DE1295720B - Siedewasserkernreaktor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Siedewasserkernreaktor Oberseite durch einen kreisförmigen Stahlgazeabschnitt mit H₂O oder D₂O sowohl als Kühl- als auch als abgeschlossenen, kegelstumpfförmigen Stahlgazekör-Moderatormittel, bestehend aus einem Druckgefäß, per besteht, der von einer Halterung getragen ist, die mit einem Dampfauslaß im oberen Teil und mit einer sich auf an der Innenwand des Druckgefäßes befestig-Vielzahl von darin zueinander parallel angeordneten, 5 ten Konsolen abstützt.

Brennelemente enthaltenden Kühlmittelrohren, die auf Nachstehend folgt eine Aufzählung von Merkmalen,

einer Tragplatte aufsitzen, durch die hindurch das die den oben beschriebenen Reaktor mit unterkühltem unter Druck in dem Raum unter der Tragplatte Flüssigkeitseinlaß von üblichen Siedewasserreaktoren befindliche Wasser frei von Dampf in die Kühlmittel- unterscheiden:

rohre einströmt, wobei die Tragplatte zugleich den io 1. Die Trennung des Kühlmittels in den Kühlmittel-Boden eines Moderatorbeckens bildet, in das der rohren von dem Moderatörwasser außerhalb der Reaktorkern völlig eintaucht und das Einlasse auf- Kühhnittelrohre ist so, daß die Hauptbremsung in dem weist, in die das rückströmende Kondensat einströmt. Wasser außerhalb der Kühlmittelkanäle stattfindet. Es wurde bereits ein Siedewasserkernreaktor yor- Das Wasser aus dem Moderatorraum wird über eine geschlagen, der mit einem zweiphasigen Kühlmittel- 15 außerhalb des Reaktorgefäßes verlaufende Schleife strom gekühlt wird und eine Qualitätseinlaßsteuerung gepumpt und fließt in den Kühlmitteleinlaß-Speicheraufweist, was bedeutet, daß am Eingang zu den raum unterhalb des Kerns zurück, von wo es dann in Kühlmittelkanälen Wasser und Dampf miteinander die Kühlmittelkanäle hineinfließt, gemischt werden. Bei dieser Anordnung bestehen 2. Es besteht ein kleines Verhältnis zwischen dem

gewisse Unzulänglichkeiten, die sieh aus der Not- 20 Volumen von Kühlmittel und Moderatormittel. Das wendigkeit von Pumpen für die mehrfache Umwälzung Verhältnis der Volumen von Kühlmittel und Modedes Dampfes, den dazugehörigen Turbinenantrieben rator Hegt im Bereich von 0,5 bis 1,0, während es bei und einer komplizierteren Druckgefäßbauart ein- üblichen Siedewasserreaktoren über 1,5 liegt, schließlich der Mischdüsen für den Zweiphasenkühl- 3. Der durchschnittliche Kühlmittel-Austrittsdampf-

mittelstrom und der notwendigen Steigerungen in den 25 gehalt beträgt mehr als 15 °/₀. Der Kühlmittel-Austritts-Erfordernissen für das Hilfsenergiesystem der Anlage dampfgehalt üblicher Siedewasserreaktoren ist auf ergeben. Werte unter 10 °/₀ begrenzt.

Ferner ist ein Siedewasserreaktor bekannt, bei dem . 4. Die Kühlmittel-Massengeschwindigkeiten betraeine Anzahl von bandähnlich ausgebildeten, mitein- genmehrals7,32-10^Gkg/h-ni².DieKühlmittel-Massenander verdrehten Brennelementen in Rohren angeord- 30 geschwindigkeiten üblicher Siedewasserreaktoren benet ist, und der die eingangs angegebenen Merkmale tragen im allgemeinen weniger als 4,88 · 10⁶ kg/h · m². aufweist. Hier wird in die vom Moderatorwasser 5. Zur Abscheidung von Dampf und Flüssigkeit

umgebenen, zur Dampferzeugung dienenden Rohre sind an jedem der einzelnen Kühlmittelkanäle raumdas Speisewasser am unteren Ende durch eine Düse sparende Feuchtigkeitsabscheidevorrichtungen angeeingespritzt, wobei gleichzeitig eine Ansaugung von 35 bracht. Mit Hilfe dieser Vorrichtungen wird der Moderatorwasser erfolgt und eine Moderatorwasser- Dampfgehalt auf etwa 99 % gesteigert. Der Rest der Strömung längs der Außenseite jedes Rohres bewirkt mitgeführten Feuchtigkeit wird durch im Inneren des wird, wodurch die Bildung von Dampf in dieser Zone Reaktorgefäßes angebrachte Drahtgaze entfernt. Bei verringert wird. Es wird dem Kern jedoch nur kaltes üblichen Siedewasserreaktoren wird eine außerhalb des Speisewasser zugeführt. 40 Reaktorgefäßes angeordnete Dampftrommel zum

