DE1275213B - Siedewasserreaktor in integrierter Bauweise - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/24

Nummer: 1275 213

Aktenzeichen: P 12 75 213.5-33 (S 107538)

Anmeldetag: 22. Dezember 1966

Auslegetag: 14. August 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Siedewasserreaktor mit indirektem Kreislauf in integrierter Bauweise mit konzentrisch zum Reaktorkern angeordneten Wärmetauschern, die einen Moderatorkessel mantelartig umgeben und im von einem Dampfraum abwärts führenden Strom des heißen Kühlwassers liegen. Nach dem Stand der Technik sind die Wärmetauscher bei einem Siedewasserreaktor mit indirektem Kreislauf je nach ihrer Aufgabe als Kondensator, Kühler und Unterkühler für das primäre Kühlmittel in voneinander getrennten Baugruppen aufgebaut. Zur Führung des primären Wärmeträgers, also des Reaktorkühlmittels, sind sie außerdem noch in kesselartigen Gehäusen, die untereinander mit Rohrleitungen verbunden sind, untergebracht. Dieser Aufbau würde insbesondere für integrierte Reaktoren eine sperrige Anordnung innerhalb des beispielsweise aus vorgespanntem Stahlbeton bestehenden Reaktordruckkessels bedeuten.

Es sind auch schon Vorschläge zur Unterbringung von Wärmetauschern innerhalb der Reaktordruckkessel bekanntgeworden (s. die französische Patentschriften 1 451 235, 1 362 881). Die Wärmetauscher werden dabei vom flüssigen Primärkühlmittel der Reaktoren umströmt. Gleichfalls ist es aus der deutsehen Auslegeschrift 1 031 899 sowie der britischen Patentschrift 795 406 bekannt, innerhalb des Reaktorkessels, z. B. auch oberhalb von Kühlkanälen, Dampfabscheider anzuordnen, wobei das abgeschiedene Wasser entweder der Moderatorzone oder dem umlaufenden Kühlwasser zugeführt wird. In diesen Fällen handelt es sich aber nicht um Kernreaktoren in integrierter Bauweise, außerdem sind diese Anordnungen, soweit überhaupt näher dargestellt, konstruktiv recht kompliziert aufgebaut.

Diesem Stand der Technik gegenüber, der lediglich einige der in dieser Erfindung kombinierte Elemente in getrennter und voneinander isolierter Anwendung zeigt, ergab sich die Aufgabe, bei möglichst einfacher konstruktiver Gestaltung für Wärmetauscher und Reaktoreinbauten gleichzeitig eine Verbesserung des Wirkungsgrades solcher integrierter Siedewasserkernreaktoren zu erzielen. Erfindungsgemäß ist das Reaktorkühlmittel in an sich bekannter Weise in die Brennelemente enthaltenden Trennrohren geführt, wobei jedes Trennrohr einen eigenen in einen Dampfsammelraum hineinragenden Wasserabscheider besitzt und abdichtend durch den unteren und oberen Moderatorkesseldeckel, der auch als Strahlungsschild ausgebildet sein kann, hindurchgeführt ist sowie über den über diesem Deckel befindlichen Kühlwasserspiegel hervorsteht, und die Wärmetauscher ragen als Siedewasserreaktor in integrierter Bauweise

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Rudolf Stüger, 8520 Erlangen

Kondensatoren in den Dampfraum hinein. Als Moderator- und Kühlmittel für einen derart aufgebauten Reaktor käme ζ Β. schweres Wasser in Frage. Dieses Aufbauprinzip ist aber auch für Leichtwasserreaktoren, deren Kühlmittel zugleich Moderatorfunktionen hat, möglich, wobei oberhalb des Reaktorkerns in einen Dampfsammeiraum hineinragende Wasserabscheider vorgesehen sind, die durch eine den Reaktorkern nach oben abschließende Querwand, die auch als Strahlungsschild ausgebildet sein kann, hindurchgeführt sind, sowie über den über dieser Querwand befindlichen Kühlwasserspiegel hervorstehen. Die den Reaktorkern umgebenden Wärmetauscher ragen dabei als Kondensatoren in den Dampfraum hinein.

Die Wärmetauscher sind also nicht in besonderen Behältern untergebracht. Ihre Rohrpakete durchsetzen als Ganzes den Dampfsammeiraum und den Ringraum um den vom abströmenden heißen Kühlwasser erfüllten Reaktorkern. Eine körperliche Unterscheidung zwischen Kondensator, Kühler und Unterkühler wird dabei nicht gemacht; dadurch werden also Rohrleitungen zur Führung des primären Kühlmittels im Inneren des Reaktorbehälters vermieden, der Strömungsweg des wasser- und dampfförmigen Kühlmittels ist vielmehr durch die Anordnung des Reaktorkerns und der Wärmetauscher im Inneren des Reaktordruckkessels vorgezeichnet. Durch die einfache Art der Strömungsführung und die einfache Anordnung der Wärmetauscher ist eine gute Ausnutzung des Kessels möglich, was insbesondere bei D₂O-Reaktoren eine maßgebliche Rolle spielt. Außerdem können die Umwälzleistungen geringer als bisher gehalten werden.

Der bei Kernreaktoren mit einem flüssigen Moderator vorteilhafte Moderatorkühler kann ebenfalls in einer ringmantelförmigen Zone um den Reaktorkern bzw. Moderatorkessel angeordnet werden. Diese Moderatorkühler dienen dazu, die Moderatortemperatur beispielsweise um 80 bis 90° C unter die Kühl-

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mitteleintrittstemperatur abzusenken. Die Moderator- im Moderatorbehälter aufgezeigte Moderatorflüssigwärme wird dabei zur Speisewasservorwärmung aus- keit mit dem oberhalb desselben aus den Wassergenutzt, abscheidern austretenden Kühlmittel 24.

Dieses Aufbauprinzip eines integrierten Siede- Durch diesen Aufbau des integrierten Reaktors

wasserreaktors sei nun an Hand der F i g. 1 bis 4 in 5 wird erreicht, daß die Wärmetauscher 4, die durch

zwei Beispielen näher veranschaulicht. ein in ihrer ganzen Länge gleichartiges Rohrbündel

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Siedewasser- gebildet werden, in ihrem Unterkühlerteil 42 außer

reaktor, bei dem das Kühlmittel in Trennrohren ge- von der Kondensatmenge von dem aus den Öffnun-

führt ist, zwischen denen sich eine Moderatorflüssig- gen 71 in der Strömungsleitwand kommenden heißen

keit, wie z. B. schweres Wasser, befindet; io Kühlwasser beaufschlagt sind, wobei sich die Mengen-

F i g. 2 zeigt dagegen im Schnitt einen Siedewasser- anteile etwa wie 1: 9 verhalten.

reaktor mit Leichtwasserkühlung und -moderierung, Durch die Zuführung der Hauptkühlmittelmenge

bei dem also auf Trennrohre verzichtet werden kann; wird eine in sich gleichartige Sektion der Dampf-

hier entfällt dann auch ein Moderatorkühler; erzeuger als Hauptkühlmittelunterkühler verwendet.

F i g 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch 15 So ist es auf einfachste Weise möglich, den Gesamteinen Wasserabscheider und strom auf die notwendige Unterkühlung von z.B.

Fig. 4 die Ansicht einer möglichen Konstruktion etwa 10° C zu bringen,

für die Wärmetauscher. Soll jedoch leichtes Wasser verwendet werden, so

Einander entsprechende Teile sind dabei in allen erübrigt sich eine Trennung von Moderator- und

Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 20 Kühlwasseranteil. Eine derartige Aufbaumöglichkeit

In diesen Figuren ist die Druckkesselwand des stellt F i g. 2 dar. Hier entfällt auch ein besonderer Reaktors mit 1 bezeichnet und besteht beispielsweise Moderatorkühler. Das Kühlwasser dringt durch den aus Spannbeton. Der Reaktorkern selbst ist mit 2, die perforierten Boden 25 in den eigentlichen Reaktorihn durchsetzenden Kühlkanäle mit 3 bezeichnet. Um kern ein, der in an sich bekannter Weise aus einem diesen Reaktorkern herum sind die Wärmetauscher 4 25 Brennstabgitter 21 mit verhältnismäßig engen gegenangeordnet, die über ihre Länge gleichartig aufgebaut seitigen Abständen besteht. Oberhalb des Reaktorsind und deren Kondensatorteil mit 41 und der gitters sind in an sich bekannter Weise Wasser-Unterkühlerteil mit 42 bezeichnet ist. Gemäß F i g. 1 abscheider 32 angeordnet. Das von diesen abgeschiesind die Trennrohre der Kühlkanäle 3 mit Wasser- dene Wasser 24 strömt wieder über die seitlichen abscheidern 31 versehen, die z. B. in die obere Ab- 30 Öffnungen 71 dem Kondensat, das aus dem Kondenschirmung 22 eingesetzt sind. Eine mögliche Ausfüh- satorteil 41 der Wärmetauscher 4 kommt, zu und rungsform dieser Wasserabscheider 31 ist in F i g. 3 wird über die Pumpen 5 wieder dem Raum 25 unterdargestellt. Die Trennrohre sind bis zum Wasseraus- halb des Reaktorkerns zugeführt. Die in Öffnungstritt 33 konisch erweitert (31). Im Inneren dieses Teils Stellung 51 gezeigten Verschlußkörper haben im Fall befindet sich ein schraubenförmiger Einsatz 32, der 35 der Reparatur einer Pumpe, die z. B. radial durch die in an sich bekannter Weise auch gleichzeitig als Ab- Betonwand 1 nach außen gezogen werden kann, die schirmpfropfen ausgebildet sein kann. Durch diesen Aufgabe, den Strömungsleitzylinder 7 an dieser Stelle Teil erhält das Wasser-Dampf-Gemisch eine Drall- zu verschließen, so daß die Nachkühlung des Reakkomponente, so daß der schwerere Anteil, also das tors ununterbrochen aufrechterhalten werden kann. Wasser, durch die Öffnung 33 grob abgeschieden 40 Durch Anbringung der Abdichtkörper 51 ist eine Entwird. Selbstverständlich sind auch noch andere an leerung des Reaktorkerns nicht erforderlich,
sich bekannte Bauformen für Wasserabscheider an- Die F i g. 4 zeigt einen möglichen Aufbau der wendbar. Wärmetauscher 4, die sich aus der Kondensatorzone

Das aus diesen Öffnungen 33 der Wasserabschei- 41 und der Unterkühlerzone 42 zusammensetzen. Wie der ausgetretene Wasser sammelt sich oberhalb des 45 dargestellt, sind diese Wärmetauscher aus einem einz. B. gleichzeitig als Abschirmung wirkenden Mode- heitlichen Rohrpaket aufgebaut, das lediglich zur ratorbehälterdeckels 22 und tritt durch die Öffnun- Verbesserung der Strömungsführung im Unterkühlergen 71 der zylindrischen Strö'mungsleitwand 7 in den teil noch mit Strömungsleiteinrichtungen 43 zur Er-Wärmetauscherraum ein. Der sich in dem Raum 23 zeugung einer Querströmung und zur Vermeidung sammelnde Wasserdampf wird im oberen Teil 41 der 50 von heißen Kanälen versehen ist.
Wärmetauscher 4 kondensiert und läuft entlang der Zusammenfassend ist zu sagen, daß durch diesen Wärmetauscherrohre als Kondensat nach unten. Im einfachen konstruktiven Aufbau des integrierten Bereich der Öffnungen 71 strömt nicht verdampftes Siedewasserreaktors — sei es in Gestalt eines Schwerheißes Kühlwasser zu und wird gemeinsam mit dem oder auch Leichtwasserreaktors — möglich ist, Kon-Kondensat im Bereich 42 der Wärmetauscher unter- 55 densator und Hauptkühlmittelunterkühler zu kombikühlt. Durch die Pumpe 5, die für den Fall eines nieren und im Reaktordruckkessel anzuordnen sowie eventuell notwendigen Ausbaues mit Abdichtungs- die in beiden Apparaten anfallende Wärme zur körpern 51 versehen ist, strömt das unterkühlte Kühl- Dampferzeugung auszunutzen. In diesem Zusammenwasser in den Raum 25 unterhalb des Reaktorkerns hang sei auch noch darauf hingewiesen, daß sich ein und von hier aus erneut durch die Kühlkanäle 3 60 dieses Aufbausystem selbstverständlich auch für nach oben. Gemäß F i g. 1 wird ein Teil dieses im Siedewasserreaktoren eignet, die nach dem an sich Raum 25 befindlichen Kühlwassers über die Öffnung bekannten Zweidrucksystem arbeiten, bei denen also 61 in der Strömungsleitwand 7 den Moderatorküh- ein direkter und ein indirekter vermaschter Turbinenlernö zugeführt, dort weiter unterkühlt und dringt arbeitsmittelkreislauf vorgesehen ist. In jedem Fall mit einer Temperatur von z. B. etwa 230° C über die 65 ergibt die Strömungsführung im Unterkühler eine Öffnungen 62 in den Moderatorbehälter des Reaktor- besonders gute Ausnutzung des Kesselvolumens. Da kerns2 ein. Durch nicht dargestellte Öffnungen in zusätzlich auch infolge der Kompaktheit der Reakdem Moderatorbehälterdeckel 22 vermischt sich die türanlage mit wesentlich verringerten Herstellungs-

kosten gegenüber Anlagen aus dem bekannten Stand der Technik gerechnet werden kann, ergibt sich von zwei Seiten her gesehen eine wesentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit einer nach einem solchen Prinzip aufgebauten Kernreaktoranlage.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Siedewasserreaktor mit indirektem Kreislauf in integrierter Bauweise mit konzentrisch zum Reaktorkern angeordneten Wärmetauschern, die einen Moderatorkessel mantelartig umgeben und im von einem Dampfraum abwärts führenden Strom des heißen Kühlwassers liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in an sich bekannter Weise in die Brennelemente enthaltenden Trennrohren geführt ist, wobei jedes Trennrohr einen eigenen, in einen Dampfsammeiraum hineinragenden Wasserabscheider besitzt und abdichtend den unteren und oberen Moderatorkesseldeckel, der auch als Strahlungsschild ausgebildet sein kann, durchdringt sowie über den über diesem Deckel befindlichen Kühlwasserspiegel hervorsteht und die Wärmetauscher als Kondensatoren in den Dampfraum hineinragen.

2. Siedewasserreaktor in integrierter Bauweise mit konzentrisch zum Reaktorkern angeordneten und diesen mantelartig umgebenden Wärmetauschern, die im abwärts führenden Strom des heißen Kühlwassers liegen, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Reaktorkerns, dessen Kühlmittel zugleich Moderatorfunktionen hat, in einen Dampfsammeiraum hineinragende Wasserabscheider vorgesehen, die durch eine den Reaktorkern nach oben abschließende Querwand, die auch als Strahlungsschild ausgebildet sein kann, hindurchgeführt sind und über den über dieser Querwand befindlichen Kühlwasserspiegel hervorstehen, und daß die Wärmetauscher als Kondensatoren in den Dampfraum hineinragen.

3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohrstränge der Wärmetauscher gleichförmig praktisch über die ganze Länge des Druckkesselinnenraumes erstrecken und höchstens die unter den Kühlmittelspiegel befindlichen Partien mit Strömungsleiteinrichtungen versehen sind.

4 Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb dieser Wärmetauscher vom abgekühlten Kühlmittel als Moderatorflüssigkeit beaufschlagte, an sich bekannte Moderatorkühler angeordnet sind.

5. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Reaktorkerns ein über den Kühlmittelspiegel hochgezogener, mit Durchlässen für das Kühlmittel versehener Führungszylinder vorgesehen ist, der unterhalb des Reaktorkerns mit seitlichen Öffnungen für die Kühlmittelpumpen versehen ist.

6. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Trennrohre mit schraubenförmigen Abschirmpfropfen versehen sind, die gleichzeitig ein wesentliches Element der Wasserabscheider darstellen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 225 315,

031 899;
französische Patentschriften Nr. 1 451 235,

362 881;
britische Patentschrift Nr. 795 406.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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