Prijs F, 3,-
/fCTROOIRAAD Ter inzage gelegde Octrooiaanvrage No,
7 2 0 9 2 9 3
Klasse 0 21 d 1/c.O (15 a f 5 g 6 h 2 ; . G 21 d 5 / 0 0 j e 21 d 1 / 0 2 b j G 21 g l / 0 0 b
NEDERLAND
Int. Cl. G 21 d l / 0 0 / / G 21 d ' 5 / 0 0 G 21 d l / 0 2 , G 21 c 1 / 0 0 * Indieningsdatuni:
30 j u n i 1 9 7 2 ,
Datum van terinzagelegging:
16 j a n u a r i
,
1973,
24 u u r . De. h i e r n a v o l g e n d e t e k s t i s e e n a f d r u k van l a t e i * d.oor a a n v r a g e r i n g e d i e n d e stukken,. De o o r s p r o n k e l i j k i n g e d i e n d e "beschrijving met c o n c l ü s i e ( s ) en . t e k e n i n g ^ e ï i ) kan op a a n v r a g e by de O o t r o o i r a a d worden i n g e z i e n 0
Aanvrager: Babcoclc & Wilcox, New l o r k , herenigde S t a t e n van Amerika Gemachtigde .'Ir F.X. Noz c . s . , A l g e m e e n Octrooibureau , V e s t d i j k 32, Eindhoven Ingeorpen r e c h t van voorang: 14 j u l i 1971 , Verenigde. S t a t e n van Amerika, n r . 162.359 Korte aanduiding: Kernenergiestoomgenerator
De uitvinding h e e f t betrekking op een systeem voor h e t v e r k r i j g e n van vermogen met een opwekorgaan van de k e r n e n e r g i e r e a c t o r v a r i ë t e i t g e s c h i k t voor een aantal stoomgenerators i n de vorm van vervangbare modulairs u n i t s Van het expandeerbare type voor het b e r e i k e n van h e t optimum i n e f f e k t i e v e en 5
doelmatige verdamping van fluidum gedurende h e t proces van h e t opwekken var. vermogen. Er z i j n v e l e en d i v e r s e vermogensopweksystemen van de k e r n e n e r g i e v a r i ë t e i t : bekend, waarvan sommige voor hun werkzaamheid afhangen ven de verdamping van flui'da, z o a l s water, Teneinde e c h t e r voorspelbaarheid van de werkzaamheid,
10
lange levensduur en v e i l i g h e i d t e waarborgen i s het noodzakelijk* dat deze opweksystemen v e r g e z e l d z i j n van een groot .aantal a f z o n d e r l i j k e e n aparte huplsystemen, d i é i e d e r een samenhangende v e r e i s t e voor ruimte hebben t e n gevolge van hun a f z o n d e r l i j k afmeting en vorm, In de u i t e i n d e l i j k e a n a l y s e i s h e t e f f e k t van een d e r g e l i j k werkzaam i n e e n g e v l o c h t e n web van hulpsystemen
15
een e n i g s z i n s g r o t e l o g g e en verhoudingsgewijs ondoelmatige i n s t a l l a t i e
72 Ó 0 8 8 0
in
- 2 -
14746/CV/jlI
verhouding t o t de a f m e t i n g van de p l a a t s v e r e i s t voor de i n s t a l l a t i e h e t onderhoud en gebruik. B i j v o o r b e e l d b i j n u t t i g e t o e p a s s i n g e n , z o a l s een c e n t r a a l vermogen-' systeem kunnen de v e r e i s t e n lopen i n hoeveelheden t o t aan 1.200 mega Watt e l e k t r i c t e i t voor de neer g e b r u i k e l i j k e 5
eenheidskernenergievermogensopwek-
ker, welke i n het v e r l e d e n i n h e t algemeen t o t aan 500.000 v i e r k a n t e v o e t ruimte hebben v e r e i s t voor onderhoud en gebruik.
En
i n d i e n z o a l s de e c o -
l o g i s t v e r e i s t , een d e r g e l i j k e i n s t a l l t i e i n een ondergronds betonnen bed moest worden g e p l a a t s t zou d e z e l f d e i n s t a l l a t i e moeten worden ondergebracht op d i e p t e s t o t 300 v o e t . 10
Momenteel wordt ook b i j andere t o e p a s s i n g e n , z o a l s b i j gebruik voor vaartuigen de s n e l h e i d van een met kernenergie voortgestuwd v a a r t u i g onder andere f a c t o r e n beperkt door de ruimte beschikbaar voor h e t vermogensopweksysteem. Net betrekking t o t de huidige stand van de t e c h n i e k beperkt h e t g e b r u i k e l i j k e kernenergievermogenopweksysteem voor maritiemgebruik de v e r -
15
mogens-output op 325 mega Watt thermisch a l s z i j n bovenste grens, h o o f d z a k e l i j k t e n gevolge van de t o t a l e ruimte v e r e i s t e van de r e a c t o r en de hulpsystemen. Zodoende wordt de a a n d r i j v i n g van een d e r g e l i j k s c h i p beperkt t o t ongeveer 120.000 shp. Zoals d u i d e l i j k z a l z i j n i s i n f e i t e een van a f s c h r i k k i n g e n t o t h e t gebruik van kernenergieveraogen i n v e l e s p e c i f i e k e t o e p a s s i n g e n de
20
s p e c i a l e v e r e i s t e n van de i n s t a l l a t i e n i e t s l e c h t s met betrekking t o t de r e a c t o r z e l f , naar ook met betrekking t o t de v e r e i s t e hulpsystemen. V a t w o r d t 'benodigd i n de t e c h n i e k i s een i n s t a l l a t i e met e e n o p s t e l l i n g i n de vorm van een vermogensopweksysteem, welke n i e t n o o d z a k e l i j k e r w i j s h e t g e b r u i k van nagenoeg a l l e h u l p s y s t e m e n van de t e c h n i e k v e r e i s t
25
voor z i j n
w e r k i n g , onderhoud en g e b r u i k op een e f f e k t i e v e en d o e l m a t i g e w i j z e en d e s alniettemin vergezeld
gaat
met h e t optimum op h e t g e b i e d van v e i l i g h e i d .
De onderhavige u i t v i n d i n g v o l d o e t aan deze b e h o e f t e van de t e c h n i e k met betrekking t o t de d r i e dimensionale v e r e i s t e n van g r o o t t e en vorm met s p e c i a l e nadruk op een kernenergievermogensopweksysteem, dat kan worden 30
gebruikt voor h e t voortbrengen van vermogenaoutputs, welke de t o t nu t o e bekende outputs o v e r s c h r i j d e n , z o n d e r h e t n o o d z a k e l i j k e gebruik van, en i n f e i t e de a a n z i e n l i j k e e l i m i n a t i e van, de volgende hulpsystemen u i t de o p s t e l l i n g volgens de h u i d i g e u i t v i n d i n g :
7 2 0 9 2 9 3
f
k
'•
3 -
a) aandrijvingen voor g e d e e l t e l i j k e
14746/CV/JII
lengteregelstaven;
b) reactorhartstuursystetoënj'' c) i n j e c t i e s y s t e m e n van de hoge druk v a r i ë t e i t ; d) sproeisystemen van een t h i o s u l f a a t aard; 5
" c) v o e d i n g s - en aftapsystemen van h e t oplosbare g i f t y p e ? f ) i n s t r u m e n t a t i e systemen i n het r e a e t ó r h a r t ; g) computersystemen van enorme afmetingen; h) v l o e i s t o f - a f v a l a f v o e r s y s t e m e n van g r o t e r afmetingen; i ) s e i s m i s c h e l e i d i n g ondersteuningssystemen.
10
Als een v e r g e z e l d gaand v o o r d e e l van de e l i m i n a t i e van h e t bovenstaande» worden eveneens het p e r i o d i e k beproeven en onderhoud van d e r g e l i j k e hulpsystemen met de daaraan v e r g e z e l d gaande e i s e n van ruimte en k o s t e n g e e l i m i n e e r d . Het i s dan ook een oogmerk van de h u i d i g e u i t v i n d i n g een v e r b e t e r d s y s t e e m ' van de k e r n e n e r g i e v a r i ë t e i t te v e r k r i j g e n voor de opwekking van vermogen
15
zonder enige daaraan v e r g e z e l d gaande v e r e i s t e n i n het systeem voor de bovengenoemde hulpsystemen.
.
Ben ander oogmerk i s het v e r k r i j g e n van e e n v e r b e t e r d e vermogensopweku n i t van de k e r n e n e r g i e - v a r i ë t e i t v o o r z i e n van middelen voor vervangbare stoomopwekker van het u i t z e t b a r e modulaire u n i t t y p e . 20 ,
Een verder^oogmerk i s hè't v e r k i j g e n van een stoomopwekker vande modulair v a r i ë t e i t voor het bereiken van h e t optimum i n e f f e k t i e v e en e f f i c i e n t e v e r damping van fluidum gedurende het vërmogenso'pwekproces,
'
De u i t v i n d i n g z a l , h i e r o n d e r nader worden u i t e e n g a a e t aan de hand van b i j gaande f i g u r e n , waarin schematisdsde k o n s t r u k t i e v o l g e n s de u i t v i n d i n g i s 25
weergegeven» Figuur 1 t o o n t een schema van h e t strooasysteem v o l g e n s de h u i d i g e uit-' 1 vinding,
.
V
Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van de r e a c t o r v o l g e n s de h u i d i g e uit-! : vinding. 30
. • Figuur 3 toont een doorsnede v o l g e n s de l i j n 3 - 3 van f i g u u r 2 waarbij
een r o o s t e r i s weergegeven bestaande u i t een a a n t a l stoomopwekkers rond de omtrek van het hart van de r e a c t o r . Figuur 4 t o o n t een doorsnede v o l g e n s de l i j n 4 - 4
7
2 0 .9 2 9 3
i n f i g u u r 3 waarbij
v
- 4 -
14746/CV/JM
de g e h e l e o p s t e l l i n g van e e n a a n t a l van de a f z o n d e r l i j k e modulaire stoomopwekkers van de r e a c t o r s i s weergegeven» Figuur 5 toont een a a n z i c h t op een a f z o n d e r l i j k e modulaire stoomopwekker van de r e a c t o r v o l g e n s f i g u u r 2 . 5
Figuur 6 toont eea doorsnede Figuur ? t o o n t een doorsnede
v o l g e n s l i j n 6 - 6 i n f i g u u r 5* v o l g e n s de l i j n 7 - 7 i n
figuur 5. Een aspekt van de huidige u i t v i n d i n g , z o a l s weergegeven i n f i g u u r 1 , omvat i n de ruime z i n een g e s l o t e n lusvermogensopweksysteem, waarin een aan10
t a l van stoomopwekunits van de k e r n r e a c t o r v a r i ë t e i t i e d e r z i j n verbonden i n p a r a l l e l met twee k o p p e l i n g s u n i t s , welke d e e l , z i j n van en i n s e r i e i n v e r b i n d i n g s t a a n i n de g e s l o t e n l u s van het systeem, In overeenstemming met deze o p s t e l l i n g kan i e d e r van een a a n t a l van d e r g e l i j k e r e a c t o r u n i t s worden g e p l a a t s t i n een stroómvolgorde voor het v e r k r i j g e n van een r e e k s van e e n t o t d r i e k e e r
15^ de vermogensoutput van h e t systeem. I n d i e n b i j v o o r b e e l d een u n i t 400 mega Watt l e v e r t z a l h e t r e s u l t a a t van h e t p l a a t s e n van de d r i e u n i t s i n p a r a l l e l l e w e r k i n g i n de g e s l o t e n l u s s y s t e e m h e t l e v e r e n van z o v e e l a l s 1200 mega ^ a t t z i j n , Maar wat n i e t voor de hand l i g g e n d i s , i s d a t deze vermogensoutput kan worden b e w e r k s t e l l i g d zonder de hulpsystemen d i e benodigd worden b i j »20
h e t g e b r u i k van de g e b r u i k e l i j k e e e n h e i d s k e r n e n e r g i e r e a c t o r v o l g e n s de s t a n d van de t e c h n i e k , welke d e z e l f d e t o t a l e o u t p u t h e e f t . Meer i n h e t b i j z o n d e r s t a a t i n h e t systeem v o l g e n s de h u i d i g e u i t v i n d i n g i e d e r ' van de g e c o n s o l i d e e r d e kernenergiestoomopweldcers 11 i n v e r b i n d i n g met een k o p p e l i n g s u n i t of mengkamer 12 met een g e s c h i k t klepmechanisme d a a r t u s s e n voor de o v e r d r a c h t
25
van stoom n a a r «en t u r b i n e 13 voor de c o n v e n t i o n e l e opwekking van vermogen* Een condensor 14 s t a a t i n e e s i e n e t de t u r b i n e 13 i n de n a b i j h e i d v a n een pomp 15 v o o r h e t overbrengen van c o n d e n s a a t n a a r e e n o m t r e k k e r van m i n e r a l e n 16 en dan i n s e r i e door e e n l u c h t r e a c t o r 17, een l a g e druk verwarmer 18 en een ontluchtingsketelverwarmer 19, Een hoofdpomp 21 neemt v o e d i n g s -
30
w a t e r van de verwarmer 19 en voedt d i t naar een hoge drukverwarmer 22 v o o r overdracht naar de gekozen kernenergiestoomopwekker 11 door een k o p p e l i n g 23 en e e n g e s c h i k t klepmechanisme. Andere daaraan v e r g e z e l d gaande voordelen van het onderhavige systeem omvat h e t f e i t , dat d i t type complex kan worden
o p g e s t e l d op p l a a t s e n ,
298 •*'
'"'•* - 5 -
14746/cv/jM
welke het g e b r u i k e l i j k e eenheidskernenergieve rmogens opweksys teem met v e r - > g e l i j k - b a r e output n i e t zou kunnen opnemen. De v e i l i g - h e i d en de o p s t e l voordelen® gegeven door het h u i d i g e systeem,gaan verder boven d i e van andere systemen welke gebruik maken van l i c h t - w a t e r r e a c t o r s en de i n s t a l l a t i e of 5
het systeem i s t e g e l i j k e r t i j d gemakkelijker te onderhouden en i n werking t e s t e l l e n ien brengt zowaar
v l o e i b a r e a f v a l l e n v o o r t naast het opbouwen
van een verhoudingsgewijs l a a g niveau van r a d i o a c t i e v e v e r v u i l i n g * Zoals u i t f i g u u r 2 b l i j k t omvat de g e c o n s o l i d e e r d e kernenergiestoomopwekker 11 v o l g e n s de huidige u i t v i n d i n g een drukvat 26 met e e n gebruike 20
-
l i j k r e a c t o r h a r t 27, dat overwegend i s vervaardigd u i t een roosterwerk van brandstofelementen, welke koelströomdoortochten i n het r e a c t o r h a r t bepalen» Ben u i t w i s s e l a a r of stoomopwekker 28 i s i n primaire koelmiddelstroomverbinding met het v a t 26 en i s u i t g e r u s t met middelen 29 voor h e t c i r c u l e r e n . van het primaire koelmiddel door de opwekker 28 en v a t 26 v i a d e r g e l i j k e
15
doortochten.Set
v a t i s eveneens v o o r z i e n van middelen voor h e t aanbrengen
van voedingswater 31 en het a f v o e r e n van stoom 52 waarbij' i e d e r van deze middelen z i j n gekoppeld met h e t bovengenoemde g e s l o t e n l u s s y s t e e m ,
zoals
weergegeven i n f i g u u r 1. Het wezen van h e t systeem en de r e a c t o r o p s t e l l i n g i s , dat e e n unieke 20
stoomopwekker op a f s t a n d 1 ' i s g e l e g e n hoven h e t r e a c t o r h a r t i n het drukvat De stroombaan van het 'primaire koelmiddel i s a l s aangeduid door de p i j l e n ' 35 - . 3 9 » i n f i g u u r 2 , En, z o a l s i s weergegeven, is, i e d e r van de stoomopwekmodulaire o p s t e l l i n g e n u i g e r u s t met een s t e u n p l a a t 41 op de
bodem daarvan
en eeh steuhwand welke z i c h i n de l e n g t e r i c h t i n g u i t s t r e k t langa het i n - ; 25
wendlge daarvan, z o a l s hieronder nog nader z a l worden beschreven.
'
Voor gaande pogingen voor k e t ontwikkelen van een onder druk staande! wateaweaetoj? van de i n t e g r a l e v a r i ë t e i t z o a l s weergegeven i n f i g u u r 2 z i j n gecompliceerd gemaakt door e e n kenmerkende onverenigbaarheid t u s s e n de r e s p e k t i e v e vormen en afmetingen van hoofdbestanddelen, z o a l s h e t r e a c t o r 30
h a r t , het r e a c t o r h a r t v a t en de stoomopwekker. Z e l f a na o p l o s s i n g van sommige van de problemen met betrekking t o t de vorm voor h e t v e r k i j g e n van een meer compacte reabtor b l e e k , dat de. bekende o p s t e l l i n g e n v e r v a a r d i g i n g s k o s t e n verhoogden en problemen opwekte met b e t r e k k i n g t o t onderhoud en i n s p e c t i e
7 2
0 9 2
93
- - ' •_ 6 -
14746/CV/JM
t i j d e n s b e d r i j f . Daarom werd een r e a c t o r o p s t e l l i n g , z o a l s weergegeven i n f i ~ guur 2 gezocht teneinde de gewenste mate van compactheid t e v e r k r i j g e n , maar onder vermijding van de verhoogde k o s t e n en i n s p e c t i e p r o b l e m e n . Eet u i t e r s t e i n compactheid i s g e r e a l i s e e r d met de o p s t e l l i n g a f g e b e e l d i n f i g u u r 2 t e n gevolge van de stoonopwekker 28 en z i j n daaraan gepaard gaande 5
vorm en afmeting . Als r e s u l t a a t werden de hoogte en de diameter van h e t drukv a t beide a a n z i e n l i j k verminderd met een corresponderende vermindering i n primair k o e i n l d d e l i n v e n t a r i s t o t zo w e i n i g a l s 5Q/ó van dat v e r e i s t b i j de g e b r u i k e l i j k e , e e n eenheid vormende,reactors van de bekende stand van de t e c h n i e k en de onderhavige o p s t e l l i n g i s r e l a t i e f v r i j van thermische spanninger v e r -
10
oorzaakt door v e r s c h i j n s e l e n t i j d e n s b e d r i j f . Andere voordelen z i j n , dat de stoomopwelckers op a f s t a n d van e l k a a r z i j n g e l e g e n boven h e t reactorhart» I n de p r a k t i j k z a l de ruimte tenminste ongev e e r 24 i n c h e s i n t o t a l e g r o o t t e z i j n . Op deze w i j z e wordt de produktie van r a d i o a c t i e v e zuurstof vermeden i n h e t secondaire systeem met de daarmede v e r -
15
g e z e l d gaande problemen, welke het gebruik van dure afschermingen door een d e r g e l i j k systeem omvatten. Als een verder voordeel wordt ook g e a k t i s v e e r d e corrosieprodukten i n h e t s e c o n d a i r e systeem vermeden. In h e t v e r l e d e n trad d i t g e b r u i k e l i j k op, i n d i e n de metalen buizen i n kontakt kwamen met e e n neutronenv e l d „van h e t r e a c t o r h a r t .
