DE1003363B

DE1003363B - Boiler reactor

Info

Publication number: DE1003363B
Application number: DEG19285A
Authority: DE
Inventors: Samuel Untermyer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1955-03-28
Filing date: 1956-03-27
Publication date: 1957-02-28
Also published as: BE546478A; NL205824A; CH341577A; GB822032A; NL113530C; FR1150740A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft Siedereaktoren und Verfahren zum Betrieb von Siedereaktoren. Während die Erfindung in verschiedenster Weise ausgeführt und abgeändert werden kann, ist sie besonders für die bekannten Siedewasserreaktoren mit Turbinenanlagen geeignet und wird besonders in Verbindung mit diesen beschrieben.The invention relates to boiler reactors and methods for operating boiler reactors. While the Invention can be carried out and modified in various ways, it is particularly for the known Boiling water reactors with turbine systems are suitable and are especially used in conjunction with these described.

Ein Siedereaktor ist ein Reaktor, in dem mindestens ein Teil des Kühlmittels innerhalb des Reaktors in den Dampfzustand übergeführt wird. Die Wärmeenergie in dem Kühlmittel wird entweder direkt oder über einen Wärmeaustauscher indirekt ausgenutzt, um Energie für ein primäres Antriebssystem zu liefern. Das Kühlmittel kann z. B. aus leichtem Wasser bestehen, welches Dampf liefert, um eine Dampfturbine anzutreiben.A boiling reactor is a reactor in which at least some of the coolant is inside the reactor is converted into the vapor state. The thermal energy in the coolant is either used directly or indirectly via a heat exchanger to generate energy for a primary drive system to deliver. The coolant can e.g. B. consist of light water, which supplies steam to to drive a steam turbine.

Der Reaktor enthält im allgemeinen den Kernbrennstoff, ein Kühlmittel und eine Moderatorsubstanz. Das Kühlmittel kann gleichzeitig auch als Moderator dienen. Das Kühlmittel kann z. B. schweres Wasser sein, welches als Moderator wirkt, oder der Reaktor kann aus dem Kernbrennstoff, leichtem Wasser als Kühlmittel und einem Moderator aus Graphit, Beryllium oder schwerem Wasser bestehen. Regelstäbe oder andere Steuereinrichtungen sind im allgemeinen vorgesehen, um den ReaktionsVorgang des Reaktors, d. h. die Spaltungsgeschwindigkeit in dem Reaktor, zu steuern.The reactor generally contains the nuclear fuel, a coolant and a moderator substance. The coolant can also serve as a moderator at the same time. The coolant can e.g. B. heavy Be water, which acts as a moderator, or the reactor can be made of nuclear fuel, light Water as a coolant and a moderator consist of graphite, beryllium or heavy water. Control rods or other control devices are generally provided to control the reaction process of the reactor, d. H. the rate of cleavage in the reactor.

Kernreaktoren können in zwei allgemeine Gruppen eingeteilt werden. Die selbstregelnden Reaktoren sind solche, bei denen eine Zunahme der Reaktorleistung unmittelbar eine Abnahme des Reaktionsvorganges bewirkt, die ihrerseits die Reaktorleistung herabsetzt. Diese Art von Reaktoren sind betriebssicher. Die autokatalytischen Reaktoren dagegen sind solche, bei denen eine Zunahme der Reaktorleistung eine Zunahme des Reaktionsvorganges bewirkt, die wiederum eine Zunahme der Reaktorleistung ergibt. Wenn der Reaktorbetrieb nicht durch andere Mittel begrenzt wird, dann kann diese Betriebsart dazu führen, daß der Reaktor sich selbst zerstört.Nuclear reactors can be divided into two general groups. The self-regulating reactors are those in which an increase in the reactor output immediately results in a decrease in the reaction process causes, which in turn reduces the reactor performance. These types of reactors are safe to operate. the Autocatalytic reactors, on the other hand, are those in which an increase in the reactor power is an increase of the reaction process, which in turn results in an increase in reactor performance. If the Reactor operation is not limited by other means, then this operating mode can lead to the reactor self-destructs.

Zur Definition wird ferner derjenige Teil des Kühlmittels, der im wesentlichen keine Dampfblasen enthält, als »nicht siedender Teil« des Kühlmittels bezeichnet. Das Kühlmittel befindet sich dann in einem flüssigen Zustand bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck. Es ist ersichtlich, daß dieselbe Flüssigkeit in einen Dampf- oder Siedezustand übergehen kann, wenn entweder die Temperatur zunimmt oder der Druck abnimmt, oder wenn beide Vorgänge stattfinden. Ein unterkühltes Kühlmittel ist ein solches, das sich bei einem gegebenen Temperatur- und Druckzustand in flüssigem Zustand befindet; dieser Ausdruck bezeichnet allgemein eineThe definition also includes that part of the coolant which essentially does not contain any vapor bubbles, referred to as the "non-boiling part" of the coolant. The coolant is then in one liquid state at a certain temperature and pressure. It can be seen that the same liquid can go into a vapor or boiling state if either the temperature increases or the pressure decreases, or when both processes take place. A supercooled coolant is one that is in a liquid state at a given temperature and pressure is located; this term generally designates a

Anmelder:Applicant:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)General Electric Company,
Schenectady, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. März 1955Claimed priority:
V. St. v. America March 28, 1955

Samuel Untermyer, Atherton, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenSamuel Untermyer, Atherton, Calif. (V. St. Α.),
has been named as the inventor

Flüssigkeit, die sich auf einer Temperatur befindet, welche etwas unterhalb des Siedepunktes bei einem gegebenen Druck liegt.Liquid that is at a temperature slightly below the boiling point of a given pressure.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen im allgemeinen selbstregelnde Reaktoren. Sowohl mit leichtem Wasser als auch mit schwerem Wasser gekühlte Reaktoren können bekanntermaßen so entworfen werden, daß das Sieden oder Verdampfen des Wasserkühlmittels die gewünschte Wirkung auf den Reaktionsvorgang hat. Es ist z. B. möglich, einen Reaktor so zu konstruieren, daß der Reaktionsvorgang allmählich abnimmt, wenn das Kühlmittel aus dem Reaktor herausgetrieben wird. Ein Reaktor kann auch so bemessen sein, daß der Austritt einer ersten kleinen Menge des Kühlmittels den Reaktionsvorgang nur schwach vermindert, während der Austritt der doppelten Kühlmittelmenge den Reaktionsvorgang in unverhältnismäßig größerem Ausmaß vermindert.The embodiments of the invention generally relate to self-regulating reactors. Both with Both light water and heavy water cooled reactors are known to be designed in this way that the boiling or evaporation of the water coolant has the desired effect on the Reaction process has. It is Z. B. possible to construct a reactor so that the reaction process gradually decreases as the coolant is driven out of the reactor. A reactor can also be dimensioned so that the escape of a first small amount of the coolant the reaction process only slightly reduced, while the escape of twice the amount of coolant the reaction process reduced to a disproportionately large extent.

Der Anteil der Dampfblasen oder die Abwesenheit des flüssigen Kühlmittels in einem solchen selbstregelnden Reaktor bestimmen die maximale Ausgangsleistung des Reaktors. Wenn z. B. 20 Volumprozent des Kühlmittels in einem Reaktor sich in Dampfzustand befinden, dann hat der Reaktor 20% Dampfphasenanteil. Bei einem typischen Reaktor beträgt die maximale Abnahme des Reaktionsvorganges, die in dem Arbeitsbereich des Reaktors geduldet werden kann, etwa 3%, was bei einem typischen Reaktor einem Dampfphasenanteil von 20% entspricht. Es ist daher wünschenswert, eine mög-The proportion of vapor bubbles or the absence of the liquid coolant in such a self-regulating Reactor determine the maximum output power of the reactor. If z. B. 20 percent by volume of the coolant in a reactor are in the vapor state, then the reactor has 20% Vapor phase fraction. In a typical reactor, the maximum decrease in the reaction process is which can be tolerated in the working area of the reactor, about 3%, what with a typical Reactor corresponds to a vapor phase proportion of 20%. It is therefore desirable to

609 837/367609 837/367

liehst große Leistung aus einem solchen Reaktor zu erhalten, ohne die Grenze von 20% Dampf blasen zu überschreiten. Diese Begrenzung wird noch deutlicher, wenn in Betracht gezogen wird, daß die Menge der verfügbaren Energie in einem Siedewasserreaktor durch die Menge des verfügbaren Dampfkühlmittels bestimmt wird. Es ist daher besonders wünschenswert, eine Vorrichtung vorzusehen, welche den Energietransport von dem Reaktor erhöht, so daß derLets get great performance from such a reactor without blowing the limit of 20% steam exceed. This limitation becomes even more apparent when that amount is taken into account the available energy in a boiling water reactor by the amount of available steam coolant is determined. It is therefore particularly desirable to provide an apparatus which the Energy transport from the reactor increased, so that the

eine Rohrleitung 18 zugeführt, aus dem das anfallende Wasser über eine Leitung 20 entfernt und dem unteren Teil des Reaktorbehälters 10 wieder zugeführt wird. Der Dampf von dem Dampfbehälter wird über eine Rohrleitung 21 dem Einlaß der Hochdruckturbine 22 eines mehrstufigen Turbogenerators 23 zugeführt. Der Turbogenerator besteht aus einer mehrstufigen Hochdruckturbine 22 und einer mehrstufigen Niederdruckturbine 24, die durch eine gemeinsamea pipe 18 is supplied, from which the accumulating water is removed via a line 20 and the lower Part of the reactor vessel 10 is fed back. The steam from the steam tank is over a pipe 21 is fed to the inlet of the high pressure turbine 22 of a multistage turbo generator 23. The turbo generator consists of a multi-stage high-pressure turbine 22 and a multi-stage one Low pressure turbine 24 through a common

sator 28 kondensiert und durch eine Leitung 29 der Umlaufpumpe 30 zugeführt. Von der Pumpe 30 fließt das Wasser durch die Leitung 31 zur Pumpe 32 und wird in diesem unterkühlten Zustand in den Reak-Sator 28 condenses and fed through a line 29 to the circulation pump 30. From the pump 30 flows the water through the line 31 to the pump 32 and is in this supercooled state in the reac-

Nettowirkungsgrad des Reaktors durch den Wärme- io Welle verbunden sind und einen Generator 25 anaustausch und nicht durch den Dampfphasenanteil treiben, dem die elektrische Energie an Ausgangsbestiimmt ist. klemmen 26 entnommen werden kann. Der AbdampfNet efficiency of the reactor through the heat- io shaft and a generator 25 are connected to an exchange and not drift through the vapor phase component, which determines the output of the electrical energy is. terminals 26 can be removed. The exhaust steam

Der Betrieb des Siedereaktors wird ferner durch der Hochdrackstufe 22 wird durch eine Leitung 27 schwankende Belastungen kompliziert. Da der Reak- der mehrstufigen Niederdruckturbine 24 zugeführt, tor eine große Menge von gesättigtem Wasser ent- 15 Der Abdampf der Turbine 24 wird in dem Kondenhält, kann er momentan genügend Dampf liefern, um
rasche Druckschwankungen in der Anlage zu verhindern. Wenn z. B. eine Turbine plötzlich mehr
Dampf benötigt, als durch die Spaltung innerhalb des
Reaktorbrennstoffes erzeugt wird, dann verwandelt 20 torbehälter 10 durch die Leitung 33 geleitet. Dies sich das gesättigte Kühlwasser blitzartig in Dampf, ist der Dampfumlauf in der Reaktoranlage, um den Mangel auszugleichen. Die schnelle Umwand- In dem Wasserumlauf wird nicht siedendes WasserThe operation of the boiler reactor is further complicated by the high draft stage 22 is complicated by a line 27 fluctuating loads. Since the reactor is fed to the multistage low-pressure turbine 24, a large amount of saturated water is contained
to prevent rapid pressure fluctuations in the system. If z. B. a turbine suddenly more
Steam needed than by splitting within the
Reactor fuel is generated, then transformed 20 gate container 10 passed through line 33. When the saturated cooling water turns into steam in a flash, the steam is circulated in the reactor system to compensate for the deficiency. The rapid conversion In the water circulation is not boiling water

lung von Wasser in Dampf erzeugt aber einen Dampf- hoher Temperatur dem Behälter 10 durch eine Rohrphasenanteil, welcher die Reaktorleistung herabsetzt. leitung 34 entnommen und fließt dem Wärme verbrau-Um dies auszugleichen, müssen die Regelstäbe her- 25 chenden Gerät 35 zu. Dieses Wärme verbrauchende ausgezogen werden, bis die Dampferzeugung durch Gerät kann z. B. ein Wärmeaustauscher sein, der dazu Spaltungswärme den Bedarf ausgleicht. Es ist daher benutzt wird, Wasser zu erhitzen, um Dampf für die besonders erwünscht, daß ein im wesentlichen selbst- Niederdruckstufen der Turbine zu erzeugen, oder das stabilisierendes Verfahren und eine Einrichtung für Wärme verbrauchende Gerät 35 kann wie im vorden Betrieb von Siedereaktoren unter wechselnden 30 liegenden Beispiel aus einem Schnell verdampf er be-Belastungszuständen geschaffen werden. stehen. Eine D ruckreduzier düse 36 sprüht Wassertreatment of water in steam but generates a steam high temperature the container 10 by a pipe phase portion, which reduces the reactor performance. Line 34 removed and flows to the heat consumed order To compensate for this, the control rods must be used for the device 35. This heat consuming be pulled out until the steam generation by device can z. B. be a heat exchanger to do this Heat of division balances the need. It is therefore used to heat water to produce steam for the particularly desirable to produce a substantially self-low pressure stage of the turbine, or that Stabilizing method and apparatus for heat consuming device 35 can be as in the foregoing Operation of boiling reactors under alternating 30 example from a quick evaporate he loading conditions be created. stand. A pressure reducing nozzle 36 sprays water

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Siedereaktor- hoher Temperatur in die Kammer 35, in der ein reduanlage sowie Verfahren zum Betrieb derselben anzu- zierter Druck herrscht, so· daß ein Teil des heißen geben, die eine erhöhte Reaktorausgangsleistung Wassers blitzartig in Dampf übergeht, der durch eine sicherstellen. Außerdem soll die Energie dem ver- 35 Rohrleitung 37 der Niederdruckturbine 24 zugeführt dampften Kühlmittel und dem flüssigen Kühlmittel wird. Der Teil des nicht siedenden Kühlmittels oder entnommen werden. Ferner soll die Krafterzeugungs- Wassers, der nicht schlagartig in Dampf in der anlage im wesentlichen selbstregelnd sein. Schnellverdampfungskammer 35 umgewandelt wird,It is an object of the invention, a boiling reactor high temperature in the chamber 35, in which a reduanlage as well as the process for operating the same, there is indicated pressure, so that part of the hot give an increased reactor output of water in a flash into steam, which by a to ensure. In addition, the energy should be fed to the pipeline 37 of the low-pressure turbine 24 vaporized coolant and the liquid coolant becomes. The part of the non-boiling coolant or can be removed. Furthermore, the power generation water that does not suddenly turn into steam in the system to be essentially self-regulating. Flash evaporation chamber 35 is converted,

Die Erfindung betrifft eine Siedereaktoranlage, die wird über die Leitung 38 der Pumpe 32 zugeleitet, einen Kernreaktor mit einem verdampfbaren Kühl- 40 welche dieses Wasser zusammen mit dem Wasser des mittel enthält und so entworfen ist, daß der Reak- Kondensators 28 dem Reaktorbehälter 10 zuführt, tionsvorgang bei Verringerung des Gehalts an flüssi- Die in Fig. 1 dargestellte Anlage kann daher alsThe invention relates to a boiler reactor system, which is fed to the pump 32 via line 38, a nuclear reactor with an evaporable cooling 40 which this water together with the water of the contains agent and is designed so that the reac-condenser 28 supplies the reactor vessel 10, tion process when reducing the content of liquid The system shown in Fig. 1 can therefore be used as

gern Kühlmittel herabgesetzt wird. Erfindungsgemäß Siedereaktoranlage mit doppeltem Kreislauf betrachsind Einrichtungen vorgesehen, um Energie aus tet werden. Es ist ein Dampfkreislauf oder ein Kreiseinem nicht siedenden oder im wesentlichen flüssigen 45 lauf für das verdampfte Kühlmittel und ein Flüssig-Teil des Kühlmittels zu entnehmen; dabei wird dem keitskreislauf, d. h. ein Kreislauf für das nicht Reaktor unterkühltes Kühlmittel zugeführt, so daß siedende Kühlmittel, vorhanden, die beide dem Turbonur ein Teil des Kühlmittels innerhalb des Reaktors generator Energie von dem Reaktor zuführen. Das Kühlmittel in Dampf form enthält. Dies ergibt eine Kühlmittel besteht in den beschriebenen Ausführungs-Siedereaktoranlage mit gesteigerter Ausgangsleistung, 50 beispielen aus leichtem Wasser, es kann jedoch auch die im wesentlichen bei B elastungs Schwankungen aus einem anderen Kühlmittel, z. B. schwerem selbstregelnd arbeitet. Wasser, oder anderen Stoffen bestehen, die eine ver-like to lower coolant. According to the invention boiling reactor system with double circulation are considered Facilities provided to be energized from tet. It is a steam cycle or a circuit one non-boiling or essentially liquid 45 run for the vaporized coolant and a liquid part to remove the coolant; thereby the keitskreislauf, d. H. a cycle for that not Reactor supercooled coolant fed, so that boiling coolant, both available to the turbonur some of the coolant inside the reactor will supply generator energy from the reactor. That Contains refrigerant in vapor form. This results in a coolant exists in the execution boiler reactor system described with increased output power, 50 examples from light water, but it can also the essentially at B elastic fluctuations from another coolant, eg. B. heavy works self-regulating. Water or other substances that

Fig. 1 ist eine halbschematische Darstellung einer hältnismäßig große latente Verdampfungswärme Krafterzeugungsanlage gemäß der Erfindung; haben. Wasser ist bei Anwendung in kommerziellenFig. 1 is a semi-schematic representation of a relatively large latent heat of vaporization Power generation system according to the invention; to have. Water is when used in commercial

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines 55 Kraftanlagen wegen der verhältnismäßig kurzen Teiles des Reaktorkernes, und Halbwertzeit (in der Größenordnung von Sekunden)Fig. 2 is a schematic representation of a 55 power plant because of the relatively short Part of the reactor core, and half-life (on the order of seconds)

Fig. 3, 4 und 5 stellen weitere Ausführungsformen seiner im Reaktor erworbenen Radioaktivität besondes Erfindungsgegenstandes dar. ders wünschenswert, da diese kurze Halbwertzeit dieFigures 3, 4 and 5 show further embodiments of its radioactivity acquired in the reactor in particular Subject matter of the invention dar. Desirable because this short half-life the

Fig. 1 zeigt einen Reaktorbehälter 10 mit einem Wahrscheinlichkeit einer Vergiftung der Rohrleitun-Reaktorkern 11 und einem Dampfdom 12 oberhalb 60 gen und der Turbinenanlage verhältnismäßig gering der Oberfläche des Kühlmittels 13. Der eigentliche macht und daher die Gefahren für das Bedienungs-Reaktor besteht aus einer Anzahl von Kernbrennstoff- personal herabsetzt.Fig. 1 shows a reactor vessel 10 with a likelihood of pipeline poisoning reactor core 11 and a steam dome 12 above 60 gene and the turbine system is relatively low the surface of the coolant 13. The real power and therefore the dangers for the operating reactor consists of a number of nuclear fuel personnel downsizing.

teilen 14 mit dazwischenliegenden Öffnungen 15. Der Eine angemessene Strahlungsabschirmung wird umshare 14 with intervening openings 15. The adequate radiation shielding is in order

Reaktionsvorgang des Reaktorkernes 11 wird durch den Reaktorbehälter 10 und auch um die übrige Aneine Anzahl von Regelstäben 16 gesteuert, die in 65 lage und um die Rohrleitungen angeordnet, wie dies einen Teil der Öffnungen hinein- oder aus ihnen her- erforderlich ist; die Darstellung dieser Abschirmung ausbewegt werden können, wie dies durch die Pfeile ist aber zur Vereinfachung der Beschreibung in der 17 angedeutet ist, um die gewünschte Geschwindig- Fig. 1 fortgelassen. Außerdem sind im Interesse einer keit des Spaltvorganges zu erhalten. Der Dampf aus Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung eine dem Dampfdom 12 wird dem Dampfbehälter 19 über 70 Anzahl von zusätzlichen Bauteilen fortgelassen, dieReaction process of the reactor core 11 is through the reactor vessel 10 and also around the rest of the Aneine Number of control rods 16 controlled, which were in 65 position and arranged around the pipelines, like this part of the openings is required in or out of them; the representation of this shield can be moved out, as indicated by the arrows, but to simplify the description in the 17 is indicated to the desired speed. Fig. 1 is omitted. They are also in the interests of one the ability of the splitting process to be maintained. The steam for simplicity of description of the invention a the steam dome 12 is omitted from the steam container 19 over 70 number of additional components that

für eine vollständige betriebsfähige Anlage erforderlich sind, wie z. B. Reiniger, um das Kühlmittel für den Reaktor sauberzuhalten, Dampfseparatoren, Speisewassererhitzer, eine Kühlanlage für den Kondensor sowie Instrumente und Regelgeräte.are required for a fully operational system, such as B. Cleaner to keep the coolant for Keeping the reactor clean, steam separators, feed water heaters, a cooling system for the condenser as well as instruments and control devices.

Das Kühlmittel wird erhitzt, indem es durch die Kanäle 15 in der Pfeilirichtung* 15' fließt. Es können auch waagerechte Reaktorkanäle verwendet werden, wenn ein zwangläufiger Umlauf vorgesehen ist. Im Interesse der Vereinfachung der Beschreibung sind jedoch nur senkrechte Kanäle dargestellt. Wenn das Kühlmittel durch die Kanäle 15 nach oben steigt, nimmt es eine zunehmende Wärmemenge auf, die bewirkt, daß eine Anzahl λόπ Dampfblasen in der Flüssigkeit entsteht und durch die Kanäle nach oben steigt. Wie schon erörtert wurde, bestimmt der Prozentsatz der Konzentration dieser Dampfblasen oder Dampfstellen in dem Fall eines Siedewasserreaktors den Reaktionsvorgang des Reaktors. Beim Gegenstand der Erfindung wird der Dampf in der Nähe der Auslaßenden oder oberen Enden der Kanäle 15 erzeugt, so daß die Ausgangsleistung des Reaktors vergrößert wird. Diese Besonderheit und die Arbeitsweise der Reaktoranlage wird aus der Betrachtung der Fig. 2 deutlicher, in der der Reaktorkanal α den Zustand darstellt, der im allgemeinen bei üblichen Siedewasserreaktoren vorhanden ist. Der Kanal b stellt den Zustand dar, der bei einem Reaktor gemäß der Erfindung auftreten soll, und der Kanal c zeigt lichen Siedereaktor, der ζ. Β. Dampf mit 600 Pfund pro Ouadratzoll (42 kg pro cm²) erzeugt, kann etwa 30% der Wärme dazu benutzt werden, um die Wassertemperatur zu erhöhen. Es würde daher kein Sieden auftreten, bis das Kühlmittel etwa 30% der Länge des Kühlkanals durchflossen hat. Die Fortlass'ung der Speisewassererwärmung hat aber den schwerwiegenden Nachteil, daß der Wirkungsgrad des thermischen Kreislaufes vermindert wird.The coolant is heated by flowing through the channels 15 in the direction of the arrow * 15 '. Horizontal reactor channels can also be used if a forced circulation is provided. However, in the interest of simplifying the description, only vertical channels are shown. When the coolant rises up through the channels 15, it absorbs an increasing amount of heat, which causes a number of λόπ vapor bubbles to arise in the liquid and rise up through the channels. As previously discussed, the percentage of the concentration of these vapor bubbles or vapor spots, in the case of a boiling water reactor, determines the reaction process of the reactor. In the object of the invention, the steam is generated near the outlet ends or upper ends of the channels 15 so that the output of the reactor is increased. This peculiarity and the mode of operation of the reactor system becomes clearer from consideration of FIG. 2, in which the reactor channel α represents the state which is generally present in conventional boiling water reactors. The channel b represents the state that should occur in a reactor according to the invention, and the channel c shows union boiling reactor, the ζ. Β. Steam at 600 pounds per Ouadratzoll (42 kg per cm ²⁾ generated can be about 30% of the heat used to increase the water temperature. There would therefore be no boiling until the coolant has flowed through about 30% of the length of the cooling channel. The omission of the feed water heating has the serious disadvantage that the efficiency of the thermal circuit is reduced.

Beim Gegenstand der Erfindung sind nun Mittel vorgesehen, um innerhalb des Reaktorkühlsystems der Flüssigkeit Energie zu entnehmen. Hierdurch wird eine Quelle von 'unterkühlter Flüssigkeit gebildet, die dem Eingang der Reaktorkühlkanäle zugeführt wird.In the subject matter of the invention, means are now provided for within the reactor cooling system to extract energy from the liquid. This creates a source of 'supercooled liquid, which is fed to the inlet of the reactor cooling channels.

Im Kanal b ist der Zustand dargestellt, der eintreten würde, wenn die Hälfte der Reaktorwärme benutzt würde, um die Temperatur der Flüssigkeit zu erhöhen, während die andere Hälfte der Wärme zur Dampfbildung benutzt wird. Es ist ersichtlich, daß keine nennenswerte Menge von Blasen erzeugt wird, bevor die Flüssigkeit die untere Hälfte des Kühlkanals durchsetzt hat. Die gleiche Anzahl von Blasen wie im Kanal α ist dargestellt, aber diese Blasen befinden sich nun im oberen Teil des Reaktors, so daß für die gleiche Geschwindigkeit des Kühlmittels und für die gleiche Anzahl von Blasen innerhalb des Reaktorkühlkanals doppelt soviel Blasen pro Zeiteinheit erzeugt werden, so daß die Dampferzeugungs-Channel b shows the state that would occur if half of the reactor heat were used to raise the temperature of the liquid, while the other half of the heat was used to generate vapor. It can be seen that no appreciable amount of bubbles are generated until the liquid has passed through the lower half of the cooling channel. The same number of bubbles as in channel α is shown, but these bubbles are now in the upper part of the reactor, so that twice as many bubbles per unit of time are generated for the same speed of the coolant and for the same number of bubbles within the reactor cooling channel, so that the steam generation

den Zustand in dem Reaktorkernkanal einer bevor- 30 geschwindigkeit doppelt so groß wie im Kanal α ist.the state in the reactor core channel at a forward speed is twice as great as in channel α .

zugten Ausführungsform der Erfindung.ferred embodiment of the invention.

Die Flußrichtung des Kühlmittels durch die Kanäle wird durch die Pfeile 15' angedeutet. Die Kreise stellen Blasen des verdampften Kühlmittels dar, und die Konzentration der Blasen 39 stellt den Prozentsatz der Dampfstellen in dem Kanal dar. Infolge der natürlichen Strömung des Kühlmittels durch die Kanäle haben die Dampfblasen das Bestreben, nach oben zu steigen und sich am oberen Ende des Reaktorkernes im zunehmenden Maß anzusammeln.The direction of flow of the coolant through the channels is indicated by the arrows 15 '. The circles represent bubbles of the evaporated refrigerant, and the concentration of the bubbles 39 represent the percentage of the vapor points in the channel. As a result of the natural flow of coolant through the Channels have the vapor bubbles tending to rise to the top and located at the top of the reactor core to accumulate in increasing measure.

Im Interesse der A^ereinfachung ist bisher angenommen, daß Dampfstellen gegebener Größe die gleiche Wirkung auf den Reaktionsablauf unabhängig von ihrer Lage im Reaktor haben. Außerdem wird bei der folgenden Erläuterung angenommen, daß die Krafterzeugung im ganzen Reaktor gleichzeitig stattfindet. In the interests of simplification, it has been assumed so far that vapor points of a given size have the same effect on the course of the reaction independently of their location in the reactor. In addition, it is assumed in the following explanation that the Force generation takes place in the whole reactor at the same time.

Es sind jedoch genauere Rechnungen ausgeführt worden, welche die Änderungen der Krafterzeugung Außerdem wird eine gleiche Wärmemenge benutzt, um die Flüssigkeit vor der Freisetzung des Dampfes zu erwärmen. Die gesamte Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit des Reaktors und die verfügbare Leistung ist daher viermal so· groß in dem Kanal b wie in dem Kanal a, während das Verhältnis der Dampfstellen in beiden Fällen im wesentlichen das gleiche ist.However, more precise calculations have been carried out which show the changes in force generation. In addition, an equal amount of heat is used to heat the liquid before the vapor is released. The total heat generation rate of the reactor and the available power is therefore four times as great in channel b as in channel a, while the ratio of the steam locations is essentially the same in both cases.

Es wird, nun der Kanal c betrachtet, bei dem etwa ^%U der Reaktorwärme dazu benutzt wird, um die Flüssigkeit zu erwärmen und nur ¹A der Wärme zur Erzeugung des Dampfes verwendet wird. Durch ähnliche Schlußfolgerungen kann gezeigt werden, daß die gesamte Ausgangsleistung bei dem gleichen Bruchteil von Dampfstellen etwa 16mal so groß ist wie im Kanal a. The channel c is now considered, in which about ^% U of the reactor heat is used to heat the liquid and only ¹ A of the heat is used to generate the steam. By similar conclusions it can be shown that the total output power is about 16 times that in channel a for the same fraction of vapor spots.

Es sei auch bemerkt, daß der Anteil der Dampfstellen in der Mitte des Kanals b viel· kleiner ist als der Anteil im Kanal a, und es sei ferner bemerkt, daßIt should also be noted that the proportion of vapor spots in the middle of channel b is much smaller than the proportion in channel a, and it should also be noted that

in dem Generator berücksichtigen sowie auch die Ab- 50 die Flüssigkeit in der Mitte des Kanals c unterkühlt hängigkeit der Wirkung der Dampfstellen von ihrer ist. In Wirklichkeit ist bei einem Reaktor die Wärme-in the generator as well as the outlet 50 the liquid in the middle of the channel c is supercooled depending on the effect of the steam points on it. In reality, in a reactor, the heat

Lage in dem Reaktor. Diese Rechnungen bestätigen die Annahme, daß eine Unterkühlung eine Leistungserhöhung ergibt. Location in the reactor. These calculations confirm the assumption that hypothermia results in an increase in performance.

Der Kanal α stellt einen Siedereaktor dar, bei dem gesättigte Flüssigkeit unten am Kühlkanal zugeführt wird. Die Wärme des Brennstoffes verdampft einen Teil der Flüssigkeit, so daß Blasen entstehen, die über die Länge des Kühlmittelkanals verteilt sind.The channel α represents a boiling reactor in which saturated liquid is fed to the bottom of the cooling channel will. The heat of the fuel vaporizes part of the liquid, so that bubbles are formed are distributed over the length of the coolant channel.

erzeugung gewöhnlich in der Nähe des mittleren Abschnittes des Reaktorkernes am intensivsten, und der Wärmeaustausch an diesem Punkt ist besonders kritisch. Es ist leichter möglich, die Wärme mit einer gewissen Sicherheit auf Flüssigkeiten unterhalb des Siedepunktes oder auf schwach siedende Flüssigkeiten zu übertragen als auf Flüssigkeiten, die große Dampfmengen in Mischung enthalten. Da durch diegeneration usually most intense near the central portion of the reactor core, and the heat exchange at this point is particularly critical. It is easier to get the heat with a certain security on liquids below the boiling point or on low-boiling liquids than to liquids that contain large amounts of vapor in a mixture. Because through the

Bei einem solchen Reaktor würde die Wärmeaus- 60 Erfindung entweder das Ausmaß des Siedens vermin-In such a reactor, the heat development would either reduce the amount of boiling.

gangsleistung normalerweise durch die Geschwindigkeit begrenzt sein, mit der der Dampf erzeugt wird, ohne daß ein gegebener Anteil von Dampfstellen im Reaktorkern überschritten wird. Als Beispiel sind in dem Kanal α zehn Blasen innerhalb des Kühlkanals dargestellt.power output can normally be limited by the speed at which the steam is generated without exceeding a given proportion of steam locations in the reactor core. As an example, ten bubbles within the cooling channel are shown in the channel α.

Es sei bemerkt, daß eine gewisse Menge unterkühlter Flüssigkeit in einer üblichen Siedereaktoranlage geliefert werden kann, wenn keine Rückerwärdert oder eine Unterkühlung an den Stellen schaffen wird, an denen die Wärmeerzeugung am intensivsten ist, vermindert die Erfindung die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung der Brennstoffelemente im kritischen Bereich der maximalen Wärmeerzeugung. It should be noted that a certain amount of supercooled liquid in a conventional boiler reactor system Can be delivered if there is no recovery or hypothermia at the points where the heat generation is most intense, the invention reduces the likelihood overheating of the fuel elements in the critical area of maximum heat generation.

Die Stabilität der Regelung der gesamten Anlage nach Fig. 1 und 2 wird gemäß der Erfindung dadurch verbessert, daß Belastungsschwankungen weitgehendThe stability of the control of the entire system according to FIGS. 1 and 2 is thereby achieved according to the invention improves that load fluctuations largely

mung des Speisewassers benutzt wird. Bei einem üb- 70 aufgenommen werden können, indem der Anteil dermation of the feed water is used. At an over- 70 can be included by the proportion of

Leistung eingeregelt wird, die dem nicht siedenden Teil des Kreislaufes entnommen wird. Der in dem Wärmeaustauscher ader Schnellverdampfer erzeugte Dampf wind in erster Linie dazu benutzt, die erhöhten Leistungsanforderungen auszugleichen. Wenn dies geschieht, dann erhöht ein größerer Leistungsbedarf nur den Teil der Leistung, der dem nicht siedenden Kreislauf entnommen wird, welcher seinerseits die Unterkühlung des in den Reaktor eintretenden Wassers erhöht. Hierdurch wird der Anteil der Dampfstellen in dem Reaktor vermindert. Der Bereich, in dem die Dampfstellen aufzutreten beginnen, wird in dem Reaktorkanal nach oben verschoben. Dies verursacht eine Steigerung des Reaktionsvorganges temperatur in dem Reaktor, welche 486° F (250° C) bei 600 Pfund pro Ouadratzoll (42 kg pro- cm²) beträgt. Power is regulated, which is taken from the non-boiling part of the circuit. The steam generated in the heat exchanger or flash evaporator is primarily used to compensate for the increased performance requirements. When this happens, a greater power requirement increases only that part of the power that is taken from the non-boiling circuit, which in turn increases the subcooling of the water entering the reactor. This reduces the proportion of steam points in the reactor. The area in which the steam spots begin to appear is shifted upward in the reactor duct. This causes an increase in the reaction process temperature in the reactor which is 486 ° F (250 ° C) at 600 pounds per square inch (42 kg per cm ² ).

Das Wasser, das aus dem Schnellverdampfer zum Reaktor zurückgeführt wird, wird mit dem Turbinenkondensat gemischt, welches in einem nicht dargestellten Speisewassererhitzer auf 206° F (94° C) erhitzt wird. Die Temperatur der Mischung beim Eintritt in den Reaktor beträgt 401° F (202° C), d.h., sie liegt ίο 86° F (48° C) unterhalb der Sättigungstemperatur in dem Reaktorbehälter und liefert daher das notwendige unterkühlte Kühlmittel für die Anlage.The water that is returned to the reactor from the flash evaporator is used with the turbine condensate mixed which heats to 206 ° F (94 ° C) in a feed water heater, not shown will. The temperature of the mixture entering the reactor is 401 ° F (202 ° C), that is, it is ίο 86 ° F (48 ° C) below the saturation temperature in the reactor vessel and therefore provides the necessary subcooled coolant for the system.

Bei einer Teilbelastung des Generators wird sowohl die Dampfzufuhr aus dem Schnellverdampfungsbehäl-With a partial load on the generator, both the steam supply from the rapid evaporation tank

des Reaktors, die ihrerseits dazu dient, die Leistung 15 ter als auch die aus dem Reaktor reduziert. Die Andes Reaktors zu erhöhen und den Leistungsbedarf lage ist so entworfen, daß die Zufuhr aus dem nicht auszugleichen. Es ist daher ersichtlich, daß die An- siedenden Kreislauf bei Teilbelastung derart verminlage in bezug auf die Belastung im wesentlichen dert wird, daß im wesentlichen der ganze Dampf direkt selbstregelnd ist. von dem Reaktor geliefert wird, wenn die Anlage mitof the reactor, which in turn serves to reduce the power 15 ter as well as that from the reactor. The Andes To increase the reactor and the power requirement location is designed so that the supply from the not balance. It can therefore be seen that the boilers reduce the circulation in such a way under partial load in terms of load, essentially changing that essentially all of the steam is direct is self-regulating. is supplied by the reactor if the plant is with

Als spezielles Beispiel für eine Reaktoranlage ge- 20 etwa 25% der Nennleistung läuft. Diese Anordnung maß der Erfindung sei angenommen, daß die Kraft- ergibt einen günstigen thermischen Wirkungsgrad bei erzeugungsanlage der Fig. 1 für die Erzeugung von
etwa 180 000 kW Nettoausgangsleistung entworfen
ist. Es kann gezeigt werden, daß es nicht möglich ist,
den gesamten Dampf von 600 Pfund pro· Ouadratzoll 25
(42 kg pro cm²) innerhalb eines Reaktorkernes von
3 m Durchmesser (9 Fuß) zu erzeugen. Dies würde
zu großen Schwankungen des Reaktionsvorganges
beim Zusammenbruch der Dampfblasen führen.As a special example of a reactor system, around 25% of the nominal output is running. This arrangement measured the invention, it is assumed that the power results in a favorable thermal efficiency in the generation system of FIG. 1 for the generation of
designed about 180,000 kW net output power
is. It can be shown that it is not possible
the total steam of 600 pounds per 25 ouadratz inch
(42 kg per cm ² ) within a reactor core of
3 m (9 feet) in diameter. This would
too great fluctuations in the reaction process
result in the collapse of the vapor bubbles.

Bei dieser speziellen Anordnung wird daher nur die Hälfte des Dampfes in dem Reaktorkern erzeugt, während der übrige Dampf dadurch erzeugt wird, daß Reaktorwasser in der Schnellverdampfungskammer 35 auf einen niedrigeren Druck gebracht wird. Das Wasser tritt in den Reaktorkern in unterkühltem Zustand ein, so daß etwa 60 % der Höhe des Reaktorkanals mit unterkühltem Wasser gefüllt ist und ein Sieden nur in den oberen 40% der Höhe des Reaktors eintritt. Hierdurch läßt sich dem Reaktor etwa doppelt soviel Leistung direkt in Form von Dampf entnehmen, ohne die zulässige Grenze des Dampfanteils in dem Reaktorkern zu überschreiten. Außerdem wird eine Dampfmenge, die etwa gleich der durch den Dampf abgeführten Dampfmenge ist, dem Schnellverdampferkreislauf entnommen, so daß für einen gegebenen durchschnittlichen Prozentsatz an Blasen im Reaktor der kombinierte Schnellverdampferkreislauf und Dampfkreislauf die Entnahme der vierfachen Leistung bei einer gegebenen Größe des Reaktorkerns Teilbelastung. Wie schon oben erwähnt wurde, fällt der Druck in dem Schnellverdampfer leicht ab, wenn ein plötzlicher Leistungsbedarf auftritt, so daß der Zufluß des unterkühlten Wassers in dem Reaktor zunimmt. Die Dampfblasen in dem Reaktor werden daher vermindert, so daß der Reaktionsvorgang gesteigert wird und sich eine höhere Reaktorausgangsleistung zur Deckung des Bedarfes ergibt. Die Reaktoranlage ist daher mit Bezug auf Belastungsschwankungen selbstregelnd.With this special arrangement, therefore, only half of the steam is generated in the reactor core, while the remaining steam is generated by the reactor water in the flash chamber 35 is brought to a lower pressure. The water enters the reactor core in subcooled State on, so that about 60% of the height of the reactor channel is filled with supercooled water and on Boiling occurs only in the top 40% of the height of the reactor. This allows the reactor about Take twice as much power directly in the form of steam, without the permissible limit of the steam content to exceed in the reactor core. It also produces an amount of steam that is roughly equal to that through the amount of steam discharged is removed from the rapid evaporator circuit, so that for a given average percentage of bubbles in the reactor of the combined flash evaporator circuit and steam cycle the extraction of four times the power for a given size of the reactor core Partial load. As already mentioned above, the pressure in the flash evaporator drops slightly when a sudden power requirement occurs, so that the inflow of supercooled water in the reactor increases. The vapor bubbles in the reactor are therefore reduced, so that the reaction process is increased and there is a higher reactor output to meet the demand. the The reactor system is therefore self-regulating with regard to load fluctuations.

Der verwendete Brennstoff kann z. B. aus irgendeinem geeigneten spaltbaren Material bestehen, das die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Strahlungswirkungen aufweist. Die besonderen Einzelheiten des praktisch gemäß der Erfindung ausgeführten Reaktors werden nicht beschrieben, da die Erfindung mit den verschiedensten Reaktoren verwirklicht werden kann.The fuel used can e.g. B. for any suitable fissile material that has the required resistance to corrosion and has radiation effects. The specific details of the practical according to the invention executed reactor are not described, since the invention is implemented with a wide variety of reactors can be.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei dem ein zwangläufiger Umlauf stattfindet. Das Reaktorgefäß 40 hat keinen Dampfdom, sondern statt dessen einen Kernbauteil, in den unterkühltes Wasser durch die Rohrleitung 41 hineingepumpt wird. Wenn das Wasser durch den Reaktor gepumpt wird, wird es erhitzt, und eine Kombination von Dampf und Wasser wird durch die Rohrleitung 42 dem Dampfkessel 43 zugeführt, in dem der Dampf von dem Wasser getrennt wird und von dem er überFig. 3 shows an embodiment according to the invention in which a forced circulation takes place. The reactor vessel 40 does not have a steam dome, but instead has a core component in which the supercooled Water is pumped in through the pipe 41. When the water through the reactor is pumped, it is heated, and a combination of steam and water is passed through the pipeline 42 fed to the steam boiler 43, in which the steam is separated from the water and from which it is about

ermöglicht als bei Verwendung eines einfachen Siede- 50 ein. Drosselventil 44 der Hcchdruckeingangsstufe derallows than when using a simple boiling 50 one. Throttle valve 44 of the high pressure input stage

kreislaufes.circuit.

