DE1210498B - Nuclear reactor - Google Patents

Nuclear reactor

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DE1210498B
DE1210498B DED45715A DED0045715A DE1210498B DE 1210498 B DE1210498 B DE 1210498B DE D45715 A DED45715 A DE D45715A DE D0045715 A DED0045715 A DE D0045715A DE 1210498 B DE1210498 B DE 1210498B
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steam generator
nuclear reactor
coolant
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DED45715A
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German (de)
Inventor
Dr Christoph Steinert
Dr-Ing Wolfgang Junkermann
Dipl-Ing Joachim Schmale
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
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Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/32—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core
    • G21C1/326—Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core wherein the heat exchanger is disposed next to or beside the core
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/04—Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/08—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated moderator being highly pressurised, e.g. boiling water reactor, integral super-heat reactor, pressurised water reactor
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C13/00—Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
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Description

Kernreaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bei dem Kühlmittel und Moderator, die aus dem gleichen Stoff bestehen, im Reaktorkern getrennt sind und sich am Reaktorkerneintritt verzweigen, und bei dem das Kühlmittel nach Verlassen des Reaktorkerns den Dampferzeuger in seiner Gesamtheit durchströmt.Nuclear reactor The invention relates to a nuclear reactor at the coolant and moderator, which are made of the same substance, in the reactor core are separated and branch at the reactor core inlet, and in which the coolant after leaving the reactor core flows through the steam generator in its entirety.

Bei einem Kernreaktor der vorgenannten Art liegt ein großer Nachteil in der Regelung, da es nicht möglich ist, gleichzeitig im Moderatorkreislauf ein kleines und im Kühlmittelkreislauf ein großes Temperaturgefälle zu erhalten, was aus betriebswirtschaftlichen Gründen unbedingt erforderlich ist.There is a major disadvantage in a nuclear reactor of the aforementioned type in the scheme, since it is not possible, at the same time in the moderator circuit small and in the coolant circuit a large temperature gradient to get what is absolutely necessary for economic reasons.

Weiterlind sind Reaktoren bekannt, die mit der Trennung von Kühlmittel und Moderator arbeiten, wobei die Wärme, welche im Reaktorkern vom Kühlmittel und Moderator aufgenommen wird, in verschiedenen Kreisläufen abgeführt wird. In der Regel besteht das Kühlmittel aus einem Gas und der Moderator aus leichtem oder schwerem Wasser.Reactors are also known which are capable of separating coolant and moderator work, with the heat, which in the reactor core from the coolant and Moderator is recorded, is discharged in different cycles. In the Usually the coolant consists of a gas and the moderator of light or heavy Water.

Durch diese unterschiedliche Beschaffenheit von Kühlmittel und Moderator ist eine sorgfältige Trennung der beiden in der Gesamtanlage erforderlich, wodurch sich eine größere Anzahl von Hilfssystemen ergibt. Außerdem verlangen die meist vorgegebenen Druckunterschiede eine gute Abdichtung des Moderatorkreislaufes gegenüber dem Kühlmittelkreislauf. Derartige Reaktoren bedingen daher relativ hohe Anlagekosten.Because of this different nature of coolant and moderator a careful separation of the two in the overall system is required, whereby there is a larger number of auxiliary systems. In addition, they usually require given pressure differences a good seal of the moderator circuit against the coolant circuit. Such reactors therefore entail relatively high plant costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Trennung von Kühlmittel und Moderator die Zahl der Hilfssysteme nicht zu vergrößern und die dem Kühlmittel und Moderator zugeführte Wärme in ein und demselben Kreislauf an den Dampferzeuger abzugeben, wobei gleichzeitig im Moderatorkreislauf wegen der Reaktorregelung nur ein kleines Temperaturgefälle und im Kühlmittelkreislauf ein Vielfaches vom Temperaturgefälle des Moderatorkreislaufes herrschen soll.The invention is based on the problem of separating coolant and moderator not to increase the number of auxiliary systems and that of the coolant and moderator supplied heat in one and the same circuit to the steam generator to deliver, while at the same time in the moderator circuit only because of the reactor control a small temperature gradient and a multiple of the temperature gradient in the coolant circuit of the moderator cycle should prevail.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Moderator dem Kühlmittel in einer der kälteren Sektionen des Dampferzeugers zuströmt. Hierdurch wird außer der Vermeidung der vorgenannten Nachteile bei Reaktoren mit getrennter Kühl- und Moderatorführung eine Übereinstimmung der Temperaturen von Kühlmittel und Moderator am Eintritt des Reaktorkerns erreicht, was sich besonders in regeltechnischer Hinsicht günstig auswirkt. Ferner kann gegebenenfalls, da die mittlere Temperatur des Moderators die Reaktivität des Reaktors bestimmt, die Reaktorleistung ohne Veränderung der Regelstabstellung durch eine Änderung der Eintrittstemperatur des Systems reguliert werden.This object on which the invention is based is achieved by that the moderator the coolant in one of the colder sections of the steam generator flows in. This also avoids the aforementioned disadvantages in reactors with separate cooling and moderator management, a match of the temperatures of coolant and moderator at the entry of the reactor core achieved what is particularly has a positive effect in terms of control technology. Furthermore, if necessary, since the Mean temperature of the moderator determines the reactivity of the reactor, the reactor performance without changing the control rod position by changing the inlet temperature of the system can be regulated.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann am Eintritt oder Austritt des Moderators zusätzlich eine von außen einstellbare Drosselung vorgenommen werden, um so die Aufwärmung des Moderators besser, beherrschen und seine Mitteltemperatur zusätzlich regeln zu können.According to a further feature of the invention, at the inlet or outlet the moderator can also set an externally adjustable throttle, the better the moderator's warm-up, master and his mean temperature to be able to regulate additionally.

Aus Gründen der Anlagekosten müssen die Dampferzeuger bei Reaktoren integrierter Bauweise eine sehr kompakte Konstruktion aufweisen. Außerdem muß das sich im Reaktorkern erhitzte Kühlmittel bzw. Moderator möglichst von der Druckbehälterwand ferngehalten werden, um thermische Spannungen und Wärmeverluste durch den Druckbehälter zu vermeiden.For reasons of plant costs, the steam generator in reactors integrated design have a very compact design. Besides, it must Coolant or moderator heated in the reactor core, if possible, from the pressure vessel wall be kept away from thermal stresses and heat losses through the pressure vessel to avoid.

Die Kühlmittelführung bzw. Moderatorführung vom Dampferzeugeraustritt im unteren Beroch des Druckbehälters zu den Umwälzpumpen, welche aus Gründen der Zugänglichkeit im oberen Bereich des Druckbehälters untergebracht sind, beansprucht üblicherweise vor allem bei großen Durchsatzmengen einen für die Wärmeübertragung an sich ungenutzten Raum, der am Bauvolumen dem Dampferzeuger verlorengeht und zusätzliche Strömungswiderstände bildet.The coolant duct or moderator duct from the steam generator outlet in the lower Beroch of the pressure vessel to the circulation pumps, which for reasons of Accessibility are housed in the upper area of the pressure vessel, claimed usually one for heat transfer, especially with large throughputs actually unused space that is lost to the steam generator in the construction volume and additional space Forms flow resistances.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Dampferzeuger in hintereinandergeschaltete Sektionen aufzuteilen, wobei die kälteste Sektion der Druckbehälterinnenwand zugekehrt ist. Dadurch wird .einerseits das heiße Kühlmittel bzw. Moderator von der Druckbehälterwand ferngehalten, welche somit also tieferen Temperaturen ausgesetzt ist, und andererseits ist der Wärmeverlust des -Systems nach außen geringer. Außerdem lassen sich die Wärmeübergänge verbessern. Dampferzeuger, die in dieser Weise ausgeführt werden, besitzen deshalb nur einen Teil des Bauvolumens gegenüber den einfach durchströmten Dampferzeugern.To avoid this disadvantage, the Invention proposed the steam generator in series-connected sections to be divided, with the coldest section facing the inner wall of the pressure vessel. As a result, on the one hand, the hot coolant or moderator is removed from the pressure vessel wall kept away, which is therefore exposed to lower temperatures, and on the other hand the heat loss of the system to the outside is lower. In addition, the Improve heat transfer. Steam generators made in this way therefore only have a part of the building volume compared to the simply flowed through Steam generators.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand. eines Ausführungsbeispieles gemäß der Zeichnung näher erläutert werden. . -Der Reaktor besteht aus dem Druckbehälter 1, der kugelförmig ausgeführt ist und zentral den Reaktorkern 2 aufnimmt. Der Druckbehälter 1 ist mit einem Deckel 3 verschlossen, durch welchen die Beschikkung des Reaktors erfolgt. Die erförderlichen Regel-' stäbe 4 werden seitlich neben dem Deckel 3 in den Reaktorkern 2 geführt. Die gesamte Anlage ist mit einer Isolierschicht 5 umgeben.The invention is now to hand. an embodiment according to the drawing will be explained in more detail. . -The reactor consists of the pressure vessel 1, which is spherical and centrally accommodates the reactor core 2. The pressure vessel 1 is closed with a lid 3, through which the loading of the reactor he follows. The necessary control rods 4 are laterally next to the cover 3 in the reactor core 2 out. The entire system is surrounded by an insulating layer 5.

Am Reaktorkerneintritt 6 verzweigen sich Kühlmittel und Moderator, indem das Kühlmittel durch Rohre 7 fließt, in denen sich die Brennelemente 8 befinden, und der Moderator außerhalb, der Rohre 7 strömt. Zu diesem Zweck ist in der- Bodenplatte 9 des Reaktorkerns, 2 ein Ringkanal 10. um die Rohre 7 zum Eintritt des Moderators vorgesehen. Die@Querschnitte von den Rohren 7 und den Ringkanälen 10 bestimmen die Durchflußmengen, die entsprechend der Wärmeentwicklung in. den Rohren 7 und im Moderator sowie den gewünschten Temperaturdifferenzen vorgegeben werden. -Die Umwälzpumpen-11, welche den -Kühl- und Moderatorkreislaüf in* Bewegung halten, werden an der Stelle des Dampferzeugers 12 wirksam, an der die Vereinigung der Kreisläufe nach Durchströmung des Reaktorkerns 2 bzw. der ersten Dampferzeugersektionen stattfindet. Der Dampferzeuger 12 besteht vorzugsweise aus drei hintereinandergeschalteten Sektionen, wobei die Umwälzpumpen 11 zwischen der zweiten und dritten Sektion angeordnet sind. Ein radialer Kanal 13, der mit dem mit Moderator gefüllten Raum 14 in Verbindung steht (und' gleichzeitig als Durchführung der Kontrollstäbe dient), mündet nach Durchtritt der ersten Sektion des Dampferzeugers 12 in den Ansaugkanal 15 der Pumpe 11. Die Größe der Heizfläche im Dampf-. erzeuger 12 vor der Vereinigung der beiden Ströme . ist so bemessen, daß die Austrittstemperatur des Moderators im Mittel der möglichen Betriebszustände mit der Kühlmitteltemperatur im Ansaugkanal 15 übereinstimmt.At the reactor core inlet 6, the coolant and moderator branch out, in that the coolant flows through tubes 7 in which the fuel assemblies 8 are located, and the moderator flows outside the tubes 7. For this purpose, in the base plate 9 of the reactor core 2, an annular channel 10 is provided around the pipes 7 for the moderator to enter. The cross-sections of the tubes 7 and the annular channels 10 determine the flow rates which are specified according to the heat development in the tubes 7 and in the moderator and the desired temperature differences. The circulation pumps 11, which keep the cooling and moderator circuit in motion, are effective at the point of the steam generator 12 at which the circuits are combined after the flow through the reactor core 2 or the first steam generator sections. The steam generator 12 preferably consists of three sections connected in series, the circulation pumps 11 being arranged between the second and third sections. A radial channel 13, which is in communication with the moderator-filled space 14 (and also serves as the implementation of the control rods), opens into the suction channel 15 of the pump 11 after passing through the first section of the steam generator 12. The size of the heating surface in the steam -. generator 12 before the union of the two streams. is dimensioned in such a way that the outlet temperature of the moderator corresponds to the coolant temperature in the intake duct 15 in the mean of the possible operating states.

Sowohl die erfindungsgemäße Kühlmittel- bzw. ; Moderatorführung als auch die Tatsache, daß gemäß der Erfindung das Kühlmittel und der Moderator aus dem gleichen Medium unter gleichem Druck bestehen, vereinfachen das Druckröhrenprinzip eines Reaktors wesentlich. Es ist daher möglich, den Kühlkreislauf und den Moderatorkreislauf mit derselben Umwälzpumpe in Bewegung zu halten und die mitgeführten Wärmemengen an ein und denselben Dampferzeuger abzugeben. Dies ist besonders bei integrierten Anlagen,, bei denen die Zahl der Um- e Wälzpumpen und der Dampferzeugeranschiüss@ wegen der Durchbrüche - durch den Druckbehälter auf ein Minimum beschränkt werden muß, von Be- deutung;-.,denn es kapp für zwei-Kreisläufe mit einem Satz @mwälzpumpen 'und :einem "Satz ISxipfezzeü- gern ausgekommen werden: gegeltechnisch ergeben sich die gleichen Möglich- keiten, wie bei zwei getrennten Kühlkreisläufen. Durch die sekundärseitige Dampfentnahme und unter Umständen noch durch eine zusätzliche Drehzahl- regelung der Umwälzpumpen können verschiedene Temperaturen am Reaktoreintritt vorgegeben wer- den. Damit stellt sich die entsprechende Reaktivität -des Reaktors ein: Die vorstehend erwähnte Drosselung des Modera- torkreislaufes kann erwünschtenfalls in den Über- str8mkanälen 13 durchgeführt werden. Both the inventive coolant or; Moderator management and the fact that, according to the invention, the coolant and the moderator consist of the same medium under the same pressure, simplify the pressure tube principle of a reactor considerably. It is therefore possible to keep the cooling circuit and the moderator circuit in motion with the same circulating pump and to transfer the entrained amounts of heat to one and the same steam generator. This is particularly important in the case of integrated systems, where the number of envi- ronments Circulation pumps and the steam generator connection @ because of the breakthroughs - through the pressure vessel must be kept to a minimum, from interpretation; -., because it kapp for two-circuits with one Set @ mwälzpumpen 'and: a "set ISxipfezzeü- like to get along: In terms of gel technology, the same possibilities arise as with two separate cooling circuits. Through the secondary side steam extraction and under Under certain circumstances by an additional speed The circulation pumps can be regulated in various ways Temperatures at the reactor inlet can be specified the. This creates the corresponding reactivity -of the reactor: The aforementioned throttling of the moderate gate circuit can, if desired, in the over- str8mkanäle 13 are carried out.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Kernreaktor, bei dem Kühlmittel und Moderator, die aus dem gleichen Stoff bestehen, ini Reaktorkern getrennt sind und sich sm Reaktorkerneintritt verzweigen, und bei dem das Kühlmittel nach Verlassen des Reaktorkerns den Dampferzeuger in seiner Gesamtheit durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daßderModerator dem Kühlmittel in einer der kälteren Sektionen des Dampferzeugers zuströmt. Claims: 1. Nuclear reactor with the coolant and moderator, which consist of the same material, are separated in the reactor core and enter the reactor core branch, and in which the coolant after leaving the reactor core the steam generator flows through in its entirety, characterized in thatthe moderator the coolant flows into one of the colder sections of the steam generator. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (11), die den Kühl- und Moderatorkreislauf -in Bewegung halten, an der Stelle des Dampferzeugers (12) angeordnet sind, an der die Vereinigung der Kreisläufe stattfindet. - . 2. Nuclear reactor after Claim 1, characterized in that the circulating pumps (11), the cooling and Moderator circuit - keep in motion, arranged at the point of the steam generator (12) where the unification of the cycles takes place. -. 3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (12), der mit dem Reaktorkern in einem gemeinsamen Druckgefäß angeordnet ist, in hintereinandergeschaltete Sektionen aufgeteilt ist und die kälteste Sektion der Druckbehälterinnenwand zugekehrt ist. 3. Nuclear reactor after Claim 1 or 2, characterized in that the steam generator (12) with the Reactor core is arranged in a common pressure vessel, in series-connected Sections is divided and facing the coldest section of the pressure vessel inner wall is. 4. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (12) aus drei hintereinandergeschalteten Sektionen besteht und die Vereinigung des Moderatormit dem Kühlkreislauf zwischen der zweiten und dritten Sektion erfolgt. 4. Nuclear reactor according to claim 1 or 3, characterized in that the steam generator (12) consists of three sections connected in series and the union of the Moderator takes place with the cooling circuit between the second and third section. 5. Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal (13), der den Moderator vom Moderatorraum zur Umwälzpumpe (11) leitet, darüber hinaus als Durchführung der Regelstäbe durch den Dampferzeuger dient. 6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal (13) zur Regelung des Moderatordurchsatzes in seinem Querschnitt eine veränderbare Drossel aufweist. 5. Nuclear reactor according to claim 3 or 4, characterized in that the overflow channel (13) which directs the moderator from the moderator room to the circulating pump (11), also serves as implementation of the control rods through the steam generator. 6. Nuclear reactor according to claim 5, characterized in that the overflow channel (13) for regulating the moderator throughput has a variable throttle in its cross section. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1048 363.Documents considered: German Auslegeschrift No. 1048 363.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048011A (en) * 1974-09-13 1977-09-13 Vladimir Mikhailovich Kovin Fast nuclear reactor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1048363B (en) * 1957-07-17

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