrymmet belägen.reaktorkärna (10) innehållande kärnbränsle för uppvärmning av kylvattnet, med eller utan kokning, ett utrymme (6) för ånga upptill i tryckkärlet, ett förhållandevis tunnväggigt hölje (14, 15) som omger utrymmet (6) för ånga, en värmeisolerande gas i utrymmet (29, 31) mellan höljet och tryckkärlets vägg, samt en tryckutjämningsanordning för att dels skilja ångan från den värmeisolerande gasen, dels tillåta en utjämning av trycken i ångan och den värmeisolerande gasen, kännetecknad därav, att tryckutjämningsanordningen utgöres av ett i tryckkärlet belägen vattenlås (16, 19, 20) som är anordnat invid den normala vattenytan (3) i reaktorn och som är så utfört att vattnet i vattenlåset direkt kommunicerar med kylvattnet i reaktorns kylvattenutrymme (4, 5)J> samt att anordningar finns för att hålla vattnet i vattenlåset kallt, för minskning av avdunstningen från vattenytan i vattenlåset. 2. Kärnreaktor enligt krav 1, kännetecknad därav, att höljet har en första del (14) som omger utrymmet (6) för ånga och en andra del (15) som omger utrymmet (4, 5) för vatten, varvid värmeisolerande gas är anordnad i Utrymmet (29, 31) mellan tryckkärlets vägg och de båda höljesdelarna. 3 Kärnreaktor enligt krav 2, kännetecknad därav, att underkanten av den första höljesdelen (.14) och överkanten av den andra höljesdelen (15) är utformade till att bilda vattenlåset (16, 19, 20). 4, Kärnreaktor enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - tecknad därav, att den innehåller en ledning (18) för tillförsel av vatten till vattenlåset och en ledning (21) för bortförsel av vatten från vattenlåset. 5. Kärnreaktor enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad därav, att utrymmet (29, 31) mellan tryckkärlets vägg och höljet innehåller ett metalltrådsnät eller liknande, till försvårande av den värmeisolerande gasens cirkulation. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige 170 381 (21 g:21/10) Tyskland 1 128 572 (21 g:21/20)