DE1007442B

DE1007442B - Kernreaktor mit siedender Betriebsfluessigkeit

Info

Publication number: DE1007442B
Application number: DEV9661A
Authority: DE
Inventors: Russell H Varian
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1954-10-27
Filing date: 1955-10-27
Publication date: 1957-05-02
Also published as: FR1138858A; GB772404A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung 1>etrifft Kernreaktoren zur Krafterzeugung und bezieht sich insbesondere auf einen Hoohleistungsreaktor mit siedender Betriebsflüssigkeit. Mit dem Anbruch des Atomzeitalters und der Erzeugung von spaltbaren Materialien, aus denen große Wärmemengen erzeugt werden können, ist der Wunsch entstanden, einen Atomkraftreaktor zu schaffen, der für die Erzeugung elektrischer Energie geeignet ist und mit Generatoren der heute üblichen Ausführung wirtschaftlich konkurrieren kann. Man hat versucht, diese Aufgabe von verschiedenen Seiten her zu lösen,, wobei in den meisten Fällen die Reaktorwärme dazu benutzt wurde, um Dampf zu erzeugen, während der Dampf seinerseits einen Turbogenerator antreibt. Eine Gruppe der vorgeschlagenen Kernreaktor-Dampfgeneratoren weist die indirekte Bauart auf, bei der der Reaktorbrennstoff, welcher die spaltbaren Isotope enthält, mit einem geeigneten Moderator, z. B. Kohlenstoff oder einem flüssigen Metall, vereinigt wird, der dazu dient, die Neutrongeschwindigkeit zu reduzieren. Die hierbei erzeugte Wärme wird auf eine umlaufende Flüssigkeit oder ein gasförmiges Kühlmittel übertragen, das den Kern des Reaktors durchsetzt und dabei durch einen Wärmeaustauscher geführt wird, der dazu dient, das Kühlmittel von dem Brennstoff und dem Moderator zu isolieren, während dieses primäre Kühlmittel die Aufgabe hat, die Spaltungswärme aus dem Reaktor herauszuführen. Die Wärme des primären Kühlmittels wird dann auf einen Dampfkessel in einem zweiten Wärmeaustauscher übertragen. Der hier erzeugte Dampf wird dem Turbogenerator zugeführt. !Dabei sind gewisse Abänderungen, dieser Art von Generatoren möglich, indem z. B. ein und derselbe Stoff, wie schweres Wasser, sowohl als Primärkühlmittel wie auch als Moderator benutzt wird.

In letzter Zeit sind auch Atomkraft-Dampfgeneratoren der direkten Bauart angegeben worden, bei denen als Kühlmittel schweres Wasser (D₂O) oder leichtes Wasser (H₂O) verwendet und von dem Reaktorbrennstoff unmittelbar erhitzt wird, wobei dieses Wasser gleichzeitig auch als Moderator dient, und der erzeugte Dampf durch die Turbine, den Kondensator, die Pumpe und zurück zum Reaktor geführt wird. Dies ist ein geraderer und wirtschaftlicher Weg für den Bau eines Atomkraftreaktors mit Dampfkessel, weil gewisse umständliche und teure Bestandteile der indirekten Bauart in Fortfall kommen. So sind z. B. keine Wärmeaustauscher erforderlich. Infolge des natürlichen Auftriebes der Dampfblasen kann eine Zirkulation des siedenden Kühlmittels erhalten werden, ohne daß die üblichen Umlaufpumpen großer Kapazität für das Kühlmittel erforderlich sind. Ein schwerwiegender Nachteil Kernreaktor
mit siedender Betriebsflüssigkeit