Der Reaktordruckbehälter 10 wird bei einem Druck von 600 Pfund pro Quadratzoll (42 kg pro. cm²) betrieben. Es sei bemerkt, daß der Druck wesentlich niedriger ist, als es bei der gleichen Temperatur bei einem nicht siedenden Druckwasserreaktor der Fall wäre. Dies ergibt eine Betriebswassertemperatur von etwa 486° F (250° C). Der Dampf von 600 Pfund pro Quadratzoll (42 kg pro cm²) strömt von dem Reaktor durch den Dampfbehälter 19 der Hochdruckturbine 22 zu. Der Schnellverdampfer arbeitet mit einem Druck von etwa 350 Pfund pro Quadratzoll (24,5 kg pro¹ cm²), wenn die Anlage die Nennleistung liefert. Ungefähr 8% des Wassers, welches dem Schnellverdampfer zugeführt wird, wird in Dampf verwandelt, der der Niederdruckturbine 24 zugeleitet wird. Das Wasser verläßt den Schnellverdampfer bei dem Druck von 350 Pfund pro Quadratzoll (24,5 kg pro· cm²) bei einer Sättigungstemperatun: von 432° F (220° C).The reactor pressure vessel 10 is (42 per kg. Cm ²⁾ at a pressure of 600 pounds per square inch operated. It should be noted that the pressure is much lower than would be the case at the same temperature for a non-boiling pressurized water reactor. This results in an operating water temperature of approximately 486 ° F (250 ° C). The steam of 600 pounds per square inch (42 kg per cm ²⁾ flows from the reactor through the steam box 19 of the high pressure turbine 22 to. The flash evaporator operates at a pressure of about 350 pounds per square inch (24.5 kg per ¹ cm ² ) when the system is at rated output. Approximately 8% of the water that is fed to the flash evaporator is converted into steam which is fed to the low pressure turbine 24. The water exits the flash evaporator at the pressure of 350 pounds per square inch (24.5 kg per cm ² ) at a saturation temperature: 432 ° F (220 ° C).

Turbine 45 zugeführt wird. Das Wasser fließt von dem Dampfkessel 43 durch ein Reduzierventil 46 in den Schnellverdampfungsbehälter 47, der einen erniedrigten Druck führt, SO' daß das heiße Wasser zum Teil in Dampf umgewandelt wird, der der Zwischenstufe der Turbine 45 über die Leitung 48 zugeleitet wird. Der Teil des Wassers, der in dem Schnellverdampfer 47 nicht verdampft wird, wird über ein Reduzierventil 49 dem Schnellverdampfer 50 zugepumpt, wo nochmals Dampf infolge des reduzierten Druckes in dem Schnellverdampfungsbehälter erzeugt wird. Dieser Dampf wird über eine Leitung 51 der Niederdruckstufe der Turbine 45 zugeführt. Der Teil des Wassers, der in der Turbine 45 nicht verdampft wird, wird über eine Rohrleitung 52 und 53 sowie eine Umlaufpumpe 54 über die Leitung 41 dem Boden des Reaktors wieder zugeführt. Das Kondensat vom Ausgang der Turbine wird in einem Kondensator 55 verdichtet und durch die Pumpe 56 in die Leitung 53Turbine 45 is supplied. The water flows from the boiler 43 through a reducing valve 46 in FIG the flash tank 47, which leads to a reduced pressure, SO 'that the hot water to the Part is converted into steam, which is fed to the intermediate stage of the turbine 45 via line 48 will. The part of the water that is not evaporated in the flash evaporator 47 is via a Reducing valve 49 pumped to the high-speed evaporator 50, where again steam as a result of the reduced Pressure is generated in the flash tank. This steam is via a line 51 of the Low-pressure stage of the turbine 45 is supplied. That part of the water that does not evaporate in the turbine 45 is, is via a pipeline 52 and 53 and a circulation pump 54 via the line 41 to the ground fed back to the reactor. The condensate from the outlet of the turbine is in a condenser 55 compressed and by the pump 56 in the line 53

Diese liegt um 54° F (30° C) unter der Sättigungs- 70 und zurück zum Reaktor gefördert.This is 54 ° F (30 ° C) below saturation 70 and is being pumped back to the reactor.

Bei dieser Ausführungsform wird das unterkühlte Wasser durch den zwangläufigen Kreislauf mit Hilfe der Pumpen 54 und 56 wieder in den Reaktor zurückgeführt. Ein nicht siedendes Kühlmittel mit verdampftem Kühlmittel wird entnommen und in dem Dampfkessel 43 abgetrennt. Das nicht siedende Kühlmittel wird dann anschließend in den Schnellverdampfungsbehältern 47 und 50 verdampft. Es ist ersichtlich, daß an Stelle der Schnellverdampfungsbehälter 47 und 50 geeignete Wärmeaustauscher angeordnet werden können, um dem nicht siedenden Kühlmittel Energie zu entnehmen.In this embodiment, the supercooled Water returned to the reactor through the positive circuit with the aid of pumps 54 and 56. A non-boiling coolant with evaporated coolant is taken out and placed in the steam boiler 43 separated. The non-boiling coolant is then subsequently in the flash tank 47 and 50 evaporated. It can be seen that instead of the flash tank 47 and 50 suitable heat exchangers can be arranged to generate energy for the non-boiling coolant refer to.

Eine Wärmeaustauscheranlage, die derjenigen der Fig. 1 ziemlich ähnlich ist, ist in Fig. 4 dargestellt, in der ein Reaktor mit einem Dampfdom wie in Fig. 1 den Dampf über eine Leitung 57' der Hochdruckstufe einer mehrstufigen Turbine 58 zuführt. Der Heißwasserausgang des Reaktors 57 führt über die Rohrleitung 60 zur Schlange 61 des Wärmeaustauschers; das unterkühlte Kühlmittel wird durch die Pumpe 62 dem Eingang dies Reaktors 57 über die Leitung 63 zugeleitet. Der Ausgang des Wärmeaustauschers 64 ist über eine Rohrleitung 65 mit der Mitteldruckstufe der Turbine 58 verbunden. Der Austauscher 64 kann über ein Ventil 66 und eine Rohrleitung 66' mit Kühlmittel gespeist werden, von dem ein Teil in Dampf verwandelt wird, und der Rest siedet. Wahlweise kann dem Wärmeaustauscher auch über das Ventil 67 und die Leitung 67' Kühlmittel zugeführt werden. An der Ausgangsseite der Turbine 58 ist ein Kondensator 68 vorgesehen, wobei das Kondensat über Rohrleitungen 69 und 70 durch die Pumpe 71 gefördert wird.A heat exchanger system which is quite similar to that of Fig. 1 is shown in Fig. 4, in which a reactor with a steam dome as in Fig. 1 the steam via a line 57 'of the high pressure stage a multi-stage turbine 58 feeds. The hot water outlet of the reactor 57 leads via the pipeline 60 to coil 61 of the heat exchanger; the supercooled coolant is pumped 62 fed to the inlet of this reactor 57 via line 63. The output of the heat exchanger 64 is connected to the medium pressure stage of the turbine 58 via a pipe 65. The exchanger 64 can are fed with coolant via a valve 66 and a pipe 66 ', part of which is in steam is transformed, and the rest boils. Optionally, the heat exchanger via the valve 67 and coolant can be supplied to line 67 '. At the exit side of the turbine 58 is a condenser 68 provided, the condensate being conveyed by the pump 71 via pipes 69 and 70.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein homogener Reaktor einen Behälter 72 für eine homogene spaltbare Lösung 73 enthält. Ein Dampfdom oder eine Kammer 74 ist für das verdampfte Kühlmittel vorgesehen, und ein Wärmeaustauscher 75 führt duirch den Bereich des verdampften Kühlmittels hindurch. Ein weiterer Wärmeaustauscher 76 wird dazu verwendet, aus der nicht siedenden oder flüssigen Phase des Kühlmittels Wärmeenergie zu. entnehmen. Die homogene spaltbare Lösung kann z. B. aus einer Lösung oder einem Brei bestehen, der mit schwerem oder leichtem Wasser angesetzt ist und die erforderliche Konzentration von spaltbarem Material enthält, um die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten.Fig. 5 shows a further embodiment in which a homogeneous reactor has a container 72 for a homogeneous fissile solution 73 contains. A steam dome or chamber 74 is for the vaporized Coolant is provided, and a heat exchanger 75 guides the area of the evaporated coolant through. Another heat exchanger 76 is used from the non-boiling or liquid Phase of the coolant to heat energy. remove. The homogeneous fissile solution can e.g. B. from a Solution or paste made up with heavy or light water and the required Contains concentration of fissile material to keep the chain reaction going.

Um den Grad der in die Turbine 77 eingeführten Radioaktivität zu begrenzen, wird ein getrenntes Wärme übertragendes Medium, z. B. Wasser, durch den Austauscher 75 und die Rohrleitung 78 geführt, um der Hochdruckstufe der Turbine 77 Dampf zuzuführen. Der Niederdruckdampf wird von dem Austauscher 76 geliefert und strömt über die Leitung 79 der Zwischenstufe der Turbine 77 zu. Das Kondensat wird dem Kondensator 80 entnommen, strömt durch die Rohrleitung 81 und wird durch die Pumpe 82 wieder in den Kreislauf zurückgefördert.To the degree of introduced into the turbine 77 To limit radioactivity, a separate heat transferring medium, e.g. B. water, through the exchanger 75 and conduit 78 to supply steam to the high pressure stage of the turbine 77. The low pressure steam is supplied from exchanger 76 and flows via line 79 the intermediate stage of the turbine 77 to. The condensate is removed from the condenser 80 and flows through it the pipeline 81 and is conveyed back into the circuit by the pump 82.

Besondere Vorkehrungen für zusätzliche Wasserzufuhr, Dampfbehälter, Wasserreinigung u. dgl. sind in der Zeichnung fortgelassen. Bei dieser Anlage ist ein doppelter Kreislauf vorhanden, wobei die Energie dem verdampften Kühlmittel durch den Austauscher 75 und der nicht siedenden oder flüssigen Phase des Kühlmittels durch den Austauscher 76 entzogen wird. Das unterkühlte Kühlmittel wird dem Reaktor durch die normale Konvektionsströmung der homogenen spaltbaren Lösung zugeführt, so daß die Bildung von Dampfbliasen im wesentlichen auf einen Bereich in der Nähe der Oberfläche 73' der homogenen spaltbaren Lösung begrenzt ist und der Teil der spaltbaren Lösung, der in Berührung mit d<em Wärmeaustauscher 76 steht, sich im wesentlichen in einem flüssigen oder nicht siadenden Zustand befindet.Special precautions for additional water supply, steam tank, water purification, etc. are in omitted from the drawing. In this system there is a double circuit, the energy being dem evaporated coolant through exchanger 75 and the non-boiling or liquid phase of the coolant is withdrawn by the exchanger 76. The supercooled coolant is supplied to the reactor by the normal Convection flow supplied to the homogeneous fissile solution, so that the formation of vapor bubbles substantially to an area near the surface 73 'of the homogeneous fissile solution is limited and the part of the fissile solution that is in contact with the heat exchanger 76, is essentially in a liquid or non-sizing state.

Die Ausgangsleistung wird daher durch die Wärmeübertragungseigenschaften des Reaktorkernes und des Kühlmittels und nicht durch die Dampfblasen bestimmt, so daß eine im wesentlichen selbstregelnde Reaktorkrafterzeugungsanlage gebildet wird, die von sich aus stabilisiert ist, ohne daß komplizierte Verfahren erforderlich sind, um Steuerstäbe einzustellen und Änderungen des Leistungsbedarfes nachzukommen. The output power is therefore determined by the heat transfer properties of the reactor core and the coolant and not determined by the vapor bubbles, so that a substantially self-regulating Reactor power generation plant is formed, which is stabilized by itself, without complicated procedures are required to adjust control rods and meet changes in power requirements.

Claims

Patent claims:

1. Boiler reactor with a nuclear reactor, the ^ in Contains evaporable coolant and in which the reaction process when reducing the content is reduced in liquid coolant, characterized in that devices for Removal of energy from the non-boiling part of the coolant and facilities for Supply of subcooled coolant to the reactor are provided, so that only part of the Coolant in the reactor contains coolant in vapor phase, such that the output power of the System is increased and the system works essentially self-regulating.

2. Plant according to claim 1, characterized in that at least part of the reactor liquid coolant from which energy has been removed is fed back.

3. Plant according to claim 1, characterized in that the coolant is in the liquid state taken from the reactor and at least partially fed back to it after energy has been withdrawn will.

4. Plant according to claim 3, characterized in that an energy consumer with the Is coupled to the reactor, which extracts evaporated coolant and consumes the energy it contains, and that means are provided to remove the thermal energy from the liquid state the removed coolant to the consumer.

5. Plant according to claim 4, characterized in that the energy consumer consists of a There is a steam turbine and the device for removing the liquid coolant and for discharging it the thermal energy for the steam turbine has at least one high-speed evaporator which operates at reduced pressure and in which at least part of the coolant is converted into steam will.

6. Plant according to claim 5, characterized in that the device for removing the liquid coolant and the energy for the steam turbine at least one heat exchanger having.

7. Plant according to claim 5 or 6, characterized in that a steam boiler with the Reactor is coupled to the steam from the steam-water mixture withdrawn from the reactor to separate, that a multi-stage steam turbine is also connected to the steam boiler, to convert the energy of the steam, that also at least one flash evaporator with reduced Pressure is provided, the hot water is supplied from the steam boiler and the steam to an intermediate stage of the turbine

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supplies, and that circulation devices are provided are that the water from the turbine and at least one flash evaporator from the reactor feed again.

8. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that an energy consumer with the Reactor is coupled to the evaporated cooling

means to remove energy, and that the essentially liquid coolant removed Energy is also supplied to the consumer.

Considered publications:
Nucleonics, Vol. 12, 1954, H. 7, p. 43.

1 sheet of drawings