DE1203887B - Im Siedezustand arbeitender homogener Kernreaktor - Google Patents

Description

BONDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1203 887

Aktenzeichen: C16813 VIII c/21 g

Anmeldetag: 9. Mai 1958

Auslegetag: 28. Oktober 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen im Siedezustand arbeitenden, homogenen Kernreaktor, bei dem in einem Zentralbehälter die Flüssigkeit, ein Gemisch aus Moderator und spaltbarem Stoff, durch eine Spaltreaktion in den Siedezustand versetzt und einer Zentrifugalwirkung derart unterworfen wird, daß der Dampf, dessen Wärmeenergie außerhalb des Kernes genutzt wird, von der Flüssigkeit durch eine Zentrifugalwirkung getrennt, alsdann längs der Achse des Kernes abgezogen wird, um darauf in denselben zurückgeführt zu werden, nachdem er seine Energie, vorwiegend Wärmeenergie, an einen Nutzkreis abgegeben hat und dabei kondensiert worden ist.

Man kennt bereits im Siedezustand arbeitende, homogene Kernreaktoren, bei denen der Zentralbehälter derart um eine Achse in Rotation versetzt wird, daß auf die siedende Flüssigkeit — eine Mischung aus einem Moderator und einem spaltbaren Stoff — eine Zentrifugalwirkung innerhalb dieses Behälters ausgeübt und der nutzbare Dampf von der Flüssigkeit durch eine Zentrifugalwirkung getrennt wird. Der Dampf wird dabei längs der Achse des Behälters abgezogen und wieder in diesen im Kreislauf geführt, nachdem er seine Energie, im wesentlichen also seinen Wärmeinhalt, an äußere Nutzkreise abgegeben hat und kondensiert ist. Bei einem derartigen Aufbau treten erhebliche konstruktive Schwierigkeiten auf, besonders mit Rücksicht auf die große Trägheit der Massen, die dabei in Rotation zu setzen sind, und mit Rücksicht auf die Notwendigkeit, mit Hilfe drehbarer Anschlüsse eine vollständige Dichtigkeit zu erzielen; auch ist die Anlage wenig anpassungsfähig.

Es ist bereits bekannt, Wasser und Wasserdampf durch Zentrifugalwirkung zu trennen, indem man ein Dampf-Wasser-Gemisch, das beispielsweise aus einem Dampfkessel stammt, tangential in einen festen Zyklon einführt, wo die Mischung einer Wirbelbewegung unterworfen wird und der Dampf axial entweicht.

Bei der Erfindung wird dieses Prinzip der Dampf-Flüssigkeits-Trennung angewendet. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbehälter feststeht und daß die Flüssigkeit diesem Behälter durch einen oder mehrere Injektoren zugeführt wird, die an der Innenwand des genannten Zentralbehälters tangential einmünden, so daß die in den Behälter eingeführte Flüssigkeit tangential in denselben eintritt und dort eine ständige Wirbelbewegung erzeugt, welche die genannte Abtrennung des Dampfes durch Zentrifugalwirkung und Abführung desselben durch einen Abzugsschlot bewirkt, dessen Durchmesser zwischen 5

Im Siedezustand arbeitender homogener
Kernreaktor

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. W. P. Radt, Patentanwalt,

Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:
Michel Grenon, Paris;
■ Louis Berthod,
Georges Cohen de Lara,
Michel Delachanal,
Georges Halbronn, Grenoble, Isere
(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. Mai 1957 (3900 Isere),

vom 15. November 1957

(751662 Seine),

vom 18. November 1957

(751788 Seine)

und 15%, vorzugsweise etwa 10% des Durchmessers des Zentralbehälters, beträgt.

Dabei ergeben sich folgende Vorteile:
Sowohl die Erzeugung des Dampfes als auch seine Abtrennung erfolgen in demselben Behälter. Der Kochvorgang erfolgt im Kern der wirbeiförmig bewegten Masse und nicht in einem Dampfkessel, den die Flüssigkeit vorher durchstreicht, wie bei den bekannten Zyklonapparaten.

Die Trennung des so erhaltenen Dampfes ist viel intensiver als in den im Siedezustand arbeitenden vorbekannten Reaktoren: während die Strömungsgeschwindigkeit nach dem Umfang zu wächst, falls die Flüssigkeit durch die Rotation des Behälters in Umdrehung versetzt wird, wächst sie im Gegenteil nach der Mitte zu im Fall der Wirbelbewegung. Das ist aus zwei Gründen sehr vorteilhaft: einerseits strebt die Dampferzeugung, da sie an jedem Punkt zum Neutronenfluß proportional ist, einem Maximum

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in der Mitte zu, wo sich der maximale Neutronenfluß durch den Kamin 13 und die Ausgangsleitung 14

befindet, andererseits ist die Dichte des abgezogenen eine große Dampfmenge in einen Wärmeaustauscher

Dampfes an jedem Punkt proportional der Abzugs- 15 od. dgl. geschickt wird, welcher mit einem Emp-

geschwindigkeit an dieser Stelle. fänger (Turbine usw.) 15_X kombiniert ist. Das Kon-

Sowohl die Erzeugung des Dampfes als auch der 5 densat wird dann durch die Leitung 16 bis zu der

Dampfabzug haben beide ein Maximum in der glei- Pumpe 17 zurückgeführt, welche die entsprechende

chen axialen Zone. Der Trenneffekt ist als besonders Menge wieder in den Kern einspritzt, wodurch die

wirksam, und dies war in gar keiner Weise vorherzu- Wirbelbewegung der Masse der aktiven Flüssigkeit

sehen, wenn man etwa die beiden an sich bekannten 12 aufrechterhalten wird. Bei dieser Ausführungs-Einrichtungen, nämlich den Siedereaktor mit rotie- io form wird somit die tangential eingespritzte Flüssig-

rendem Arbeitsbehälter einerseits und den für die keit durch das Kondensat gebildet.

Trennung des Dampf-Flüssigkeit-Gemisches bekann- In F i g. 3 und 4 ist ein Reaktor mit zylindrischem

ten Zyklon miteinander in Vergleich setzte. Kern dargestellt. Die tangentiale Einspritzung der

Die vorgeschlagene Lösung gestattet, erhöhte und Flüssigkeit erfolgt durch den Stutzen 11. Der aus der regelbare Ausbeuten zu erhalten, ohne daß ein korn- 15 Masse 12 ausgeschiedene Dampf sammelt sich in plizierter Aufbau oder irgendein rotierendes Organ dem Kamin 13, von welchem aus er durch die Leinotwendig ist. tung 14 in einen Wärmeaustauscher 15 gelangt.

Wenn man sich auch damit begnügen kann, in den Auch hier wird das Kondensat durch die Leitung 16 Zentralbehälter lediglich die Flüssigkeit einzusprit- zu der Einspritzpumpe 17 zurückgeführt,
zen, die bei der Kondensation des Dampfes in dem ^a° Fig. 3 und 4 zeigen insbesondere die bereits Nutzkreis gebildet wird, so ist es doch in manchen obenerwähnte Anordnung, gemäß welcher, insbeson-Fällen vorzuziehen, das Volumen der wieder einge- dere, wenn die Kondensatmenge nicht ausreicht, um spritzen Flüssigkeit zu vermehren, indem man einen durch Wiedereinspritzung die Wirbelbewegung der Teil der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit im Masse 12 aufrechtzuerhalten, diese Menge durch eine Kreislauf führt und mit dem Kondensat einspritzt. 25 Entnahme aus dieser Masse vergrößert wird.
Eine solche Rückführung eines Teiles der Behälter- Hierfür enthält der Kern 10 in der Achse des Kaflüssigkeit kann dabei durch einen Flüssigkeitsüber- mins 13 einen in eine Kammer 19 mündenden Stutlauf in Form einer dünnen Flüssigkeitsschicht, und zen 18. Die Menge an aktiver Flüssigkeit und die zwar, wenn die Achse des Behälters senkrecht steht, Abmessungen dieses Stutzens 18 sind so gewählt, stetig aus der obersten Flüssigkeitszone des Behälters 30 daß im normalen Betrieb am Ende des Stutzens 18 erfolgen. Damit der im Siedezustand arbeitende ein im allgemeinen schwaches Überfließen stattfindet, Reaktor bei konstantem Druck den Belastungs- welches der erforderlichen zusätzlichen Einspritzschwankungen des Nutzkreises folgen kann, ist es er- menge entspricht.