Anmelder:
Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 27. Oktober 1954

Russell H. Varian, Cupertino, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

dieser Anordnung besteht darin, daß das heftig kochende Wasser dazu neigt, überzulaufen und den Reaktorbrennstoff mitzunehmen. Auch ist die Leistung, die von einem Kernreaktor gegebener Größe erzeugt werden kann, durch die Wärmemenge begrenzt, die dem Reaktor entzogen werden kann; bei dem Reaktor der direkten Dampfkessel bau art ist die abgeführte Wärmemenge durch die Dampfmenge begrenzt, die ohne Mitnahme des Brennstoffes oder des Moderators dem Reaktor entnommen werden kann.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen neuartigen Kernreaktor der direkten oder indirekten Bauart mit siedender Flüssigkeit oder Wasser anzugeben, bei dem die abgeführte Gas- oder Dampfmenge im Verhältnis zur Größe des Reaktors und im Vergleich mit Gas oder Dampf erzeugenden Reaktoren bekannter Barart stark erhöht wird.

Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß ein neuartiger Kernreaktor mit siedender Betriebsflüssigkeit geschaffen wird, bei dem der Reaktor um eine Drehachse mit einer solchen Geschwindigkeit umläuft, daß die Flüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft gegen die Innenwände des Reaktors gepreßt wird, wobei die wirksame Beschleunigung in der Größenordnung von Hunderten oder Tausenden g liegen kann. Da diese Kraft die Flüssigkeit in dem Reaktor ständig festhält, kann das Verhältnis der Gas- und Dampfentnahme ohne gleichzeitige Ent-

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nähme des Reaktorkühlmittels und des Brennstoffes anlage, bei der ein umlaufender Kernreaktor nach

stark erhöht werden. Fig· 4 oder 5 verwendet wird;

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht in Fig. 7 ist eine Ansicht, teilweise im Längsschnitt, der Schaffung eines Reaktors der obenerwähnten von einem umlaufenden Kernreaktor mit gekapselten Art mit umlaufendem Kessel, bei dem die um- 5 Uranstäben gemäß der Erfindung, laufende Welle, auf der der Reaktor montiert ist, mit In Fig. 1, IA und 2 ist auf einer Welle 1 ein zender Turbine gekoppelt ist, so daß der Dampf des tral angeordneter Reaktorteil 2 angeordnet, auf dessen Reaktors die Turbine antreibt, welche außer zum beiden .Seiten zwei einander ähnliche Turbinenab-Antrieb des Generators auch dazu dient, den Reaktor schnitte 3 und. 4 liegen, deren Rotoren auf der Welle 1 in Umlauf zu setzen. io befestigt sind. Die Welle 1 dient auch dazu, einen Eine besondere Ausführungsform ist ein Reaktor Generator anzutreiben, und sie wird ihrerseits zu mit umlaufendem Kessel, der Turbinenschaufeln auf- Beginn von einem Anlaßmotor (s. Fig. 3) angeweist, die an dem Reaktorkörper getrennt von dem trieben. Der Reaktor 2 enthält einen hohlen, im Turbogenerator angeordnet sind, so daß der Dampf wesentlichen scheibenförmig-sphärisch geformten Kordes Reaktors nicht nur den Turbogenerator, sondern 15 per oder Kern 5. Die axialen oder Polflächen dieses auch direkt den Reaktor über die zugehörigen Körpers bestehen an beiden Seiten aus radial ver-Turbinenschaufeln antreibt. laufenden, im Abstand voneinander befindlichen Besonders vorteilhaft ist ein Reaktor mit um- Speichen 6. Die Speichen 6 enden in Naben 7 und 8, laufendem Kessel nach der Erfindung, bei dem der die an der Welle 1 starr befestigt sind. An den beiden Brennstoff und der Moderator von dem Kühlmittel in 20 abgeflachten Seiten dieses Reaktorkörpers 5 sind ringdem Reaktor abgeteilt sind und bei dem ein Wärme- förmige Rinnen 9 und 11 vorgesehen, welche den austauscher vorgesehen ist, um die von dem Brenn- Speichenteil des Reaktorkörpers 5 umfassen. Die stoff und dem Moderator erzeugte Wärme auf das Rinnen 9 und 11 sind durch geeignete Streben 12 mit Kühlmittel zu übertragen, welches den Dampf zur dem Reaktorkörper 5 verbunden. Diese Teile des Verwendung in dem Turbogenerator erzeugt. 25 Reaktorkörpers und die weiter unten beschriebenen Ferner läßt sich nach der Erfindung ein Dampf- Bauteile dieses und der anderen Reaktoren sind aus kessel zusammengesetzter Bauart mit gekaspelten einem Material hoher Baufestigkeit und guten Korro-Uranstäben schaffen, der eine erhöhte Leistungsfähig- sionswiderstandes, z. B. rostfreiem Stahl, Titan oder keit hat. Zirkon, hergestellt.

