DE1194512B - Siedewasser-Kernreaktor mit Dampfueberhitzung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G 21

Deutsche KL: 21g-21/24

Nummer: 1194512

Aktenzeichen: A 44701 VIII c/21 g

Anmeldetag: 4. Dezember 1963

Auslegetag: 10. Juni 1965

Die Erfindung betrifft einen mit siedendem Wasser arbeitenden Kernreaktor, der Heizelemente zur Überführung des Wassers in Dampf, Hilfsheizelemente zum Trocknen des Dampfes und Überhitzerelemente zur Überhitzung des getrockneten Dampfes aufweist. In diesem Kernreaktor sind die Brennelemente vorzugsweise von Kühlkanälen umgeben. Es kann sowohl leichtes als auch schweres Wasser zur Anwendung kommen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Feuchtigkeits- xo gehalt des dem Überhitzungsabschnitt zugeführten Dampfes sehr niedrig gehalten werden muß, um Beschädigungen im Material der Brennelementhülle zu vermeiden. Wenn der Dampf Wassertropfen enthält, werden diese an den Oberflächen des Überhitzers verdampft werden, und dies hat zur Folge, daß die kleinen Mengen Salz, ζ. B. Chlorid, die im Wasser vorhanden sein können, auf den Oberflächen des Überhitzers niedergeschlagen werden. Dies führt zur Korrosion auf diesen Oberflächen, und die Korrosionsgeschwindigkeit ist hoch, da die Oberflächen des Überhitzers eine hohe Temperatur, beispielsweise 150° C oberhalb der Temperatur des überhitzten Dampfes haben.

In Wasser gekühlten Reaktoren mit Siedeerhitzung und Überhitzung wird daher der in dem Siedeabschnitt erzeugte Dampf gewöhnlich entfeuchtet, bevor er zum Überhitzerabschnitt des Reaktors gelangt. Diese Feuchtigkeitsabtrennung kann mechanisch durchgeführt werden, jedoch kann es notwendig sein, durch Vorerhitzung auch die verbleibende Feuchtigkeit zu verdampfen. Die im letzteren Fall erforderliche Wärme kann von dem überhitzten Dampf aufgenommen werden, der den Überhitzerabschnitt verläßt. Um mit Sicherheit Korrosionsschäden an den Uberhitzerelementen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, nicht nur den Dampf zu trocknen, sondern auch ihn mindestens einige Grade über die Sättigungstemperatur vorzuerhitzen, bevor er den Heizelementen zugeleitet wird.

Zur Dampftrocknung sind deshalb erfindungsgemäß die Hilfsheizelemente, die spaltbares Material enthalten, außerhalb des Reaktorkerns, aber noch im Einwirkungsbereich des im Kern erzeugten Neutronenflusses angeordnet. Das spaltbare Material in den Hilfsheizelementen kann natürlicher oder angereicherter Brennstoff sein. Beispielsweise kann es die Gestalt von Stangen oder Platten haben, die in bekannter Weise z. B. mit einer Zirkonlegierung oder nichtrostendem Stahl umhüllt sind. Die Hilfsheizelemente können in einem Abstand oberhalb des Wasserspiegels im Reaktor und in der Weise an-Siedewasser-Kernreaktor mit
Dampfüberhitzung

Anmelder:

Aktiebolaget Atomenergi, Stockholm

Vertreter:

Dr. H. H. Willrath und Dipl.-Ing. H. Roever,

Patentanwälte, Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Matts Valter Straat, Saltsjöbaden

(Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 4. Dezember 1962 (13 071)

geordnet sein, daß sie den ganzen Querschnittsbereich des Reaktorgefäßes überdecken. Auf diese Weise werden die Elemente von dem Dampf umspült, bevor der Dampf zu den Überhitzerelementen geht. Vorzugsweise verlegt man jedoch die Hilfsheizelemente in den äußeren Teil der Dampf führenden Rohre, die die Überhitzerelemente enthalten. Die Hilfsheizelemente sind vorzugsweise so eingerichtet, daß sie auf die Überhitzerelemente in den Dampf führenden Rohren gesetzt werden können. Bei dieser Anordnung werden die Hilfsheizelemente sich in der sogenannten Reflektorzone befinden, wo der Neutronenfluß gewöhnlich 10 bis 20"/» des Flusses im Kern beträgt. Die Hilfsheizelemente werden zweckmäßig als austauschbare Einheiten gefertigt. Nötigenfalls können sie entfernt und gesäubert werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch in sehr vereinfachter Form einen Siedewasser-Kernreaktor mit Dampfüberhitzung;

Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen des Hilfsheizelementes zum Trocknen des Wasserdampfes.

Gemäß Fig. 1 enthält das Reaktorgefäß 1 mehrere senkrechte Rohre 2, in denen die Siedeelemente 3, die aus spaltbarem Material bestehen, angeordnet sind. In diesen Rohren wird der Dampf erzeugt. Die Elemente sind zweckmäßig mit Zirkonium oder einer Zirkoniumlegierung umhüllt. Die

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oberen Enden der Siedeelemente liegen in der waagerechten Ebene 4, die somit die obere Grenzfläche des Reaktorkerns definiert. Als Kühlmittel und Moderator enthält der Reaktor Wasser, dessen Spiegel normalerweise bei 5 liegt. Der Raum 6 zwisehen den Spiegeln 4 und 5 bildet den Reflektor. In einigem Abstand oberhalb des Wasserspiegels 5 ist ein mechanischer Feuchtigkeitsabscheider 7 angeordnet, der in bekannter Weise eine rostartige Struktur haben kann und einen Teil der Wassertropfen abfängt, die vom Dampf mitgeführt werden. Mehrere senkrechte Dampf führende Rohre 8 erstrecken sich durch den Reaktorkern. Ihre oberen Enden liegen etwas oberhalb des Feuchtigkeitsabscheiders 4, und ihre unteren Enden erstrecken sich durch den Boden des Reaktorgefäßes. Diese Führungsrohre 8 enthalten Überhitzerelemente 9, die zweckmäßig mit nichtrostendem Stahl umkleidet sind. Ferner enthalten die Führungsrohre 8 Hilfsheizelemente 10. Diese Hilfsheizelemente sitzen auf den Überhitzerelementen und befinden sich in der Reflektorzone. Zur Einführung in das Reaktorgefäß und zu ihrem Ausbau sind die Hilfsheizelemente an der Oberseite mit Teilen 11 versehen, die von der Lademaschine erfaßt werden können, die auch die Siedeelemente und die Überhitzerelemente bedient. Die Führungsrohre für die Überhitzerelemente und die Heizelemente können jede gewünschte Lage im Reaktor haben. Sie können gleichmäßig im Reaktorkern verteilt sein, sie können in dessen Außenzone angeordnet und sie können auf einen Abschnitt des Kerns konzentriert sein. Das Wasser fließt in den Rohren 2 während des Siedens aufwärts. Der Dampf geht durch den Feuchtigkeitsabscheider 7 unter einer gewissen Entfeuchtung und fließt dann abwärts durch die Hilfsheizelemente 10, wo eine vollständige Entfeuchtung und zweckmäßig auch eine gewisse Vorüberhitzung stattfindet. Dann tritt die eigentliche Überhitzung während des Durchganges des Dampfes durch die Überhitzerelemente 9 ein. Chloride und andere Salze, die möglicherweise im Wasser vorhanden sind, sammeln sich an den Oberflächen der Hilfsheizelemente 10, wenn die Wassertropfen auf diesen Flächen verdampft werden. Nötigenfalls werden daher die Hilfsheizelemente entfernt und gesäubert.

F i g. 2 zeigt ein Hilfsheizelement, eingebaut in den oberen Teil eines Führungsrohres 8. Brennstoffstäbe 16 sind zwischen einer unteren Lochplatte 15 und einer oberen Lochplatte 13 eingebaut. Letztere besitzt aufgebogene und einwärts gebogene Ränder 14, um sie so mit einer Lademaschine erfassen zu können. Das Heizelement enthält drei Prallplatten 17 mit öffnungen, so daß der Dampf in Richtung der Pfeile strömt und ein guter Kontakt zwischen Dampf und Brennstäben erzielt wird.

Das Heizelement gemäß F i g. 3 ist ebenfalls, wie dargestellt, im oberen Teil eines Rohres 8 angeordnet. Es besteht aus einer unteren Lochplatte 15 und einer oberen Lochplatte 13, deren Kanten zwecks Eingriffes einer Lademaschine gestaltet sind. Zwischen diesen Platten sind drei Lochplatten 22 angebracht, die zusammen mit den äußeren Platten als Halterung für mehrere bogenförmig gekrümmte Brennstoffstäbe 16 dienen. Die bogenförmige Gestalt hat gewisse Vorteile beim Ausgleich der durch Temperaturänderungen verursachten Längenänderungen in der Platte. Da die Strömungsrichtung des Dampfes sich verändert, wenn er zwischen den Brennstoffstäben hindurchgeht, erzielt man einen guten Kontakt zwischen Dampf und Brennstoffstäben.

Beispielshalber sei angenommen, daß der in den Hilfsheizelementen gebildete Dampf eine Temperatur von 260° C hat. Die in der Reflektorzone angeordneten Hilfsheizelemente enthalten je 12 kg spaltbaren Brennstoff und jedes erzeugt eine Energie von 40 kW. Die Oberflächentemperatur der Elemente beträgt 280° C. Jedes Element hat eine wärmeemittierende Oberfläche von 52 dm². Die Wirkung ist ausreichend zur Trocknung von 10 kg Dampf je Sekunde und dessen Vorerhitzung um etwa 2° C in jedem Element.

Wie bereits erwähnt, werden die Hilfsheizelemente zur Trocknung des Dampfes als austauschbare Einheiten ausgestaltet, indem sie z.B. auf der Oberseite der eigentlichen Uberhitzerelemente gelagert werden. Ein hierdurch erreichter Vorteil besteht darin, daß sich die Heizelemente verhältnismäßig leicht zwecks Reinigung entfernen lassen. Ein anderer Vorteil ist, daß die Heizelemente beträchtlich langer verwendet werden können als die Überhitzerelemente, da sie wegen der niedrigeren Neutronenflußintensität beträchtlich langsamer ausbrennen. Es ist auch möglich, jeweils ein Heizelement und ein zugehöriges Überhitzerelement als eine Einheit zu gestalten. Dieses Gesamtelement kann langer gemacht werden als die Siedeelemente, so daß ihr oberster Teil über den Kern oben hinaus ragt. Die Wassertropfen im Dampf fallen dann auf diesen obersten Teil des Elementes herab, wo die je Flächeneinheit erzeugte Wärme gering ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mit siedendem Wasser arbeitender Kernreaktor, der Heizelemente zur Überführung des Wassers in Dampf, Hilfsheizelemente zum Trocknen des Dampfes und Uberhitzerelemente zur Überhitzung des getrockneten Dampfes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsheizelemente, die spaltbares Material enthalten, außerhalb des Reaktorkerns, aber noch im Einwirkungsbereich des im Kern erzeugten Neutronenflusses angeordnet sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, bei dem die Überhitzerelemente in senkrechten, Dampf führenden Rohren angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsheizelemente sich in den Rohren oberhalb der Überhitzerelemente befinden.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsheizelemente als austauschbare Einheiten angeordnet sind, die auf den Überhitzerelementen aufliegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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