DE1031899B

DE1031899B - Nuklearer Dampferzeuger

Info

Publication number: DE1031899B
Application number: DEB44035A
Authority: DE
Inventors: Robert Ulrich Blaser
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1956-04-06
Filing date: 1957-03-22
Publication date: 1958-06-12
Also published as: ES234657A1; BE556289A; GB820466A; CH355229A; FR1173334A; US3066088A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf einen Kernreaktor-Dampferzeuger und im besonderen auf einen Druckwasser-Kernreaktor, der SO' ausgebildet ist, daß in seinem Herzstück eine Verdampfung vor sich geht. Der Kernreaktor umfaßt einen nuklearen Dampferzeuger. Dieser weist einen Druckkessel bildende Wände, eine quer durch diesen Druckkessel verlaufende Unterteilung, welche eine obere von einer unteren Kammer trennt, sowie einen Dampfauslaß aus der oberen Kammer auf und enthält wassergekühlten und wassermoderierten spaltbaren Stoff in kritischer Anordnung in der unteren Kammer; die Erfindung Liegt darin, daß eine mechanische Dampf-Wasser-Scheideanlage vorgesehen ist, welche ein Dampf-Wasser-Gemisch aus der unteren Kammer aufnimmt und abgeschiedenen Dampf an die obere Kammer abgibt.

Der vorliegende Reaktor ist für einen natürlichen Kreislauf des Wassers ausgebildet und umfaßt eigene Strömungskanäle sowohl für das Dampf-Wasser-Gemisch als auch für das abgeschiedene Wasser, so daß ein Dampferzeuger mit höchst wirksamer, natürlicher Wasserzirkulation geschaffen ist. Infolgedessen besitzt das erfindungsgemäße Gerät, verglichen mit anderen Reaktoren, eine höhere Leistungsdichte.

In der Zeichnung stellt dar

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen nuklearen Dampferzeuger,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

FiIg. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsiform einer erfindungsgemäßen Dampf-Wasser-Scheideanlage.

Die Zeichnung zeigt einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden Druckkessel 10 von kreisförmigem Querschnitt mit unteren und oberen schalenförmigen Abschlußteilen 12 und 14. Der obere Abschlußteil 14 trägt ein Dampfauslaßrohr 16. Das Innere des Kessels 10 besteht aus einer oberen Kammer 18 und einer unteren Kammer 20, welche durch eine quer durch den Kessel verlaufende Unterteilung voneinander getrennt sind. Die Unterteilung umfaßt eine erste Zwischenwand 22 mit einer Vielzahl von Öffnungen 24 für den Durchfluß des Dampf-Wasser-Gemisches. In vertikalem Abstand über der ersten Zwischenwand 22 ist eine zweite Zwischenwand 26 angebracht, welche in flüssigkeitsdichter Verbindung mit den Wänden des Druckkessels 10 steht und welche ebenfalls eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. In den Öffnungen sind Rohre 30 befestigt, welche von den Öffnungen 24 der unteren Kammer nach dem Raum über der zweiten Zwischenwand 26 führen. In vertikalem Abstand über der zweiten Zwischenwand 26 ist eine dritte Zwischenwand 32 angebracht, welche an den Wänden des Druckkessels 10 befestigt ist. In den beiden Zwischenwänden 32 Nuklearer Dampferzeuger

Anmelder:

The Babcock & Wilcox Company,
New Yorck, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing, A. Weickmann, Patentanwälte,

München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. April 1956

Robert Ulrich Blaser, Alliance, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

und 26 ist eine Vielzahl von Durchbrechungen vorgesehen, in welche hohle, aufrecht stehende Wirbelkammer- Dampf-Wasser-Scheider 34 eingesetzt sind, die in flüssigkeitsdichter Verbindung mit den Zwischenwänden stehen, so daß eine Sammelkammer 36 für Dampf-Wasser-Gemisch zwischen der zweiten Zwischenwand 26 und der dritten Zwischenwand 32 an der Außenseite der Wirbelkammer-Scheider 34 gebildet ist. Die Wirbelkammer-Scheider 34 nehmen Dampf-Wasser-Gemisch durch ihre Einlasse 35 aus der Kammer 36 auf, geben den abgeschiedenen Dampf nach der oberen Kammer 18 und das abgeschiedene Wasser nach einer Wasser-Sammelkammer 38 ab, die von der ersten Zwischenwand 22 und der zweiten Zwischenwand 26 gebildet ist.

Die untere Kammer 20 des Druckkessel 10 ist durch eine zylindrische Trennwand 44 in eine ringförmige, nach unten führende Leitung 40 und eine innere Kammer 42 aufgeteilt; die Trennwand 44 ist an ihrem oberen Ende an der ersten Zwischenwand 22 flüssigkeitsdicht befestigt und ist durch Träger 46 in geringem Abstand von der Wand des Druckkessel gehalten. Am unteren Ende der Trennwand 44 erkennt man eine Vielzahl von Durchbrechungen 48, welche dem abgeschiedenen Wasser Zutritt von der nach unten führenden Leitung 40 nach dem tiefsten Bereich der unteren Kammer gewähren.

Eine Speisewasserzuleitung 50 ist so angebracht, daß das zufließende kalte Wasser sich bei seinem Eintritt mit dem abgeschiedenen Wasser in der nach

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unten führenden Leitung vermischt und eine als Neutronenreflektor wirkende Kühlschicht von Wasser höherer Dichte an der Außenfläche der inneren Kammer 42 ergibt. Bei dieser Anordnung ist auch das Druckgefälle des selbsttätigen Umlaufes innerhalb des Reaktors erhöht.

Über dem Dampf auslaß eines jeden Wirbelkammer-Scheiders 34 ist ein zusätzlicher Wasserausscheider 52 angebracht, welcher aus gewellten Niederschlagselementen besteht, welche die letzten Feuchtigkeitsspuren aus dem Dampf entfernen, bevor dieser durch den Auslaß 16 an seinen Verwendungsort gelangt.

Innerhalb der inneren Kammer 42 befindet sich eine wäßrige homogene Spaltstofflösung. Wenn die Konzentration des Spaltstoffes ausreichend hoch ist, so wird der Reaktor kritisch; es tritt eine Spaltungskettenreaktion ein, bei der Wärme frei wird; die frei werdende Wärme wird von dem Wasser absorbiert und zur Dampferzeugung verwendet. Der Auftrieb des Dampfes setzt das Dampf-Wasser-Gemisch in Fluß durch die Rohre 30 nach der Dampf-Wasser-Sammelkammer 36. Von dieser aus fließt das Dampf-Wasser-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit durch die Eintrittsöffnungen 35 in die Wirbelkammer-Dampf-Wasser-Scheider 34 ein; der abgeschiedene Dampf gelangt in die obere Kammer 18, die abgeschiedene Flüssigkeit tritt durch den Boden der Scheider in die Sammelkammer 38 aus. Die abgeschiedene Flüssigkeit vermischt sich mit der durch die Speisewasserzuleitung 50 ankommenden Flüssigkeit und fließt in der Ringleitung 40 nach unten, um sodann von dieser aus durch die innere Kammer 42 wieder nach oben zu steigen.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann sowohl mit leichtem als auch mit schwerem Wasser betrieben werden, und der spaltbare Stoff kann sowohl in Lösung als auch in Wasser suspendiert vorliegen. Wenn das Strömungsmittel in die Dampf-Wasser-Scheider eintritt, so tritt der Dampf aus dem oberen Teil der Scheider aus, und das Wasser, welches aus dem Boden der Scheider austritt, trägt den Spaltstoff. Der Ausdruck »Wasser« wird hier nur aus praktischen Gründen verwendet und ist nicht in einschränkendem Sinne gedacht, sondern bezeichnet ganz allgemein die Flüssigkeit, welche den Spaltstoff enthält.

Die in Fig. 3 gezeigte andere Ausführungsform bedient sich im allgemeinen der gleichen Anordnung der einzelnen Teile des Dampfgenerators, wie sie auch in Fig. 1 vorliegt; jedoch sind die Dampfabscheider verschieden angebracht. Die Bezugsziffern der Fig. 3 sind durch das Hinzufügen einer ersten Zahl »1« zu den Bezugsziffern entsprechender Teile der Fig. 1 kenntlich gemacht. Die Ausführungsform der Fig. 3 umfaßt einen länglichen, in eine obere Kammer 118 und eine untere Kammer 120 aufgeteilten Druckkessel. Die Unterteilung umfaßt eine Zwischenwand 122 mit einer Vielzahl von Öffnungen 124, durch welche das Dampf-Wasser-Gemisch aus der unteren Kammer austreten kann. Eine zylindrische Trennwand 144 unterteilt die untere Kammer in eine innere Kammer 142 und in eine Ringleitung 140 in ähnlicher Weise, wie dies auch in Fig. 1 der Fall ist. Über der Zwischenwand 122 ist eine Vielzahl von hohlen, aufrecht stehenden Wirbelkammer-Scheidern 134 angebracht. Diese Wirbelkammer-Scheider nehmen das Dampf-Wasser-Gemisch aus der inneren Kammer 142 durch Dampf-Wasser-Leitungen· 130 auf. Eine andere Zwischenwand 160 ist in vertikalem Abstand über den Auslassen der Wirbelkammer-Scheider angebracht -und besitzt eine Vielzahl von Durchbrechungen 162.

Diese Zwischenwand ist mit den Wänden des Kessels 110 flüssigkeitsdicht verbunden. Über einer jeden der Durchbrechungen 162 ist ein Hilfsscheider 152, nämlich ein Wasserabscheider mit gewelken Niederschlagselementen, angebracht, welcher die letzten Spuren von Feuchtigkeit dem Dampf entzieht, wenn dieser nach dem Dampf auslaß 116 des schalenförmigen Abschlußteiles 114 strömt.