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entfernen der Flüssigkeit aus dem Dampf verwendet. Siedewasserkernreaktor der eingangs erwähnten, be- Das niedrige Kühlmittel-Moderator-Verhältnis gemäß kannten Art, der vorstehend im einzelnen erörtert der Erfindung führt zu einem größeren Spielraum wurde, dahingehend zu verbessern, daß ein höherer zwischen den benachbarten Kühlmittelkanälen, so daß Wirkungsgrad erzielbar ist, indem eine Speisewasser- 45 der Einbau von Feuchtigkeitsabscheidern in die vorwärmung durchgeführt und der Reaktorkern mit einzelnen Kühlmittelkanäle erleichtert wird, warmem Moderatorwasser gespeist wird. Ein wesentlicher Betriebsvorteil des nebelgekühlten

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem ReaktorsmitunterkühltemFlüssigkeitseinlaßgegenüber Siedewasserkernreaktor der eingangs angegebenen Art üblichenSiedewasserreaktorenistdieweitgehendverrindadurch gelöst, daß das. Moderatorbecken, über eine 50 gerte Möglichkeit des Auftretens kombinierter nukleaaußerhalb des Reaktordruckgefäßes verlaufende, Pum- rer und hydrodynamischer Unstabilitäten. BeiKühlmitpen enthaltende Leitung direkt mit dem Raum unter tel-Massengeschwindigkeitenunter 4,88 ■ 10⁶kg/h · m², der Tragplatte in Verbindung steht. wie sie bei Siedewasserreaktoren vorliegen, tritt

Dabei empfiehlt es sich im Interesse einer guten bei Dampfgehaltssteigerung ein Übergang von Montierbarkeit des Reaktors, daß die Kühlmittelrohre 55 gleichmäßigem Blasenstrom auf ungleichmäßigen, als herausnehmbare Kerneinheit ausgebildet sind. trägen oder stockenden Strom auf. Dieser Strömungs-

Besonders günstige Ergebnisse lassen sich dadurch Betriebszustand ist durch hohe Schwankungen in dem erzielen, daß der Dampf gehalt des die Kühlmittelrohre Dampfvolumen-Anteil gekennzeichnet. Diese Schwanverlassenden, teilweise verdampften Kühlmittels min- kungen, kombiniert mit der starken Abhängigkeit der destens 15% beträgt und das Volumenverhältnis 60 Reaktivität von dem den üblichen Siedewasserzwischen dem im Raum unter der Tragplatte befind- reaktoren eigenen Blasengehalt, führen zu unstabiler, liehen Kühlwasser und dem im Moderatortank befind- schwankender Leistungsabgabe. Der Kühlmittel-Äuslichen Moderatorwasser im Bereich von 0,5 bis 1,0 trittsdampfgehalt ist somit bei den üblichen Siedeliegt. wasserreaktoren zum Verhüten dieses unstabilen

Im einzelnen läßt sich der Siedewasserkernreaktor, 65 Zustandes auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert falls er im oberen Abschnitt des Druckgefäßes mit begrenzt. Bei einem niedrigen Verhältnis der Volumen einem Wasserabscheider versehen ist, zweckmäßig in von Kühlmittel und Moderatormittel ist jedoch die der Weise ausbilden, daß dieser aus einem an seiner Erzielung hoher Kühlmittel-Massengeschwindigkeiten

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sowie der unmittelbare Übergang auf den stabileren Kerneinheit 40, die den durch die strichpunktierte

Nebelstrom-Betriebszustand und somit die Über- Umrißlinie 41 angedeuteten reaktiven Kern des Reak-

brückung des Bereiches der Strömungs-Unstabilität tors 10 enthält. Die Inneneinrichtung 40 besteht aus

einer trägen und stoßweisen Strömung möglich. einem Kern-Ausziehrohr oder -Zylinder 42, das bzw..

Nukleare Berechnungen zeigen, daß ein nebel- 5 der an der Unterseite durch eine kreisrunde Rohrgekühlter Reaktor mit unterkühltem Flüssigkeits- platte 44 und an der Oberseite durch eine massive eintritt negative Reaktivitäts-Blasen und -Leistungs- kreisrunde Gitterplatte 46 verschlossen ist. Die Ko'nkoeffizienten (prozentuale Veränderung der Reaktivi- sole 36 und die Gitterplatte 46 sind miteinander so tat im Verhältnis zur prozentualen Veränderung des verbunden, daß Wasserdurchfluß dazwischen verKern-Dampfvolumenanteils bzw. prozentualen Ver- io hindert wird. Die Kerneinheit 40 enthält die den änderung der Reaktorleistung) von etwa einer Größen- Bereich 41 des Reaktorkerns 40 einnehmenden spaltordnung kleiner aufweist als die üblicher Siedewasser- baren Brennstoffelemente des Reaktors 10, die in reaktoren. Diese niedrigen Reaktivitätskoeffizienten Kühlmittelrohren oder -kanälen 48 verlaufen, die so verringern ferner die Möglichkeit des Auftretens angeordnet sind, daß sie eine kritische Reihe bilden, unstabiler Schwankungen in der Leistung. 15 die, wie dem Fachmann bekannt, für das Auftreten

Diese dem nebelgekühlten Reaktor mit Flüssigkeits- der Kernspaltungsreaktion erforderlich ist. Die Gittereintritt eigene höhere Stabilität äußert sich im Vergleich platte 46 und die Rohrplatte 44 sind mit den für das zu üblichen Siedewasserreaktoren, die ein ähnliches Anbringen einer Vielzahl von Brennstoff-Kühlmittel-Einkreislauf-Siedewassersystem haben, in einer bedeu- rohren 48 und zur Steuerung der Kernspaltungstenden Energiekostenersparnis auf Grund der ver- 20 reaktion verwendeten Regelstäben 52 notwendigen ringerten Kosten für Pumpen für die mehrfache Öffnungen versehen. Zum Zwecke der Darstellung sind Flüssigkeitsumwälzung, für die Berohrung, die Ventile nur ein einziges Brennstoff-Kühlmittelrohr oder ein und des verringerten Hilf senergiebedarfs für die einziger Brennstoff-Kühlmittelkanal 48 und ein einAnlage. Bei üblichen Siedewasserreaktor-Bauarten ziger Regelstab 52 in der Kerneinheit 40 des Reaktors machen Stabilitätsrücksichten häufig die Verwendung 25 10 nach F i g. 1 angeordnet dargestellt. Jeder Regeleines Kraftwerk-Doppelkreislaufs an Stelle des ein- stab 52 ist zu einem nachstehend näher zu beschreibenfachen unmittelbaren Kreislaufs erforderlich. Beim den Zweck mit einem Hebeknopf 53 versehen. Jedes Vergleich mit dieser Kraftwerksbauart ist der wirt- Brennstoff -Kühlmittelrohr 48 besitzt an seinem Ausschaftliche Vorteil des nebelgekühlten Reaktors mit gang seinen eigenen Dampfabscheider 49. Eine mehr Flüssigkeitseintritt noch größer. Weitere Kosten- 30 ins einzelne gehende Beschreibung der Brennstoff- und ersparnisse ergeben sich aus einem höheren Wirkungs- Regelelemente erfolgt später.

grad bei einem gegebenen Reaktorbetriebsdruck und Den Ausziehzylinder 42 umgibt eine Vielzahl zylin-

einer niedrigeren Kapitalanlage, da kein zweiter drischer Wärmeabschirmungen 54 und 56, die, wie

Niederdruck-Dampf generator und keine zweite Dampf- dargestellt, von der Konsole 36 gestützt werden. Eine

schleife für die Turbine erforderlich sind. 35 mit Öffnungen 62 versehene Ringplatte 58 erstreckt

Eine Ausführungsform des oben beschriebenen sich von dem Kernzylinder 42 aus, um zum Stützen Siedewasserkernreaktors wird an Hand der Zeichnung der Wärmeabschirmungen 54 und 56 an ihrer Obernäher beschrieben. Es zeigt Seite beizutragen. Die Wärmeabschirmungen 54 und 56

F i g. 1 eine Seitenansicht des oben beschriebenen sind mit Öffnungen 64 und 66 versehen, während der

Kernreaktors im Schnitt, 40 Ausziehzylinder 42 mit Öffnungen 68 versehen ist, um

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1, zu ermöglichen, daß über die Stutzen 34 eintretendes

F i g. 3 eine Einzelheit eines Schnittes nach der Wasser die Räume zwischen diesen Wärmeabschir-

Linie 3-3 in Fig. 1, mungen ausfüllen und in das Innere des Zylinders42

Fig. 4 a und 4b detaillierte Ansichten eines gelangen kann.

typischen Brennstoffkühlmittelrohrs, im Längsschnitt, 45 Wie in F i g. 2 und 3 gezeigt, enthält die Kern-

und einheit 40 ein Bündel aus Brennstoff-Kühlmittel-

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines den kanälen 48 mit zwischen diesen verteilt angeordneten

nebelgekühlten Reaktor nutzenden Kraftwerks. Regelstäben 52. Jeder der Regelstäbe besteht aus

In F i g. 1, 2 und 3 ist eine bevorzugte Aus- mindestens einem Hohlrohr 52a mit drei sich von

führungsform des oben beschriebenen Reaktors 10 50 diesem aus (radial nach außen) erstreckenden Flügeln

veranschaulicht, der aus einem zylindrischen Druck- 52 b. Die Gitterplatte 46 ist mit einer Vielzahl von

gefäß 12 mit einem halbkugeligen Bodenabschnitt 14 Öffnungen 47, durch die das Wasser hindurchfließen

und einem Deckel 16 besteht. Der Deckel 16 ist mit kann, und mit Durchbrüchen 72 und 74 versehen, in

einem Flansch 18 versehen, der gegen einen Flansch 22 denen die Kühlmittelkanäle 48 bzw. die Regelstäbe 52

des Druckgefäßes 12 so angelegt wird, daß zum 55 angeordnet werden können.

Abdichten der Oberseite des Reaktors 10 eine Vielzahl Nach F i g. 1 ist der obere Abschnitt des Druck-

von Bolzen 24 verwendet werden kann. Der Boden- gefäßes 12 mit einer Wasserabscheidevorrichtung 76

abschnitt 14 des Reaktorgefäßes 12 ist mit zwei versehen, die aus einer an ihrer Oberseite durch einen

Wassereinlaßstutzen 26 versehen. Die Seitenwand des kreisrunden Stahlgazeabschnitt 82 abgeschlossenen

Druckgefäßes 12 ist mit vier Trockendampf auslassen 60 kegelstumpfförmigen Stahlgaze 78 bestehen kann, die

28 unmittelbar unterhalb des Flansches, zwei Mode- von einer ringförmigen Halterung 84 getragen wird, die

ratorwasser-Auslässen 32 im mittleren Bereich des ihrerseits auf Platten 85 ruht. Der Zweck dieser Anord-

Druckgef äßes 12 und vier Moderatorwasser-Einlässen nung besteht in der Abscheidung weiteren Wassers aus

34 unmittelbar oberhalb des Bodenabschnitts versehen. dem Dampf, so daß praktisch völlig trockener, die

Im Inneren des Druckgefäßes 12, unmittelbar unter- 65 Abscheidevorrichtung 76 verlassender Dampf durch

halb der Wassereinlaßstutzen 34, ist eine durch die Stutzen 28 austritt.

Platten 38 gestützte ringförmige Konsole 36 vor- Der Pegelstand des Wassers in dem Reaktor 12

gesehen. Die Konsole 36 trägt die herausnehmbare liegt, wie in F i g. 1 dargestellt, bei 86. Die Ver_

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■,stellung jedes Regelstabes 52 erfolgt durch einen bezeichnet wird, wird im Inneren der Kanäle 48 zu? Regelstabmechanismus 88, der durch einen Stab 93 Nebel und gelangt durch die Brennstoff-Kühlmitteldurch eine Verbindungsstabbuchse 92 hindurch ber kanäle 48 über den Dampfabscheider 49 nach außen, festigt ist, die sich durch den Boden des Reaktors 10 Der Dampf wird durch die Stahldrahtgaze 76 weiter nach oben erstrecken und mit dem dargestellten 5 getrocknet und tritt als Trockendampf über die ;Regelstab 52 verbunden sind. Diese Anordnung ermög- Stutzen 28 aus, um zur Energieerzeugung oder sonstlicht das uneingeschränkte Ersetzen von (ausgebrann- wie verwendet zu werden,

tem) Brennstoff sowie die Instandhaltung bei abge- Es sei bemerkt, daß das über die Stutzen 34 ein-