Ein Merkmal im Rahmen der Erfindung ist auch 30 Mit der Welle 1 ist auf der einen Seite des Reaktordie Anwendung einer neuen Art von Gleitlager mit körpers 5 der Rotor 13 des Turbinenteiles 3 starr ver-Flüssigkeitsdichtung. bunden, der hohl ausgebildet ist, um. das Gewicht zu Weitere Besonderheiten und Vorteile des Er- vermindern. Die umlaufenden Schaufeln 14 sind an findungsgegenstandes. gehen schließlich noch aus der dem Rotor befestigt. Die ortsfesten Schaufeln 15 des folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen 35 Turbinenteiles sind an der Innenwandung des Haupthervor, die in den Zeichnungen dargestellt sind. körpers 16 des Kesselreaktors befestigt. Ein ring-Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungs- förmiger Wandteil 17, der mit dem Körper 16 zuform des Erfindungsgegenstandes, der einen, symme- sammengebaut ist, ragt nach innen zwischen, dem irischen oder ausgeglichenen Kernreaktor mit um- Rotor 13 und dem Reaktorkörper 5 und. bildet eine laufendem Kessel darstellt, bei dem eine gemeinsame 40 Dampfleitung 18, die den Dampf von dem Reaktor-Welle¹ die beiden Abschnitte einer zweiteiligen Tür- körper 5 den Turbinenschaufeln 14 und 15 zuleitet, bine und den umlaufenden Atomreaktor trägt; Der äußere ringförmige Rand 17' dieser ringförmigen Fig. IA ist ein. Schnitt in größerem Maßstab von Wandung 17 greift über die Außenwand 9' der einem Teil des Kernreaktors mit umlaufendem Kessel Rinne 9.

nach Fig. 1; 45 Der übergreifende Rand 17' hat eine Anzahl von in Fig. 2 ist ein Teilschnitt der Anordnung nach Fig. 1 gleichen Abständen angeordneten Gleit- oder Wassernach der Linie 2-2, bei dem einige Teile abgebrochen lagerungsfiächen 17" (s. Fig. 2), die dem Rand das dargestellt sind; Aussehen eines Sperrades geben. Der äußere Teil Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das ©ine Kraft- jeder dieser Lagerflächen ist vorzugsweise breiter als erzeugungsanlage darstellt, bei der ein Kernreaktor 50 die normale Dicke der Wandung 17 (s. Fig. IA). Auf mit umlaufendem Kessel nach Fig. 1 verwendet wird; dieser ringförmigen Wandung 17 sind außerdem Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Kernreaktor mehrere im gleichen Abstand voneinander befindliche mit umlaufendem Kessel, bei dem der von dem Reak- radiale Kühlmittel-Rückleitungsrohre 19 angeordnet, tor erzeugte Dampf durch eine mit dem umlaufenden deren innere Enden mit den Wasserleitflächen, über Reaktorkörper aus einem Stück bestehende Turbinen- 55 die äußere Wandung der Rinne greifen. Das Auslaßanordnung geführt wird, um ihn anzutreiben, und ende der Turbine weist Leitungen 21 auf, die zu einer dann durch das Turbogeneratorsystem geführt wird:, zweiten Stufe oder einem geeigneten Darnpfkondenwelches unabhängig von dem umlaufenden Reaktor sator führen. Der Turbinenabschnitt 4 ist ähnlich wie umläuft; der Turbinenabschnitt 3 ausgebildet, und die ent-Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Aus- 60 sprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen führungsform der Erfindung, bei der der Brennstoff versehen.

und der Moderator in einem Bauteil eingeschlossen Eine geeignete Abschirmungsmasse 22, z. B. aus

sind, der von dem Kühlwasser in dem umlaufenden Blei, hüllt den Reaktor und die Turbinenabschnitte

Reaktor getrennt ist und bei der ein Wärmeaus- ein, um die Neutronen- und Gammastrahlung auf ein

tauscher vorgesehen ist, um die Wärme von dem 65 zulässiges Maß zu reduzieren. Für die Zwecke der

Brennstoff auf das Kühlmittel zu übertragen, während weiteren Isotopenerzeugung kann die Abschirmung

der erzeugte Dampf durch eine Antriebsturbine für Uran oder Thor enthalten. Die Welle 1 geht durch die

den Reaktor geleitet und von bier einem Turbo- Abschirmung 22 und durch geeignete Druckabdich-

generator, ähnlich wie in Fig. 4, zugeführt wird; tungen23, z.B. Kohlenstoffpackungen und Lager24

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Krafterzeugungs- 7° hindurch.

Die Wirkungsweise dieses umlaufenden Reaktors wird nun im Zusammenhang mit Fig. 1, 2 und 3 beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen den Reaktor im Betriebszustand; die Beschreibung geht jedoch von der Annahme aus, daß der Reaktor sich in Ruhe befindet. Bevor der Reaktor in Betrieb genommen wird, wird die Mischung aus Kühlmittel und Moderator, die z. B. aus schwerem Wasser oder leichtem Wasser und: einem Brennstoff, z. B. angereichertem Uran, besteht, in einen Sumpf 31 eingebracht, der Stäbe ίο zur Regelung des Spaltungsvorganges enthält, so daß keine wärmeerzeugende Reaktion in dem Sumpf stattfindet. Der Reaktor 5 wird zunächst durch einen Anlaßmotor 32 in Drehbewegung gesetzt, der mit der Welle 1 über eine Kupplungsvorrichtung 33 verbunden ist. Wenn der Reaktor 5 umläuft, wird die Pumpe 34 angelassen, und das Wasser und der Brennstoff aus dem Sumpf 31 werden über die Leitungen 19 den Rinnen 9 und 11 zugeführt. Das Wasser fließt von den Rinnen 9 und 11 durch die Öffnungen zwischen den Speichern 6 in den umlaufenden Reaktorkörper 5.

In dem Reaktorkörper beginnt die Kettenreaktion, und es wird Spaltungswärme erzeugt, wobei der Dampf, der hierbei erzeugt wird, aus dem Reaktorkörper 5 zwischen den Speichen 6 und durch den Auslaß 18 austritt, der zwischen den Wandungen 17 und dem Turbinenrotor 13 vorhanden ist. Der Dampf durchsetzt die Turbinenschaufeln und treibt den Turbinenrotor. Der expandierte Dampf bewegt sich durch die Leitungen 21 zum Kondensator 35, wo er kondensiert und dem Sumpf 31 zugeleitet wird, so daß er wieder durch die Pumpe 34 dem umlaufenden Reaktor 5 zugeführt wird. Mit dem Kondensator 35 ist eine geeignete Niederdruckstufe 35' verbunden.

Die Turbinen 3 und 4 treiben den, Reaktor 5, und wenn eine genügende Umlaufgeschwindigkeit erreicht ist, kann der Anlaßmotor 32 von der Welle 1 entkuppelt werden. Das Wasser und der damit vermengte Spaltungsbrennstoff des Reaktors werden durch Zentrifugalkraft gegen die Innenwand des Reaktorkörpers der Fig. 1 gepreßt und die Teilchen des Wasserkühlmittels oder der Arbeitsflüssigkeit und des Brennstoffes, die normalerweise von dem Reaktor durch den heftigen Dampfstrom weggeführt würden, werden in dem Reaktorkörper 5 zurückgehalten. Der Reaktor hat daher eine Sicherheitsbauweise und, um die Turbine anzuhalten, ist es nur notwendig, die Wasserzufuhr durch die Leitung 19 vom Sumpf 31 abzusperren. Wenn der Wassermoderator in dem Reaktor infolge des Entweichens des Dampfes abnimmt, wird der kritische Punkt der Spaltungsreaktion unterschritten, so daß die Dampferzeugung aufhört.

Dadurch, daß der umlaufende Reaktor 5 und der Turbinenrotor 13 auf der gleichen Welle 1 angeordnet sind, ergibt sich ein außerordentlich kompakter Leistungsgenerator, der nur eine sehr kleine Menge von Abschirmungsmaterial erfordert. Durch die Verwendung von zwei Turbinenabschnitten 3 und 4 wird der Schub auf die Welle 1 infolge des Dampfdruckes aufgehoben, da die Schubkräfte der beiden Turbinenabchnitte sich gegenseitig aufheben. Es sei bemerkt, daß die Abdichtungen 23 bei dieser Ausführung auf der Niederdruckseite der Turbinen liegen.

Die ringförmigen Rinnen 9 und 11 sind in ver- 6g schiedener Beziehung bemerkenswert. Sie sind mit verhältnismäßig reinem Wasser gefüllt, da der umlaufende Dampf wenig Brennstoff mit sich führt, und da ein kleiner Sprühregen von den Rinnen die Uransalze nicht entfernt. Ferner wird der Spiegel des Wassers in den Rinnen konstant gehalten, und die Oberfläche des Wassers dient als Lagerfläche für die Gleitkurven oder Wasserlagerungsflächen 17'. Das Wasser in den beiden Rinnen 9 und 11 und die zugehörigen Lagerflächen 17' wirken als selbstschmierende Lager für die Welle 1, so daß Abweichungsbewegungen der Welle von der Achse vermieden werden. Außerdem nimmt das den Rinnen zugeführte Wasser die Geschwindigkeit des Rotors durch die in den Rinnen auftretenden Wirbel an, bevor es in den Reaktorkörper 5 eintritt. Wenn das Wasser direkt in den Reaktorkörper eintreten würde, würde es mit großer Kraft gegen die Bauteile prallen und daher zerstäuben und die Erosion der Teile erhöhen.

Außer der starken Zunahme der entnehmbaren Dampfmenge ohne gleichzeitige Abführung der Flüssigkeit und des Brennstoffes aus dem Reaktor bewirkt der Umlauf des Reaktorkörpers eine stark gesteigerte Wärmeleitung des Wassers, so daß die erzeugte Wärme rasch an die Oberfläche zur Erzeugung von Dampf gebracht wird.

In Fig. 4 ist ein weiterer umlaufender Leistungsreaktor dargestellt, bei dem der Reaktor 41 unabhängig von der Turbine umläuft. Der Dampf des Reaktors treibt sowohl den Reaktor als auch den zugehörigen Turbogenerator. Bei dieser Ausführungsform hat der Reaktorkörper 41 einen ähnlichen Aufbau, wie der von Fig. 1, mit der Ausnahme, daß die linke Seite keine Speichen aufweist, sondern abgesehen von den kleinen Einlaßöffnungen 42, die in Höhe des Wasserspiegels der Rinne liegen, geschlossen ist. Der Reaktor hat ferner Turbinenschaufeln 44, die auf der Außenwand des Körpers an^ gebracht sind und mit ortsfesten Schaufeln 45 zusammenarbeiten, die auf dem Hauptkörper 47 des Reaktors befestigt sind, Der von dem umlaufenden Reaktor erzeugte Dampf durchsetzt die Öffnungen zwischen den Speichen 46 auf der rechten Seite des Körpers und die Leitungen zwischen dem Reaktorkörper 41 und dem Hauptkörper 47, die zu den Türbinenschaufeln 44, 45 führen. Der Dampf treibt den Reaktor daher, bevor er durch die Leitung 48 der Turbine zuströmt.

