DE1235452B - Dampfgekuehlter Kernreaktor - Google Patents

Description

DEUTSCHES W?^S PATENTAMT DeutscheKl.: 21g-21/24

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1235 452

Aktenzeichen: G 41351 VIII c/21 g

1 235 452 Anmeldetag: 19. August 1964

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung betrifft einen dampfgekühlten Kernreaktor mit einem im gemeinsamen Druckbehälter unterhalb der Spaltzone angeordneten, vertikal von einer Heißdampfleitung durchdrungenen Kühldampferzeuger und außen am Druckbehälter angeordneten Umwälzgebläsen für den umlaufenden Kühldampf.

Kernreaktoren, die Sattdampf oder leicht überhitzten Dampf als Kühlmittel benutzen, sind seit einiger Zeit bekannt. Solche Reaktoren haben den Vorteil, daß der Heißdampf aus dem Reaktor direkt einer Arbeitsturbine zugeführt werden kann. Die entstehende Wärme muß dabei nämlich nicht erst über Wärmetauscher auf einen Arbeitskreislauf übertragen werden.

Besondere Bedeutung hat in der Literatur der an sich für konventionelle Kraftwerke längst bekannte Löffler-Kreislauf auch für Kernreaktoranlagen erlangt, bei dem das im Dampfkreislauf entstehende Kondensat direkt durch Heißdampf aus dem Reaktor verdampft wird, indem entweder das Kondensat in den Heißdampf eingespritzt oder der Heißdampf in das Kondensat eingeblasen und der erzeugte Sattdampf anschließend zur Kühlung durch die Spaltzone geleitet wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer besonders günstigen konstruktiven Ausbildung einer nach dem Löffler-Prinzip arbeitenden Kernreaktoranlage, mit einem im gemeinsamen Druckbehälter unterhalb der Spaltzone angeordneten, vertikal von einer Heißdampfleitung durchdrungenen Kühldampferzeuger und außen am Druckbehälter angeordneten Umwälzgebläsen für den umlaufenden Kühldampf. Dabei ist erfindungsgemäß zwischen Spaltzone und Dampferzeuger ein Dampfverteilerstück angeordnet, durch das der Heißdampf aus der Spaltzone über die Heißdampfleitung zum Boden des Dampferzeugers und der im Dampferzeuger entstehende Sattdampf zur Kühlung in die Spaltzone geleitet wird.

Konstruktiv besonders günstig ist es, wenn das Umwälzgebläse den Kühldampf aus dem Dampferzeuger durch das Innenrohr einer konzentrischen Rohranordnung ansaugt und durch den Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr der Spaltzone zuleitet. Dabei lassen sich nämlich die Dampfverteilungsstücke im Druckbehälter zwischen Dampferzeuger und Spaltzone zu einem Konstruktionselement zusammenfassen, das zwar relativ hohen Temperaturdifferenzen, dafür aber nur geringem Überdruck ausgesetzt ist. Durchführungen heißer Rohre durch den Druckbehälter können dadurch weitgehend vermieden werden.

Dampfgekühlter Kernreaktor

Anmelder:

Gesellschaft für Kernforschung m. b. H.,
Karlsruhe, Weberstr. 5

Als Erfinder benannt:
ίο DipL-Ing. Ludolf Ritz, Karlsruhe-Waldstadt --

Bei einer besonders günstigen Ausbildung des Reis aktors nach der Erfindung läßt man den aus dem Umwälzgebläse kommenden Kühldampf zunächst durch einen Ringraum zwischen Spaltzone und Reaktorbehälter nach oben und dann durch die Spaltzone nach unten strömen. Dadurch wird der Druckbehälter praktisch überall auf der gleichen, nämlich auf Sattdampftemperatur gehalten, wodurch die Wärmespannungen in der Behälterwand auf ein Minimum reduziert werden. Der in der Spaltzone überhitzte Dampf wird durch die den Dampferzeuger senkrecht durchdringende Heißdampfleitung zum Boden des Dampferzeugers geführt und dort in das Kondensat eingeblasen.

Das Umwälzgebläse kann beispielsweise elektrisch angetrieben sein. Es ist aber günstiger, wenn es mit einem Dampfantrieb ausgestattet und vom Heißdampf aus dem Reaktor betrieben wird. Besonders günstig ist es dabei, wenn der gesamte aus dem Kühlkreislauf entnommene Nutzdampf zunächst durch den Dampfantrieb geleitet wird und dort einen Teil seiner Temperatur abgibt, so daß das eigentliche Nutzleistungsaggregat nicht mit extrem heißem Dampf beaufschlagt werden muß. Der relativ kleine, mit extrem heißem Dampf betriebene Dampfantrieb für das Umwälzgebläse kann infolge seiner kleinen Abmessungen leicht aus hoch temperaturfestem Werkstoff hergestellt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Reaktors nach der Erfindung, der im wesentlichen aus dem zylindrischen Reaktorbehälter 1 besteht, der stehend auf den kugelförmigen Dampferzeuger 2 aufgesetzt ist. Im Reaktorbehälter 1 befindet sich die aus stabförmigen Brennelementen 4 ausgebildete Spaltzone 3. Zwischen SpaltzonenmantelS und Reaktorbehälterl ist aber ein Zwischenräume vorgesehen, durch den der Kühldampf in den Raum über der Spaltzone 3 ge-

709 517/402

Claims (7)

führt werden kann, um dort nach unten durch die Spaltzone 3 geleitet zu werden. An dem unteren Ende des Reaktorbehälters 1 ist zwischen Spaltzone 3 und Dampferzeuger 2 ein Dampf verteilerstück 7 angeordnet, das den aus der Spaltzone 3 strömenden überhitzten Dampf zusammenfaßt und durch eine den Dampferzeuger senkrecht durchdringende Heißdampfleitung 8 zum Boden des Dampferzeugers bringt, von wo er aus gelochten Ringleitungen 9 in das dem Dampferzeuger 2 durch die Kondensatleitung 10 zugeführte Kondensat eingeblasen wird. Der Dampferzeuger ist oben durch das Dampfverteilungsstück 7 abgeschlossen, von dem eine Sattdampfleitungll zu den seitlich am Reaktorbehälterl zwischen Dampferzeuger 2 und Spaltzone 3 angeflanschten Umwälzgebläsen 14 führt. Die Sattdampfleitung 11 liegt konzentrisch in der Druckleitung 12, so daß durch den Zwischenraum 13 zwischen den beiden Leitungen der Kühldampf zurück zum Reaktorbehälter und über den Zwischenräume zwischen SpaltzonenmantelS und Reaktorbehälterl wieder der Spaltzone3 zugeführt werden kann. Gemäß Fig. 1 ist das Umwälzgebläse 14 mit einem Dampfantrieb 15 ausgestattet, der mit Heißdampf aus dem Reaktor betrieben wird, der ihm durch Leitung 16 zugeleitet und dann über Leitung 17 an nicht näher dargestellte Nutzleistungsaggregate abgeführt wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Heißdampf am Verteilerstück 7 über die Nutzdampfleitung 18 entnommen werden. Da diese Leitung aber durch den zylindrischen Reaktorbehälter 1 hindurchgeführt werden müßte, ist es günstiger, den Nutzdampf gemäß F i g. 2 durch eine konzentrisch in der Heißdampfzuführungsleitung zum Verdampfer 2 liegende Nutzdampfleitung 19 zu leiten und diese am unteren Ende des Dampferzeugers 2 ins Freie zu führen. Die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sind nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es wäre beispielsweise nicht günstig, wenn man zur Erhöhung der Leistung des Reaktors nach der Erfindung einfach die konstruktiven Abmessungen entsprechend vergrößern würde. Dabei würden nämlich der Dampfraum im Dampferzeuger und bei gleichfalls erhöhtem Kondensatstand im Dampferzeuger auch der Druckverlust des Umlaufdampfes unnötig groß. Deshalb ist es bei großen Anlagen unter Umständen günstiger, den Dampferzeuger als liegenden zylindrischen Behälter auszubilden. Selbstverständlich beschränkt sich der Erfindungsgedanke auch nicht auf Reaktoren mit stabförmigen Brennelementen. Bei einer günstigen Ausbildung des Reaktors für kugelförmige Brennstoffe ist der Reaktorbehälter z. B. gleichfalls kugelähnlich geformt, wobei die Brennelemente in einer gelochten Kugelhülle aufgeschüttet oder gepackt sind. Zwischen Kugelhülle und Reaktorbehälter ist dabei ein Zwischenraum vorgesehen, durch den der Kühldampf der Spaltzone zugeführt wird und die Brennelementschüttung oder -packung radial nach innen durchströmt. Zentral in der Brennelementschüttung ist ein Käfig angeordnet, der den in der Spaltzone überhitzten Dampf aufnimmt und durch eine mit ihm verbundene Heißdampfleitung nach unten zum Dampferzeuger führt. Der Reaktor nach der Erfindung hat den besonderen Vorteil einer einfachen und kompakten konstruktiven Ausbildung. Er eignet sich deshalb in gleicher Weise als Leistungsreaktor wie auch als Chemiereaktor, wobei beispielsweise der zylindrische bzw. kugelförmige Spaltzonenteil innerhalb einer chemischen Umwandlungsanlage angeordnet ist, die für den Reaktionsprozeß nukleare Strahlung benötigt. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bei Verwendung des Reaktors nach der Erfindung als Leistungsreaktor um die Spaltzone herum natürlich noch die üblichen Strahlenschirme gelegt sein müssen. Patentansprüche:

1. Dampf gekühlter Kernreaktor mit einem im gemeinsamen Druckbehälter unterhalb der Spaltzone angeordneten, vertikal von einer Heißdampfleitung durchdrungenen Kühldampferzeuger und außen am Druckbehälter angeordneten Umwälzgebläsen für den umlaufenden Kühldampf, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Spaltzone (3) und Dampferzeuger (2) ein Dampfverteilerstück (7) angeordnet ist, durch das der Heißdampf aus der Spaltzone (3) über die Heißdampfleitung (8) zum Boden des Dampferzeugers (2) und der im Dampferzeuger (2) entstehende Sattdampf zur Kühlung in die Spaltzone (3) geleitet wird.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfverteilerstück (7) aus zwei sich zumindest teilweise gegenseitig durchdringenden Auffangtrichtern besteht, wobei der die Spaltzone (3) abschließende, Heißdampf aufnehmende Trichter in die Heißdampfleitung (8) übergeht und der den Dampferzeuger (2) abschließende Trichter in eine aus dem Reaktorbehälter (1) hinaus zum Umwälzgebläse (14) führende Kühldampfleitung (11) mündet.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwälzgebläse (14) an dem freien Ende von Koaxialleitungen (11,12) angeflanscht ist, die aus der zum Umwälzgebläse (14) führenden Kühldampfleitung (11) als Innenleitung und einer mit dem Reaktorbehälter (1) verbundenen Druckleitung (12) bestehen, wobei der Kühldampf aus der Innenleitung (11) durch den Ringraum (13) zurück zum Reaktorbehälter (1) und durch einen Ringraum (6) zwischen Reaktorbehälter (1) und Spaltzonenmantel (5) zur Spaltzone (3) geleitet wird.

4. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial in der Heißdampfzuführungsleitung (8) zum Dampferzeuger (2) eine vorzugsweise unten aus dem Dampferzeuger (2) heraustretende Nutzdampfentnahmeleitung (19) angeordnet ist.

5. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Dampfantrieb (15) für das Umwälzgebläse (14).

6. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Teilentspannungsturbinen als Dampfantrieb.

7. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere mit zylindrischem Reaktorbehälter und kugelförmigem Dampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter (1) wenigstens annähernd den halben Durchmesser des Dampferzeugers (2) aufweist.