nommenem Deckel 16. Der Stab 93 endet an seiner tretende Moderatorwasser die Räume zwischen den .Oberseite in einem Hebeknopf 53. Von dem Regel- io Wärmeabschirmungen 54 und 56 ausfüllt, über die stab 52 aus erstrecken sich Flügel 52 b von einer Stelle Öffnungen 66, 64 und 68 in die Kerneinheit 40 einunmittelbar oberhalb der Gitterplatte 46 aus. Das dringt und somit nicht nur die Räume um den Kern 40, neutronenabsorbierende oder verseuchte Material in sondern auch um die Kühlmittelrohre 48 und um die dem Regelstab 52 wird von den Flügeln SIb gehalten, Regelstäbe herum bis zu der mit 86 bezeichneten Höhe so daß ein Anheben des Regelstabes 52 bewirkt, daß 15 ausfüllt. Das Moderatorwasser gelangt durch die in -weniger Neutronen absorbiert werden und somit, wie der Gitterplatte 46 vorgesehenen Öffnungen 47 nach .dem Fachmann geläufig, der Spalrungsprozeß ein- oben. Es sei bemerkt, daß das Moderatorwasser im geschränkt wird. Inneren der Kerneinheit 40 stets von dem Kühlwasser-

. Fig. 4 a und 4b veranschaulichen die Einzelheiten strom getrennt ist.

der in den Brennstoff-Kühlmittelkanälen 48 angeord- ao Die Steuerung oder Überwachung des Reaktors 10 ineten Brennstoffelemente, In jedem Brennstoff-Kühl- erfolgt mit Hilfe der Regelstäbe 52. Der in Fi g. 1 mittelkanal 48 ist ein Bündel aus aus UO₂ gefertigten dargestellte Regelstab 52 befindet sich in seiner •Stäben 212 enthalten. Jeder der Stäbe 212 ist mit einer untersten Stellung (Reaktor stillgelegt). Der Mechanisgeeigneten Hülle aus rostfreiem Stahl verkleidet. Der mus88 bewegt den Regelstab 52 nach oben zum Abstand zwischen den Stäben 212 wird mit Hilfe von 25 Ermöglichen des Betriebes und der Regelung des (nicht dargestellten) um jeden Brennstoffstab herum- Reaktors 10. Zum Herausnehmen des Regelstabes •gewickelten schraubenlinienförmig verlaufenden Dräh- wird dieser von dem Mechanismus 88 gelöst und bei •ten beibehalten, die, wie dem Fachmann bekannt, bei abgenommenem Deckel 16 mit Hilfe des Hebe-•überwachter Spannung in dem Draht auf die Rohr- knopf es 53 durch die Oberseite des Druckgefäßes endkappen 214 und 216 geschweißt sind. Das gesamte 30 herausgehoben.

Stäbebündel ist in gleicher Weise mit einem (nicht In F i g. 5 ist ein diese Reaktorbauart verwendendargestellten) Draht umwickelt, der dazu dient, das des Kraftwerk dargestellt, das aus einem Reaktor 10, ;Stäbebündel in dem Kühlmittelrohr 48 zentriert zu einer Dampfturbine 102 mit einem Hilfsgenerator 104, ehalten. Die Brennstoffelemente 212 werden über die einem Kondensator 106, Speisewasserpumpen 106a 'obere Brennstoffstabhalterung 217, durch eine obere 35 und 112 und einem Luftabscheider 114 besteht. Auch Haltebuchse 219 und einen Hebeknopf 220 gehalten. sind die üblichen Zwischenkühler 116,118,122 und 124 Die Buchse 219 ist an einem Zylinder 221 befestigt, der vorgesehen. An verschiedenen Verdichtungsstufen der auf einem Absatz 48 a des Kanals 48 ruht. Die Unter- Turbine 102 wird Dampf abgezapft, der, wie schemaseite der Brennstoff elemente 212 wird mit Hilfe der tisch dargestellt, in den Zwischenkühlern zum Zuführen unteren Brennstoffstabhalterung 222 gehalten, die im 40 des vorgewärmten Speisewassers als Einlaßmoderator-Inneren einer herausnehmbaren Buchse224.angeord- wasser verwendet wird. Die aus den Stutzen32 nach net ist. Das flüssige Wasserkühlmittel fließt durch die Fig. 1 austretende Moderatorflüssigkeit wird über Kanäle aufwärts, wobei es die Wärme aus den Brenn- eine Pumpe 126 über die Stutzen 26 zu dem Speicherstoffelementen 212 mitführt und zum Bilden des vor- raum 15 zurückgeleitet, um in den Kanälen 48 als stehend erörterten Nebels teilweise verdampft wird. 45 Kühlmittel verwendet und in dem Reaktor 10 in Nebel Die Oberseite^des Kanals 48 endet in einer Kappe umgewandelt zu werden. In Fig. 5 sind die ver- .231 mit einer Öffnung 232, in die eine mit spiral- schiedenen Parameter, Temperaturen, Drücke und förmigen Rippen oder Flügeln versehene Düse 234 sonstigen Zustände des Stromes für die veranschaulichte eingeschraubt ist, um den Nebel in radialer Richtung und beschriebene spezifische Ausführungsform direkt austreten zu lassen. Zwei oder mehr perforierte 50 angegeben.

zylindrische Abschirmungen 236 und 238 sammeln die ■ Weitere spezifische Einzelheiten dieser besonderen Feuchtigkeit, während über eine Düse 242 Trocken- Reaktorbauart sind in den Tabelle I und II angegeben, dampf austritt. Die vorstehend beschriebenen Teile In dem beschriebenen Reaktor wird ein Kühlmittelbilden den vorerwähnten Feuchtigkeitsabscheider 49, Moderatormittel-Volumenverhältnis von weniger als der durch jedes beliebige geeignete Mittel in seiner 55 etwa 0,7 im Vergleich zu etwa 1,9 für den in Band 1 richtigen Lage festgelegt werden kann. des durch die IAEA ausgegebenen, 1959 veröffentlieh-

Beim Betrieb des Reaktors 10 tritt Wasser durch die ten »Directory of Nuclear Reactors« beschriebenen Stutzen 34 ein und fließt um die Kühlmittelkanäle 48 Dresden-Reaktor beibehalten. Bei dem verringerten herum nach oben durch die Regelstäbe 52 hindurch Kühlmittel-Moderatormittel-Volumenverhältnis ist die ,und füllt den Reaktor 10 bis in Höhe von 86. Dieses 60 Erzielung hoher Kühlmittel-Massengeschwindigkeiten Wasser wirkt für den Kernbrennstoff in der Kern- und folglich die Überbrückung des Bereiches der einheit 40 vorwiegend als Moderator und wird somit Strömungsunstabilität des trägen und stoßweisen als Moderatorwasser bezeichnet. Das über die Stutzen Stromes durch unmittelbaren Übergang auf die 32 austretende Wasser wird dann nach unten durch die stabilere Nebelstrom-Betriebsart möglich. Auf Grund Stutzen 26 in den Speicherraum 15 geleitet, so daß es, 65 des verhältnismäßig niedrigen Kühlmittel-Moderatorwie durch den Pfeile angedeutet, in die Brennstoff- mittel-Volumenverhältnisses entspricht ein gegebener Kühlmittelrohre 48 eintritt. Dieses Wasser, das für Kern-Blasenanteil einem viel höheren durchschnittden Reaktor 10 als Kühlmittel wirkt und als solches liehen Dampfvolumen-Anteil in dem Kühlmittel und

dem gleichen Blasenanteil in dem üblichen Siedewasserreaktor. Beispielsweise würde für ein Kühlmittel-Moderatormittel-Volumenverhältnis von 0,6 ein durchschnittlicher Blasenanteil von 0,09 erzielt werden, was einem durchschnittlichen Dampfvolumenanteil entspricht, der mehr als das Dreifache des beim Dresden-Reaktor auftretenden ist. Deshalb würde eine in Blasen ausgedrückte Gesamtreaktivitätsmenge einen Betrieb mit viel höherem Kühlmittel-Austrittsdampfgehalt in einem nebelgekühlten Reaktor mit Flüssigkeitseinlaß als in üblichen Siedewasserreaktorbauarten ermöglichen. Folglich wird durch den vorstehend beschriebenen Reaktor ein Kühlmittelkanal-Austrittsdampfgehalt von 15% oder mehr erzielt.

Es liegt also ein nebelgekühlter Kernreaktor vor, bei dem ein Austrittsdampfgehalt von mindestens 15% ^un<i mehr erzielt werden kann und bei dem niedrigere Kühlmittel-Moderator-Volumenverhältnisse verwendet werden. Der oben beschriebene Reaktor ist ein Reaktor, bei dem die Kühlmittel-Massengeschwin- ao digkeit auf einem verhältnismäßig hohen Wert gehalten wird, der einen unmittelbaren Übergang von Blasenstrom auf Nebelstrom ermöglicht, ohne die Betriebsart mit trägem Strom durchführen zu müssen. Somit ist der Austrittsdampfgehalt erheblich höher als der der as bisher bekannten Siedewasserreaktorbauarten, so daß folglich eine bedeutende Verringerung der Wasserumwälzung mit dem Ergebnis erzielt wird, daß wesentliche Einsparungen bei der Umwälz-Hilfsausrüstung und in der Kapitalanlage bewirkt werden. Wie in den in den vorerwähnten Tabellen I und II gegebenen vorläufigen Daten des oben beschriebenen Reaktors angegeben, schätzt man für das oben beschriebene Reaktorkraftwerk gegenüber einem Siedewasserreaktor mit einem einzigen unmittelbaren Kreislauf eine potentielle Energieerzeugungs-Kostenverringerung von 0,06 bis 0,12 Pfennig pro Kilowattstunde.

Tabelle I

Netto-Energieabgabe
Brennstoffelement ...

Anzahl Stäbe pro Bündel

Brennstoffmaterialdurchmesser

Umhüllung

Werkstoff

Dicke

Außendurchmesser ,

Bündelzwischenraum

Ummantelungsrohr

Werkstoff

Dicke

Innendurchmesser

Kernhöhe

Kerndurchmesser

Durchschnittliche Kühlmitteldichte,

bei Vollast

bei Nulleistung

Kühlmitteldruck

Moderatortemperatur

Moderator-Brennstoff-Verhältnis

VM/VU_n*)

Brennstoff anreicherung a/o U²³⁶

300MW UO₂

(Stäbe in Kreisanordnung)

19

10 mm

Zr-2

0,64 mm

11.4 mm 1,3 mm

Zr-2

1,3 mm

63.5 mm 3522 mm 3050 mm

40

45

Anfangsbetriebsdaten

P
ε

0,86

0,81

1,037

1,640

1,185

2,2% 1,159

1,19

0,40 g/cm^s 0,77 g/cm⁸ 70,3 ata 265⁰C

1,3 1,6

η

k 00

Leckverluste

keff

F, Wärmefluß an der Bündeloberfläche/durchschnittlier Fluß im

Brennstoff

Auswirkungen der Kühlmitteldichte auf die Reaktivität Ak/k Kaltgeflutet/Warmgeflutet**) ... -0,008

Warmgeflutet/Vollast —0,005

Vollast/100%-Dampfgehalt -0,0055

Erforderliche Regelung A k\k 17,8 %

Notwendige Abschaltreaktivität

AkIk 3,0%

*) Mit leerem Kühlmittelkanal.

**) Schließt den Doppler-Effekt und Neutronentemperaturveränderungen ein.

Tabelle II	968 MWt
Energie-Kreislaufbedingungen	314MW0 ;
Reaktor-Gesamtenergie	280°C
Elektrische Netto-Energie	67,14 ata :
Turbinen-Reglertemperatur ...	32,4 V0
Turbinen-Reglerdruck	1,62 · 106 kg/h
Kraftwerk-Nettowirkungsgrad
Gesamtdampffluß
Reaktorbeschreibung	3050 mm
Aktiver Äquivalent	3518 mm
durchmesser
Aktive Höhe
Gitterdaten	Sechseckig
(mit Brennstoff beladen)	78,7 mm
Gitteranordnung
Gitterzwischenraum	1250
Gesamtzahl der Gitterpositionen	19
für Brennelemente
Stäbe pro Bündel
Kühlmittelkanal-Innendurch-

55

60

messer

Kühlmittelkanal-Wanddicke

Kühlmittelkanal-Werkstoff . Brennstoffelement

Brennstoffsubstanz

Anreicherung a/o U⁸⁸⁸

Brennstoffelementgeometrie

Umhüllungsmaterial

Umhüllungsdicke

Außendurchmesser

Aktive Länge

Reaktorsteuerung

Steuerungs verfahren

Anzahl der Regelstäbe

Form der Regelstäbe

Effektive Länge
Antriebsart ...

63 mm 1,3 mm Zr-2

OU₂

1,6 Stab Zr-2

0,75 mm 11,4 mm 3518 mm

Borstahlstäbe 109

senkrecht stehendes Rohr mit drei in Längsrichtung verlaufenden, um 120° zueinander versetzten, 53 mm breiten Flügeln 3518 mm elektromechanisch

909 539/27

9 10

Betriebsdaten
Wärmeübertragung und Strömungsmittelfluß

Reaktorkühlmittel Zweiphasenstrom

Energie/Kühlmittel 900 MW_t

Kühlmittel-Austrittstemperatur 283⁰C

Kühlmittel-Einlaßunterkühlung (Gleichmäßig) 15,8 kcal/kg

Kühlmittel-Austrittsdampf gehalt (Mittelwert) 15,0 %

Kühlmittel-Austrittsdampf gehalt (Nennleistung) 22,4 °/₀

Kühlmittel-Einlaßdruck 70 ata

Kühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit 11,6 · 10^e kg/h

Maximale Kühlmittelgeschwindigkeit im Kern 13,7 m/s

Durchschnittlicher Wärmefluß im Kern 23,9 kcal/h · cm²

Maximaler Beharrungs-Kernwärmefluß 90,2 kcal/h · cm² (¹J

Maximale Beharrungs-Brennelementmittentemperatur 375° C (²)

Maximale Umhüllungsoberflächentemperatur 293° C

Minimales Wärmefluß-Abbrand-Verhältnis >1,45 (³)

Minimales Enthalpie-Abbrand-Verhältnis >l,50

Maximaler Wärmefluß (einschließlich 15% Energieausgleich) an der Stelle minimalen

■ Abbrandverhältnisses) 81,9 kcal/h · cm² (^s)

Abbrandwärmefluß an der Stelle minimalen Abbrandverhältnisses >118,5 kcal/h · cm² (^s)

. Maximale Kühlmittel-Massengeschwindigkeit (Nennwert) 7,289 · 10^e kg/h · m²

Durchschnittliche Kühlmittel-Massengeschwindigkeit 7,289 · 10« kg/h · m^a

Durchschnittliche Kernenergiedichte in kWj/cm³ des Kerns 0,03781

Spitzen/Durchschnittenergie-Verhältnis (Nennwert) 2,63

Energie/Moderator 7%

Durchschnittliche Moderatortemperatur 268°C (^x)

Kern-Druckabfall ~2,8 ata (⁴)

P) Enthält eine Toleranz für den Gesamt-Kernenergiespitzenfaktor von 3,13 (basiert auf dem maximalen axialen Spitzenfaktor von 1,88) zuzüglich des Beharrungszustands-Spitzenlastpunkt-Faktors von 1,20.

(*) Basiert auf einer UO₂-Wärmeleitf ähigkeit von 3,59 kcal/h · cm ° C.

(*) Enthält eine Toleranz für einen geeigneten Nenn-Kernenergiespitzenwert zuzüglich eines Gesamt-Spitzenlastpunktfaktors

von 1,38. Der Abbrandwärmefluß an der Stelle minimalen Abbandverhältnisses entspricht dem durch die verschiedenen Spitzenlastpunktfaktoren und Unsicherheitsfaktoren der Kanalüberhitzung bestimmten gestörten Strömungsbedingungen im heißesten Kanal.

(⁴) Enthält eine Toleranz für Brennstoffelement-Abstandsstücke und -Stirnplatten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Siedewasserkernreaktor mit H₂O oder D₂O sowohl als Kühl- als auch als Moderatormittel, bestehend aus einem Druckgefäß, mit einem Dampf auslaß im oberen Teil und mit einer Vielzahl von darin zueinander parallel angeordneten, Brennelemente enthaltenden Kühlmittelrohren, die auf einer Tragplatte aufsitzen, durch die hindurch das unter Druck in dem Raum unter der Tragplatte befindliche Wasser frei von Dampf in die Kühlmittelrohre einströmt, wobei die Tragplatte zugleich den Boden eines Moderatorbeckens bildet, in das der Reaktorkern völlig eintaucht und das Einlasse aufweist, in die das rückströmende Kondensat einströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Moderatorbecken über eine außerhalb des Reaktordruckgefäßes (12) verlaufende, Pumpen (126) enthaltende Leitung direkt mit dem Raum (15) unter der Tragplatte (44) in Verbindung steht.

2. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch I₅

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (48) als herausnehmbare Kerneinheit (40) ausgebildet sind.

3. Siedewasserkenreaktornach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfgehalt des die Kühlmittelrohre (48) verlassenden, teilweise verdampften Kühlmittels mindestens 15% beträgt und das Volumenverhältnis zwischen dem im Raum (15) unter der Tragplatte (44) befindlichen Kühlwasser und dem im Moderatortank befindlichen Moderatorwasser im Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.

4. Siedewasserkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem im oberen Abschnitt des Druckgefäßes angeordneten Wasserabscheider* dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem an seiner Oberseite durch einen kreisförmigen Stahlgazeabschnitt (82) abgeschlossenen kegelstumpfförmigen Stahlgazekörper (78) besteht, der von einer Halterung (84) getragen ist, die sich auf an der Innenwand des Druckgefäßes (12) befestigten Konsolen abstützt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen