DE1154882B - Hochtemperatur-Kernreaktor - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 54229 Vmc/21g

ANMELDETAG: 30. JULI 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. SEPTEMBER 1963

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem zur Abführung der Nutzwärme dienenden primären Kühlgaskreislauf zum direkten Antrieb einer Gasturbine und mit einer direkt an die Gasturbine oder an den Verdichter angekoppelten Anwurfmaschine.

Es sind bereits zahlreiche Ausführungsformen von Kernreaktoren bekannt. In der Regel führt man durch den Kern des Reaktors einen Kühlmittelstrom, der die dort erzeugte Wärme aufnimmt und unmittelbar oder mittelbar über einen Wärmetauscher und einen zweiten Kreislauf einer Kraftmaschine, d. h. einer Turbine zuführt. So gibt es den als Siedewasserreaktor bekannten Reaktortyp, der, wie der Name bereits sagt, Wasser verdampft und mit dem so erzeugten Dampf eine Dampfturbine treibt. Ferner ist es bereits bekannt, den Kern eines Reaktors mit einem Wassermantel zu umgeben, der als Reflektor dient.

Für alle Anwendungsfälle, bei denen es auf ein geringes Gewicht und einen geringen Platzbedarf der Reaktoranlage ankommt, wie z. B. auf Schiffen od. dgl., sieht man zweckmäßig sogenannte Hochtemperatur-Kernreaktoren vor, die diesen Forderungen am weitgehendsten Genüge tun; dabei können diese Reaktoren mit Gasen als im Kreislauf geführte Kühlmittel, die hoch erhitzt werden, arbeiten.

Um die Forderungen nach geringem Gewicht und geringem Platzbedarf weiterhin zu erfüllen, verzichtet man zweckmäßig bei derartigen Anlagen auf einen Wärmetauscher und einen sekundären Kreislauf und verwendet das aus dem Reaktorkern austretende hoch erhitzte Gas unmittelbar zum Antrieb einer auf die Leistungsfähigkeit bezogen ebenfalls kleinen und leichten Gasturbine.

Gasturbinen können im allgemeinen jedoch nicht unmittelbar angelassen werden, sondern müssen durch eine mechanisch unmittelbar auf sie oder auf einen in den Gaskreislauf geschalteten Verdichter wirkende Anwurfmaschine angeworfen werden, wenn man darauf verzichten will, die Gasturbine durch vorrätig zu haltendes Preßgas, Pulvertriebladungen od. dgl. anzuwerfen. So sind z. B. Elektromotoren als Anwurfmaschinen bekannt, die jedoch einen gewissen technischen Aufwand bedingen und — wie andere Anwurfmaschinen auch — von einer gesonderten Energiequelle zu versorgen sind und daher mit dieser ausfallen können. Es ist weiterhin bekannt, einen Teil des im geschlossenen Kreis umlaufenden Kühlgases in besonderen Behältern bei hohem Druck zu speichern und dieses komprimierte Gas beim Anlaufvorgang über die Antriebsturbine für die Turbo-Hochtemperatur-Kernreaktor

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1,

und Beteiligungs- und Patentverwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung,
Essen, Altendorfer Str. 103

Dipl.-Ing. Herbert Barth, Heidelberg,

und Dr. Rudolf Schulten,

Lützelsachsen a. d. Bergstraße,

sind als Erfinder genannt worden

kompressoren in den Kreislauf zurückströmen zu lassen. Auch hier sind zusätzliche Einrichtungen für die Speicherung und Kompression der Hilfsgasmenge erforderlich.

Die Erfindung soll die genannten Nachteile vermeiden, in dem sie eine von einem Hochtemperatur-Kernreaktor mit Energie zu versorgende Einrichtung von weiteren hilfsweise zu verwendenden Energiequellen, wie z. B. einer Energiequelle für die Anwurfmaschine einer Gasturbine unabhängig macht. Erfindungsgemäß ist ein zweiter vom Kühlgaskreislauf unabhängiger Kühlmittelkreislauf vorgesehen, in dem das Kühlmittel unter teilweiser Nutzung der im Reaktorkern erzeugten Wärme teilweise oder ganz verdampft und dieser Dampf die als Dampfturbine ausgebildete Anwurfmaschine speist.

Zweckmäßig wird beim Kernreaktor nach der Erfindung das Kühlgas des Kühlrnittelkreislaufes durch einen schmalen den Reaktorkern umgebenden Raum geführt, wo es die Randzonen des Kerns auf relativ niedriger Temperatur hält, um dann durch das Innere des Kerns zu treten und als hoch erhitztes Gas zur Wärmefortführung abgeführt zu werden. Vorzugsweise sieht man bei einer solchen Anordnung einen den Reaktorkern und die mit ihm in Verbindung stehenden Teile des Kühlkreislaufes, d.h. also den schmalen Raum um den Reaktorkern, umgebenden Raum zur zumindest teilweisen Verdampfung des verdampfbaren Kühlmittels vor. Man kann dabei

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diesen Raum mit dem Kühlmittel, z. B. Wasser, füllen, wobei dieses zugleich in an sich bekannter Weise als Reflektor oder auch als Teil einer biologischen Abschirmung wirken kann. Der Raum kann als Gleichdruckwasserspeicher verwendet werden, oder man kann das Kühlmittel in diesen Raum einspritzen.

Je nach Bedarf wird man den Kreislauf mit dem verdampfbaren Kühlmittel nur kurzzeitig oder dauernd oder nur gemeinsam mit dem Kühlgaskreislauf oder nur bei abgeschaltetem Kühlgaskreislauf betreiben. Für den letztgenannten Fall kann man die Tatsache ausnutzen, daß bei abgeschaltetem Kühlgaskreislauf die Oberfläche der Brennstoffelemente eine höhere Temperatur annimmt als bei strömendem Kühlgas und daher in diesem Zustand dem verdampfbaren Kühlmittel eine größere Wärmemenge zustrahlt als sonst, so daß sich die gewünschte Energieübermittlung durch die Kreisläufe von selbst einstellt. Für den erstgenannten Fall des kurzzeitigen Betriebes kann man die Tatsache ausnutzen, daß meistens noch sehr viel Wärme im Reaktorkern und in den ihn umgebenden Teilen gespeichert ist, so daß man meistens im Bedarfsfall das Mittel bereits in ausreichender Menge verdampfen kann, wenn der Reaktor noch unterkritisch bzw. noch nicht auf seine volle Leistung gebracht ist. Auch kann man für den kurzzeitigen Betrieb den verdampften Anteil des Kühlmittels speichern. Naturgemäß muß für die Anwurfmaschine die größte Dampfmenge zur Verfugung stehen, wenn der Reaktor gerade auf seine volle Leistung gebracht, aber die Gasturbine noch nicht betrieben wird, so daß sich hier eine Speicherfähigkeit für Wärme und erzeugten Dampf und die erhöhte Wärmezustrahlung auf den Verampfungsraum bei nicht betriebenem Kühlgaskreislauf besonders gut ausnutzen lassen. Man kann aber auch die Anwurfmaschine für den Dauerbetrieb auslegen und sie zur Unterstützung der Hauptturbine bzw. zum Antrieb von Hilfsbetrieben benutzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht als Schaltschema dargestellt. Hierbei stellt 1 den Hochtemperatur-Kernreaktor beliebiger Bauart dar. Die in diesem Kernreaktor 1 erzeugte Wärme wird von dem in einer Leitung 2 zugeführten Kühlgas einer Gasturbine 5 zugeführt. Nachdem sich das Kühlgas dort arbeitsleistend entspannt hat, strömt es durch einen Wärmetauscher 6 einem Verdichter 7 zu, um dort wieder auf den notwendigen Druck verdichtet zu werden. Von dem Verdichter 7 aus wird es zwecks Kühlung des Kernreaktors ' zunächst durch einen Spalt 3 geführt und tritt von dort aus schließlich wieder in den Kernreaktor 1 ein.

Neben diesem an sich bekannten Kühlgaskreislauf ist ein weiterer Kühlmittelkreislauf vorgesehen. Das Kühlmittel dieses zweiten Kreislaufes kann z. B. Wasser sein. Dabei stellt ein den Kernreaktor 1 umgebender Raum 4 einen Gleichdruckwasserspeicher dar. Das in diesem Speicher unter dem gewünschten Druck und der entsprechenden Temperatur gespeicherte Wasser wird einem als Dampferzeuger dienenden Entspanner 8 zugeführt. Bei der Entspannung entsteht der zum Betrieb einer Dampfturbine 9 erforderliche Dampf. Das ebenfalls anfallende Wasser niederen Druckes und niederer Temperatur wird über eine Pumpe 12 dem Raum 4 wieder zugeführt. Der Dampf wird, nachdem er in der Turbine 9 Arbeit geleistet hat, über einen Kondensator 10 einer Pumpe 11 zugeführt. Das Kondensat ίο wird dort auf den Druck gebracht, der am Eintritt der Pumpe 12 herrscht, um mittels dieser Pumpe 12 wieder dem Raum 4 zugeführt zu werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem zur Abführung der Nutzwärme dienenden primären Kühlgaskreislauf zum direkten Antrieb einer Gasturbine und mit einer direkt an die Gasturbine oder den Verdichter angekoppelten Anwurfmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter vom Kühlgaskreislauf unabhängiger Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist, in dem das Kühlmittel unter teilweiser Nutzung der im Reaktorkern erzeugten Wärme teilweise oder ganz verdampft und dieser Dampf die als Dampfturbine ausgebildete Wurfmaschine speist.

2. Hochtemperatur-Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgaskreislauf zumindest teilweise durch einen schmalen, den Reaktorkern umgebenden Raum geführt ist.

3. Hochtemperatur-Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkern und die mit ihm in Verbindung stehenden Teile des Kühlgaskreislaufes von einem Behälter umgeben sind, der mit dem teilweise oder ganz zu verdampfenden Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufes gefüllt ist und als Gleichdruckkühlmittelspeicher dient.

4. Hochtemperatur-Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise oder ganz zu verdampfende Kühlmittel in einen vom Reaktorkern direkt beheizten und die mit dem Reaktorkern in Verbindung stehenden Teile des Kühlgaskreislaufes mit umschließenden Raum einspritzbar ist.

5. Hochtemperatur-Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwurfmaschine für Dauerbetrieb zur Unterstützung der Hauptturbine und/oder zum Antrieb von Hilfsantrieben ausgelegt ist.

6. Hochtemperatur-Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Anwurfmaschine treibende Kühlmitteldampf speicherbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1048 278;
The Motor Ship, Bd. 37,1957, Heft 442, S. 518 bis 520;

Atomics, Vol. 9, 1958, S. 163.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen