DE1079753B - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Arbeitsweise eines veraenderlichen Bewegungen unterworfenen Fluessigkeits-Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Regelung der Arbeitsweise eines Flüssigkeits-Kernreaktors, der veränderlichen Bewegungen unterworfen ist.

Die Verwendung eines Siedereaktors, beispielsweise eines Siedewasserreaktors, auf einem beweglichen Objekt, wie einem Schiff od. dgl., stellt besondere technische Aufgaben, die durch den Einfluß der Bewegungen des den Reaktor enthaltenden oder tragenden Gesamtobjektes auf die Dichte oder Schwere der — meist gleichzeitig das primäre Arbeitsmedium bildenden — Moderatorflüssigkeit gegeben sind; derartige Bewegungen beeinflussen die Reaktivität und die Stabilität des Reaktors.

Die Dichte des mit Dampfblasen durchsetzten Moderators hängt von der Relativgeschwindigkeit der Dampfblasen innerhalb der Flüssigkeit ab, und zwar relativ zu der Flüssigkeit selbst; sie ist eine abnehmende Funktion des Druckes und eine zunehmende Funktion des Dampfgehaltes.

Wenn man beispielsweise Wasser, das in dem Wasser suspendierte Dampfblasen enthält, einer Beschleunigung unterwirft, spielen sich die Vorgänge so ab, als wenn sich die spezifischen Gewichte des Wassers und des Dampfes veränderten. Es ergibt sich dabei eine Änderung der Relativgeschwindigkeit der Dampfblasen gegenüber der Flüssigkeit und infolgedessen eine Änderung der Dichte der Flüssigkeit-Dampf-Mischung. Man stellt insbesondere fest, daß bei einem an Bord eines Schiffes angeordneten Reaktor die Vertikalbeschleunigungen die bedeutendsten Änderungen der Dichte des Moderators hervorrufen.

Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die Unregelmäßigkeiten in der Wirkungsweise des Reaktors entscheidend zu verringern, welche auf Bewegungen zurückzuführen sind, denen eine gesamte Anordnung unterworfen ist, die sich zusammensetzt aus: einem Reaktor mit flüssigem Moderator, einem oder mehreren Wärmetauschern und der oder den Leitungen, in denen die Moderatorflüssigkeit aus der Moderatorzone des Reaktors bis zu ihrem Eintritt in die Wärmetauscher, fließt, und schließlich der Rückleitung aus dem Wärmetauscher zum Reaktor.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, die in den Reaktor in der Zeiteinheit zurückgeförderte Menge des flüssigen Moderators in Abhängigkeit von den durch die Bewegungen des Reaktors verursachten Beschleunigungen derart zu regeln, daß die Fördermenge vermindert wird, wenn die Beschleunigung eine Erhöhung der Dichte der Flüssigkeit in der Moderatorzone des Reaktors hervorruft, und daß sie umgekehrt erhöht wird, wenn die Beschleunigung die Dichte der Moderatorflüssigkeit herabsetzt.

Verfahren und Vorrichtung

zur Regelung der Arbeitsweise

eines veränderlichen Bewegungen

unterworfenen Flüssigkeits-Kernreaktors

Anmelder: Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt, München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 22. August 1958

Pierre-Jean Ricard, Paris,

Alfred Hirtz, Boulogne, Billancourt,

und Michel Clayer, Aulnay Sous Bois, Seine-et-Oise

(Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

Das neue Verfahren eignet sich zur Anwendung bei Reaktoren unterschiedlicher Ausführungsform; zur Zeit jedoch ist die wichtigste Anwendung bei einem Vertikalreaktor gegeben, der an Bord eines Schiffes aufgestellt ist und bei dem die Änderungen der dem Reaktor zugeführten Moderatorflüssigkeitsmenge erfindungsgemäß die infolge vertikaler Beschleunigungen auftretenden Änderungen der Dichte der Flüssigkeit kompensieren. In diesem besonderen Falle wird der Umlauf der Flüssigkeit durch ihr Aufsteigen innerhalb des Reaktors in Bewegung gesetzt.

Normalerweise wird die Flüssigkeit nach ihrem Durchlauf durch einen oder mehrere Wärmetauscher in den unteren Teil des Reaktors, außerhalb der eigentlichen Moderatorzone, wieder eingeführt.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird nun ein Teil der umlaufenden Flüssigkeit mit einer in Abhängigkeit von den Beschleunigungen der gesamten Anordnung geregelten Liefermenge (Menge je Zeiteinheit) in die Moderatorzone wieder eingeführt.

Die erfindungsgemäße Regelung der Liefermenge in Abhängigkeit von der momentanen Dichte der Flüssigkeit in der Moderatorzone kann an sich durch irgendeine bekannte Maßnahme oder ein bekanntes Mittel durchgeführt werden; eine bevorzugte Verfahrensmaßnahme, die einen wesentlichen Teil der

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vorliegenden Erfindung bildet, besteht nun darin, diese Regelung mit Hilfe einer unter der Wirkung der erwähnten Beschleunigungen verlagerbaren Masse durchzuführen. Die \⁷erlagerungen dieser Masse werden benutzt, um einen Durchtrittsquerschnitt für die dem Reaktor wieder zuzuführende Flüssigkeit zu verändern. Am zweckmäßigsten bewegt sich diese zur Regelung benutzte Masse innerhalb der Flüssigkeit selbst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens bildet einen Leitungsteil oder -abschnitt des Umlaufleitungssystems der Moderatorflüssigkeit, der mit Mitteln ausgestattet ist, um den Durchtrittsquerschnitt in zumindest einem Teildurchlaß innerhalb des betreffenden Leitungsteiles oder -abschnittes des Leitungssystems in Abhängigkeit von den durch Bewegungen der Gesamtanordnung hervorgerufenen Beschleunigungen zu verändern.

Jeweils entsprechend der Anordnung des oder der Wärmetauscher gegenüber dem Reaktor und anderen ao Besonderheiten im Aufbau der gesamten Anordnung können die Mittel zur Veränderung des Durchtrittsquerschnittes der Moderatorflüssigkeit zwischen dem Reaktor und dem Eintritt der Flüssigkeit in dem Wärmetauscher oder zwischen dem Austritt aus dem Wärmetauscher und dem Wiedereintritt in den Reaktor vorgesehen werden. Wenn eine Zentrifugalpumpe für den Umlauf der Flüssigkeit benutzt wird, können die entsprechenden Mittel gegebenenfalls an bzw. in der Austrittsleitung der Pumpe vorgesehen sein.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die für die Regelung benutzten Mittel in einer Umwegleitung vorgesehen, die den Eintritt und den Austritt der Pumpe miteinander verbindet.

In der folgenden Beschreibung werden die Mittel zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes für die Flüssigkeit durch die Ausdrücke »Kompensationsvorrichtung« oder »Kompensationsgerät« bezeichnet. Diese Mittel bestehen erfindungsgemäß aus einem rohrförmigen Körper, durch den die Flüssigkeit hindurchtritt und in dem wenigstens eine unter der Wirkung unterschiedlicher Bewegungen verlagerbare Masse angeordnet ist; die Masse ist ihrerseits mit einem als Regelglied ausgebildeten Organ verseben oder gekuppelt, das den Durchtritt der Flüssigkeit teilweise sperrt, wenn die Masse sich in der einen Richtung verlagert, und das diesen Durchtritt öffnet oder vergrößert, wenn die Verlagerung der Masse in der anderen Richtung erfolgt.

Diese Kompensationsvorrichtung kann unterschiedlich ausgeführt sein und mehr oder weniger Zusatzelemente umfassen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden eine spezielle Ausbildung eines Flüssigkeitsreaktors sowie eine besondere Anordnung und Ausführung einer Kompensationsvorrichtung beschrieben, die dazu bestimmt ist, vertikale Beschleunigungen in ihrer Auswirkung auf die Dichte der Flüssigkeit zu kompensieren. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Anordnung und Darstellung eines Flüssigkeitsreaktors und eine besondere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Wärmetauscher und ein Sekundärwasservo<rwärmer vorgesehen sind, die mit einem Flüssigkeitsumlauf kombiniert sind, in dem eine erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung vorgesehen ist,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine senkrecht angeordnete Kompensationsvorrichtung, wie sie in der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen Kernreaktor, dessen aktives Herz 1 von einem flüssigen Reflektor 2 umgeben und zusammen mit dem Reflektor in einem Gefäß oder Behälter 3 angeordnet ist. Die Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser sein.

Der Wasserdampf, der in dem Reaktor erzeugt wird, strömt über eine Leitung 4 zu einem Wärmetauscher 5, in dem der primär im Reaktor erzeugte Dampf sich kondensiert, während er in einem Sekundärteil des Wärmetauschers Wasser zum Verdampfen bringt. Der kondensierte Primärdampf fließt über eine Leitung 6 in einen zweiten Wärmetauscher, nämlich einen Sekundärflüssigkeitsvorwärmer 7 hinein. Dieser Vorwärmer wird ebenfalls mit heißer, aus dem Reflektor 2 kommender Flüssigkeit über eine Leitung 8 gespeist, in welche die Leitung 6 einmündet.

Das aus dem Vorwärmer 7 abfließende Wasser wird von einer Umlaufpumpe 9 angesaugt, die das Wasser über eine Druckleitung 10 zurück in den Behälter oder das Gefäß 3 des Reaktors fördert, die an der mit 11 bezeichneten Stelle in den Boden des Gefäßes oder Behälters einmündet. Das Wasser tritt sodann über Regieldüsen in die aktiven Zellen des Reaktorherzens 1 ©in.

Das Schema der Fig. 1 stellt lediglich ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung dar; die Erfindung selbst läßt sich auch bei anderen Anordnungen anwenden, beispielsweise bei einer Anordnung, in der das abgekühlte Kondenswasser, das von den Wärmetauschern (oder unmittelbar aus einer Turbine) kommt, sich mit dem umlaufenden Wasser vor dem Ansaugen durch die Pumpe mischt, ohne daß ein besonderer Vorwärmer vorgesehen ist.

Gemäß der Erfindung wirkt die Kompensationsvorrichtung — die einen Ausgleich der Auswirkungen der vertikalen Beschleunigungen herbeiführen soll — im Sinne einer Änderung des Flüssigkeitsdurchsatzes in dem Kreislauf der wieder in den Reaktor hineingeführten Flüssigkeit, die durch die aktiven Reaktorzellen hinduirchströmt. Diese Vorrichtung besteht aus wenigstens einem Gerät, wie es weiter unten unter Hinweis auf die Fig. 2 beschrieben wird. Dieses Gerät wird durch eine oder mehrere Regelmassen betätigt, die Änderungen der Durchflußöffnung in einer Abzweigleitung bewirken, welche die Eintritts- und Austrittsseiten der Pumpe 9 verbindet. Es erweist sich als besonders zweckmäßig, ein solches Kompensationsgerät in einer dierartigen Überbrückungsleitung anzuordnen und nicht in die Hauptleitung selbst hineinzulegen; bei der Anordnung in einer Umwegoder Überbrückungsleitung läßt sich das Gerät kleiner und billiger bauen als bei der Anordnung in der Hauptleitung, in der es groß und kostspielig sein müßte.

Die Fig. 1 zeigt eine Überbrückungsleitung 12 zur Pumpe 9, in der ein Kompensationsgerät 13 angeordnet ist; die Überbrückungsleitung 12 kann durch die Ventile 14 und 15 abgesperrt werden.

Eine weitere Umwegleitung 16 ist zwischen dem Ventil 14 und dem Reflektor 2 des Reaktors vorgesehen. Sie enthält ein Ventil 17 und ein Kompensationsgerät 18. Die Umwegleitung 16 geht in eine Leitung 19 über, die durch den Boden des Reaktorgefäßes oder Behälters 3 hindurchgeführt ist und unmittelbar in der Reflektorzone 2 des Reaktors mündet. Die Wirkungsweise der gesamten erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung, die zunächst zusammenfassend beschrieben wurde, wird später noch bei der ausführlichen Beschreibung des Kompensationsgerätes gemäß Fig. 2 genauer erläutert.

Das in Fig. 2 dargestellte Kompensationsgerät kann erfindungsgemäß dazu benutzt werden, um die Aufgabe der in der Fig. 1 mit 13 und 18 bezeichneten Geräte oder Vorrichtungen zu erfüllen.

Das Gerät hat einen rohrförmigen Gehäusekörper 20, der an einander etwa gegenüberliegenden Seiten seiner Mitte eine Eintrittsöffnung 21 und eine Austrittsöffnung 22 für die Flüssigkeit aufweist. Der Gehäusekörper 20 ist an seinen beiden Enden durch Stopfen 23 und 24 abgeschlossen. Im Inneren des Körpers sind zwei mit der Ein- und der Austrittsöffnung in Verbindung stehende Zylinder 25 und 26 vorgesehen, in denen sich in senkrechter Richtung die Massen 27 und 28 bewegen können.,

In der weiteren Beschreibung wird die Masse 27 »Regelmasse« genannt und die Masse 28 »Dämpfungsmasse«.

Die Regelmasse 27 wird elastisch durch eine Feder 29 abgestützt, die einerseits an einer Muffe 30 befestigt ist, die einen Flansch 31 aufweist, und andererseits an einer hohlen Stange 32, die an ihrem oberen Ende 33 mit Gewinde versehen ist und durch eine Mutter 34 in ihrer Stellung gehalten wird, die sich auf eine Schulter des Stopfens 23 abstützt.

Eine gerade Stange 35 ist mit der Muffe 30, welche die Regelmasse 27 über ihren Flansch 31 trägt, mittels eines Federkeiles verbunden. Der Flansch 31 ist seinerseits einstückig mit einem Schieber 36 ausgeführt, der öffnungen 37 aufweist, durch die Flüssigkeit hindurchtreten kann. Der Schieber 36 wird in einem Rohr 38 geführt, das ebenfalls mit Öffnungen 39 für den Durchtritt der Flüssigkeit versehen ist. In dem Zylinder 25 befinden sich öffnungen 40 und 41, die einen äußeren Umlauf der Flüssigkeit gestatten, die sich vor den beiden Stirnflächen der Regelmasse 27 befindet; auf diese Weise soll jede Dämpfung vermieden werden.

Wie aus der Fig. 2 "zu ersehen ist, liegen die Öffnungen 37 auf einem höheren Niveau als die Öffnungen 39. Daraus folgt, daß bei einer nach oben gerichteten vertikalen Beschleunigung des Schiffes die von der Regelmasse 27 abhängigen Öffnungen 37 nach unten gedrückt werden und ganz vor die Öffnung 39 treten; dadurch wird der Durchtrittsquerschnitt in dem Überbrückungsweg vergrößert, d. h. die Durchflußmenge der Flüssigkeit, die über diesen Überbrückungsweg fließt, durch Vergrößern der Durchflußöffnung, die durch die gemeinsamen Querschnittsteile der öffnungen 37 und 39 bestimmt ist, gesteigert.

Um den gemeinsamen Querschnitt der beiden Öffnungen zu ändern, kann der Schieber 36 gegenüber dem Rohr 38 gedreht werden, wodurch die öffnungen 37 und 39 in tangentialer Richtung gegeneinander verschoben werden und ihre gemeinsamen Querschnitte geändert werden können. Um eine derartige Verschiebung durchführen zu können, ist das obere Ende der Stange 35 in Form eines Bechers 42 ausgebildet, dessen Wand schräge Schlitze 43 aufweist, die Führungen für die Enden eines in die Schlitze eingreifenden Zapfens 44 bilden, der in einer Stange 45 sitzt, welche ihrerseits durch einen Keil 46 in dem festen Bauteil 47 vertikal geführt ist und Bewegungen in vertikaler Richtung machen kann.

Ein Faltenbalg 48 verbindet die Stange 45 und einen Deckel 49, welcher den Raum abschließt, in dem sich die schrägen Schlitze 43 und der Zapfen 44 befinden. Überdies endet die Stange 45 an ihrem oberen Ende mit einem Gewinde 50, das in eine Mutter 51 eingreift, die gedreht werden kann, deren axiale Bewegung jedoch durch eine auf den festen Bauteil 47 aufgeschraubte Hutmutter 52 ausgeschlossen ist.

Wenn man die Mutter 51 in der einen oder anderen Richtung entsprechend den Pfeilen 53 dreht — was beispielsweise durch Fernsteuerung mittels geeigneter Einrichtungen bewirkt werden kann —, bewegt sich das Gewinde 15 und mit ihm die Stange 45 nach oben oder nach unten, und der Zapfen 44 bewirkt eine Drehung der Stange 45 entsprechend der Neigung der ίο Schlitze 43. Der Schieber 36 dreht sich dann in dem Rohr 38., was einer Regelung der gemeinsamen Durchtrittsquerschnitte der öffnungen 37 und 39 entspricht.

Eine der Schwierigkeiten, die sich bei der Kompensation der Vertikalbeschleunigungen ergeben, beruht darin, daß die Verzögerung in der Änderung der Dichte bei einer Änderung der Zuflußmenge wesentlich größer ist als bei einer Veränderung der Beschleunigung und daß zu dieser, Differenz auch noch diejenige Zeit hinzukommt, die auf der Trägheit der Flüssigkeit in dem Kreislauf und den von diesem abzweigenden Leitungen beruht. Es ist infolgedessen notwendig, in dem Kompensationsgerät eine Phasenvoreilung in der Größenordnung eines Bruchteiles einer Sekunde vorzusehen.

Um diese Phasenvoreilung zu erzielen, ist das Kompensationsgerät mit einer Dämpfungsmasse 28 versehen. Diese Dämpfungsmasse ist an dem den Schieber 36 umgebenden Rohr 38 befestigt, das mit dieser Masse in axialer Richtung bewegbar ist und gegenüber dem Schieber 36 einen Hülsenschieber darstellt. Die Masse 28 wird von einer Feder 54 getragen, die ihrerseits an einem Teil 55 befestigt ist; der Teil 55 sitzt auf der Stange 56, auf der ein einstückig mit dem Hülsenschieberrohr 38 ausgeführtes Führungsstück 57 gleiten kann. Die Feder 54 ist mit ihrem anderen Ende an einer Federhalterung 58 befestigt, die einen Flansch 59 aufweist, auf den sich die Dämpfungsmasse 28 unmittelbar abstützt. Diese Dämpfungsmasse 28 wird infolgedessen elastisch von der Feder 54 getragen und kann sich in vertikaler Richtung unter dem Einfluß vertikaler Beschleunigungen verschieben.

Außerdem ist der Zylinder 26 — in dem die Dämpfungsmasse 28 geführt ist — mit Öffnungen 60 und 61 versehen, die auch hier der Flüssigkeit gestatten, von der einen Stirnseite der Dämpfungsmasse 28 nach einer anderen zu fließen, um so eine Bewegung der Dämpfungsmasse zu gestatten. Nun ist aber dieser Umlaufweg der Flüssigkeit, der durch die Pfeile 62 gekennzeichnet ist, durch eine als Drosselorgan wirkende perforierte Wand 63 abgeschlossen, die den Flüssigkeitsumlauf dämpft. Die Masse 28 führt infolgedessen nur stark gedämpfte Vertikalbewegungen aus, wie dies gemäß der Erfindung erwünscht ist.

Die Flüssigkeitsmenge, die in der Anordnung gemäß Fig. 1 durch den Umwegkanal oder Überbrückungskanal fließt, wird einerseits durch die Öffnungen 37 in dem inneren, von der Regelmasse 27 gesteuerten Schieber 36 und andererseits durch die Öffnungen 39 des einen äußeren Schieber bildenden Rohres 38 gesteuert, dessen Bewegungen durch die Dämpfungsmasse 28 bestimmt werden.

Der Durchtrittsquerschnitt für die Flüssigkeit in dem Kompensationsgerät verändert sich also in Abhängigkeit von den Bewegungen der beiden Schieber 36 und 38, d. h. in Abhängigkeit von den Relativbewegungen der Massen 27 und 28 gegeneinander, von denen die erste, 27, frei beweglich und die andere, 28, gedämpft ist. Die Bewegung des Schiebers 36 er-

folgt also ohne jede Verzögerung, während die Bewegung des Schiebers 38 eine große Phasenverzögerung aufweist. Da jedoch eine Verschiebung der Dämpfungsmasse in entgegengesetztem Sinne auf den Durchlaßquerschnitt wirkt wie eine Verschiebung der Regelmasse, die in der gleichen Richtung erfolgt, ergibt sich aus einer Kombination der beiden Bewegungen die erwünschte Phasenvoreilung, die für eine gute Kompensation der vertikalen Beschleunigungen erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Kompensationsgerät enthält außerdem Mittel, um die Dämpfung der Masse 28 unterschiedlich einzustellen. Diese Mittel bestehen aus einer Kappe 64, die über das äußere, untere Ende des Zylinders 26 übergeschoben ist. Der Rand 65 dieser Kappe kann die Öffnungen 61 — über die der Umlauf der Flüssigkeit im Bereich der Dämpfungsmasse 28 erfolgt — teilweise abschließen. Je höher die Kappe 61 geschoben wird, um so größer ist die erzielte Dämpfung.

Das untere Ende des Zylinders 26 ist durch ein Verschlußstück 66 abgeschlossen, in dem das untere Ende 67 der Stange 56 befestigt ist. Um eine Verschiebung der Kappe 64 zu gestatten, sind in dem Bodenteil der Kappe Öffnungen 68 vorgesehen. Die Kappe 64 ist fest mit einer Betätigungsstange 69 verbunden, die lediglich axiale Verschiebebewegungen ausführen kann, da sie durch einen Keil 70, der in einen an dem Boden 24 des Gehäuses 20 angeformten Bauteil 71 eingreift, an einer Drehung gehindert ist. Ein ausziehbarer Faltenbalg 72 dichtet die Stange 69 gegen den Boden 24 ab.

Um die Stange 69 in axialer Richtung zu verschieben, wird eine Mutter 73 benutzt, die auf dem mit Gewinde versehenen Ende 74 der Stange 69 sitzt. Die Mutter 73 kann nur Drehbewegungen ausführen; sie ist an einer axialen Verschiebebewegung durch eine Hutmutter 75 gehindert, die auf den Bauteil 71 aufgeschraubt ist.

Durch Drehung in dem einen oder anderen Sinne — wie dies durch die Pfeile 76 veranschaulicht ist — kann die Kappe 64 gehoben oder gesenkt und so die Dämpfung der Dämpfungsmasse 28, d. h. die Phasenverschiebung des Öffnens des Durchlaßquerschnittes, verstellt werden. Die Drehung der Mutter 73 kann ebenfalls durch Fernbetätigung geschehen.

Das Kompensationsgerät, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, gestattet es also, die Auswirkungen der vertikalen Beschleunigungen auszugleichen, indem es den Durchtrittsquerschnitt einer Umwegleitung zur Pumpe 9 (Fig. 1) steuert. Außerdem kann dieser Durchtrittsquerschnitt in gewünschter Abhängigkeit von den Arbeitsverlusten in dem Kreislauf eingestellt werden, um so sinusförmige Änderungen der Durchflußmenge zu erzielen.

Wenn man nunmehr wiederum auf die Anordnung zur Kompensation der Auswirkungen von vertikalen Beschleunigungen zurückgreift, wie sie im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde, stellt man fest, daß diese Vorrichtung — gemäß einer bevorzugten Anwendungsweise der Erfindung — zwei Kömpensationsgeräte derjenigen Art aufweist, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist; es sind dies die Vorrichtungen 13 und 18.

Das Kompensationsgerät 13 ist in den Umwegkanal 12 eingeschaltet, über den ein gewisser Anteil der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit von der Druckseite der Pumpe nach deren Saugseite zurückfließen kann. Der Umwegkanal 12 gestattet es also, die Flüssigkeitsmenge, die von der Pumpe in den Behalter oder das Gefäß 3 des Reaktors zurückgespeist wird, zu verringern, wenn beispielsweise das Schiff eine vertikale Beschleunigung nach oben erfährt. Falls das Schiff nach unten beschleunigt wird, erfolgt eine Verringerung der über den Umwegkanal fließenden Menge und damit eine Erhöhung der dem Reaktor zugeführten Menge der Flüssigkeit.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt ein zweites Kompensationsgerät 18, das in einer zweiten Umwegleitung 16 angeordnet ist, welche einen Teil der Flüssigkeit unmittelbar in die Reflektorzone 2 des Reaktors 1 hineinführt. Diese zweite Umwegleitung stellt eine Verbesserung der grundsätzlichen Erfindung dar, die bei einer Anordnung gemäß Fig. 1, bei der das Wasser des Primärkreislaufes sich abkühlt, wenn es den Vorwärmer 7 für das Sekundärwasser durchfließt, vorteilhaft verwendbar ist. Wenn der erste Umwegkanal 12 allein vorhanden wäre, würde man durch die Wirkungsweise der Kompensationsvorrichtung eine Veränderung der Fördermenge des primären Wassers durch den Vorwärmer 7 erhalten und infolgedessen eine Änderung der Eintrittstemperatur des Wassers in den Reaktor. Die Auswirkung dieser Temperaturänderung auf die Dichte der Moderatorflüssigkeit würde sich zu der Änderung der Fördermenge addieren, aber mit einer Verzögerung von mehreren Sekunden, die der. Durchlaufzeit der Flüssigkeit auf ihrem Wege von dem Vorwärmer 7 bis zum Eintritt in die Reaktorzellen entspricht. Es ergibt sich somit ohne weiteres, daß man keine besonders gute Kompensation erzielen könnte.

Die Verwendung von zwei Umwegleitungen oder -kanälen macht es möglich, zwei abgezweigte Strömungen zu schaffen, von denen jede durch eine Kompensationsvorrichtung 13 bzw. 18 gesteuert werden kann. Die Vorrichtungen 13 und 18 lassen sich in der Weise einstellen, daß die von den Regel- und den Dämpfungsmassen gesteuerten Durchflußöffnungen die gesamte Flüssigkeitsmenge, die den Vorwärmer 7 durchfließt, im wesentlichen gleichhalten, so daß auch die Eintrittstemperatur des Wassers in den Reaktor gleichbleibt.

Die Konstanz der Fördermenge der Moderatorflüssigkeit wird dadurch erzielt, daß die Veränderung der Flüssigkeitsmenge in der Umwegleitung 16 gleich groß ist, aber in umgekehrtem Sinne erfolgt wie die Änderung der Flüssigkeitsmenge in der Umwegleitung 10. Wenn der äußere Flüssigkeitskreislauf an Stelle des Vorwärmers 7, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, eine einfache Mischvorrichtung für die durch die Leitung 8 zufließende Umlaufmenge und die über die Leitung 6 von dem Wärmetauscher 5 (oder unmittelbar von der Turbine) kommende Flüssigkeitsmenge enthält, die vor der Pumpe liegt, kann man die Konstanz der Temperatur am Eintritt in den Reaktor in derjenigen Weise erreichen, wie sie bereits oben bei der grundsätzlichen Erläuterung der Erfindung beschrieben wurde.

Die soeben geschilderte Vorrichtung oder Anordnung macht es möglich, die nachteiligen Schwankungen der Neutronenleistung eines Reaktors auf sehr kleine Werte zu verringern. Man kann übrigens die Anordnung derart benutzen, daß das Ventil 15 nicht nur als Abschlußventil zum Absperren der Umwegleitung 12 benutzt wird, sondern auch zu einer ferngesteuerten Regelung, wobei dieses Ventil derart eingestellt werden kann, daß die günstigste oder beste Kompensation erreicht wird.

Bei ruhigem Wetter, wenn also die vertikalen Beschleunigungen des Schiffes nur gering sind, kann

Claims (19)

das Ventil 15 geschlossen bleiben, und. die Regel- und Dämpfungsmassen der Kompensationsvorrichtungen und 18 können in einer Öffnungsstellung blockiert werden, die beispielsweise die normale Umlaufspeisung des Reflektors durch einen Durchlauf von etwa 1'% der gesamten Umlauf fördermenge sichert. Bei stürmischem Wetter oder starkem Seegang wird das Ventil 15 geöffnet, und die entriegelten Kompensationsvorrichtungen werden in Betrieb genommen. Die Steuerungsamplitude und die Phase werden unter Anwendung der oben bereits beschriebenen Mittel derart über Fernsteuerungsorgane eingestellt, daß die Schwankungen der Neutronenleistung so klein als möglich sind. Es dürfte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die Ausführung nach dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt ist; es sind Änderungen in den Einzelheiten möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Insbesondere könnten die beiden Kompensationsvorrichtungen 13 und 18 zu einem einzigen Apparat zusammengefaßt werden, der zwei steuerbare Durchflußquerschnitte aufweist. PATEKTANSPRÜCHE: 25

1. Verfahren zur Regelung der Arbeitsweise eines veränderlichen Bewegungen unterworfenen Kernreaktors mit flüssigem Moderator, dessen Moderatorflüssigkeit zum Wärmeaustausch außerhalb des Reaktors dient und im Kreislauf in den Reaktor zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Menge der in der Zeiteinheit in den Reaktor zurückgeleiteten Flüssigkeit in Abhängigkeit von den Beschleunigungen der Bewegungen des Reaktors und seines Wärmetauscherkreislaufes derart steuert, daß die Flüssigkeitsmenge vermindert wird, wenn die Beschleunigung zu einer Erhöhung der Dichte der Flüssigkeit in demjenigen Bereich des Reaktors führt, in dem diese Flüssigkeit als Moderator wirkt, und daß umgekehrt die Menge erhöht wird, wenn die Beschleunigung ein Absinken der Dichte bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bei einem Reaktor, bei dem der Umlauf der Flüssigkeit durch eine aufsteigende Bewegung im Inneren des Reaktors bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Reaktor zurückgeleitete Flüssigkeit in den unteren Teil des Reaktors außerhalb derjenigen Zone, in der die Flüssigkeit als Moderator wirkt, wieder eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bei einem Reaktor, bei dem der Umlauf der Flüssigkeit durch eine aufsteigende Bewegung im Innern des Reaktors bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zurückgeleiteten Flüssigkeit in den unteren Teil des Reaktors außerhalb derjenigen Zone, in der die Flüssigkeit als Moderator wirkt, eingeführt wird, während ein weiterer Teil der Flüssigkeit unmittelbar in diese Zone geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der in den Reaktor zurückgeleiteten Flüssigkeitsmenge mit Hilfe einer unter der Wirkung der Beschleunigungen verlagerbaren Masse durchgeführt wird, wobei die Verlagerungen der Masse benutzt werden, um den Durchfluß querschnitt der zurückgeleiteten Flüssigkeit zu verändern.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Kernreaktor mit flüssigem Moderator, der über einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf mit wenigstens einem Wärmetauscher derart verbunden ist, daß die Leitungen des Flüssigkeitskreislaufes die Flüssigkeit aus der Moderatorzone des Reaktors dem Einlaß eines Wärmetauschers und von dem Auslaß des Wärmetauschers dem Reaktorinneren zuführen und wobei die ganze Anordnung veränderlichen Bewegungen unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Leitungsteil des Umlaufsystems bildet, der mit Mitteln versehen ist, um den Durchtrittsquerschnitt in wenigstens einem Teildurchlaß des Leitungsteiles in Abhängigkeit von den Bewegungsbeschleunigungen zu verändern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel in dem Umlaufsystemteil zwischen dem Reaktor und dem Einlaß in den Wärmetauscher vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel in dem Umlaufsystemteil zwischen dem Reaktor und dem Auslaß aus dem Wärmetauscher vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlauf system mit wenigstens einer Pumpe ausgestattet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (9) zwischen dem Auslaß des Wärmetauschers (7) und dem Einlaß in den Reaktor (3) angeordnet ist und daß die Mittel zur Änderung des Durchflußquerschnittes in der Leitung in einer den Einlaß und Auslaß der Pumpe miteinander verbindenden Umlauf- oder Überbrückungsleitung (12) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufsystem zumindest zwei Leitungen aufweist, die den Auslaß des Wärmetauschers (7) mit dem Inneren des Reaktors verbinden, und daß von diesen beiden Leitungen (10, 19) die eine (19) in der Moderatorzone (2) des Reaktors (3), die andere (10) außerhalb der Moderatorzone mündet, und daß die beiden Leitungen mit Mitteln (13, 18) zur Veränderung des Durchflußquerschnittes versehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung des Durchflußquerschnittes in einem Teil des Umlaufsystems aus einem rohrförmigen Körper (20) bestehen, durch den die Flüssigkeit vorzugsweise quer hindurchströmt und in dem wenigstens eine unter der Wirkung von Beschleunigungskräften verschiebbare Masse vorgesehen ist, die ein mit ihr verbundenes Organ (36) bei Bewegung in der einen Richtung den Flüssigkeitsdurchtr,ittsquerschnitt teilweise schließen läßt, bei einer Bewegung in umgekehrter Richtung das Organ (36) jedoch in einer die weitere öffnung des Durchtrittsquerschnittes bewirkenden, entgegengesetzten Richtung verschiebt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verlagerbare Masse (27) im Inneren des rohrförmigen Körpers (20) durch elastische Mittel (29) abgestützt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (20) einen Eintritt (21) und einen Austritt (22) für die Flüssigkeit aufweist, die beide im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des rohrförmigen Körpers angeordnet sind, während das Organ (36) für die

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Änderung des Durchflußquerschnittes in dem Flüssigkeitsweg zwischen dem Eintritt und dem Austritt angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ zum teilweisen Abschluß des Durchtrittsquerschnittes ein mit Steueröffnungen (37) versehener, Schieber (36) ist, dessen Steueröffnungen in den dem Eintritt (21) und dem Austritt (22) zugewandten Schieberwänden liegen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber mit einem aus einem Zapfen (44), einer Stange (45) und einer Einstellmutter (50) bestehenden Einstellsystem versehen ist, mittels dessen er um die Achse des rohrförmigen Körpers drehbar und in einer gewünschten Stellung feststellbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (38) koaxial und mit Passung zu dem als Zylinder ausgeführten Schieber (36) angeordnet ist und die Wände des Rohres (38) mit öffnungen (39) versehen sind, die sich zumindest teilweise mit den Steueröffnungen (37) des Schiebers (36) decken.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (38) mit einem schweren Körper (28) fest verbunden ist, der sich unter der Einwirkung veränderlicher Bewegungen,

denen der Reaktor (3) und der rohrförmige Körper (20) unterworfen wird, verlagern kann und elastisch im Inneren des rohrförmigen Körpers (20) in einem mit dem Eintritt (21) und dem Austritt (22) des rohrförmigen Körpers (20) in Verbindung stehenden Zylinder (26) geführt ist, wobei eine Verbindung zwischen den Zylinderenden ein einstellbares Drosselorgan enthält, welches bewirkt, daß die durch den Zylinder fließende Flüssigkeit die Verlagerungen des schweren Körpers (28) dämpft.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (26) mit einer in axialer Richtung gegenüber dem Zylinder verschiebbaren Kappe (64) versehen ist, deren Verschiebung eine Regelung des Durchtrittsquerschnittes in der Verbindung zwischen den beiden Enden des Zylinders (26) gestattet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (20) im wesentlichen vertikal angeordnet ist, die Masse (27) oberhalb des Eintritts (21) der Flüssigkeit und der schwere Körper (28) unterhalb des Eintritts (21) und auch unterhalb des Austritts (22) angeordnet ist, der seinerseits ebenfalls unterhalb des Eintrittes (21) liegt, während der Schieber (36) in dem Rohr (38) in der Höhe des Eintritts in den rohrförmigen Körper (20) gleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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