Verfahren zur Anpassung der aus einem Kernumwandlungsvorgang anfallenden Wärme an den Wärmeverbraneh und Anlage zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Anpassung der aus einem Kern- umwandlungsvorgang anfallenden Wärme an den Wärmeverbrauch und auf eine An lage zur Ausführung dieses Verfahrens.. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Teil der anfallenden 'Wärme naJürliehem Boden zugeführt wird, dc@ni sie na.eh Bedarf zum Verbrauch wieder entnommen wird.
Die Anlage zur Ausfüh rung dieses Verfahrens ist dadurch gekenn- r(@ielinet, dass eine Einrichtung zur Durch- führung einer Kernumwandlung und eine Einrichtung zur Entnahme von Wärme in; iiatürliehern Boden angeordnet sind.
Während eines hohen Wärmeverbrauches könnte auch Wärme unmittelbar aus dem K ernumwandlungsvorgang zum Verbrauch abgeleitet: werden. Sollte, es sich erweisen, dass die im Kernumwandlungsvorgang un- mittelbar oder mittelbar beteiligten Me dien - z. B. die Wärmeträger - infolge voll Radioaktivität gesundheitsgefährlich -werden könnten, so würde es .sich empfehlen; die Zufuhr von Wärme aus der Kernum wandlung zum Boden und die Entnahme der Wärme aus dem Boden zeitlich durch eine R,ulieperiode voneinander zu trennen.
Die Riilieperiode müsste so lange ausgedehnt cv(I),den, bis die Radioaktivität auf ein Mass gesunken ist, bei welchem eine Gefähr dung der Gesundheit nicht mehr zu befürch ten ist. Zweckmässig sind die Einrichtung zur Durchführung der Kernumwandlung und die Einrichtung zur Entnahme von Wärme in bezug aufeinander so angeordnet, dass die Wandungen der beiden Einrichtungen sich in einem Abstand voneinander befinden.
Es lässt sich so nicht nur die Speicherzeit und die Speichermenge auf das gewünschte Mass ausdehnen, sondern es wird auch eine genügend lange Ruheperiode zwischen Ladung und Entladung ermöglicht.
Es können mehrere Einrichtungen zur Durchführung von Kernumwandlungen und mehrere Wärmeentnahmeeinrichtungen in ein und derselben Anlage zur Anwendung gebracht werden, wobei die einzelnen Einrich= tungen zeitlich verschoben in Betrieb gesetzt werden können, und zwar so, dass ständig mindestens eine der Einrichtungen zur Kern umwandlung mit ihr zugehörigen Entnahme einrichtungen in Ruheperiode sich befindet und mindestens eine der Entnahmeeinrich tungen nach einer genügenden Ruheperiode Wärme nach aussen abliefern kann.
Hierbei empfiehlt es sich, eine selbsttätig wirkende Umsteuervorrichtung zu benützen, welche die Einrichtungen zur Durchführung der Kernumwandlung nacheinander einzeln selbsttätig in und ausser B"trieb setzt nach jeder Ausserbetriebsetzung einer Umwand lungseinrichtung eine Ruheperiode einschal- tet und erst hernach die Entnahmeeinrich tung in Betrieb setzt.
Es empfiehlt sich, die Anlage derart zu bauen, dass die Entnahmeeinrichtung die Einrichtung zur Durchführung der Kern- umwandlung derart umgibt, dass durch sie in seitlicher Richtung eine Schirmwirkung erzielt wird.
Ausserdem kann auch noch eine weitere Entnahmeeinrichtung angeord net werden, mit deren Hilfe während der Zeit erhöhten Wärmeverbrauches Wärme unmittelbar aus der Einrichtung zur Durch führung der Kernumwandlung zum Ver brauch abgeführt werden kann.
Die Erfindung ist nachstehend an zwei in der- Zeichnung gezeigten Ausführungs beispielen der Anlage gemäss der Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine zur Hei zung dienende Anlage, während Fig. 2 eine zur Krafterzeugung dienende Anlage dar stellt. Im natürlichen Boden 1 (Fig. 1) ist ein Reaktionssystem 2 versenkt angeordnet, welches eine Einrichtung bildet, in, welcher eine Kernumwandlung sich abspielen kann.
Die Masse 3 des Reaktionssystems kann z. B. aus Uranstäben bestehen, die in einen Graphitblock eingebettet sind. Zur Regelung und zur Unterbrechung des Kernumwand- lungsvorganges werden Neutronen absorbie rende Elemente, hier Platten 4 aus Bahrstahl oder Barium, mehr oder weniger in Zwischen räumen der Reaktionsmasse hineingeschoben. Die Verschiebung der Platten 4 erfolgt mit Hilfe des Gestänges 5 durch den Servo motor 6.
Im Boden 1 befinden sich die ringför migen Kanäle 7 und 8, welche mit Hilfe der Verbindungsleitungen 9-12 mit den Wärmeauetauschern 13 und 14 in Verbin dung stehen. Die Ringkanäle 7 und 8 sind mittels je einer Wand 15 und 16 so unter brochen, dass ein durch die Umwälzgebläse 17 und 18, durch die Leitungen 10 und 12 zugeführter gasförmiger Wärmeträger durch die kreisförmigen Kanäle 7 und 8 getrieben und dann durch die Leitungen 9 und 11 wieder in die Wärmeaustauscher 13 und 14 zurückgeführt wird. Die Kanäle 7, 8 bilden eine Einrichtung zur Entnahme von Wärme.
Als Wärmeträger kann Luft oder ein inertes Gas, z. B. Stickstoff, Verwendung finden. In den Wärmeaustauschern 13 und 14 wird d@em'Vär@m,eträger Wärme entnommen und an einen zweiten Wärmeträger übertragen, der zu den Verbrauchsstellen geführt wird. Wie ersichtlich sind die Einrichtungen 2 und<B>7,8</B> in bezug aufeinander derart angeordnet, dass die Wandungen der beiden Einrichtungen sich in einem Abstand voneinander befinden.
Um die Wirkung der Gammastrahlung nach oben zu unterbrechen oder doch minde stens so weit zu schwächen, dass sie nicht gesundheitsschädlich wirkt, ist der Boden 1 noch mit einer strahlunb absorbierenden Schicht 19, z. B. Beton, überdeckt. Eine weitere Schicht 20 aus Schlacke schwächt die Abstrahlung von Verlustwärme aus dem Boden. Die Steuervorrichtungen, der Servo motor 6 und die Wärmeaustauscher 13 und 14 sind zum Schutz gegen Witterungsein flüsse in einem Gebäude 21 untergebracht.
Durch die Zerfallsvorgänge bei der Kern- umwandlung in der Reaktionsmasse 3 ent steht Wärme, die zunächst dem die Masse umgebenden Boden zugeführt wird. Diese Wärme wandert in radialer Richtung durch den Boden weiter und erreicht hierbei nach einer bestimmten Zeit die Bereiche der Kanäle 7 und 8, welche die Einrichtung 2 derart umgeben, dass durch sie in seitlicher Richtung eine Schirmwirkung erzielt wird. Hier kann die Wärme mit Hilfe des gas förmigen Wärmeträgerst aufgenommen und zu den Wärmeaustauschern 13 und 14 ab geführt werden.
Der Abstand zwischen den 'Wandungen der Einrichtungen 2 und 7 und f 8 ist so gewählt, da.ss die zwischen den Ent- la.dezeiten aus der Reaktionsmasse anfallende Wärme im Boden 1 bis zur nächsten Ent ladung gespeichert werden kann. Es, kann so mit einer mittleren Energiestärke dem Boden ständig Wärme zugeführt werden, während die Entnahme sich hauptsächlich auf den Winter zur Raumheizung beschränkt.
Senk recht oder schräg nach unten wandernde Wärme stösst auf keine Entnahmevorrich- tun- und dient zunächst der Erwärmung des Bodens in der Umgebung. Durch die hierbei entstehende Temperaturerhöhung wird nun der Wärmefluss verlangsamt. Im Laufe der Zeit - etwa, nach zwei bis drei Jahren wirkt die in den tieferen Schichten des Bodens gespeicherte Wärme so stark hem mend auf den Wärmefluss, dass nur ein ver- nachlässigbarer Teil der in den Boden ein -eführt:en Wärme als Verlust abwandert.
Der Entnahmekanal 7, der in geringerem Abstand vom Reaktionssystem 2 sich befin <B>det</B> als der Kanal 8, kann zur Belieferung von Wärmeverbrauchsstellen benützt wer den, denen die Wärme bei höherer Tempe ratur zugeführt werden muss als den an den Kanal 8 angeschlossenen Wärmeverbrauchs- stellen. Die Anlage kann aber auch so be- trieben werden,
dass während des Frühjahrs und des Sommers durch Kernumwandlung in der Reaktionsmasse 2 Wärme erzeugt wird und anschliessend eine Ruheiperiode ein geschaltet wird und erst im Winter - ohne weitere Energiezufuhr - allein nur Wärme durch die Entnahmeeinrichtung dem Boden entzogen wird. Dieses Vorgehen hat den Vortti1, dass die Radioaktivität der am Vor gang unmittelbar oder mittelbar beteiligten Medien (z. B. des Wärmeträgers, des Bodens usw.) in der Ruheperiode so weit abklingt, dass die Luft, welche während der Entladung des Bodens über die Oberfläche gebracht wird, keinen gesundheitsstörenden Einfluss mehr ausüben kann.
Bei der Anlage nach Fig. 2 sind drei Rea.htionssysteme 25, 2,6 und 27 vorgesehen, die dem Boden 1 Wärme zuführen können. Zur Entnahme der durch die einzelnen Reak- tionsAyst,eme zugeführten Wärme dient je ein Rohrsystem 28, 29 und 30, in welchen ein flüssiger Wärmeträger verdampft wer den kann.
Die Systeme 28, 29, 30 bilden Wärrne-Entnahmeeinrichtungen. Die Rege- lun- und die Unterbrechung der Kernum wandlung in den einzelnen Reaktionssyste- men erfolgt durch in die Reaktionsmasse üinschiebbare Platten 4, die mittels. je eines Servomotors 6 in ihrer Höhenlage verstellt werden können. Je nach der Einschiebtiefe wird der Kernumwandlungsvorgang ge dämpft oder vollständig unterbrochen.
Zur Verhütung der Abstrahlung von Wärme und der Emission von Gammastrahlen ist eine Isolierdecke 24 vorgesehen, die zum Teil aus Beton zum Teil aus Blei bestehen kann. Der in den Rohrsystemen 28-30 ver dampfte Wärmeträger treibt eine Turbine 31, die mit dem elektrischen Stromerzeuger 32 gekuppelt ist.
Die elektrische Energie wird als) Nutzleistung der ganzen Anlage in ein elektrisches Netz 33 abgeführt. Nach Entspannung des Dampfes in der Turbine wird er in einem Kondensator 34 verflüssigt, worauf das Kondensat mittels der Pumpe 35 in den Kondensatbehälter 36 und erneut durch die Pumpe 37 einem der Rohrsysteme 28-30 wieder zugeführt wird.
Die Reaktionssysteme 25-27 werden abwechslungsweise durch Ausziehen bzw. Einschieben der Schieber 4 in Betrieb ge setzt und während einer Ruheperiode und der Wärmeentnahme ausser Betrieb gehalten. Zur Umsteuerung der Wärmeentnahme von einem der Rohrsysteme (28-30) auf das andere dienen die Organe 38-49 und die Verteil- und Sammelleitungen 50-53.
Die Verteilleitung 50 ist über die Leitung 54 unten an den Kondensatbehälter 36, die Sammelleitung 52 über die Leitung 55 an die Turbine 31, die Verteilleitung 51 über ; die Leitung 56 an einen Verdichter 57 und die Sammelleitung 53 über die Leitung 58 oben an den Kondensatbehälter 36 ange schlossen.
In der in der Zeichnung eingezeichneten Stellung der Umschaltorgane 38-49 und der Servomotoren 6 sind die Reaktions- systeme 25 und 26 ausser Betrieb, während im Reaktionssystem 27 der Kernumwand- lungsvorgang mit voller Leistung sich ab spielt. Es wird also allein der Boden in der Umgebung des Systems 27 beheizt, während der die Systeme 25 und 26 umgebende Boden schon früher beheizt worden ist.
Die Ent nahmeeinrichtung 28 ist an den Kreislauf des Wärmeträgers angeschlossen, während die Entnahmeeinrichtungen 29 und 30 ent leert und abgesperrt sind. Hierzu sind die Umschaltorgane 38 und 41 geöffnet, wäh rend alle übrigen Umschaltorgane geschlos sen sind. Es wird also mittels der Pumpe 37 Kondensat aus dem Behälter 36 durch die Verteilleitung 50 in das System 2;8 geführt. Hier wird das Kondensat verdampft und überhitzt. Der überhitzte Dampf strömt.
durch die Sammelleitung 52 und die Leitung 55 in die Turbine 31, Das Kondensat wird mittels der Pumpe 35 aus dem Kondensator 34 wieder in den Behälter 36 zurückgeführt.
Nachdem die Wärme des Bodens 1 in der Umgebung des Systems 25 genügend entzogen und der Umgebung des Systems 27 genügend Wärme zugeführt ist, erfolgt eine Umschaltung, so dass durch die Entnahme einrichtung 29 Wärme entnommen und durch das Reaktionssystem 25 Wärme zugeführt wird.
Der Umwandlungsvorgang im System 27 wird durch Einschieben der Platten 4 unterbrochen und für dessen ganzen Bereich eine Ruheperiode eingeschaltet, während welcher die Radioaktivität des Systems und des Bodens abklingen kann.
Kurz vor der Wärmeentnahme durch das Rohrsystem 29 wird das Umschaltorgan 48 vorübergehend geöffnet. Die durch das ge öffnete Organ 39 zuströmende Flüssigkeit kann nun zunächst die im Rohrsystem 29 sich noch befindende Luft durch die Sammel- leitung 53 und die Leitung 58 verdrängen. Diese gelangt dann durch eine Öffnung 60 des Kondensatbehälters in die Atmosphäre. Der mit der Luft mitströmende Dampf wird in einem Kondensator 59 niedergeschlagen, so dass nur Flüssigkeit in den Kondensat behälter 36 gelangt.
Hat die Verdampfung im System 29 begonnen, so wird das Um Ischaltorgan 48 geschlossen und gleichzeitig das Umschaltorgan 42 geöffnet, so dass der Dampf nunmehr aus dem System 29 die Turbine "31 beaufschlagen kann.
Hierauf wird durch Schliessen des Orga- nes 38 die Dampferzeugung im System 28 unterbrochen und das System durch Schlie- ssen des Organes 41 von der Dampfsammel- leitung 52 getrennt. Während der Beheizung soll das Rohrsystem 28 von Flüssigkeit ent leert sein.
Es wird zu diesem Zweck mittels des Verdichters 57 durch die Leitung 56 über das vorübergehend geöffnete Umschalt organ 44 Luft in das, Rohrsystem 28 ge drückt, welche die zurückgebliebene Flüssig.. keit über das ebenso vorübergehend geöff nete Umschaltorgan 47 und die Leitung 58 in den Kondensatbehälter 36 ausbläst. All fällig noch mitströmender Dampf wird ebenso im Kondensator 59 niedergeschlagen.
Nach Schliessen der Organe 44 und 47 kann. durch Hochziehen der Platten 4 aus dem Reaktionssystem 25 der Kernumwa.ndlungs- vorgang frei gegeben und dem Boden Wärme zugeführt werden.
Während einer dritten Betriebsperiode wird durch das Reaktionssystem 26 dem Boden 1 Wärme zugeführt, während Dampf dem Entnahmesystem 30 entnommen wird. Hierbei befinden sich die Systeme 25, 27 in der Ruheperiode.
Die Umschaltung kann mittels einer nicht gezeichneten Vorrichtung selbsttätig erfolgen. Der Zeitabstand während der Um schaltung von einer Betriebsperiode zur andern kann je nach dem Umfang der An lage kürzer oder länger dauern. Sie wird sich vor allem nach der Halbwertzeit der einzelnen Medien zu richten haben, um zwi schen dem Laden und dem Entladen eine Ruheperiode von genügender Dauer zur Ver fügung zu haben, während welcher die Radioaktivität genügend abklingen kann.
In Fällen, wo durch die Radioaktivität keine Gefahr entsteht oder die Wirkung derselben durch besondere Vorkehrungen abgeschwächt werden kann, könnte auch mittels, besonderer Entnahmevorrichtungen direkt Wärme aus den Reaktionssystemen ohne vorherige Spei cherung im Boden entzogen werden. Als Wärmeträger zur Entnahme von Wärme aus dem Boden können grundsätzlich gasförmige und flüssige Medien verwendet werden, so z. B. ausser Luft auch inerte Gase, wie: Stick stoff oder Kohlensäure usw. Ausser Wasser könnten auch z. B. hochsiedende.
Flüssig keiten, wie Diphenyloxyd oder Quecksilber, Vf>r >endung finden. Ist die Temperatur im Boden nicht allzu hoch, so kann die Wärme auch ohne Verdampfung durch Flüssigkeit < @ninommcn werden.
Als natürliche Böden können z. B. ver wendet werden gewachsene=r Boden aus Erd- j eich, Lehm, Sand, Geröll oder Felsen. Es können auch aufgeschüttete, angeschwemmte od.ei. durch andere Naturereignisse versscho- bt>tir_> Böden Verwendung finden. Unter Um- 4änden ist es zweckmässig, im Kern der Speichermasse einen künstlich hergestellten Block, z.
B. aus Beton oder andern minera- li.chen Stoffen, zu verwenden. Hierbei kann auch @Värme diesem Block entzogen werden.