DE1027339B - Homogener Siedereaktor mit Waermeaustauschflaechen innerhalb des Reaktorgefaesses - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft homogene Siedereaktoren mit Wärmeaustauschflächen innerhalb des Reaktorgefäßes.

Es sind homogene Siedereaktoren bekannt, bei denen sich die Wärmeaustauschflächen im Reaktorgefäß selbst befinden. Bei solchen Reaktoren wurden die Wärmeaustauschflächen in den Flüssigkeitsraum des Reaktorgefäßes eingebaut.

Homogene Siedereaktoren mit Wärmeaustauschflachen innerhalb des Reaktorgefäßes werden hauptsächlich als Forschungsreaktoren verwendet, da sie im Gegensatz zu Siedereaktoren mit getrennt angeordneten Wärmeaustauschern und im Kreislauf geführter Spaltstofflösung nur geringen mittleren Neutronenfluß erzeugen können. Der Neutronenfluß ist nämlich abhängig von der Leistung, und die Leistung solcher Reaktoren ist wiederum abhängig von der Wärme, welche durch die Kühlrohre des eingebauten Wärmeaustauschers abgeführt werden kann.

Bei den bekannten Reaktoren mit in den Flüssigkeitsraum des Reaktorgefäßes eingebauten Kühlrohren ist der Wärmeübergang von der siedenden Flüssigkeit durch die Wärmeaustauschrohre an das Kühlmittel besonders schlecht, so daß nur wenig Wärme abgeführt werden kann und damit Leistung und Fluß des Reaktors sehr gering sind. Obwohl die homogene Flüssigkeit im Reaktor siedet, gelten hierbei für die Wärmeübertragung nicht die Gesetzmäßigkeiten siedender Flüssigkeiten. Das Sieden findet nicht an der Wandung der Kühlrohre statt, sondern nur in geringer Entfernung von den Kühlrohren. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Wärmeübertragung in der Flüssigkeit und damit das Sieden proportional der Anzahl der Kernspaltungen pro Raumeinheit und die Anzahl der Spaltungen wiederum proportional dem Fluß freier Neutronen im homogenen Spaltstoff ist. Dieser Neutronenfluß ist aber praktisch dort am dichtesten, wo viel Spaltstoff pro Raumeinheit vorhanden ist. An Grenzflächen des Spaltstoffes sinkt der Neutronenfluß ab, deshalb ist der Neutronenfluß auch in nächster Umgebung der Kühlrohre geringer als in einiger Entfernung hiervon. Die Folge ist, daß die Wärmeentwicklung und das Sieden vornehmlich, an Stellen stattfinden, an denen die Wärme schlecht abgeführt werden kann, d. h. wo keine Kühlflächen eingebaut sind.

Infolge der geringen Wärmeabgabe an die in der Flüssigkeit liegenden Kühlrohre haben die beschriebenen Reaktoren nur eine geringe Leistung und damit einen geringen mittleren Neutronenfluß, so daß sie nicht zur Krafterzeugung verwendet werden können. Auch als Forschungsreaktoren sind sie von Nachteil, da für einen guten Forschungsreaktor ein hoher Neutronenfluß anzustreben ist.

Homogener Siedereaktor

mit Wärmeaustauschflächen

innerhalb des Reaktorgefäßes

Anmelder:
Vereinigte Kesselwerke

Aktiengesellschaft,
Düsseldorf, Werdener Str. 3

Dr.-Ing. Rudolf Quack, Stuttgart-Heumaden,

ist als Erfinder genannt worden

Um bei homogenen Reaktoren mit im Reaktorgefäß liegenden Kühlrohren eine höhere Leistung und einen hohen Neutronenfluß zu erzielen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Wärmeaustauschflächen in einen über der siedenden Flüssigkeit vorgesehenen Dampfraum einzubauen.

Durch diese Anordnung der Wärmeaustauschflächen in einem Dampfraum des Reaktorgefäßes findet der Wärmeübergang nach den Bedingungen des an der Oberfläche kondensierenden Dampfes statt, welcher bekanntlich wesentlich intensiver als in einer ruhenden Flüssigkeit ist. Die Verbesserung besteht bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Wärmeaustauschflächen demnach insbesondere darin, daß der Wärmeübergang nicht mehr zwischen Rohr und ruhender Flüssigkeit, sondern zwischen kondensierendem Dampf und Rohr stattfindet. Mit der Erfindung wird damit ein Weg gewiesen, homogene Reaktoren mit im Reaktorgefäß selbst eingebautem Wärmeaustauscher auch für höhere Leistungen zu verwenden, für welche bisher wesentlich teuerere Reaktorsysteme mit besonderem Kreislauf der Spaltstofflösung und außerhalb des Reaktorgefäßes liegendem Wärmeaustauscher vorgesehen werden mußten.

Bisher hat man stets eine kugelförmige Anordnung des Spaltstoffes angestrebt, um die kritische Masse im Reaktorgefäß gering zu halten. Aus diesem Grunde verwendete man allgemein kugelförmige Gefäße mit ganz geringem Dampfraum. In diesen kleinen Dampfräumen lassen sich jedoch die Kühlrohre des Wärmeaustauschers nicht unterbringen. Damit eine ausreichende Wärmeaustauschfläche im Sattdampfgebiet angeordnet werden kann, wird gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das

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Reaktorgefäß birnenförmig auszubilden, wobei der obere Teil des Reaktorgefäßes einen größeren mittleren Durchmesser aufweist als der untere, das flüssige Spaltstoffgemisch enthaltende Teil und sich im oberen Teil ein erweiterter Dampfraum bildet. Durch die kompakte Anordnung der kritischen Masse wird hierbei Spaltstoffeinsatz gespart, während der Dampfraum vergrößert ist, so daß möglichst viel Kühlfläche, darin untergebracht werden kann.

Um den Wärmeübergang zu verbessern, können die Kühlrohre auch mit Kühlrippen versehen werden. Soll eine besondere Pumpe zum Umwälzen des Kühlmediums vermieden werden, so besteht auch die Möglichkeit, die Wärmeaustauschflächen mit Na.turumla.uf zu betreiben. Für diesen Fall wird vorteilhafterweise vorgeschlagen, die Kühlrohre im Dampf raum des Reaktorgefäßes nach der Durchfluß richtung ständig steigend zu verlegen und einen oberen und unteren Sammler anzuschließen. Durch den Auftrieb in den Kühlrohren wird hierbei ein einwandfreier Kühlmittelumlauf gewährleistet.

In der Zeichnung ist zur näheren Erläuterung" ein Reaktor gemäß der Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigt

Abb. 1 einen Reaktor mit in dem Dampfraum angeordneten liegenden Wärmeaustauschrohren und

Abb. 2 einen Reaktor mit eingebautem Wärmeaustauscher für Naturumlauf.

Tn Abb. 1 ist ein homogener Siedereaktor mit im Reaktorgefäß 1 liegenden Kühlrohren 2 dargestellt. Im unteren Teil des Reaktorgefäßes befindet sich die kritische Masse der homogenen Lösung oder Suspension 3. Durch die Kernspaltungen kommt diese homogene Lösung 3 zum Sieden, so daß der Raum 4 über der Flüssigkeit mit Sattdampf gefüllt ist. Das Kühlmittel — beispielsweise Wasser — durchfließt das Kühlrohr 2 in Pfeilrichtung von 5 nach 6. Die Rippen 7 dienen hierbei zur Vergrößerung der Wärmeübergangsheizfläche.

Das Reaktorgefäß 1 besteht aus zwei Teilen und ist birnenförmig ausgebildet, so daß sich im oberen Teil ein erweiterter Dampfraum ergibt. Die beiden Teile des Gefäßes werden mit Schrauben 8 und Muttern 9 zusammengehalten. Zwischen beiden Teilen befindet sich die Dichtung 10. Der Spaltstoff kann durch den Stutzen 11 ergänzt werden. Für den Ablaß ist ein Stutzen 12 vorgesehen. Bei 13 ist eine Entlüftungsleiitung angeschlossen.

Bei dem mit einem eingebauten Wärmeaustauscher für Naturumlauf versehenen Reaktor gemäß Abb. 2 tritt die Kühlflüssigkeit von unten aus dem Sammler in die Kühlrohre 15 ein, wird im Reaktorgefäß erwärmt und strömt durch den Auftrieb in den oberen Sammler 16. Die kältere Flüssigkeit fließt vom oberen Sammler 16 dtirch das Fallrohr 17 wieder in den unteren Sammler 14. Zwecks weiterer Verwendung kann das Kühlmedium beispielsweise als Dampf aus dem Sammler 16 entnommen werden.

Claims (4)

PATENTANSPBfCHE

1. Homogener Siedereaktor mit Wärmeaustauschflächen innerhalb des Reaktorgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschflächen (2 bzw. 15) in einen über der siedenden Flüssigkeit vorgesehenen Dampfraum (4) eingebaut sind.

2. Homogener Siedereaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorgefäß (1) birnenförmig ausgebildet ist und der obere Teil des Reaktorgefäßes einen größeren mittleren Durchmesser aufweist als der untere, das flüssige Spaltstoffgemisch enthaltende Teil, so daß sich ein erweiterter Dampfraum (4) ergibt.

3. Homogener Reaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (2) mit Kühlrippen (7) versehen sind.

4. Homogener Reaktor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (15) in Durchflußrichtung ständig steigend verlegt sind und von dem Kühlmittel im Naturumlauf durchströmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen