DE1287223B - Siedewasserreaktor, dessen Kuehlmittel innerhalb des Reaktorkernes einem Zentrifugalfeld ausgesetzt ist - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Siedewasserreaktor, dessen Kühlmittel zum Zweck der wirksamen Abtrennung der gebildeten Dampfblasen von der flüssigen Phase innerhalb des Reaktorkernes einem Zentrifugalfeld ausgesetzt ist, in dem die Zentrifugalbeschleunigung durchweg um mindestens eine Größenordnung höher liegt als die Erdbeschleunigung.
• Es ist bekannt, daß die Leistungsdichte und die Regeleigenschaften von Siedereaktoren weitgehend von der Wirksamkeit abhängen, mit der die Dampfblasen von den beheizten Oberflächen bzw. aus dem Reaktorkern abgeführt werden. Bei den bisher bekannten Ausführungsformen geschieht dies entweder durch einfaches Hochperlen der Dampfblasen infolge ihrer geringen Dichte oder zusätzlich durch Zwangsumlauf des Kühlmittels, d. h. durch Erhöhung der Geschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels und damit auch der darin verteilten Dampfblasen. Die Trennung von Dampf und Wasser allein durch den Auftrieb der Dampfblasen und mit Naturumlauf des Kühlmittels führt aber rasch zu einer oberen Grenze der spezifischen Wärmeleistung, insbesondere bei hohen Drük ken. Auf der anderen Seite bedeutet das Umpumpen von Reaktorwasser einen zusätzlichen Leistungsaufwand sowie besondere konstruktive Maßnahmen in bezug auf die Auslegung und die Einbauten des Reaktordruckgefäßes.
• Es ist bereits bekanntgeworden, den Reaktorkern ringförmig auszubilden und nach Art einer Zentrifuge rotieren zu lassen (britisches Patent 772 404), wodurch sich das Abströmen der Dampfblasen wesentlich verbessern und die spezifische Reaktorleistung entsprechend erhöhen läßt. Die großen technischen Schwierigkeiten einer Verwirklichung (Wellenabdichtung, Einführung und Antrieb der Regel- und Abschaltstäbe usw.) haben verhindert, daß diese Idee praktisch verfolgt wurde.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steigerung der spezifischen Leistung auf konstruktiv einfache und, verglichen mit dem Effekt einfachen Zwangsumlaufes, relativ leistungsintensivere Weise zu erzielen. Dies wird bei dem eingangs genannten Siedewasserreaktor dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Reaktorkern feststeht und das Kühlmittel in ihm mit hoher Geschwindigkeit über ebenfalls feststehende Strömungsleitwände strömt, die so angebracht sind, daß das Kühlmittel die hohe Eigendrehbewegung erhält.
• Durch diese Bewegung trennen sich Dampf und Wasser unter dem Einfluß des Zentrifugalbeschleunigungsfeldes in wesentlich wirksamerer Weise als durch das Gravitationsfeld oder durch einfachen Zwangsumlauf. Der Dampf strömt in der Mitte des Zentrifugalfeldes in einem dünnen schlauchartigen Raum ohne große Widerstände ab, während die flüssige Phase des Kühlmittels nach außen geschleudert wird, d. h. bei rohrförmigen Brennelementen der bekannten heterogenen Reaktoren auf die beheizten Oberflächen.
• Durchläuft das Kühlmittel im wärmeerzeugenden Bereich relativ enge Kühlkanäle (wie bei Siedewasserreaktoren amerikanischer Bauart und bei russischen Druckwasserreaktoren, die ebenfalls inzwischen in Siedebetrieb genommen worden sind, seit mindestens 1955 bekannt), so sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung an sich bekannte Leitbleche in diesen Kühlkanälen vorgesehen, derart, daß durch die erzwungene schraubenförmige Strömung des Kühlmittels in den Kanälen sich die flüssige Phase an der Oberfläche der Brennelemente sammelt. Das einfachste Beispiel für solche Leitbleche wäre ein in sich gedrehter Blechstreifen.
• Bei Verwendung von körnigen suspendierten Betriebsstoffen strömt das reine Kühlmittel an der Außenwand des Kernbehälters tangential derart zu, daß die Wandflächen praktisch nur mit dem reinen Kühlmittel, nicht aber mit den suspendierten körnigen Betriebsstoffen in Berührung kommen. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlmittels so hoch gewählt wird, daß im zentral- abfließenden Kühlmittel durch die hohen dort auftretenden Zentrifugalbeschleunigungskräfte keine oder nur wenig körnige Betriebsstoffe enthalten sind.
• Zur Verbesserung der Regeleigenschaften des Reaktors gemäß der Erfindung kann es vorteilhaft sein, den Drehimpuls und damit die Wirksamkeit der Trennung von Dampf und Wasser in Abhängigkeit der Leistung zu steuern bzw. zu regeln. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Tangentialkomponente der Eintrittsgeschwindigkeit geändert wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Siedewasserreaktor, dessen Kühlmittel zum Zweck der wirksamen Abtrennung der gebildeten Dampfblasen von der flüssigen Phase innerhalb des Reaktorkerns einem Zentrifugalfeld ausgesetzt ist, in dem die Zentrifugalbeschleunigung durchweg um mindestens eine Größenordnung höher liegt als die Erdbeschleunigung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reaktorkern feststeht und das Kühlmittel in ihm mit hoher Geschwindigkeit über ebenfalls feststehende Strömungsleitwände strömt, die so angebracht sind, daß das Kühlmittel die hohe Eigendrehbewegung erhält.
2. 2. Heterogener Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, bei dem das Wasser durch Kühlkanäle strömt und in den Kanälen siedet, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Leitbleche für das Kühlwasser derart innerhalb dieser Kanäle angeordnet sind, daß durch die erzwungene schraubenförmige Strömung des Kühlmittels in den Kanälen sich die flüssige Phase an der Oberfläche der Brennelemente sammelt.
3. 3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einen Raum oder mehrere zylinderförmige Räume an deren Umfang mit einer starken Tangentialkomponente der Geschwindigkeit einströmt und aus dem unteren Teil desselben bzw. derselben in der Nähe der Rotationsachse abströmt.
4. 4. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von körnigen suspendierten Betriebsstoffen das reine Kühlmittel an der Außenwand des Kernbehälters tangential derart zuströmt, daß die Wandflächen praktisch nur mit dem reinen Kühlmittel, nicht aber mit den suspendierten körnigen Betriebsstoffen in Berührung kommen.
5. 5. Betriebsverfahren für einen Siedewasserreaktor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlmittels so groß gewählt wird, daß in dem am Boden zentral abgeführten Kühlmittel keine oder nur sehr wenige körnige Betriebsstoffe enthalten sind.
6. 6. Betriebsverfahren für einen Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zugefügte Drehimpuls - beispielsweise durch Änderung der Tangentialkomponente der Eintrittsgeschwindigkeit - in Abhängigkeit von der Reaktorleistung gesteuert oder geregelt wird.