20
Als g e v o l g e van de bovengenoemde voordelen kan f e r r i t i s c h s t a a l worden g e b r u i k t i n de fabrikage van de stoomopwekker, h e t g e e n verhoudingsgewijs goedkoper i s en een thermische g e l e i d b a a r h e i d b e z i t , d i e g r ó t e r i s dan d i e van r o e s t v r i j staa^L voor h e t o p t i m a l i s e r e n van de doelmatigheid van h e t warmteu i t w i s s e l p r o c e s , I n h e t v e r l e d e n was het gebruik van een d e r g e l i j k m a t e r i a a l
25
n i e t m o g e l i j k . D i t kwam h o o f d z a k e l i j k 'omdat i n d i e n de a f s t a n d t u s s e n de stoomopwekker en het r e a c t o r h a r t afneemt de g e b r u i k e l i j k e n e i g i n g van f e r r i t i s c h s t a l e n t o t scheurvorming en f a l e n toeneemt. Eveneens, z o a l s i n h e t v e r l e d e n , i n d i e n hulpsystemen werden gebruikt welke boorzuur i n h e t primaire koelmiddel bevatten .maakte
30
de c o r r o s i a s n e l h e i d
van de f e r r i t i a e h e s t a l e n het gebruik daarvan onmogelijk. Nu San e c h t e r een dergelijk
m a t e r i a a l worden gebruikt «n ten g e v o l g e van de grotere thermische
g e l e i d b a a r h e i d van d e r g e l i j k e m a t e r i a l e n kunnen de stoomopwekkera worden g e f a b r i c e e r d i n k l e i n e r e en goedkopere u n i t s zonder e n i g n a d e l i g e f f e k t t e hebben
7 2
Ö 9 29
3
' - 7 -
14746/CV/JH • •
'
'
\
\
.
op de t o t a l e v e r e i s t e warmte-overdracht van.een d e r g e l i j k e u n i t .
Indien'verde'q
z o a l s i n h e t v e r l e d e n t d e stoomopwekker n a b i j h e t r e a c t o r h a r t was zou de. stooastroombaan a a n z i e n l i j k e t e c h n i s c h e , o p e r a t i o n e l e en onderhoudsproblernen bieden. Nu e c h t e r , met de o p s t e l l i n g weergegeven 5
i n f i g u u r 2 , i s er een b e -
t r e k k e l i j k lage w e e r s t a n d ' t e g e n s t r o m i n g , i n het. primaire s y s t e e m , e n een natuurl i j k c i r c u l a t i e p a d wordt, gehandhaafd-,.zoals i n d i e n de pomp 29 f a a l t t e werken. In f e i t e z a l de c i r c u l a t i e van de onderhavige r e a c t o r i n een d e r g e l i j k g e v a l een weinig meer g e i n t e n s i v i s e e r d z i j n dan die van de n a t u r r l i j k e
totale
c i r c u l a t i e of stroming g e b r u i k e l i j k ontmoet i n bekende r e a c t o r s . Een o n g e 10
b r u i k e l i j k goede werking met betrekking h i e r t o e wordt dua ontmoet z o a l s met n i e t werkzame c i r c u l a t i e pompen. B i j de huidige u i t v i n d i n g z i j n de warmte~ui tv/1 i s e l a a r -op stoomopwek- •. u n i t s 28 voor gebruik i n het r e a c t o r s a m e n s t e l i n de vorm van een a a n t a l a f z o n d e r l i j k e en vervangbare modulaire u n i t s , d i e i e d e r u i t z e t b a a r z i j n en
15
het t o t a a l
ervan
het warmte overdrachtproces van het systeem r e g e l t
en,
z o a l s beschreven,de stro'ogrverdeling van het koelmiddel voor een d e r g e l i j k e u n i t . <
Zoals u i t de bekende stand van de techniek d u i d e l i j k z a l z i j n , w o r d t de output van een k e r n e n e r g i e r e a c t o r onderander beperkt door de s n e l h e i d 20
waarmede warmte kan worden overgebracht aan het s e c o n d a i r e fluidum, dat stroomt i n de w a r m t e - u i t w i s s e l a a r . Een c o n s t r u k t i e v e vorm voor. het v e r k r i j g e n van een optimum i n e f f e k t i e v e en e f f l c i e n t e warmte-overdracht t u s s e n een primair en s e c o n d a i r fluidum i n de bovengenoemde r e a c t o r • i s d i e i n welke een a a n t a l van l a n g g e s t r e k t e warmte-
2-K
r'.
u i w i s s e l b u i z e n welke een s e c o n d a i r e fluidum b e v a t t e n z i j n op eengepakt i n een.j. omschreven voltimetrisch gebied i n een bepaald patroon i n de stroombaan van h e l verwarmde primaire fluidum.Het primaire fluidum, dat i n een d e r g e l i j k g e v a l naar beneden stroomt over, een maximaal oppervlak van h e t uitwendige gebied van de buizen, draagt z i j n warmte over aan h e t s e c o n d a i r e fluidum i n i e d e r van de buizen e n een d e r g e l i j k secondair fluidum wordt gemakkelijk verdampt voor
30
het vormen van stoom of g a s . Deze damp of stoom z a l . d a n i n tegenstroom of i n opwaartse r i c h t i n g stromen i n de buizen t e n o p z i c h t e van de stroom van h e t ' p r i m a i r e ' f l u i d u m . Voor het v e r k r i j g e n van h e t optimum van het systeem met betrekking t o t de warmte-overdracht worden de bundels buizen g e f a b..r i 'c e e r d i n •'4 groepen 40, d i e worden aangeduid a l s modulaire units, en d i e worden o p g e s t e l d
7 2 0 9 2 9 3.
-
i n naburig
verband
8
M-746/CV/jK
-
rond de omtrek van h e t r e a c t o r h a r t , z o a l s i s weerge-
geven i n f i g u u r 3 i n de t o t a l e vorm van een roosterwerk 41» Het s p e c i f i e k e rasterwerk a f g e b e e l d i n f i g u u r 3 b e s t a a t u i t een a a n t a l van g e l i j k geconstrueerde l a n g g e s t r e k t e en l o n g i t u d i n a a l rakende s a m e n s t e l l e n van a f z ó n d e r l i j k stoomopwekunits. De t o t a l e c o n f i g u r a t i e van het roosterwerk kan e c h t e r e n i g s - j i n s g e -
5
v a r i e e r d z i j n i n o p s t e l l i n g zonder b u i t e n de g e e s t van de u i t v i n d i n g t e v a l l e n , zolang a l s i e d e r van de stoomopwekkeis 28, welke h e t roosterwerk 41 vormen, een i n d i v i d u e l e modulaire u n i t van de scheidbare en vervangbare v a r i ë t e i t
is,
z o a l s hieronder nader z a l worden beschreven. 10
Zoals verder i n f i g u u r 4 i s weergegeven,worden voor h e t v e r k r i j g e n van een g e h e e l voor de v r i j e stromende aard van h e t primaire fluidum door h e t r o o s t e r werk of h e t t o t a l e stoomopweksamenstel, de a f z o n d e r l i j k e groepen 42 van de stoomopwekkers g e p l a a t s op v e r s c h i l l e n d e hoogtes t e n o p z i c h t e van e l k a a r voor het verkrijgen
15
van een a a n z i e n l i j k e mate
van ongestoorde
stroming voor h e t primaire fluidum i n , door en u i t het stoomopweksamenstel, z o a l s i s weergegevendoor s t r o o m l i j n e n 43» ^en systeem van v e r d e e l s t u k k e n 44 is
aangebracht voor h e t overbrengen van de stoom van de modulaire groepen
door de wand van h e t g a t 26 naar l e i d i n g e n 32 van h e t g e h e l e vermogensopweksysteem, z o a l s weergegeven i n f i g u u r 1. Opgemerkt wordt, dat de v e r g r o t e g e 20
d e e l t e n van i e d e r van de a f z o n d e r l i j k e buizen 47 z i j n o p g e s t e l d i n z i j d e l i n g s e o p s t e l l i n g t e n o p z i c h t e van e l k a a r over het midden van de modulaire groepen 4 2 , s e l f s ofschoon i e d e r van de stoomopwekunits van de groepen op v e r s c h i l l e n d e hoogtes z i j n o p g e s t e l d . In f e i t e vormt h e t g e h e l e samenstel van stoomopwekkers een veelvoud van l o n g i t u d i n a l e stroomkanalen voor h e t primaire fluidum.
25
.Ofschoon de moduuls z i j n o p g e s t e l d op v e r s c h i l l e n d e h o o g t e s f z i j n de c e n t r a l e ongesnvede d e l e n van de a f z o n d e r l i j k gesmede buislengtesr g e p l a a t s t op d e z e l f d e hoogte voor a l l e moduuls. Deze o p s t e l l i n g handhaaft de doelmatigheid van h e t warote-overdrachtoppervlak door vermijding van een n e i g i n g voor h e t omstromen van i e d e r e . a f z o n d e r l i j k e b u i s door het stromade primaire fluidum.
3Q
Köaia yaaspgagavesi | h üfiffui^ § s ^ n An i n d i v i d u e l e a e d u i a i s e u n i t s af a f z o n d e r l i j k e stoomopwekunits 28 a l t h a n s i n hoofdzaak
een eenheid vormend
pak van l a n g g e s t r e k t e buizen 47? d i e nauwkeurig g i j n o p g e s t e l d en worden vautgehouden i n ds gewenate stand t e n o p z i c h t e van e l k a a r met r e d e l i j k e v r i j »
7 2 0 3 2 9 3
•
~ 9 -
•
. j4746/CV/JM
:
• heid daartussen voor u i t z e t t i n g ,bij. t e m p e r a t u u r s w i j z i g i n g e n . De-bundel van z i ö h l o n g i t u d i n a a l u i t s t r e k k e n d e -buizen wordt s t a b i e l ondersteund t u s s e n twee b u i s p l a t e n 50, 51, die i e d e r i n samenwerking met andere elementen de b a s i s vormen voor de i n l a a t en u i t l a a t k o p van h e t eenheid systeem en welke 5
de bundel beschermen
tegen klapperen en t r i l l e n -
i n d i e n de u n i t wordt onder-
worpen aan een v e r h i t t e turbulente stroom.van primair fluidum. In h e t a l g e meen wordt de u n i t z i j d e l i n g s g e s t a b i l i s e e r d op_tussenruimtes l a n g s z i j n l e n g t e door een a l s r o o s t e r 52 aangeduide k o n s t r u k t i e e e n h e i d . Het r o o s t e r 52 e l i m i n e e r t het r i s i c o van buigen of v e r p l a a t s i n g van de a f z o n d e r l i j k e buizen t e n • 10
gevolge van temperatuurwijzigingen of t u r b u l e n t e stroming. In sommige g e v a l l e n kan het r o o s t e r worden gevormd door een a a n t a l van i n e l k a a r passende stroken voor h e t v e r k r i j g e n van. een z i j d e l i n g s k o n s t r u k t i e f netwerknvan o p e ningen voor de ontvangst en h e t vasthouden van de l o n g i t u d i n a l e b u i z e n i n de gewenste stand i n een roosterwerk tjrpe
15
c o n f i g u r a t i e , z o n d e r de stroom van
h e t primaire fluidum over de a f z o n d e r l i j k e buizen t e h i n d e r e n . Zoals aangeduid stroomt de laatstgenoemde fluidum stroom i n d e
lengte-
r i c h t i n g langs en om het p i j p s a m e n s t e l a l s een v o e r t u i g voor warmte of e n e r g i e overdracht aan de a f z o n d e r l i j k e buizen.
. '
Zoals weergegeven i n f i g u u r 5, strekken de a f z o n d e r l i j k e r e l a t i e v e dunne 20
v e r t i k a l e buizen z i c h zowel door de bovenste a l s de onderste h o r i z o n t a l e b u i s p l a t e n naast elkaar op bapaaldë a f s t a n d e n van e l k a a r u i t . Het b u i t e n v l a k van i e d e r van tb b u i s p l a t e n of z i j d e l i n g s e verbindingsmiddelen z i j n b i j v o o r keur van een v l a k k e p l a t t e aard b i j de kontaktpunten van d e r g e l i j k e b u i s p l a t e n met de b u i t e n s t e einden van de a f z o n d e r l i j k e buizen •
25
2 o a l s beschreven
vormt de u n i t i n f e i t e een compacte verpakking van g e n e s t e l d e buizen. De werkwijze voor het v a s t z e t t e n of b e v e s t i g e n van d e r g e l i j k e buizen aan b u i s p l a t e n
,
•>
.
z i j n t a l r i j k en omvatten s t r a a l l a s s e n of Iedere andere g e b r u i k e l i j k e of c o n v e n t i o n e l e methode welke i n de techniek voor d e r g e l i j k e d o e l e i n d e n gebruikt.' 30
.
.
.
it
" wordt . .1
Een verder voordeel i s de Verbeterde t o e g a n k e l i j k h e i d van de stoomopw e k s e c t l e ' 2 8
72 0 $ 2 § 3
10 -
H746/C7/JK
s t e u n geven aan de stoomopwekker en i n l a n g s r i c h t i n g z i j n v e r s t e r k t door v « r stijvingsribben
welke op hun beurt v e r t i k a a l worden ondersteund door
p l a t e n 44 - 47» Nadat de beschreven inwendige u n i t i s verwijderd,kan toegang gemakkelijk t o t stand worden gebracht t o t de i n d i v i d u e l e groepen van de 5
stoomopwekkers« Op deze w i j z e kan i e d e r van de modulaire u n i t s gemakkelijk worden vervangen r uit-genomen of z e l f t e r p l a a t s e worden gerepareerd.
Tevens,
i n v e r g e l i j k i n g met de bekende stand van de techniek,wordt minder t i j d v e r e i s t om i e d e r -van de stoomopwekmodulaire
u n i t s g e h e e l t e verwijderen en t e v e r -
vangen. Ook buisleklcen i n de a f z o n d e r l i j k e buizen i n een modulaire u n i t kunnen 10
gemakkelijk worden g e ï s o l e e r d met minder v e r l i e s van c a p a c i t e i t , o p v e r g e l i j k e n de b a s i s . I n een voorkeursuitvoeringsvorm z u l l e n de modulen een dwarsdoorsnede hebben en een s t e e k , v e r e n i g b a a r met het r e a c t o r h a r t b r a n d s t o f - s a m e n s t e l - a f m e t i n g en s t e e k . In f e i t e b l e e k de eenmalige doorloopstooiaopwekker mét z i j n l a g e
15 s e c o n d a i r e snelheden en opwaartse stroom u i t s t e k e n d g e s c h i k t voor de v e r e i s t e modulaire stroom. B i j voorkeur hebben de a f z o n d e r l i j k e buizen van de modulaire u n i t een wanddikte van ongeveer 0 , 0 6 7 i n c h e s en lichaamsg-.deelte met een uitwendige diameter van ongeveer 0 , 5 0 i n c h e s , e i n d i g e n d e b i j i e d e r einde i n een gesmede w i j z e naar een uitwendige diameter van ongeveer 0 , 3 7 0 i n c h e s . De 20
s t e e k i n een p r a k t i s c h e u n i t i s ongeveer'0,611 inch i n h e t v i e r k a n t . De p r i maire koelstroom in^en . u i t i e d e r van de modulaire u n i t s wordt vergemakkelijkt door de gesmede b u i s - s e k t i e . En de kenmerkende k l e i n e buisdiameter van de modulaire u n i t vermindert de lekwaarde,welke r e s u l t e e r t u i t gebrek i n de bui% en draagt b i j t o t de compactheid naast h e t minimaliseren van h e t v e r e i s t e voor
25
dikke wanden voor de buizen z e l f » De a f z o n d e r l i j k e koppen 52, 53 z o a l s weergegeven i n f i g u u r 6 en 7 z i j n h e t - z i j van gesmede' of gegoten aard. Deze a f z o n d e r l i j k e stukken worden g e l a s t aan de b u i s p l a a t i n de i n f i g u u r 5 a f g e b e e l d e s t a n d . I e d e r van de koppen i s u i t g e r u s t met een omtrekwand 54, welke i n i n g r i j p i n g i s met de b u i s p l a a t .
30
Eet inwendige van de h o o f d l i c h a a m s s e k t i e van i e d e r van de koppen wordt ondersteund- t e g e n de uitwendige d r u k b e l a s t i n g van h e t primaire fluidum door een
%
a a n t a l van g e l i j k m a t i g op a f s t a n d van elkaar g e l e g e n kolommen 55, welke r u s t e n t e g e n de b u i s p l a a t , i n d i e n de rand i n de j u i s t e stand i s v a s t g e l a s t . Aangezien
72 0 9 2 S 3
- 11 -•
14746/CV/jK - '
-
x
„-'
- " V '-
• "
v
\
•de inwendige druk a a n z i e n l i j k l a g e r i s dan de uitwendige d r u k , i s he.t n i e t noodzakelijk i e d e r van deze kolommen op het kontaktoppervlak van de b u i s p l a a t I
vast t e l a s s e n . B i j voorkeur worden de stoomopwekmodules ingroepen van 9 of 10 op 5
verdeelstukken a a n g e s l o t e n ( m a n i f o l d e d ) , e n z o a l s hierboven aangetoond z i j n z i j i n tenminste drie v e r t i k a l e standen o p g e s t e l d t e n o p z i c h t e van. e l k a a r , ten einde ongestoorde stroming van het primaire, fluidum m o g e l i j k te maken. . Verder i s i e d e r e moduul v r i j om v e r t i k a a l u i t t e z e t t e n of samen te trekken t i j d e n s bedrijfsovergangen ten. gevolge van de f l e x i b i l i t e i t i n h e t verdeelkast-pypwerk
10
zelf, Verder zijn de indringingen van het vat voor voedingswaterleidingen en s t o o u u i t l a t s n i n
het algemeen symmetrisch i n ieder quadrant van h e t vat.
Tijdens b e d r i j f stroomt primair water i n de l e n g t e r i c h t i n g
naar beneden
over de stoomopweköuizen mst ongeveer d e z e l f d e s n e l h e i d a l s d i e b e a t a a t i n h e t r e a c t o r h a r t , Verder wordt voedingswater of het s e c o n d a i r e fluidum t o ê g e 15
voerd door de i n l a a t v o e d i n g van d e voedingswaterbuis 5 6 . ^et voedingswater stroomt dan naar beneden naar de onderste moduulkop en wordt v e r s p r e i d i n een g e l i j k m a t i g patroon van de onderste kop i n i e d e r b o i l e r b u i s en wordt v e r dampt en o v e r v e r h i t , t e r w i j l het v e r t i k a a l omhoog stroomt door de buizen 47 om t e worden verzameld i n de bovenste kop voor v e r s p r e i d i n g door de. opening 60
20
naar de- verdeelstukken van de vermogensopwekunit van het systeem. Experimentele r e s u l a t e n hebben aangetoond, dat de modulaire stoomgener a t o r v r i j z a l z i j n voor k r i t i s c h e of o n g e b r u i k e l i j k e
stabiliteitsproblemen
met of zonder insmeding van de a f z o n d e r l i j k e b o i l e r b u i z e n . In. het hierboven beschreven systeem kunnen b u i s l e k k a g e s worden g e i é o l e e r d 2?
zonder de- werking van de i n s t a l l a t i e t e onderbreken. Onder druk worden de buiswanden van de generator minder b e i n v l o e d door gebreken en z i j z i j n rairider onderhevig aan spanningscorrosiebreuken. De buizen kunnen werken onder l a g è r e spanningen en z u l l e n z e l f s i n d i e n z i j samenklappen n i e t l e k k e n . Ook v e r e i s e n de a f z o n d e r l i j k e stoomopwekkers n i e t de s p e c i a l e werkplaats f a c i l i t e i t e n
30
welke een g e b r u i k e l i j k e u n i t v e r e i s t . De modulaire u n i t i s zodoende goed g e s c h i k t voor maasapro duktieteehndsken, d i e t o t nu t o e n i e t toepasbaar waren voor de vervaardiging van stoomopwekkers van de onder druk staande water variëteit.
7 2 0 9 2 9 3
•
- 12 -
•
14746/CV/JH
Samenvattend kan gezegd worden, dat de bijzondere conpactheid van het hierboven beschreven systeem i n v e r g e l i j k i n g met de output, resumeert i n een bijzonder grote besparing voor d e r g e l i j k e toepassingen a l s de v e r vaardiging, onderhoud en gebruik van een centraal 5
vermogensstation. Het
unieke ontwerp en o p s t e l l i n g van de r e a c t o r z e l f h e e f t de mening,, dat onder druk staande waterreactors m o e i l i j k t e onderhouden en t e i n s p e c t e r e n z i j n , w e e r l e g t . Bovendien z i j n er minder omvangrijke'hulp en v e i l i g h e i d s s y s t e m e n v e r e i s t b i j een d e r g e l i j k systeem welke b i j een g e b r u i k e l i j k conventioneel systeem de n e i g i n g hebben de kosten t e verhogen.
7 2 0 9 ? y 3..
'
'13 -
• OOSfCLUèlES '•;'"• ' 1•
'
14746/CV/JM
\
-
^ :.,.
;,„>;.,•.
•'•.
•
Vewiogensopweksysteem van hei' dè 'kern'reactorvariëtelt v o o r z i e n van
tenminste twee a f z o n d e r l i j k e stroombanen i n w a r m t e - u i t w i s s e l v e r h o u d i n g , w a a r b i j • één van de banen een v e r h i t primair fluidum en een tweede van de banen een secondair fluidum van omkeerbare f a s e b e v a t , dat r e a g e e r t op w i j z i g i n g i n 5
tempertauur, met het kenmerk, dat een a a n t a l modulaire u n i t s voor gebruik i n een d e r g e l i j k e w a r m t e - u i t w i s s e l i n g i e d e r z i j n v o o r z i e n van s .1, een aantalcp a f s t a n d van- e l k a a r g e l e g e n koppen, waarbij de bovenste kop een g e s l o t e n d o o r t o c h t daardoorheen h e e f t en e e n u i t l a a t ; 2„ een v o e d i n g s b u i s welke werkzaam i s gevoerd door de d o o r t o c h t en i n
10
verbindende stroomverhouding met de o n d e r s t e kop i s
bevestigd;
3« een a a n t a l l o n g i t u d i n a l e h o l l e buizen d i e i n v e r b i n d i n g staande stroomverhouding met zowel de bovenste a l s de o n d e r s t e kop z i j n b e v e s t i g d waarbij d e - b u i z e n z i j n o p g e s t e l d i n een patroom ten o p z i c h t e van de voedingsbuis; 15
en waarbij de baan van het s e c o n d a i r e fluidum i n de v l o e i s t o f f a s e naar beneden beweegt door de v o e d i n g s b u i s en wordt v e r s p r e i d i n de o n d e r s t e kop voor omhoog gekeerde beweging door de l o n g i t u d i n a l e buizen en u i t de opening i n de bovenkop i n de gasvormige f a s e , waarbij de f a s e o m z e t t i n g van h e t s e c o n d a i r e f l u i d u m - a l t h a n s i n hoofdzaak p l a a t s v i n d t i n de l o n g i t u d i n a l e buizen waarover *
20 de baan van het v e r h i t t e primaire fluidum stroomt i n ding, • 2,
. warmte-uitwisselverhou-
Systeem v o l g e n s c o n c l u s i e 1 , met h e t kenmerk, dat de primaire en s e c o n -
d a i r e .'stroombanen van de f l u i d a i n tegenstroom t e n o p z i c h t e van e l k a a r z i j n . 3,
Systeem v o l g e n s c o n c l u s i e 2 , n e t het kenmerk, dat de w a r m t e - u i t w i s s e l i n g
25 tussen, h e t primaire en secondaire fluüum wordt b e w e r k s t e l l i g d i n i e d e r van een a a n t a l a f z o n d e r l i j k e , g e d e e l t e l i j k
evenwijdige,stroompaden u i t t r e d e n d e van
en l e i d e n d e naar de h o o f d s e c o n d a i r e stroombaan. 4.
Systeem v o l g e n s een der voorgaande c o n c l u s i e s , met h e t kenmerk, dat de
w a r m t e - u i t w i s s e l i n g . . t u s s e n h e t primaire en s e c o n d a i r e fluidum g e h e e l wordt 30
b e w e r k s t e l l i g d i n een a a n t a l van a f z ó n d e r l i j k e i n g e g r e p e n , g e d e e l t e l i j k e v e n w i j d i g e stroombanen,uitstromende van en l e i d e n d e naar de h o o f d s e c o n d a i r e stroombaan» 5.
Systeem v o l g e n s een der voorgaande c o n c l u s i e s , met het kenmerk, dat i e d e r
7 2 0 92S306
" - U -
14746/CV/JM
van de l o n g i t u d i n a l e buisen e i n d i g t i n twee e i n d g e d e e l t e n d i e i e d e r z i j n b e v e s t i g d aan een a f z o n d e r l i j k b u i s p l a a t g e d e e l t e van de a f z o n d e r l i j k e koppen. 6.
Systeem v o l g e n s een der voorgaande c o n c l u s i e s , met h e t kenmerk, dat de
e i n d g e d e e l t e n van i e d e r van de l o n g i t u d i n a l e buizen z i j n gesmeed i n h e t g e bied n a b i j de b u i s p l a a t en
5
de lichaamsgedeeltenvan a l de l o n g i t u d i n a l e
buizen op d e z e l f d e hoogte l i g g e n t e n o p z i c h t e van e l k a a r . 7.
k'ernenergiereactor u i t g e r u s t met een drukvat v o o r z i e n van een r e a c t o r -
hart vervaardigd u i t brandstofelementen, welke koelmiddelstroomdoortochten i n h e t r e a c t o r h a r t bepalen, een w a r m t e - u i t w i s s e l a a r i n h e t v a t i n primaire 10
koelmidaelstroon verbinding met het r e a c t o r h a r t en middelen voor h e t c i r c u l e r e n van primair koelmiddel door de u i t w i s s e l a a r en h e t r e a c t o r h a r t v i a deze doortochten, met h e t kenmerk, dat de w a r m t e - u i t w i s s e l a a r de v o m h e e f t van een a a n t a l modulaire u n i t s v o o r z i e n van : 1. een a a n t a l op a f s t a n d van elkaar g e l e g e n koppen, waarbij de b o v e n s t e
15
van de koppen i s v o o r z i e n van een g e s l o t e n doortocht daardoor en een uitlaat; 2 . een voedingsbuis welke werkzaam i s gevoerd door de doortocht en i n verbindingstroomverhouding met de onderste kop i s b e v e s t i g d ; 3 . een a a n t a l van l o n g i t u d i n a l e h o l l e buizen, d i e i n verbindende stroom-
. 20
verhouding met zowel de bovenste a l s de onderste kop z i j n verbonden waarbij de buizen z i j n o p g e s t e l d i n een patroon t e n o p z i c h t e van de voedingsbuis; en w a a r b i j e e n s e c o n d a i r fluidum van omkeerbare f a s e i n antwoord op de temperatuur- w i j z i g i n g wordt gevoerd i n v l o e i b a r e vorm naar benden door de v o e -
25
d i n g s b u i s en wordt v e r s p r e i d i n de onderste kop voor opwaartse beweging door de l o n g i t u d i n a l e buizen en u i t de opening i n de bovenkop,in de gasvormige f a s e naar een uitwendig vermogensopwekcircuit, waarbij de f a s e - o m z e t t i n g
van
h e t secondaire fluidum a l t h a n s nagenoeg g e h e e l p l a a t s v i n d t i n de l o n g i t u d i n a l e ouizen waarover de baan van h e t v e r h i t t e primaire fluidum stroomt i n warmte30
uitwisselverhouding 8,
Reactor v o l g e n s c o n c l u s i e 7 , met h e t ksimerk, dat het a a n t a l modulaire
u n i t s z i j n o p g e s t e l d i n de vorm van een roosterwerk i n op a f s t a n d boven h e t r e a c t o r h a r t g e l e g e n verhouding langs een opwaartse v e r l e n g i n g van de omtrek
72 0 9 2 9 3
-...'-.','*
- Ï5 -
14746/GV/JH
,
•
,, '
\
-
\
van het r e a c t o r h a r t . ' 9.
Modulaire warmte-uitwisselaar voor gebruik i n de verdamping van een
secondair fluidum voorzien van: 1 . e e n aantal op a f s t a n d van elkaar gelegen koppen, waarbij de bovenkop 5
i s v o o r z i e n van een g e s l o t e n doortocht daardoor en een u i t l a a t ; 2 . e e n v o e d i n g s b u i s welke werkzaam i s gevoerd door de doortocht en i n verbindende stroomverhouding met' de onderkop i s
bevestigd;
[3.een aantal l o n g i t u d i n a l e h o l l e bulzen, dio i n verbindende ötroomverhouding iaet zowel de boven a l s ' de onderkop z i j n verbonden, 10
waarbij de buizen met fcowel de boven a l s de onderkop z i j n . verbonden, waarbij de buizen z i j n aangebracht i n een patroon ten o p z i c h t e van de voedingsbuis; en waarbij de baan van het s e c o n d a i r e fluidum i n de v l o e i s t o f f a s e naar beneden beweegt door de voedingsbuis en wordt v e r s p r e i d i n de Onderste kop voor
15
opwaartse beweging door d ^ o n g i t u d i n a l é buizen en u i t de opening i n de bovenkop i n de gasvormige f a s e , t e r w i j l de f a s e - o m z e t t i n g van h e t s e c o n d a i r e fluidum a l t h a n s i n hoofdzaak p l a a t s v i n d t i n de l o n g i t u d i n a l e
buizen,indien
een verwarmd primair fluidum i n warmte-uiwisselverhöuding over de l o n g i t u d i n a l e buizen'stroomt. 20
10.
Warmte-uitwisselaar v o l g e n s een der voorgaande c o n c l u s i e s , met het
kenmerk, dat de l o n g i t u d i n a l e buizen op a f s t a n d z i j n o p g e s t e l d om de v o e d i n g s buis,
,
72 0 9 2 9 3
11
i ;
7 2 0 9 2 9 3.
0 92 a 3
A
FIG. 4
f2 09 29 3
fs* CD
CO fsa. to Cj4