Die Welle 49 des Reaktors geht durch zwei Dampfabdichtungen 51 hindurch:, die in dieser Anordnung als Labyrinthdiichtungen ausgebildet sind, wobei eine Anzahl von scheibenförmigen Teilen 52 auf der Welle 49 montiert sind und mit ringförmigen Scheiben 53, die an dem Hauptkörper ortsfest angebracht sind, ineinandergreifen. Die Welle geht durch geeignete Dichtungen 54 hindurch und ist in Lagern oder Rollenlagern 55 gelagert. Die Kammern 56 hinter der Labyrinthabdichtung sind durch kleine Verbindungsrohre 57 mit einem Niederdruckpunkt in dem Kondensator verbunden, so daß Dampf, der aus dem Reaktor heraustritt, dem Kondensator zugeleitet wird. Wasserlager sind in dieser Anordnung nicht dargestellt, da hier die Welle 49 die Turbine nicht trägt und daher wesentlich kürzer als die Welle der Fig. 1 ist.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, bei der der Brennstoff und der Moderator in einer hohlen ringförmiigen Abteilung 61 in dem Reaktorkörper 62 angeordnet sind. Ein Verbindungsrohr 61' wird dazu benutzt, die radioaktiven Gase aus der Kammer 61 zu entfernen, wobei das Rohr 61' axial durch die Welle 60 hindurchgeht und zu einem Speicher oder einem anderen, nicht dargestellten, geeigneten Verwertungsgerät führt. An der inneren zylindrischen Wandung 63 der

Kammer ist eine Anzahl von U-fÖTmigenj Rohren 64 mit offenen Enden montiert, die sich in das Innere der Kammer in Berührung mit dem Brennstoff und dem Moderator 65 hinein erstrecken. Die Rohre 64 sind um die Wandung 63 in gleichmäßigen Abständen verteilt. Das Wasserkühlmittel 66, das zur Dampferzeugung dient, wird durch den Umlauf des Reakto>rkörpers 62 gegen die Innenfläche der Wandung gepreßt, wobei das Kühlmittel 66 durch die Rohre 64 zirkuliert. Auf diese Weise wird ein eingebauter Wärmeaustauscher gebildet, wobei die Drehung des Reaktors eine turbulente Strömung und rasche Bewegung des Moderators und des Brennstoffes 65 um die Wärmeaustauscherrohre 64 herum und des Kühlmittels 66 durch die Wärmeaustauscherrohre 64 hindurch erzeugt, so daß die Wärmeleitung stark erhöht wird. Der in diesem umlaufenden Reaktor erzeugte Dampf tritt an der rechten Seite des Körpers in der gleichen Weise aus, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben worden ist, wobei der Dampf dazu dient, den Reaktorkörper anzutreiben, bevor er die Turbine erreicht. Die Ausfüh rungs form nach Fig. 5 enthält Turbinenschaufeln 67, die den Reaktorkörper 62 in Drehung versetzen, ferner Dampfdichtungen 68 sowie Dampf ableitungsrohre 69, die zu dem zugehörigen Kondensator führen, ferner Kühlmittelrückleitungsrohre 71, Wasserrückleitungsrinnen 72, eine Abschirmung 73 und andere schon früher erwähnte Teile und Elemente.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Dampferzeugungsanlage, die einen umlaufenden Reaktor nach Fig. 4 oder nach Fig. 5 benutzt. Diese Anlage enthält den umlaufenden Reaktor 74, einen Anlaßmotor 75, eine Kupplung 76, eine Turbine 77, einen Kondensator 78, einen Sumpf 79, eine Pumpe 81, einen Generator 82 und eine Niederdruckstufe 83.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform eines umlaufenden Kernreaktors dargestellt, bei der die gleiche Flüssigkeit, z. B. leichtes oder schweres Wasser, als Moderator und Kühlmittel dient, wobei das flüssige Kühlmittel jedoch weit weniger radioaktiv ist als bei anderen Formen von Kernreaktoren, bei denen auch das Kühlmittel als Moderator dient. Der Reaktor enthält den scheibenförmig-sphärischen Körper 91, der auf einer umlaufenden Welle 92 starr befestigt ist. Eine zylindrische Wandung 93 ist in dem Körper in axialer Ausrichtung zu der Welle 92 befestigt, um eine Anzahl von Reihen von Reaktorbrennstoffstäben 94 aufzunehmen, die um die Außenfläche der Wandung 93 herum angeordnet sind. Diese Stäbe bestehen! aus einem guten Reaktor-brennstoff, z. B. Uran, mit einem Überzug aus einem Material, z. B. Aluminium, welches die Reaktion zwischen dem Moderator und dem Kühlwasser und dem, Brennstoff verringert. Diese Hülle um den Reaktorbrennstoff ist der Grund, weswegen diese Form des Reaktors als »gekapselte« Bauart bezeichnet wird. Die Stäbe ragen in das Wasserkühlmittel 95 hinein, welches durch die Zentrifugalkraft in dem äußeren Teil des Körpers 91 gehalten wird. In der zylindrischen Wandung 93 sind kleine öffnungen 96 vorgesehen, damit der Dampf entweichen und das Wasserkühlmittel von den Rinnen 97 in den. Körper 91 gelangen kann. Dies ?r Reaktor nach Fig. 7 arbeitet in der gleichen Weise wie die oben beschriebenen umlaufenden Realetoren, so daß eine weitere ausführliche Beschreibung dieser Figur nicht erforderlich ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Arten von Kühlmitteln, Brennstoffen, Moderatoren, Bauteilen usw. verwendet

werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kernreaktor mit siedender Betriebsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor um eine Drehachse umläuft, so daß die Betriebsflüssigkeit und das Kühlmittel in dem Reaktor der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper den Wärme erzeugenden Reaktor-brennstoff und das Kühlmittel aufnimmt, und daß Antriebsmittel vorgesehen sind, die den Körper um seine Achse in Umlauf setzen, so daß der Reaktorbrennstoff und das Kühlmittel der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel eine Turbinenanordnung enthalten, die durch den in dem Reaktor erzeugten Dampf angetrieben wird.

4. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor eine umlaufende Welle und einen auf der Welle starr befestigten Reaktorkörper aufweist, wobei der Körper den Reaktorbrennstoff und das Kühlmittel aufnimmt.

5. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper eine Dampföffnung in der Nähe der Achse zur Entnahme des Dampfes aufweist.

6. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper kreisförmige Rinnen enthält, die symmetrisch zur Drehachse angeordnet sind, wobei die offene Seite der Rinne nach der Achse zu liegt, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die ein flüssiges Kühlmittel in die Rinnen speisen, während der Reaktorkörper Öffnungen aufweist, durch die die Flüssigkeit aus der Rinne in den Körper eintreten kann.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Lagerfläche in die Rinne hineinragt und einen Lagerdruck auf die Flüssigkeit in der Rinne ausübt, der im wesentlichen gleichmäßig auf die Rinne verteilt ist, so daß dieser Lagerdruck die Drehachse des Reaktorkörpers konstant zu halten sucht.

8. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle, auf der der Reaktorkörper starr montiert ist, eine Reihe von Turbinenschaufeln angeordnet sind, die von dem Dampf angetrieben werden.

9. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel zur Drehung des Reaktorkörpers Turbinenschaufeln enthalten, die auf dem Körper fest montiert sind und von dem abgeleiteten Dampf angetrieben werden.

10. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Reaktorkörper eine Turbinenanordnung gekuppelt ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die den in dem Reaktorkörper erzeugten Dampf der Turbineneinrichtung zuführen, so daß der Reaktorkörper in Umlauf versetzt wird.

11. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Reaktorkörpers Dampfentnahmeöffnungen in der

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Nähe der Achse oder der Polflächen angeordnet sind, um den Dampf auf beiden Seiten des Körpers herauszuführen, wobei diese Dampfentnahmeöffnungen in dem Reaktorkörper mit der Turbineneinrichtung verbunden sind.

12. Kernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die umlaufenden Turbinenschaufeln auf beiden Seiten des Reaktorkörpers als auch der Reaktorkörper auf einer gemeinsamen Welle gelagert sind.

13. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Turbinenabschnitte mit je einem Rotor auf gegenüberliegenden' Seiten der Welle des Reaktorkörpers gelagert sind, so daß der den Reaktorkörper verlassende Dampf auf beiden Seiten die Rotoren der gegenüberliegenden Turbinenabschnitte¹ antreibt.

14. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper zwei getrennte Kammern aufweist, von denen die eine den Reaktorbrennstoff und den Moderator und die andere das Reaktorkühlmittel aufnimmt, und daß ein Wärmeaustauscher die Kühlmittelkammer mit der Brennstoffkammer verbindet, um die durch den Brennstoff erzeugte Wärme dem Kühlmittel zuzuführen.

15. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper eine Anzahl von Stäben aus Reaktorbrennstoff enthält, die mit einem Abschirmungsmaterial überzogen und in dem Körper montiert sind und in ein flüssiges Kühlmittel hineinragen, welches in einem Teil des Körpers enthalten ist, wobei ein rascher Umlauf des Kühlmittels um die Brennstoffstäbe infolge der Drehung des Reaktorkörpers stattfindet.

16. Kernreaktor nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkörper eine hohle zylindrische Wandung enthält, die koaxial zum Körper liegt und auf deren Außenseite die Stäbe befestigt sind, während die Wandung selbst eine Anzahl von öffnungen aufweist.

17. Anordnung mit einem Wärmeaustauscher, insbesondere für einen Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper zur Aufnahme einer Flüssigkeitsmenge vorgesehen ist, der einen Wärmeaustauscher enthält, um auf die darin befindliche Flüssigkeit Wärme zu übertragen, und daß Vorrichtungen zur Drehung des Körpers und des Wärmeaustauschers, vorgesehen sind, die eine Zentrifugalbeschleunigung in dem Körper hervorrufen, so daß eine verbesserte Wärmeübertragung stattfindet.

18. Gleitlager mit Flüssigkeitsdichtung, insbesondere für einen Kernreaktor nach den. Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Rinne mit einem drehbar gelagerten Teil verbunden ist, wobei die offene Seite der Rinne nach innen gegen die Drehachse gerichtet ist und die Rinne zur Aufnahme einer Flüssigkeit geeignet ist, die durch Zentrifugalkraft in der Rinne gehalten wird, wenn die Rinne umläuft, und daß eine Statorlagerfläche in die Rinne hineinragt und eine Lagerkraft auf die Flüssigkeit in der Rinne ausübt, die im wesentlichen gleichmäßig um die Rinne verteilt ist, so daß diese Kraft das Bestreben hat, die Lage der Drehachse des drehbaren Teils konstant zu halten.

19. Gleitlager mit Flüssigkeitsdichtung, insbesondere für einen Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufender Körper eine Flüssigkeitsmenge enthält, die der Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, so daß die Flüssigkeit eine Form annimmt, die eine innere kreisringförmige Fläche aufweist, und daß eine feste Lagerfläche in dem Raum befestigt ist, der von der inneren kreisringförmigen Flüssigkeitsoberfläche begrenzt wird, wobei diese Lagerfläche symmetrisch zu der Drehachse des Körpers liegt und die innere Flüssiigkeitsoberfläche berührt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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