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Heterogener Atomkernreaktor vom Druckkesseltyp
Gegenstand des Stammpatentes ist ein heterogener Atomkernreaktor vom Druckkesseltyp, der mit Wasser moderiert sowie mit Wasser von überkritischem Druck und überkritischer Temperatur gekühlt wird und dessen Reaktorkern aus gitterartig angeordneten Brennstäben besteht, zwischen denen gitterartig verteilte, einseitig offene, an eine Kühlmittelzuführung ausserhalb des Reaktors angeschlossene Moderatorrohre angeordnet sind, die gleichzeitig als Zuführung wenigstens eines Teiles des Kühlwassers dienen, wobei zur Regelung neben Regelstäben Regelventile in den Zuleitungen des Kühlmittels und des Moderators sowie fest eingestellte Drosselstellen in den Moderatorrohren eingebaut sind und die Brennstäbe und Moderatorrohre zu Brennelementeinheiten an sich bekannter geometrischer Form zusammengefasst sind.
Der Reaktorkern besteht dabei aus gitterartig angeordneten Brennstäben, zwischen denen wieder gitterartig verteilte, einseitig offene, an eine Kühlmittelzuführung ausserhalb des Reaktors angeschlossene Moderatorrohre angeordnet sind, die gleichzeitig als Zuführung wenigstens eines Teiles des Kühlwassers dienen. Zur Regelung sind neben Regelstäben Regelventile in den Zuleitungen des Kühlmittels und des Moderators sowie fest eingestellte Drosselstellen in den Moderatorrohren eingebaut. Ausserdem sind die Brennstäbe und Moderatorrohre zu Brennelementeinheiten an sich bekannter geometrischer Form zusammengefasst.
Bei gleichbleibendem Funktionsprinzip wird der Gegenstand des Stammpatentes ergänzt.
Erfindungsgemäss sind als Moderatorrohre die Zwischenräume von die Brennstäbe mit Abstand umgebenden Kühlmitteltrennrohren vorgesehen, sind die Kühlmitteltrennrohre mit einem mit seitlichen Öffnungen versehenen oberen Kühlmittelsammelraum verbunden, sind die Zwischenräzme zwischen den Kühlmitteltrennrohren über, den oberen Sammelraum durchdringende, Rohre mit den oberen Stutzen der Brennelemente sowie über die durch eine Zwischenrohrplatte gebildeten Drosselstellen mit einer unteren, ebenfalls mit seitlichen öffnungen versehenen Sammelkammer verbunden, wodurch der Moderatorstrom so geführt ist, dass er in die oberen Stutzen der Brennelemente eintretend, über die Zwischenräume und die Drosselstellen in die unteren Sammelkammern austritt,
von dort mit der Strömung aus den andern Brennelementen vereinigt in die unteren Enden der Brennelemente gelangt und innerhalb der Kühlmitteltrennrohre entlang der Brennstäbe nach oben strömt, verdampft sowie anschliessend noch die Energie, wie an sich bekannt, in der Zentralzone des Reaktorkernes eingesetzter, sogenannter Überhitzerbrennelemente aufnimmt. Alle Brennelemente des Reaktorkernes sind gleich, lediglich die Überhitzerbrennelemente, die in der Zentralzone des Reaktorkernes eingebaut sind, besitzen an Stelle von einwandigen doppelwandige Kühlmitteltrennrohre, da die Temperaturdifferenzen zwischen Kühlmittel und Moderator grösser sind. Die Strömungsrichtung von Kühlmittel und Moderator
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ist im Verdampferelement gegensinnig, im Überhitzerelement dagegen gleichsinnig.
Diese Grundprinzipien sowie weitere Einzelheiten sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. l zeigt eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufes im Reaktor, Fig. 2 ein mögliches Ausführungsbeispiel für ein erfmdungsgemässes Brennelement und Fig. 3 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein Brennelement in Höhe der Abstandshalter.
Nach Fig. l ist der Reaktorkessel mit --1-- bezeichnet, mit --11 und 12-die Zuführungsstutzen für Moderator und Kühlmittel und mit-13-der Austritt für den überhitzten Dampf. Dieser hat etwa eine Temperatur von 500 C, während die Eintrittstemperatur des Kühlmittels und des Moderators etwa 3400C beträgt. Der eigentliche Reaktorkern ist innerhalb des Traggerüstes - untergebracht, das ausserdem zur Strömungsführung für das Kühlmittel --22-- dient.
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Brennstäbe dargestellt, damit die Übersichtlichkeit für den Strömungsweg nicht verloren geht. Dieser lässt sich etwa folgendermassen beschreiben :
Durch den Stutzen --11-- tritt Wasser mit einer Temperatur von 340 C und überkritischem Druck in den oberen Raum des Reaktorgefässes ein.
Diese Moderatorflüssigkeit --21-- tritt dann von oben in den Zwischenraum zwischen den die Brennstäbe--2 bzw. 3-umgebenden Trennrohren - ein und strömt nach abwärts. Am tiefsten Punkt angelangt, strömt der bereits aufgeheizte Moderator durch die seitlichen Öffnungen--151 bzw. 141-nach aussen in den Zwischenraum zwischen dem Traggerüst --14-- und den Druckkessel Dort vermischt sich die
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nach oben die Brennstäbe--2--. Oberhalb der Brennstäbe --2-- tritt das inzwischen verdampfte Kühlmittel in Sammelräume ein und von diesen durch die Öffnungen --152-- des inneren Einbauzylinders-15-in die Sammelräume der überhitzerbrennelemente-3--.
In diesen Brennelementen strömt dieser Dampf nur von oben nach unten und wird dabei etwa auf 500 C überhitzt und verlässt über den Rohrstutzen --13-- den Reaktordruckkessel. Zur Vermeidung grösserer Wärmeverluste an den in dieser Überhitzungszone in gleicher Richtung fliessenden Moderator sind die Brennelemente zweckmässigerweise doppelwandig oder sonst irgendwie wärmeisoliert ausgeführt.
Der nähere Aufbau der den Reaktorkern bildenden Brennelemente ist aus der Fig. 2 zu ersehen.
Jedes Brennelement stellt ein im wesentlichen geschlossenes kastenförmiges Gebilde dar, das an seinen beiden Enden mit Rohrstutzen-67 und 65-versehen ist, die in entsprechende Öffnungen einer
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eingeschweisst bzw. eingewalzt sind. Mit ihrem andern Ende sind sie in der unteren Rohrplatte - befestigt. Die obere Rohrplatte --62-- ist mit dem Aussenmantel --8-- des Brennelementes fest verbunden, die untere dagegen ist frei verschieblich gelagert, um die Wärmedehnungen der Trennrohre aufnehmen zu können, sie bildet einen "schwimmenden Kopf". Die
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haben in ihrem untersten Teil eine Querschnittsverengung--41--und durchsetzen mit Abstand eine Zwischeurohrplatte --61--, die ebenfalls vorzugsweise mit dem Brennelementmantel-8-fest verbunden ist oder durch die Regelstabführungsrohre gehalten wird.
Der Raum zwischen den Rohrplatten-61 und 63-dient als Sammelraum für den Moderator, der aus den Zwischenräumen
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Durchtrittsöffnungen versehen, so dass alle derartigen Räume des Brennelementes im eingesetzten Zustand miteinander in Verbindung stehen. Zur Halterung der Brennstäbe --2-- innerhalb der Trennrohre sind die Einsätze --44 und 45-vorgesehen, die dafür sorgen, dass durch eine mögliche Längsverschiebung der Brennstäbe keine Beengung des Strömungsquerschnittes für das Kühlmittel vorkommen kann.
Oberhalb der Rohrplatte --6-- befindet sich eine weitere Rohrplatte-62-, die ebenfalls
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