DE1059121B - Kuehlvorrichtung fuer Reaktionskammern, in denen Kernreaktionen ablaufen - Google Patents

Description

• Kühlvorrichtung für Reaktionskammern, in denen Kernreaktionen ablaufen Besonders bei Reaktionskammern für Plasmauintersuchungen und für Reaktionen der Atomkerne der schweren Isotope des Wasserstoffs, aber auch bei manchen Spaltungsreaktoren, z. B. homogenen Flüssigkeitsreaktoren oder solchen für vergasten Spaltstoff (Uran, Plutonium), müssen bekanntlich die Wandungen des Reaktionsraumes, in dem unter Umständen ein sehr hohes Vakuum und eine sehr hohe Temperatur herrschen, intensiv gekühlt werden, weil sie sonst schnell zerstört werden würden. Als Kühlmittel dient im allgemeinen Wasser, mit dem der Heizwärmebedarf von Industrien gedeckt werden kann oder das man verdampfen läßt, indem man mit dem Dampf eine Turbine antreibt. Druck und Temperatur des Dampfes sollen des guten thermischen Wirkungsgrades wegen tunlichst hoch sein.
• Der Reaktionsraum kann aus einem geraden, länglichen, an seinen Enden verschlossenen Rohr a (Fig. 1 und 2) oder aus einem Ringrohr (Torus) von kreisförmigem oder eliptischem Querschzvitt (Fig. 3 und 4) bestehen. Das Rohr a könnte man kühlen; indem man es- nach Fig. 1 bis 4 in einem gewissen Abstand mit einem Mantelrohr b umgibt und durch den- Zwischenraum zwischen a und b Kühlwasser schickt. Dann ließen sich aber eine gewisse Entmischung von Wasser und Dampf, die Bildung stagnierender Dampfblasen und als Folge hiervon unzulässig »heiße« Stellen. auf Rohr a sowie seine Korrosion nicht vermeiden: Ferner müßten Röhr ä und -b des hohen Dampfdruckes wegen eine große Wandstärke"1%aben, was mit-"Rücksicht auf die sehr hohe spezifische Wärmebelastung der Wand von Rohr a sehr unerwünscht wäre. Da Rohr a und b bei Erhitzung sich sehr-- verschieden stark ausdehnen, wäre bei Fig..1 bis 4 die Gefahr groß, daß die Gaszu-und -ableitung zum Reaktionsraum durch den Kühlmantel h indurchgeführf werden muß und nicht dicht hält. Man wird-den Reaktionsraum solcher Reaktoren häufig mit spaltbarem Material umkleiden,_ um -die anfallenden Neutronen u seiner Spaltungaüszunutzen und dadurch zusätzlich- Leistung- zu gewinnen. Der Mantel des Reaktionsraumes- muß =daher aus einem-Material mit kleinerii Absorptionsquerschnitt bestehen, z. B-. Aluminium, und tunlichst dünn, sein, weshalb er keinem hohen äußeren Druck ausgesetzt werden darf.
• Die vorliegende Erfindung, die in Fig..5 bis 9 an einigen Ausführungsbeispielen gezeigt wird,.-ver# ' meidet diese Schwierigkeiten durch eine Kühlvorrichtung für Reaktionskammern, in denen ein hohes Vakuum herrscht, die aus engen, von einem Kühlmedium durchströmten Rohren besteht, wobei die Rohre sich dem Reaktionsraum anschmiegende geschlossene Wände bilden. Nach Fig. 5 bis 8 kann dies geschehen, indem man die Kühlrohre um den Reaktionsraum herum im wesentlichen senkrecht zu seiner Achse oder nach Fig. 9 im wesentlichen parallel zu ihr anordnet. In Fig. 5 und 6 sind um dass Rohr a des Reaktionsraumes erfindungsgemäß enge,,von einem Kühlmedium durchströmte.Röhrschlangen c schraubenförmig gewunden. Der- Zwischenraum zwischen a und b ist mit einem-die Wärme sehr, gut leitenden, schon bei mäßiger Temperatur flüssig werdenden Metall,. wie z. B. Natrium, Kalium" Wismuf oder-einer Mischung. dieser Metalle, gefüllt, die füs einen guten Übergang der Wärme von Rohr a an-die Kühlrohre c sorgen.»Die Rohre c können mehrere getrennte Windungen haben, von denen- .ein Teil- - von ' der Kühlflüssigkeit in anderer Richtung -dtirehströmt@wird als der res.tliche.Teil_ Irn: metallgefüllten Zwischenraum zwischen a, und. b: herrscht-nur ein ganz geringer überdruck,, so -daß die- Herstellung . des -Außenrohres b keine Mühe macht und-- Roh;@-ä-nür eine kleine Wandstärke zu haben braucht.-Insbesondere beim Ringrohr, von dem Fig. 6 einen Ausschnitt- zeigt, ist die Herstellung der Kühlschlange-c-a.ber nicht ganz einfach. Es kann daher vorteilhaft sein, die Kühlrohre c nach Abb. 7 selbst als Begrenzung des Raumes, in dem die sehr hohen Temperaturen auftreten, zu verwenden, indem man ihre Windungen eng aneinanderlegt und die erforderliche Dichtheit des Reaktionsraumes durch ein über sie gestülptes Rohr a bewirkt. Da nun beim Ringrohr die Schlangenwindungen bei einem Rohr von konstantem Durchmesser nur bei seinem inneren Äquatorkreis eng beieinanderliegen können, muß man die Rohre c so anfertigen, daß ihr Durchmesser nach jeder einer halben Windung entsprechenden Strecke allmählich von einem Mindestwert auf einen solchen Höchstwert zunimmt, daß auch auf dem äußeren Äquatorkreis und zwischen beiden Kreisen sich alle Windungen berühren. Ein anderer Weg wäre der, ein Rohr gleichen Durchmessers schraubenförmig zu wickeln und dieses danach zu einem Kreis zusammenzubiegen, so daß sich die Rohre am inneren Durchmesser des Ringes unter Beibehaltung des Querschnittes abflachen.
• Mit Schlangenrohren von konstantem Durchmesser kann man auskommen, wenn man nach Fig. 8 zwei Windungen cl und c9 übereinanderlegt, wobei die äußeren Windungen die Lücken zwischen den inneren Windungen überdecken. Es kann dann sogar vorteilhaft sein, die inneren Windungen nicht dicht aneinanderzulegen, sondern überall einen gewissen Abstand zu lassen. Dann besteht nämlich die Möglichkeit, einen Teil oder alle Windungen der äußeren Rohre c2 zum Überhitzen des in den inneren Windungen cl erzeugten Sattdainpfes zu benutzen und dadurch Wirkungsgrad und Leistung der Dampfturbine beträchtlich zu erhöhen. Überhitzter Dampf ist in den äußeren Windungen c2 zulässig, weil "sie durch die inneren flüssigkeitsdurchströmten Rohre cl vor zu starker Erhitzung geschützt sind. Auch in diesem Falle bildet Rohr a die gasdichte Abschlußwandungdes Reaktionsraumes.
• Fig. 9 ist das Gegenstück zu Fig. 5, indem die Kühlrohre c parallel zur Achse des Reaktionsraumes und parallel zueinander oder mit einem gewissen Drall den Reaktionsraum umgeben: Die Enden der Kühlrohre sind derart miteinander verbunden, daß das Kühlmedium alle Rohre hintereinander oder in mehreren parallel geschalteten Gruppen durchströmt. Dieselbe Anordnung läßt sich sinngemäß auch bei Ringrohren treffen, ferner ist auch eine sinngemäße Ausführung nach Fig. 8 mit zwei aufeinanderliegenden Rohrlagen möglich..

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kühlvorrichtung für Reaktionskammern, in denen ein hohes Vakuum herrscht, bestehend aus engen, von einem Kühlmedium durchströmten Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohze dicht bei dicht liegen und so dem Reaktionsraum sich anschmiegende geschlossene Wände bilden. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadwrch gekennzeichnet, da8 der Reaktionsraum aus einem geraden, länglichen, an seinen beiden Enden gasdicht verschlossenen Rohr von kreisförmigem oder ovalem Querschnitt besteht. 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum aus einem ringförmig gebogenen, in sich geschlossenen Rohr von kreisförmigem oder ovalem Querschnitt besteht. 4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwände im Innern des Reaktionsraumes dicht vor seiner Wandung angeordnet und ihre Anschlüsse gasdicht durch sie hindurch ins Freie geführt sind. 5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre auf der Außenseite der Wandung des Reaktionsraumes in einem den letzteren ringförmig umgebenden, aus leicht schmelzenden Metallen bestehenden Bad untergebracht sind. 6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre schraubenförmig dicht nebeneinanderliegende Windungen bilden. 7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre aus periodisch dünner und dicker werdenden Abschnitten bestehen, derart, daß bei ringförmigem Reaktionsraum nebeneinanderliegende Windungen sich auf ihrer ganzen Länge berühren. B. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktionsraumes zwei übereinanderliegende Kühlrohrwände angeordnet sind, wobei die äußeren Rohre .die Abstände zwischen den inneren Rohren überdecken. 9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Rohre vorwiegend der Erwärmung und Verdampfung von 'Nasser, die äußeren Rohre vorwiegend der Überhitzung des in den inneren Rohren gebildeten Dampfes dienen.. 10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüghe 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlröhre mehrere getrennte Windungen bilden. 11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im einen Teil der Windungen die Strömung von rechts nach links, im anderen Teil von links nach rechts erfolgt. 12. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß gerade oder in der Längsrichtung des Reaktionsraumes leicht gewundene, dicht nebeneinanderliegende Kühlrohre um den Reaktionsraum herum angeordnet sind. 13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinanderliegenden geraden oder leicht gewundenen Rohre in hintereinander geschaltete Gruppen unterteilt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 688 822; französische Patentschrift Nr. 1 108 289; aus der Buchreihe »Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, Bd.
2. 2, S. 377 und Bd.
3. 3, S. 273; Zeitschrift »Scientific American«, 197, Heft 2 (1958), S. 82.