In der Ausführungsform nach der Fig. 3 enthält der nukleare Dampferzeuger Spaltstoff in der inneren Kammer 142; ein Dampf-Wasser-Gemisch strömt durch die öffnungen 124 in die Wirbelkammer-Scheider 134 ein. Der Dampf wird durch die Niederschlagselemente der Hilfsscheider 152 und durch den Dampfauslaß 116 hindurch nach seinem Verwendungsort geleitet, während das abgeschiedene Wasser aus dem Bodenteil der Scheider durch Einwirkung der Schwerkraft und durch die nach unten gerichtete, resultierende Umlaufsenergie, welche von dem Dampf-Wasser-Scheidungsprozeß herrührt, abgeführt wird. Das Wasser besitzt einen natürlichen Wasserspiegel 164, so- daß eine bestimmte Wassermenge 166 über der Zwischenwand 122 und in der Ringleitung 140 vorhanden ist. Das abgeschiedene Wasser strömt hierauf durch die ringförmige Leitung 140 nach unten und mischt sich mit dem durch die Zufluß leitung 150 ankommenden Speisewasser im Sinne der natürlichen Zirkulation; dadurch wird auch der weitere Wasserkreislauf aufrechterhalten.

Obwohl der erfindungsgemäße nukleare Dampferzeuger im Hinblick auf einen homogenen Druckwasserreaktor beschrieben wurde, läßt er sich ebenso auf einen heterogenen Druckwasserreaktor anwenden, bei welchem bestimmte Brennstoffelemente innerhalb der inneren Kammer 42 oder 142 angeordnet sind und bei welchem entweder leichtes oder schweres Wasser als primäre Kühl- und Moderatorflüssigkeit dient, welche während ihres Durchganges durch das Herzstück zum Kochen kommt.

Der erfindungsgemäße nukleare Dampferzeuger zeigt einen gedrungenen Aufbau, in dem die Dampfscheidezone über der Reaktorzone liegt, wobei beide Zonen innerhalb eines einzigen Druckkessels liegen. Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung eine mechanische Dampf-Wasser-Scheideanlage und eigene Zirkulations-Strömungskanäle vor; dadurch wird, wie bereits eingangs erwähnt, die größte Leistungsdichte erreicht, die in einem Boilingreaktor mit natürlicher Zirkulation möglich ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Nuklearer Dampferzeuger, bestehend aus einen Druckkessel bildenden Wänden, einer quer durch das Innere dieses Druckkessels verlaufenden Unterteilung, welche eine obere von einer unteren Kammer trennt, einem Dampfausfluß aus der oberen Kammer und aus wassergekühltem und wassermoderiertem spaltbarem Stoff in kritischer Anordnung in der unteren Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Dampf-Wasser-Scheideanilage vorgesehen ist, welche ein Dampf-Wasser-Gemisch aus der unteren Kammer aufnimmt und den abgeschiedenen Dampf nach der oberen Kammer abgibt.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampf-Wasser-Scheideanlage aus einer Vielzahl von hohlen, aufrecht stehenden Wirbelkammer-Scheidern besteht.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenzeicb.net, daß eine nach unten führende Leitung vorgesehen ist, welche das abgeschiedene Wasser der Dampf-Wasser-Scheideanlage nach dem unteren Bereiche der unteren Kammer führt.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer eine solche geometrische Form besitzt, daß in einer wässerigen, homogenen Spaltstofflösung eine Spaltungsikettenreaktion eintritt und die entstehende Wärme zur Erzeugung von Dampf in der wässerigen Lösung dient.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nach unten führende Leitung ein ringförmiger, von einer in geringem Abstand von den Wänden des Kessels angebrachten Trennwand gebildeter Strömungskanal ist, wobei diese Trennwand zusammen mit der quer durch den Kessel verlaufenden Unterteilung eine innere Kammer innerhalb der unteren Kammer bildet.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kessel verlaufende Unterteilung eine Zwischenwand mit einer Vielzahl von Öffnungen für den Durchfluß des Dampf-Wasser-Gemisches umfaßt sowie Leitungen für die Überführung des Dampf-Wasser-Gemisches von der unteren Kammer durch die Öffnungen in der Zwischenwand nach der Dampf-Wasser-Scheideanlage.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen jede der Öffnungen mit einem entsprechenden Wirbel-Kammer-Scheider verbinden.

8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kessel-Unterteilung eine erste Zwischenwand, eine in vertikalem Abstand über der ersten Zwischenwand angebrachte und mit dieser zusammen eine Sammelkammer für das abgeschiedene Wasser bildende zweite Zwischenwand und eine in vertikalem Abstand über der zweiten Zwischenwand angebrachte und zusammen mit der zweiten Zwischenwand eine Sammelkammer für das Dampf-Wasser-Gemisch bildende dritte Zwischenwand umfaßt und daß die hohlen, aufrecht stehenden Wirbel-Kammer-Scheider zwischen der zweiten und der dritten Zwischenwand befestigt und so angeschlossen sind,, daß sie aus der Sammelkammer des Dampf-Wasser-Gemisches ein Dampf-Wasser-Gemisch aufnehmen und Wasser in die Wassersammeikammer abgeben, während der Dampf nach der oberen Kammer entweicht.

9. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserabscheider mit gewellten Niederschlagselementen zwischen dem Dampfauslaß der Dampf-Wasser-Scheideanlage und dem Dampfauslaß der oberen Kammer vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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