DE1183606B

DE1183606B - Nuclear reactor plant

Info

Publication number: DE1183606B
Application number: DES77627A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Brunner
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1962-01-19
Publication date: 1964-12-17

Description

Atomkernreakboranlage Die Erfindung betrifft eine Atomkernreaktoranlage, bei welcher die im Reaktor entwickelte Wärme von einem Kühlmittel aufgenommen und in einem Wärmeübertrager an ein bei den Drücken und Temperaturen der Anlage verdampfbares Arbeitsmittel, welches in einer Turbine mechanische Arbeit leistet, übertragen wird, bei der der Wärmeübertrager mindestens zwei Dampferzeugersysteme mit verschiedenen Drücken enthält und das Arbeitsmittel im Wärmeübertrager Rohrschlangen durchströmt, welche derart angeordnet sind, daß eine Gegenströmung in bezug auf das Reaktorkühlmittel entsteht.Nuclear reactor plant The invention relates to an atomic nuclear reactor plant, in which the heat developed in the reactor is absorbed by a coolant and in a heat exchanger to an evaporable at the pressures and temperatures of the system Work equipment that performs mechanical work in a turbine is transferred, in which the heat exchanger has at least two steam generator systems with different Contains pressures and the working medium flows through coils in the heat exchanger, which are arranged so that a counter flow with respect to the reactor coolant arises.

Es ist bekannt, Atomkernreaktoren durch eine Strömung von gasförmigem Kühlmittel zu kühlen, dieses Kühlmittel in einen Wärmeübertrager zu führen und mit dessen Hilfe Wasserdampf für Turbinenantrieb zu erzeugen. Es ist weiter bekannt, in der Strömung des gasförmigen Kühlmittels mehrere Dampferzeuger mit verschiedenen Drücken und daher auch entsprechend verschiedenen Verdampfungstemperaturen anzuordnen, wodurch ein besserer thermischer Wirkungsgrad der Anlage erzielt wird.It is known to operate atomic nuclear reactors through a flow of gaseous To cool coolant, to lead this coolant in a heat exchanger and with whose help to generate steam for turbine propulsion. It is further known in the flow of the gaseous coolant several steam generators with different Pressures and therefore also to be arranged according to different evaporation temperatures, whereby a better thermal efficiency of the system is achieved.

Es ist auch bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, nach welcher der Reaktor radial in Zonen mit verschiedener Wärmeentwicklung unterteilt ist. Den einzelnen Zonen wird das Reaktorkühlmittel mit verschiedenen Temperaturen zugeführt, die durch verschieden starke Abkühlung des im Reaktor erhitzten Kühlmittels in Wärmeübertragern erzielt werden. Das Kühlmittel wird jedoch den einzelnen Zonen des Reaktors mit der gleichen Temperatur entnommen und vermischt. Mit dieser Anordnung ist die Erzielung hoher Temperaturen des Reaktorkühlmittels und damit auch hoher Wirkungsgrade der angeschlossenen Kraftanlage nicht möglich, da die Temperatur des gesamten aus dem Reaktor austretenden Kühlmittels durch die notwendige Rücksicht auf eine ausreichende Kühlung der zentralen Zone des Reaktors beschränkt sein muß.There has also been proposed an arrangement according to which the reactor is divided radially into zones with different heat generation. The the reactor coolant is fed to individual zones at different temperatures, due to the varying degrees of cooling of the coolant heated in the reactor in heat exchangers be achieved. However, the coolant is used in the individual zones of the reactor taken at the same temperature and mixed. With this arrangement the achievement is high temperatures of the reactor coolant and thus also high efficiencies of the connected power plant not possible because the temperature of the entire from the Reactor leaking coolant through the necessary consideration of sufficient Cooling of the central zone of the reactor must be limited.

Die Erfindung hat eine weitere Verbesserung einer derartigen Anlage in Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad zum Ziel unter Beibehaltung eines einfachen Aufbaues.The invention has a further improvement in such a system in terms of thermal efficiency to the goal while maintaining a simple Construction.

Das wird dadurch erreicht, daß der Reaktor strömungsmäßig in Zonen verschiedener Wärmeentwicklung mit verschiedenen Ausgangs- und Eingangstemperaturen des Reaktorkühlmittels unterteilt ist und das Reaktorkühlmittel durch Rohrleitungen entsprechend seiner Temperatur an verschiedenen Stellen dem Wärmeübertrager zugeführt und an einer Stelle von diesem abgeleitet wird. Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten, Ausführungsbeispiels erläutert.This is achieved by zoning the reactor in terms of flow different heat development with different outlet and inlet temperatures of the reactor coolant is divided and the reactor coolant by pipelines fed to the heat exchanger at different points according to its temperature and is derived from it at one point. The invention is based on one Exemplary embodiment shown schematically in the drawing is explained.

In einem Reaktorkern 1 sind Spaltstoffstäbe 2 angeordnet, die von einem gasförmigen Kühlmittel, z. B. CO., gekühlt werden. Die Spaltstoffstäbe sind in Bezug auf das Kühlmittel in konzentrische Gruppen mit verschiedener Wärmeentwicklung unterteilt. Die innerste Gruppe, welcher das Kühlmittel durch eine Rohrleitung 3 zugeführt und mittels einer Rohrleitung 4 abgenommen wird, weist die größte Wärmeentwicklung auf und muß deshalb mit Rücksicht auf den Temperaturabfall im Spaltstoff und der diesen umgebenden metallischen Umhüllung am Ausgang die niedrigste Kühlmitteltemperatur aufweisen. Entsprechend ist auch die Eingangstemperatur des Kühlmittels dieser Zone am niedrigsten. Den Spaltstoffstäben der mittleren Zone wird durch eine Rohrleitung 5 das Kühlmittel mit etwas höherer Temperatur zugeführt und wird durch eine Rohrleitung 6 ebenfalls mit höherer Temperatur entnommen. Den äußeren Spaltstoffstäben wird das Kühlmittel durch eine Rohrleitung 7 mit höchster Eingangstemperatur zugeführt und durch eine Rohrleitung 8 mit höchster Ausgangstemperatur entnommen. Das Kühlmittel aus den Rohrleitungen 4, 6, 8 wird einem ersten Teil 10 eines Wärmeübertragers zugeführt, und zwar an verschiedenen Stellen, entsprechend den Temperaturen des Kühlmittels. Das Ausgangsende des Teiles 10 des Wärmeübertragers ist an ein Umwälzgebläse 11 angeschlossen, welches das Kühlmittel in die Rohrleitung 7 fördert. Von der Rohrleitung 7 zweigt eine Rohrleitung 12 ab, welche in einen zweiten Teil 13 des Wärmeübertragers mündet. Das Austrittsende dieses Wärmeübertragerteiles ist an die Rohrleitung 3 angeschlossen. Ein Teil des den Wärmeübertragungsteil13 durchströmenden Kühlmittels wird in die Rohrleitung 5 abgezweigt. Drosselorgane 30, 31, 32 ermöglichen eine Einstellung der durch die einzelnen Kreisläufe strömenden Kühlmittelmenge. In den beiden Teilen 10 und 13 des Wärmeübertragers sind Rohrschlangen 14, 15 eines Zwangdurchlaufdampferzeugers angeordnet, welche vom Arbeitsmittel, in diesem Falle Wasser, durchströmt werden. Das Wasser wird einem Behälter 16 entnommen und durch eine Speisepumpe 17 in die Rohrschlange 15 gefördert. Ein Teil des Wassers wird durch eine weitere Speisepumpe 18 auf höheren Druck gebracht und in die Rohrschlange 14 gefördert. Der in den beiden Dampferzeugern entstehende Wasserdampf wird entsprechend seinem Druck verschiedenen Stellen einer Turbine 20 zugeführt. Aus der Turbine 20 gelangt der Dampf in einen Kondensator 21. Das Kondensat wird durch eine Kondensatpumpe 22 über einen Anzapfvorwärmer 23 wieder dem Behälter 16 zugeführt.In a reactor core 1, fissile material rods 2 are arranged, which are driven by a gaseous coolant, e.g. B. CO., Be cooled. With regard to the coolant, the fissile material rods are divided into concentric groups with different levels of heat development. The innermost group, to which the coolant is fed through a pipe 3 and removed by means of a pipe 4, has the greatest heat generation and must therefore have the lowest coolant temperature at the outlet, taking into account the temperature drop in the fissile material and the surrounding metallic casing. Accordingly, the inlet temperature of the coolant in this zone is also the lowest. The fissile material rods in the middle zone are supplied with the coolant at a somewhat higher temperature through a pipe 5 and are also removed through a pipe 6 at a higher temperature. The coolant is fed to the outer fissile material rods through a pipe 7 with the highest inlet temperature and removed through a pipe 8 with the highest outlet temperature. The coolant from the pipes 4, 6, 8 is fed to a first part 10 of a heat exchanger, specifically at different points, according to the temperatures of the coolant. The outlet end of the part 10 of the heat exchanger is connected to a circulating fan 11 which conveys the coolant into the pipeline 7. A pipe 12 branches off from the pipe 7 and opens into a second part 13 of the heat exchanger. The outlet end of this heat exchanger part is connected to the pipeline 3. Part of the coolant flowing through the heat transfer part 13 is branched off into the pipeline 5. Throttle elements 30, 31, 32 enable the amount of coolant flowing through the individual circuits to be adjusted. In the two parts 10 and 13 of the heat exchanger, pipe coils 14, 15 of a once-through steam generator are arranged, through which the working medium, in this case water, flows. The water is taken from a container 16 and conveyed into the pipe coil 15 by a feed pump 17. A part of the water is brought to a higher pressure by a further feed pump 18 and conveyed into the pipe coil 14. The water vapor produced in the two steam generators is fed to various points of a turbine 20 according to its pressure. The steam passes from the turbine 20 into a condenser 21. The condensate is fed back to the container 16 by a condensate pump 22 via a tap preheater 23.

Durch die Ausbildung der Atomkernreaktoranlage nach der Erfindung wird ein bestmöglicher thermischer Wirkungsgrad erzielt. Durch die Anordnung des Umwälzgebläses zwischen zwei Teilen eines Wärmeübertragers ist es möglich, mehrere Teilströmungen des Kühlmittels mit einem einzigen Umwälzgebläse umzuwälzen.Through the formation of the nuclear reactor system according to the invention the best possible thermal efficiency is achieved. The arrangement of the Circulation fan between two parts of a heat exchanger, it is possible to have several To circulate partial flows of the coolant with a single circulation fan.

Dabei ist die Anordnung bei der vorliegenden Ausführung derart, daß das Umwälzgebläse das Kühlmittel mit der niedrigstmöglichen Temperatur fördert, da ein Teil des Kühlmittels direkt dem Reaktor zugeführt wird. Dadurch wird bei gleichzeitiger Schonung des Gebläses minimale Förderleistung erforderlich. Der Wärmeübertrager muß nicht zwei selbständige Gefäße aufweisen, sondern kann auch als einziges Gefäß, welches mit einer Trennwand zur Umführung des Kühlmittels durch das Umwälzgebläse versehen ist, ausgebildet sein.The arrangement in the present embodiment is such that the circulation fan conveys the coolant at the lowest possible temperature, because part of the coolant is fed directly to the reactor. This will result in Simultaneous protection of the fan, minimum delivery rate required. The heat exchanger does not have to have two independent vessels, but can also be used as a single vessel, which has a partition to divert the coolant through the circulation fan is provided, be formed.

Es versteht sich, daß der Reaktor auch mit mehreren Zonen von Spaltstoffstäben als drei, wie in der Zeichnung dargestellt ist, ausgestattet sein kann. Es kann auch eine größere Anzahl von Dampferzeugern mit verschiedenen Drücken vorgesehen sein.It goes without saying that the reactor can also be equipped with several zones of fissile material rods can be equipped as three as shown in the drawing. It can a larger number of steam generators with different pressures are also provided be.

Claims

Claims: 1. Atomic nuclear reactor plant, in which the in the reactor Developed heat is absorbed by a coolant and stored in a heat exchanger a working medium that can evaporate at the pressures and temperatures of the system, which performs mechanical work in a turbine, is transmitted in which the Heat exchanger contains at least two steam generator systems with different pressures and the working medium flows through coils in the heat exchanger, which in such a way are arranged so that a countercurrent is created with respect to the reactor coolant, characterized in that the reactor flows in zones of different heat generation divided with different outlet and inlet temperatures of the reactor coolant is and the reactor coolant through piping according to its temperature fed to the heat exchanger at various points and at one point from this is derived.

2. Atomic nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that that the heat exchanger is divided into two parts, those of the reactor coolant flow through one after the other, between which parts a circulation fan for the Reactor coolant is arranged.

3. Atomic nuclear reactor plant according to claim 2, characterized characterized in that the heat exchanger flowed through two separate ones from the reactor coolant Contains vessels in which the coils for the working fluid are arranged.

4. Atomic nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that the reactor coolant a gas is used.

5. Atomic nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that that the working medium is water.

6. Atomic nuclear reactor plant according to claim 2, characterized in that part of the reactor coolant from the circulating fan is fed directly into a corresponding zone of the reactor. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1071854; French Patent No. 1251823; "Technische Rundschau", 1960, N. 41, pp. 2 to 5. Older patents considered: German Patent No. 1139215.