wünscht, daß trotz Änderungen der verbrauchten Die Leitung 14 geht von dem Kopf der Kammer

Dampfmenge die räumliche Konzentration im Reak- 35 19 aus, deren Abmessungen so gewählt sind, daß sie

tor praktisch konstant bleibt. Zu diesem Zweck kann die Schwankungen der bei 18 überfließenden Menge

man die Fördermenge des Strömungskreises mittels aufnehmen und ausgleichen kann, welche von den

Einspritzen der Flüssigkeit in den Zentralbehälter Schwankungen des Volumens der aktiven Flüssigkeit

durch ein Ventil oder eine Pumpe mit veränderbarer während des Arbeitens des Reaktors herrühren. Die

Geschwindigkeit steuern, wobei eine Regelung von 40 Entnahme der zur Wiedereinspritzung bestimmten

dem Nutzkreis aus erfolgt. Flüssigkeit erfolgt durch die Leitung 20, welche in

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien erläutert entsprechender Weise an die ihre Speisung bewir-

an Hand der Zeichnungen. kende Kammer 19 angeschlossen ist.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in einem lot- Der Stutzen 18 kann in zweckmäßiger Weise die

rechten Schnitt bzw. in einem waagerechten Schnitt 45 Form eines Entgasers bekannter Bauart erhalten, so

längs der Linie H-II der F i g. 1 den Kern und einen daß man am Austritt der Kammer 19 einen trocke-

Teil der Zubehörteile eines erfindungsgemäßen ho- neren Dampf erhält,

mogenen im Siedezustand arbeitenden Reaktors; Unabhängig davon, ob zur Herstellung derWirbel-

Fig. 3 und 4 zeigen in gleicher Weise eine Ab- bewegung die mit Flüssigkeitsentnahme in der Flüs-

wandlung der Ausführungsform der Fig. 1 und 2; 5° sigkeitsmasse des Kerns oder die ohne dieselbe

F i g. 5 zeigt einen lotrechten Schnitt einer anderen arbeitende Ausführungsform gewählt wird, wobei die

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors; Arbeitsweise der der in der Industrie benutzten Wir-

F i g. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform belscheider ähnlich ist, zeigt die Erfahrung, daß der

in einem lotrechten Schnitt bzw. in einem waagerech- durch die Erfindung angestrebte Zweck mit einer

ten Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6; 55 Eintrittsdüse erreicht wird, deren gleichwertiger

Fig. 8 und 9 einerseits und 10 und 11 anderer- Durchmesser z.B. größenordnungsmäßig ein Fünftel

seits zeigen in einem lotrechten Schnitt bzw. in einem bis ein Zehntel des gleichwertigen Durchmessers des

waagerechten Schnitt zwei weitere Ausführungsfor- Kerns betragen kann, während bei einem industriel-

men der Erfindung. len Wirbelscheider dieses Verhältnis im allgemeinen

Es seien zunächst F i g. 1 und 2 betrachtet, auf 60 in der Nähe von 2 bis 3 liegt. Die in der Industrie welchen der Kern 10 als sphärisch angenommen auftretenden Entgasungsprobleme führen nämlich wird. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsstrom wird dazu, eine bedeutende Menge durch den zur Entdann tangential durch den Stutzen 11 in den Kern 10 gasung benutzten Wirbelscheider zu leiten. Dies wäre eingespritzt. Die in dem Kern enthaltene Masse an der Fall, wenn man die Drehbewegung des Wirbelaktiver Flüssigkeit 12 wird in Umdrehung versetzt, 65 scheiders benutzen wollte, um die durch die Strahwobei sich ein zentraler Kamin 13 bildet. Unter der lungsvorgänge entstandenen Gase aus dem Kern Einwirkung der Fliehkraft treten die Dampfblasen eines unter Druck arbeitenden Reaktors auszuscheisehr schnell in zentripetaler Richtung aus, so daß den, da für den Transport der Wärme große Mengen

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an aktiver Flüssigkeit benutzt werden. Bei dem vor- bei in zweckmäßiger Weise noch eine durch einen

liegenden, im Siedezustand arbeitenden Reaktor ist Umdrehungskörper gebildete Schwelle (Fig. 6

jedoch die eingespritzte Menge erheblich kleiner, da und 7) vorgesehen wird, welche eine Strahllinie er-

sie im wesentlichen nur zur Aufrechterhaltung der zeugt, welche unter Berücksichtigung des am AusWirbelbewegung in dem Kern dient. 5 gang des Reaktors gewünschten Strömungszustands

Bei einem derartigen Reaktor kann die mittlere berechnet ist.

Dichte des Moderators sehr hoch sein und sich der Die Auffangvorrichtung kann z. B. entweder des Wassers bei der betrachteten Temperatur nähern. (F i g. 5) eine Kammer 19 zur Erzeugung eines So kann man z.B. bei einem sphärischen (Fig. 1 statischen Drucks mit freier Oberfläche der auf und 2) oder zylindrischen (Fig. 3 und folgende) io Fig. 3 dargestellten Art aufweisen, oder (Fig. 6 Reaktor mit einem Durchmesser von 70 cm eine und 7), insbesondere beim Vorhandensein einer spezifische Leistung von 40 kW/1 mit einer mittleren Schwelle, eine ringförmige Kammer zur Erzeugung räumlichen Dampfkonzentration erhalten, welche eines statischen Drucks ohne freie Oberfläche, wodank der großen Geschwindigkeit, mit welcher der bei dann die Schwelle z. B. in eine Kammer in Dampf abgeführt wird, nur z.B. größenordnungs- 15 Form eines Spiralgehäuses mündet, um die Strömäßig 9 bis 10% zu betragen braucht, wobei die mungsenergie zur Abfuhr der Überschußmenge am Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Kern besten auszunutzen, wie dies weiter unter Bezug-5 m/s beträgt. Diese Geschwindigkeit kann übrigens nähme auf F i g. 6 und 7 ausgeführt ist. noch erheblich gesteigert werden, z.B. bis auf F i g. 5 zeigt den Fall der Öffnung in einer dünnen 20 Meter und mehr, insbesondere bei den weiter 20 Wand. Man sieht auf dieser Figur die bereits oben unten erwähnten Ausführungsformen mit Spiral- beschriebenen wesentlichen Teile mit ihren Bezugsgehäuse, zeichen.

Die Kenngrößen der rotierenden Strömung werden Die Entnahme der zur Wiedereinspritzung begemäß der Erfindung so gewählt, daß der Durchmes- stimmten Flüssigkeit erfolgt am Ausgang des Reakser des zentralen Kamins 5 bis 15% des Durchmes- 25 tors durch eine in einer dünnen Wand angebrachte sers des die aktive Flüssigkeit enthaltenden Behälters Öffnung 21, deren Durchmesser größer als der des beträgt, d. h., daß der durch diesen Kamin gebildete Kamins 13 an dieser Stelle ist. An dieser Öffnung 21 Hohlraum größenordnungsmäßig 0,25 bis 2,25% des bildet sich eine kreisförmige Überfallschicht 22, Gesamtvolumens des Kerns beträgt, wodurch der welche in dem in der Kammer 19 durch die zylin-Neutronenfluß, d. h. die Leistung des Reaktors, nur 30 drische Wand 18 abgegrenzten ringförmigen Becken sehr wenig vermindert wird. Die Erfahrung zeigt 23 aufgefangen wird. Die so entnommene Menge übrigens, daß sich der Durchmesser der Wirbelströ- wird von der Leitung 20 aufgenommen und zu der mung mit den Betriebsbedingungen des Reaktors nur Einspritzpumpe 17 zurückgeführt, sehr wenig ändert, was gestattet, eine gute Betriebs- Diese Strömung in Form einer Überfallschicht Stabilität zu erhalten. 35 durch eine Öffnung in einer dünnen Wand ist sehr Es ist zu bemerken, daß, wie bereits obenerwähnt, stabil, wenn gewisse aus der Hydraulik bekannte die beill in den Kern eingespritzte Flüssigkeitsmenge Maßnahmen getroffen werden. So muß z.B. der selbsttätig in Abhängigkeit von den Lastschwankun- unter der Schicht unmittelbar nach ihrem Austritt gen in dem Nutzkreis IS₁ (F i g. 1) geregelt werden liegende Raum geeignet belüftet werden. Hierfür kann. Hierfür kann man die Geschwindigkeit der 40 setzt eine Leitung 24 diesen Raum mit dem über Pumpe 17, Ventile, weiter unten erwähnte Vertei- der Schicht liegenden Raum in Verbindung, lungsschaufeln usw. beeinflussen. Hierdurch wird die Stabilität des Dampfkamins, Natürlich kann die Erzeugung der Drehbewegung welche durch seine Zentrierung in dem Kern des der aktiven Flüssigkeit in dem Kern auch auf andere Reaktors und durch die Konstanz seiner geometri-Weise erhalten werden, z. B. mittels einer axialen 45 sehen Verhältnisse definiert ist, erheblich verbessert. Zufuhr, auf welche feste oder gegebenenfalls beweg- F i g. 6 und 7 zeigen den Fall der Schwelle. Die liehe Beschaufelungen folgen, oder einfach mit Hilfe aus der Öffnung 21 austretende Schicht 22 strömt von beweglichen Beschaufelungen. Ferner sind nach- auf einer ringförmigen Schwelle 25 mit entsprechend stehend noch einige andere zusätzliche mögliche berechneter Strahllinie und wird an ihrem Umfang Maßnahmen beschrieben. 50 durch eine Spiralkammer 26 aufgefangen, welche Gemäß einer dieser Maßnahmen, welche die Ent- wie ein Turbinengehäuse ausgebildet ist, während nähme von Flüssigkeit am Ausgang des Reaktors der Dampf durch die Leitung 14 abgeführt wird, zur Wiedereinspritzung betrifft, werden an diesem Die unsymmetrische Form des Spiralgehäuses zur Ausgang Einrichtungen vorgesehen, welche eine gute Aufnahme der Überschußmenge der eingespritzten Stabilität des Dampfkamins gewährleisten und die 55 Flüssigkeit bietet den Vorteil der Verhinderung einer Entnahme der Flüssigkeit mit der gewünschten Ge- etwaigen Dampfansammlung in dem oberen Teil des nauigkeit ohne Mitnahme von Dampf bewirken. Gehäuses und der Wiedereinspritzung des Dampfs Diese Einrichtungen sind insbesondere so ausgebil- in den Kern ohne Durchströmung des Temperaturdet, daß die aus dem Kern austretende Flüssigkeit austauschers.

von dem zentralen Kamin aus eine Flüssigkeits- 60 Natürlich können beliebige, aus der Hydraulik

schicht bildet, wobei gleichzeitig eine Vorrichtung bekannte Führungsvorrichtungen, wie Leitschaufeln

zum Auffangen und zur Erzeugung eines statischen und andere Führungsvorrichtungen, vorgesehen wer-

Drucks der entnommenen Flüssigkeit vorgesehen ist, den, um den Umlauf der überschüssigen Flüssigkeit

welche jede Möglichkeit einer neuerlichen Mischung ohne Mitnahme von Dampf unter den günstigsten

der Flüssigkeit mit dem Dampf verhindert. 65 Bedingungen zu erzeugen.

Diese Einrichtungen können insbesondere in einer So kann z. B. die Strömung der Schicht am Ein-

in einer dünnen Wand angebrachten, auf den tritt der ringförmigen Schwelle in das Gehäuse da-

Kamin zentrierten Öffnung (Fig. 5) bestehen, wo- durch verbessert werden, daß an dieser Stelle und

am Eingang des Gehäuses eine Reihe von Führungsvorrichtungen 27 (Fig. 6) vorgesehen wird, welche in F i g. 7 nicht dargestellt sind.

Gemäß einer anderen Anordnung wird die Einspritzung der Flüssigkeit so vorgenommen, daß die Zentrierung des Kamins 13 gegenüber der Hülle des Kerns unter den besten Bedingungen erfolgen kann.

An Reaktoren, z.B. mit der Bauart der Fig. 5, vorgenommene Versuche haben gezeigt, daß eine Mindestmenge an Einspritzflüssigkeit erforderlich ist, um einen Kamin geeigneter Form zu erhalten, und daß außerdem dieser Kamin häufig axiale Abweichungen zeigt, welche eine Unsymmetrie in der Ausbildung der Strömung der Masse an aktiver Flüssigkeit des Kerns und eine gewisse Labilität des Kamins zur Folge haben kann, was für den guten Betrieb des Reaktors schädlich ist.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, insbesondere, wenn die Einspritzmenge nicht zu groß ist, so daß ihre Einführung selbst beim Vorhandensein eines einzigen Eingangs nur einen geringen Energieverlust bewirkt, kann die Zentrierung dadurch erhalten werden, daß der Hülle des Kerns auf ihrer ganzen Höhe oder auf einem Teil derselben ein Querschnitt gegeben wird, welcher die Form eines Spiralenab-Schnitts hat, insbesondere einer logarithmischen Spirale, v/obei die Austrittsöffnung auf diese Spirale zentriert ist.

Unter diesen Bedingungen bildet sich die Strömung der Flüssigkeit so aus, daß das System in der Nähe des Kamins ein Umdrehungskörper ist.

Falls die Einspritzung der Mindestmenge einen erheblichen Energieaufwand mit sich bringt, wird in zweckmäßiger Weise diese Mindestmenge in Bruchteile unterteilt, welche gleichmäßig auf den kreisförmigen Umfang des Kerns verteilt werden, so daß die Einspritzgeschwindigkeit verringert wird. Die Erfahrung zeigt nämlich, daß der Wert der erforderlichen Mindestmenge der gleiche bleibt.

Die Unterteilung der Menge kann in zweckmäßiger Weise dadurch erhalten werden, daß die Flüssigkeit mittels eines Spiralgehäuses eingespritzt wird, welches den Kern des Reaktors auf seiner ganzen Höhe oder einem Teil derselben umgibt, wobei die Austrittsöffnung auf die Achse des zylindrischen Kerns mit Kreisquerschnitt zentriert ist.

Das Spiralgehäuse kann mit einem Verteiler mit einstellbaren Leitschaufeln mit oder ohne Vorverteiler versehen werden, was eine zusätzliche Möglichkeit zur Regelung des Betriebes des Reaktors liefert.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, bei welchem der Kern 10 eine Einspritzung von Flüssigkeit durch das Rohr 11 an seinem oberen Teil 28 erhält, welcher die Form einer logarithmischen Spirale hat, während sein unterer Teil 1O₁ zylindrisch ist. Man erhält so einen gut zentrierten stabilen Kamin 13.

Die Fig. 10 und 11 (auf welchen die Flüssigkeitsströmung nicht dargestellt ist) zeigen eine andere Ausführungsform, bei welcher Leitschaufeln benutzt werden. Der Kern 10 ist zylindrisch, und die Einspritzung der Flüssigkeit erfolgt z. B. an seinem oberen Teil mittels einer Leitung 11, welche ein Spiralgehäuse 29 speist, welches mit einem Kranz von beweglichen Leitschaufeln 30 versehen ist, welche durch beliebige nicht dargestellte Vorrichtungen betätigt werden können. Man erhält so eine gleichmäßig auf den ganzen Umfang des Kerns verteilte Speisung und somit die Bildung eines tadellos zentrierten Kamins. Diese Lösung bietet außerdem den Vorteil, die Druckverluste bei gleicher Menge der eingespritzten Flüssigkeit zu verringern und die Möglichkeit einer Regelung durch die beweglichen Leitschaufeln zu bieten.

Bei den beiden obigen Ausführungsformen wird die Flüssigkeit in zweckmäßiger Weise nur auf einem Teil der Höhe des Kerns eingespritzt, da hierdurch der Platzbedarf entsprechend verringert wird.

Ferner kann in gewissen Fällen die Strömung innerhalb des mit Wirbelbildung arbeitenden Reaktors dadurch verbessert werden, daß die Flüssigkeit nicht an dem oberen Teil des Kerns, sondern an dem unteren Teil desselben zugeführt wird.

Diese Maßnahmen können natürlich mit den weiter oben beschriebenen und insbesondere auf den anderen Figuren dargestellten kombiniert werden.

Der Reaktor gemäß der Erfindung weist unter anderem folgende Vorteile auf:

eine hohe spezifische Leistung je Liter Kerninhalt und Kilogramm Brennstoff,
eine Ersparnis für den Aufwand für die äußeren Strömungskreise der aktiven Flüssigkeit, welche auf ihre Mindestgröße zurückgeführt sind,

eine kleinere Pumpleistung als bei den anderen Reaktoren mit erzwungenem Umlauf,
eine gute Regelung der Betriebsleistung,
Unempfindlichkeit gegen Richtungsänderungen, was insbesondere für ihre Verwendung für Fahrzeuge interessant ist.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So können für die Einspritzung eine oder mehrere Düsen (Schlitze, Schaufeln usw.) beliebiger Formen und Anordnungen benutzt werden, welche von den schematisch in den Zeichnungen dargestellten verschieden sind. Ferner können die Wände des Wirbelscheiders beliebige andere Formen haben. Schließlich kann der Reaktor entsprechend bekannten Ausbildungen mehrere Zonen aufweisen.

Bei einem Reaktor mit zwei Zonen kann der spaltbare Stoff in dem Kern oder in der Außenhülle untergebracht werden, wobei natürlich die Vorrichtungen zur Erzeugung der Wirbelbewegung auch auf die Abfuhr des in der Hülle erzeugten Dampfs anwendbar sind.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Im Siedezustand arbeitender, homogener Kernreaktor, bei dem in einem Zentralbehälter die Flüssigkeit, ein Gemisch aus Moderator und spaltbarem Stoff durch eine Spaltreaktion in den Siedezustand versetzt und einer Zentrifugalwirkung derart unterworfen wird, daß der Dampf, dessen Wärmeenergie außerhalb des Kernes genutzt wird, von der Flüssigkeit durch eine Zentrifugalwirkung getrennt, alsdann längs der Achse des Kernes abgezogen wird, um darauf in denselben zurückgeführt zu werden, nachdem er seine Energie, vorwiegend Wärmeenergie, an einen Nutzkreis abgegeben hat und dabei kondensiert worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Zentralbehälter feststeht, und daß die Flüssigkeit diesem Behälter durch

einen oder mehrere Injektoren zugeführt wird, die an der Innenwand des genannten Zentralbehälters tangential einmünden, so daß die in den Behälter eingeführte Flüssigkeit tangential in denselben eintritt und dort eine ständige Wirbelbewegung erzeugt, welche die genannte Abtrennung des Dampfes durch Zentrifugalwirkung und Abführung desselben durch einen Abzugsschlot bewirkt, dessen Durchmesser zwischen 5 und 15%, vorzugsweise etwa 10% des Durchmessers des Zentralbehälters beträgt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohrsystem, mittels dessen am Eingang des Injektors zusätzlich zu dem aus dem abgezogenen Dampf gebildeten Kondensat ein Teil der Flüsigkeit eingeführt wird, die sich in dem Behälter befindet und die in einem Flüssigkeitsüberlauf gesammelt wird, der sich in einem an den Zentralbehälter anstoßenden Raum befindet.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse desselben steht und die oberste Zone einen Abschluß mit einer zentralen Öffnung aufweist, die größer ist als der Querschnitt der Wirbelbewegung an dieser Stelle, wodurch über das Abschlußelement ständig Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht überläuft und sich vom Dampf trennt.

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußelement aus einer dünnen Platte besteht.

5. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des mit der Öffnung ver-

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35 sehenen Abschlußelementes im wesentlichen die überlaufende dünne Flüssigkeitsschicht bestimmt.

6. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die überlaufende Flüssigkeit eine Kammer vorgesehen ist, die die Gestalt eines Spiralgehäuses aufweist.

7. Reaktor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anordnung von Gleitschaufeln in der spiralgehäuseartigen Kammer.

8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Zentralbehälters im Querschnitt die Form einer Spirale hat, vorzugsweise einer logarithmischen Spirale, in welche der Injektor tangential einmündet.

9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor in ein Gehäuse einmündet, dessen Mantel im Querschnitt die Form einer Spirale hat und das den zylindrischen Zentralbehälter, jedoch nur in dessen oberem Teil, umgibt.

10. Reaktor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Anordnung von Gleitschaufeln in dem spiralförmigen Gehäuse.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 830 189, 854200;

britische Patentschrift Nr. 772404;

»Nuclear Engineering«, 2, S. 146 bis 151, 1957; »Nucleonics«, 13, Nr.

11, S. 72, 1955;

»Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 3, 1955, S. 116 bis 120.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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