DE1144412B

DE1144412B - Siedewasserkernreaktor mit stabfoermigen Brennelementen

Info

Publication number: DE1144412B
Application number: DEH34799A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-11-14
Filing date: 1958-11-13
Publication date: 1963-02-28
Also published as: NL111535C; CH351348A; BE571145A; US3063925A; FR72545E; GB900015A; FR1189249A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

H34799Vmc/2lg

ANMELDETAG: 13. NOVEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 28. F E B R U A R 1963

Die Erfindung betrifft einen Siedewasserkernreaktor mit stabförmigen Brennelementen und mit Vorrichtungen innerhalb des Reaktordruckbehälters zum Trennen von Flüssigkeit und Dampf.

Bei Siedereaktoren mit stabförmigen Brennstoffelementen war es bisher üblich, oberhalb des Reaktorkerns einen Dampfsammeiraum für den beim Durchströmen des Reaktors aus einer Flüssigkeit gebildeten Dampf vorzusehen. Diese Anordnung besitzt den Nachteil, daß eine restlose Trennung von Flüssigkeit und Dampf hierbei nicht erzielt wird. Sie weist ferner den Nachteil auf, daß der Wirkungsgrad der Dampferzeugung verhältnismäßig gering ist.

Trennvorrichtungen sind andererseits in wäßrigen Reaktoren bekanntgeworden, und zwar für die den verhältnismäßig schweren Brennstoff enthaltende Flüssigkeit und eine demgegenüber leichtere Spaltrohstoffe enthaltende Flüssigkeit, derart, daß sich in den getrennten Umläufen Brennstoffe und Spaltrohstoffe nicht mischen. Auch ist es bei dieser Art von Reaktoren — also bei wäßrigen Reaktoren — bekanntgeworden, stufenförmig übereinander versetzt angeordnete Leitflächen über den in suspendierter Form befindlichen Brennstoff zur Trennung des aufsteigenden Dampfes von den zurückströmenden Kondenswassertropfen anzuordnen.

Die Erfindung bezieht sich'demgegenüber auf einen Reaktor der eingangs erwähnten Art, also auf einen mit stabförmigen Brennelementen arbeitenden Reaktor. — Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Siedewasserkernreaktor ausgebildeten Reaktor zu schaffen, bei dem bei hohem Wirkungsgrad der Dampferzeugung erne restlose Trennung von Flüssigkeit und Dampf erzielt wird und dessen Funktionsfähigkeit auch dann noch gewährleistet werden kann, wenn der Reaktor nicht mehr genau senkrecht, sondern geneigt steht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die eingangs erwähnten Trennvorrichtungen, die aus je einer schraubenförmig um ein axiales, mit Dampfeinlaßöffnungen versehenes Rohr herumlaufenden Leitfläche bestehen, in längslaufenden Zwischenräumen zwischen den Brennstoffstäben angeordnet sind, deren Querschruttsform derjenigen der iTrennvorrichtungen so angepaßt ist, daß diese Zwischenräume die gleiche Querschnittsform wie die Trennvorrichtungen haben. — Auf diese Weise bilden die Trennvorrichtungen eine Art Umhüllung der Brennstoffstäbe und es wird sowohl ein höherer Wirkungsgrad an Dampferzeugung als bisher bewirkt als auch eine verbesserte Dampf-Wasserabscheidung, da der durch Zentrifugalwirkung von der Flüssigkeit Siedewasserkernreaktor mit stabförmigen Brennelementen

Anmelder: Andre Huet, Paris

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte, Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. November und 3. Dezember 1957 (Nr. 751 595 und Nr. 752 974)

Andre Huet, Paris, ist als Erfinder genannt worden

abgeschiedene Dampf frei durch das axiale Rohr in den Dampfsammeiraum oberhalb des Reaktorkerns abströmen kann.

Der Querschnitt der Brennstoffstäbe des Reaktors kann vorteilhaft so gewählt werden, daß diese jeweils den Querschnitt der Zwischenräume zwischen den Trennvorrichtungen ausfüllen. Es ist dadurch möglich, den Raum des Reaktorkerns voll auszunutzen und die Brennstoffstäbe so zu gestalten, daß sie sich der äußeren Form der schraubenförmigen Vorrichtungen zum Trennen der. Flüssigkeit von Dampf derart anpassen, daß die Kreiselströmung des Mediums in dem Raum zwischen den Brennstoffstäben entstehen kann. Der Querschnitt der etwa schachbrettartig versetzt gegeneinander angeordneten .Brennstoffstäbe kann z.B. die Form eines gleichseitigen Vierecks mit nach innen gewölbten Seitenflächen haben, wobei die Brennstoffstäbe in Form eines zweidimensionalen kubisch flächenzentrierten Gitters angeordnet sind. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß der Reaktor auf ein Minimum an Platzbedarf zusammengedrängt wird und daß er auch in zur vertikal geneigten Läge arbeiten kann, weil sich kein genau definierbarer horizontaler Flüssigkeitsspiegel, dessen Verlauf in der Vorrichtung von deren Neigung abhängig wäre, einstellen kann.

309 537/297

Claims

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Falls der Reaktor mit* einer Vorrichtung zum Ein- Vorrichtungen, die keinen Gegenstand der vorliegenstellen unterschiedlicher Abstände der Brennstoff- den Erfindung bilden, können zu gleicher Zeit dazu stäbe untereinander versehen ist, kann man z. B. mit- dienen, die Achsen X der Trennvorrichtungen so zu tels dieser Einstellvorrichtung zugleich oder ander- verlagern, daß diese, wie in Fig. 3 dargestellt, immer weifig unterschiedliche Abstände zwischen den Ach- 5 in der Mitte der jeweiligen Zwischenräume zwischen sen der Trennvorrichtung in ähnlicher symmetrischer den einzelnen Brennstoffstäben bleiben. Weise einstellen, und zwar ausgehend von einer Stel- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der bei dieser lung größter Zusammendrängung, in der die Brenn- Stellung mit vergrößertem Abstand der Stäbe gemäß stoffstäbe an den schraubenförmigen Trennvorrichtun- Fig. 3 bestehende Abstand bzw. Zwischenraum zwigen anliegen, bis zu einer Stellung größten Abstandes io sehen den Stabkanten mittels dünner Platten oder von den Stäben, wobei nachgiebige Ablenkflächen aus Leichtmetallblechen oder sonstiger Lamellen / von Leichtmetall vorgesehen sein können, um die dann rechteckiger oder gebogener Form abgedeckt wird, zwischen den Stäben entstehenden Zwischenräume deren eine Längskante z. B. an einem Brennstoffstab abzudecken. befestigt ist, während die andere Kante durch die Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich- 15 Elastizität der Lamellen gegen den benachbarten Stab nungen näher erläutert, und zwar zeigt angedrückt wird. Diese Platten bzw. Lamellen können Fig. 1 im Schnitt senkrecht zur Achse der Brenn- z. B. aus neutronendurchlässigem Aluminium bestestofistäbe einen Teil eines Kernreaktors mit Trenn- hen und sind schwach federnd. Es ist ersichtlich, daß vorrichtungen für Flüssigkeit von Dampf, selbst bei der in Fig. 3 gezeigten Lage mit größerem Fig. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie ao Abstand der Stäbe zylindrische Räume mit kreisför-ΙΙ-Π der Fig. 1, migem Querschnitt zwischen den Brennstoffstäben a Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, in der die erhalten bleiben und die gesamte in diesen Räumen Brennstoffstäbe und die Trennvorrichtungen in grö- enthaltene Flüssigkeit unter Wirkung der schraubenßerem Abstand zueinander eingestellt wurden, und förmigen Trennvorrichtungen b eine kreisende Bewe-

Fig. 4 in größerem Maßstab einen senkrechten as gung erhält.

Schnitt durch eine Trennvorrichtung, in deren Innern In den axialen Rohren c der Trennvorrichtung könein Kontrollstab bzw. Moderatorstab angeordnet ist. nen Kontrollstäbe g untergebracht sein. Im Innern der Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Brennstoff- axialen Rohre c der Trennvorrichtungen können an stäbe α eines Kernreaktors schachbrettartig in Reihen sich bekannte Ablenkvorrichtungen h aus Elementen, angeordnet und die Flanken dieser Stäbe bilden einen 30 die im wesentlichen Kegelstumpffonn aufweisen, vorvon Bogenlinien begrenzten Querschnitt der Art, daß gesehen sein, die an die Innenseite des Rohres c ansich zwischen den einzelnen Stäben α Zwischenräume geschweißt sind und, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, mit kreisförmigem Querschnitt ergeben. In diesen düsenförmig ineinandergreifen. Diese Ablenkvorrich-Zwischenräumen sind die Trennvorrichtungen zum tungen dienen dazu, den entweichenden Dampf in die Abscheiden des Dampfes aus der Flüssigkeit ange- 35 Pfeürichtung A zu lenken und zu führen, ordnet, die im wesentlichen aus schraubenförmigen Wie bereits oben erwähnt, besteht ein Vorteil der Leitflächen b gebildet werden, die an der Außenseite erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, daß der Reakje eines axialen Rohres c angebracht sind. Das Rohr c tor auch in dem Fall arbeiten kann, daß er gegen die besitzt Durchbrechungsöffnungen oder Düsen, die ge- Vertikale geneigt ist, da sich kein genau definierter gebenenfalls mit Klappen e versehen sind und die 40 Flüssigkeitsspiegel in seinem Innern einstellt; dieser am Rohr c zwischen den Schraubenwindungen ange- Vorteil ist z. B. besonders bei Anwendung des Reakordnet sind. Sie dienen zum Auffangen des aus dem tors in der Schiffahrt von Bedeutung. Medium freigesetzten Dampfes, wobei das Medium Die schraubenförmige Leitfläche b der Trennvordie schraubenförmige Bahnö durchströmt und durch richtung kann in ein und derselben Trennvorrichtung die Zentrifugalkraft in Richtung auf die Wände der 45 eine sich in deren Längsrichtung zunehmend än-Brennstoffstäbe geschleudert wird. Der frei gewordene dernde Steigung besitzen; die Steigung kann außer-Dampf steigt im Innern des Rohres c in Richtung des dem in der einen Trennvorrichtung je nach ihrer Lage Pfeiles A auf. im Reaktor verschieden von der Steigung einer belie-Es ist ersichtlich, daß die zwischen den Brennstoff- bigen anderen Trennvorrichtung des Reaktors sein, stäben α um jede Trennvorrichtung herum frei blei- 5° Ferner kann das Maß der Steigungsänderung oder benden Zwischenräume einen äußeren zylindrischen Steigungszunahme nach Maßgabe der Lage der Trenn-Hüllraum bilden, der das Medium zwingt, den Raum vorrichtung im Reaktor verschieden gewählt sein und zwischen den schraubenförmigen Leitflächen & zu können auch die Unterschiede der Steigung von Trenndurchströmen, wobei die Wirkung der Kreisbewegung vorrichtung zu Trennvorrichtung von der Lage im Redes Mediums und die Zentrifugalkraft dazu beitragen, 55 aktor abhängig gemacht sein. Flüssigkeit vom Dampf zu trennen.

Die Vorrichtung kann in Verbindung mit Mitteln Ρατι3κγταχγ<!ρρϊυρτιβ· angewandt werden, die em Einstellen unterschiedlicher Abstände der Brennstoffstäbe α voneinander 1. Siedewasserkernreaktor mit stabförmigen gestatten, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. 60 Brennelementen und mit Vorrichtungen innerhalb In Fig. 1 ist der Zwischenraum zwischen den Ach- des Reaktordruckbehälters zum Trennen von sen zweier Stäbe ein und derselben Reihe gleich dem Flüssigkeit und Dampf, dadurch gekennzeichnet, Abstand B-B. Mit Hilfe vom Anmelder bereits vor- daß diese Trennvorrichtungen, die aus je einer geschlagener oder an sich bekannter, nicht gezeich- schraubenförmig um ein axiales, mit Dampfeinneter Vorrichtungen ist es möglich, unterschiedliche 65 laßöffnungen (e) versehenes Rohr(c) herumlausymmetrische Abstände der Stäbe untereinander ein- fenden Leitfläche (&) bestehen, in längslaufenden zustellen, um z. B. den Abstand B-B der Fig. 1 auf Zwischenräumen zwischen den Brennstoffstäben den Abstand C-C der Fig. 3 zu verändern. Solche (α) angeordnet sind, deren Qoerschnittsform der-

jenigen der Trennvorrichtungen so angepaßt ist, daß diese Zwischenräume die gleiche Querschnittsform wie die Trennvorrichtungen haben.
2. Siedewasserkernreaktor nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Brennstoffstäbe (c) des Reaktors so gewählt ist, daß diese jeweils den Querschnitt der Zwischenräume zwischen den Trennvorrichtungen (c, b) ausfüllen.
3. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je vier Trennvprrichtungen (c, b) je einen der Brennstoffstäbe (α) umschließen, deren Querschnitt die Form eines gleichseitigen Vierecks mit nach innen gewölbten Seitenflächen hat und die in Form eines zweidimensionalen kubischen flächenzentrierten Gitters angeordnet sind.
4. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Platten (f) aus neutronendurchlässigem Metall die zwischen den ao Kanten der Brennstoffstäbe (α) gebildete Spalte abdecken.
5. Siedewasserkernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Veränderung der Abstände zwischen den Trennvorrichtungen und zwischen den Brennstoffstäben unter Beibehaltung der symmetrischen Anordung der Trennvorrichtungen und Brennstoffstäbe untereinander und relativ zueinander vorgesehen· sind, so daß die Achsen der Trennvorrichtungen stets in der Mittelachse der zwischen den Brennstoffstäben gebildeten Hohlräume verbleiben.
6. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der schraubenförmigen Fläche (&) in ein. und derselben Trennvorrichtung nicht konstant ist.
7. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der schraubenförmigen Fläche (Jb) und/oder die Veränderung dieser Steigung längs einer Trennvorrichtung nach Maßgabe der Lage der Trennvorrichtung im Reaktorkern verschieden ist bzw. sind.

In Betracht gezogene Drackschriften:
Nuclear Engineering, 1957, April, S. 148;
Report CF-53-1-140, 1953, Oak Ridge, USA.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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