DE1150764B - Schiffsreaktor mit einem Kernreaktor und einem Notwaermeaustauschersystem - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

V6716Vnic/21g

ANMELDETAG: 7. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 27. JUNI 1963

Die Erfindung bezieht sich auf Schiffsreaktoren, bestehend aus einem Kernreaktor, einem oder mehreren energieerzeugenden Wärmeaustauschern und einem Notwärmeaustauschersystem, in denen das Reaktorkühlmittel im Naturumlauf zirkuliert, bei denen die energieerzeugenden Wärmeaustauscher seitlich des Reaktorkerns untergebracht sind und die Notwärmeaustauscher außerhalb und oberhalb der energieerzeugenden Wärmeaustauscher liegen. Das Notwärmeaustauschersystem dient der Abführung der nach dem Abschalten des Kernreaktors noch anfallenden Wärme.

Es ist bekannt, einen Kernreaktor mit einem Notwärmeaustauscher zur Aufnahme der nach dem Abschalten im Reaktorkern noch anfallenden Wärme zu versehen und zwischen dem Reaktor und dem Notwärmeaustauscher den Umlauf des Kühlmittels mit Thermosiphonwirkung zu erreichen, indem man den Notwärmeaustauscher höher als den Reaktor angeordnet und in dem Sekundärkreis einen mit Luft gekühlten Wärmeaustauscher vorsieht, der höher als der Notwärmeaustauscher angeordnet ist. Bei einem anderen bekannten Kernreaktor zum Antrieb von Schiffen wird der in einem zum Hauptkühlkreislauf parallel liegenden Notkühlkreislauf angeordnete Notwärmeaustauscher mit Seewasser gekühlt. Wenn der Reaktor in einem Schiff eingebaut wird, muß die Möglichkeit von Unstabilitäten, welche durch das große Gewicht der Wärmeaustauscher verursacht werden können, besonders in Betracht gezogen werden, ebenso muß das Aufrechterhalten der Reaktorkühlung, selbst wenn das Schiff sich in einer unnatürlichen bzw. ungewöhnlichen Lage befindet, einkalkuliert werden.

Deshalb wird bei dem vorliegenden Schiffsreaktor mit einem Kernreaktor und einem Notwärmeaustauschersystem, in dem das Reaktorkühlmittel im Naturumlauf zirkuliert, erfindungsgemäß eine Mehrzahl von wassergekühlten Notwärmeaustauschern und eine entsprechende Anzahl von diesen zugeordneten und oberhalb derselben angeordneten Wassertanks rund um den Reaktorkern in je einer einen Notwärmeaustauscherund den dazugehörigen Wassertank enthaltenden Vertikalebene vorgesehen, in welcher auch die Symmetrieachse des Reaktorkerns liegt.

Bei dieser Anordnung der Wärmeaustauscher wird die Stabilität des Schiffes durch die geballte Masse von Reaktor und energieerzeugenden Wärmeaustauschern hergestellt, und diese Stabilität wird auch nicht etwa durch das Notwärmeaustauschsystem gestört oder gefährdet, welches verhältnismäßig kleine Abmessungen hat und von leichter Bau-Schiffsreaktor mit einem Kernreaktor
und einem Notwärmeaustauschersystem

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 15. Dezember 1958 (Nr. 40433)

John Alan Dodd, Wallasey, Cheshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

art ist, da es nur einen sehr geringen Bruchteil der Gesamtwärme des Reaktors aufnehmen muß und wirksam durch Wasser gekühlt wird. Durch die Verteilung von Notwärmeaustauschern um den Reaktor herum und über diesen wird sichergestellt, daß das Schiff auch ungewöhnliche Lagen und Positionen annehmen kann, ohne daß dabei die Notkühleinrichtungen in Gefahr geraten.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht der einen Hälfte

eines Kernreaktors mit einem Notwärmeaustauscher, Fig. 2 einen Ausschnitt im größeren Maßstab und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Ebene III-III der Fig. 2.

Bei der in der Zeichnung veranschaulichten baulichen Ausführung zeigt Fig. 1 eine Hälfte eines gasgekühlten Kernreaktors, der allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist und einen Druckbehälter 2 mit einem Reaktorkern 3 aufweist, in welchem Brennstoffelemente (nicht dargestellt) gehalten sind, die Wärme nach dem unter Druck stehenden Gaskühlmittel übertragen, welches sich in einem Heißsammelbehälter 4 sammelt, der über die Innenrohrleitung 5 einer koaxialen Rohrleitung 6 mit einem energieerzeugenden Hauptwärmeaustauscher 7 in Verbindung steht, und bei dem das Kühlmittel

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normalerweise mittels eines Gebläses 8 in Umlauf Unter normalen Betriebsverhältnissen sind die gehalten und über die Außenrohrleitung 9 der Ventile 12 und 18 geschlossen, und das Reaktorkoaxialen Rohrleitung 6 nach dem Druckbehälter 2 kühlmittel wird im Normalbetrieb zwischen dem zum Rückströmen gebracht wird, wo es nach unten Kern 3 und dem Hauptwärmeaustauscher 7 in Umin Kontaktberührung mit den Wandungen des 5 lauf gehalten. Falls ein Versagen des Gebläses 8 ohne Druckbehälters und von dort aufwärts durch den Unterbrechung des Kühlmittelkreislaufs auftritt, wird Kern 3 hindurch nach dem Heißsammelbehälter 4 der Reaktor sofort abgeschaltet, und die Ventile 12 strömt usw. Die Rohrleitung 5 weist eine Abzweigung und 18 werden geöffnet. Dadurch kann das Kühl-10 auf, die nach außen durch den Druckmantel 11 mittel in den Rohrleitungen 10 und 17 und über die des Hauptwärmeaustauschers 7 über ein Ventil 12 ι ο Druckrohre 16 fließen. Das Kühlmittel ist durch nach der Kammer 13 eines Notwärmeaustauschers Restwärme und Spaltproduktwärme in den Brennführt, der allgemein mit dem Bezugszeichen 14 be- Stoffelementen erwärmt worden und fließt auf Grund zeichnet und in den Fig. 2 und 3 näher veranschau- des Wärmegefälles zwischen dem Kern 3 und dem licht ist. Die Rohrleitung 10 weist einen divergieren- Sekundärwärmeaustauscher 14 infolge natürlicher den Abschnitt 15 auf, der innerhalb der Kammer 13 15 Konvektion nach der Kammer 13. Das in den liegt und dazu dient, dem in der Rohrleitung 10 Druckrohren 16 befindliche Wasser entzieht die fließenden Kühlmittel eine zwangläufige Führung zu Wärme aus dem Kühlmittel, welches gekühlt nach geben, derart, daß es über eine Reihe von Druck- dem Kern 3 zurückfließt, um dort erneut erwärmt zu rohren 16 strömt, die (s. Fig. 1 und 2) unter einem werden und nach der Kammer 13 zu fließen usw. Neigungswinkel, zweckmäßigerweise einem Winkel 20 Das in den Rohren 16 befindliche Wasser erwärmt von 45°, gegenüber der Lotrechten gehalten skid, sich und steigt in den Rohrleitungen 21 nach dem um sich nach außen und oben innerhalb der Kammer Sammelbehälter 20, wobei es durch kühleres Wasser 13 zu erstrecken. Von der Kammer 13 aus führt eine ersetzt wird, welches vom Behälter 20 über die Gasrückleitung 17 mit einem Ventil 18 nach dem Rohrleitungen 19 fließt. Schließlich kommt es zu Mantel 11 des Wärmeaustauschers 7 (beispielsweise 35 einem Sieden des Wassers in den Rohrleitungen 16, koaxial mit der Rohrleitung 10, wie in Fig. 1 gezeigt und dem Sammelbehälter 20 wird Dampf zugeleitet, ist), welche in diesen derart eintritt und endet, daß um dort kondensiert zu werden. Ob irgendeine zuihr offenes Ende der Gebläsesaugwirkung, wenn das sätzliche Kühlung (wie erwähnt) des Sammel-Gebläse in Betrieb ist, ausgesetzt ist, während sie behälters oder des darin befindlichen Wassers benötigt gleichzeitig mit dem Außenrohr 9 in Verbindung 30 wird, ist vom Ausmaß bzw. der Menge der Spaltsteht. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Ventile produktwärme abhängig, mit welcher gerechnet wer-12 und 18 geöffnet sind, das Kühlmittel vom den muß. Es sollte jedenfalls eine beträchtliche Reaktorkern nach dem Notwärmeaustauscher 14 hin Wassermenge im Sammelbehälter verbleiben, so daß und von diesem zurückfließen kann. In diesem aller in den Rohren 16 erzeugte Dampf beim Rück-Sekundärwänneaustauscher skid die Druckrohre 16 35 strömen nach dem Behälter 20 kondensiert wird,
an ihrem unteren Ende an eine Mehrzahl von Zu- Die in Fig. 1 auf der linken Seite des Reaktors 1 fuhrleitungen 19 angeschlossen, welche aus der Kam- gezeigte Einrichtung kann auf der rechten Seite des mer 13 austreten und aufwärts nach einem ge- Reaktors (im Sinne der in Fig. 1 gezeigten Ansicht) schlossenen Sammelbehälter 20 führen. Die oberen verdoppelt werden. Es ist ersichtlich, daß in diesem Enden der Druckrohre 16 sind an Rückleitungen 21 40 Falle, wenn der Reaktor und sein oder seine zuangeschlossen, welche aus der Kammer 13 austreten geordneten Hauptwärmeaustauscher auf Grund eines und nach oben zum Sammelbehälter 20 führen, wo- nicht gewünschten Ereignisses (in der Zeichnungsbei ihre Enden 22 etwas oberhalb des Bodens des ebene der Fig. 1) eine Neigung aus der Lotrechten Sammelbehälters liegen. Der Sekundärwärmeaus- in eine Stellung erfahren sollten, welche zwischen der tauscher 14 liegt oberhalb und außerhalb des Kerns 3, 45 Lotrechten und der Waagerechten liegt, eine Ein- und der Sammelbehälter 20 liegt wiederum oberhalb richtung zum Ableiten der Spaltproduktwärme immer und außerhalb des Sekundärwärmeaustauschers 14, noch wirksam bleibt, und zwar auf Grund dessen, und zwar in einer vertikalen Ebene, in welcher die daß der Sekundärwärmeaustauscher 14 versetzt und Achse des Kerns 3 liegt (d. h. die Zeichnungsebene der Behälter 20 zu diesen noch weiter versetzt ist, in Fig. 1). Der Sammelbehälter 20 enthält normaler- 50 wodurch das zum Funktionieren der Einrichtung beweise destilliertes Wasser und kann, falls gewünscht, nötigte Gefälle immer noch erhalten bleibt. Darüber mit Kühlvorrichtungen (nicht dargestellt) versehen hinaus wird durch das Neigen der Rohre 16 Vorsorge sein, die die Form einer Wasserummantelung, einer getroffen, daß diese immer eine nach oben gerichtete kontinuierlichen Wassersprühung über seine Außen- Komponente aufweisen, so daß jeder sich bildende wände oder einer weiteren dem Behälter 20 zu- 55 Dampf aus diesen herausströmen kann. Dieses Prinzip geordneten Wärmeaustauschvorrichtung haben. So kann in erweiterndem Sinne, und zwar so weit zur können beispielsweise Querrohre durch die Wandun- Anwendung gebracht werden, daß einem Neigen in gen des Sammelbehälters hindurchgehen und mit jeder Richtung bis zur Waagerechten Rechnung gezwangsweise oder natürlich zugeführtem Kühlwasser tragen wird, was durch Vorsehen gegenüberliegender beliefert werden. 60 Einrichtungen in zwei die Kernachse aufweisenden Bei einer abgeänderten Ausführungsform (nicht Ebenen zu erreichen ist, die zueinander im rechten dargestellt) kann die Rohrleitung 10 von der Rohr- Winkel verlaufen, d. h. daß vier Einrichtungen der in leitung 5 an einer Stelle zwischen dem Druck- Fig. 1 gezeigten Bauart vorgesehen werden,
behälter 2 und dem Mantel 11 des Wärme- Es sei darauf hingewiesen, daß die mit Bezug auf austauschers 7 abzweigen. Sie kann aber auch alter- 65 die Fig. 1 bis 3 beschriebene Einrichtung insbesonnativ, wenn in der Rohrleitung 5 ein Ventil vor- dere bei einem auf einem Schiff befindlichen Reaktor gesehen ist, unmittelbar'vom Heißsammelbehälter 4 zu verwenden ist. Bei einem insbesondere einer derabgehen und von der Rohrleitung 5 getrennt sein. artigen Verwendung angepaßten Ausführungsbeispiel

würde sich der Reaktor 1 in der Mitte bzw. im Schwerpunkt des Schiffes befinden, während die Sekundärwärmeaustauscher und die Sammelbehälter hintereinander vom Reaktor weg nach außen liegen und die Rohre 16 nach oben und außen geneigt verlaufen wurden, wobei die Sammelbehälter zweckmäßigerweise am Deck des Schiffes in der Nähe der Schiffsseiten vorgesehen wurden. Dadurch würde einem nicht gewünschten Ereignis Rechnung getragen, zu welchem es käme, wenn das Schiff entweder in der einen oder in der anderen Richtung 90° Schlagseite zur Lotrechten bekommen würde, z. B. beim Sinken oder Stranden des Schiffes. Darüber hinaus kann aber auch dem unwahrscheinlichen Fall Rechnung getragen werden, daß das Schiff entweder mit dem Bug oder mit dem Heck zuerst sinkt und in dieser Stellung bleibt, und zwar dadurch, daß ein weiteres Paar von gegenüberliegenden Sekundärwärmeaustauschern und Sammelbehältern in einer Ebene im rechten Winkel zur Ebene des vorerwähnten ersten Paares angeordnet wird. Bloßen vorübergehenden Änderungen der Kernachse aus der Lotrechten, beispielsweise durch Schlingern oder Krängen des Schiffes bei grober See, tragen selbstverständlich die Hauptwärmeaustauscher Rechnung, vorausgesetzt, daß die die Zirkulation aufrechterhaltenden Vorrichtungen genau arbeiten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:
   Schiffsreaktor mit einem Kernreaktor, einem oder mehreren energieerzeugenden Wärmeaustauschern und einem Notwärmeaustauschersystem, in dem das Reaktorkühlmittel im Naturumlauf zirkuliert, bei welchem die energieerzeugenden Wärmeaustauscher seitlich des Reaktorkerns untergebracht sind und die Notwärmeaustauscher außerhalb und oberhalb der energieerzeugenden Wärmeaustauscher liegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von wassergekühlten Notwärmeaustauschern und eine entsprechende Anzahl von diesen zugeordneten und oberhalb derselben angeordneten Wassertanks rund um den Reaktorkern in je einer einen Notwärmeaustauscher und die dazugehörigen Wassertanks enthaltenden Vertikalebene' vorgesehen sind, in welcher auch die Symmetrieachse des Reaktorkerns liegt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Atomics«, 1958, Mai, S. 156 bis 159, 184, 208 bis 211;

   »Electrical Times«, 1957, S. 764;
   Ch. Starr und R. W. Dickinson, »Sodium Graphite Reactors«, 1958, Reading, USA., S. 153. Kap. 6 bis 21, und S. 164.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen