DE1514540A1 - Waermeschirm an Kern-Reaktoren - Google Patents

Waermeschirm an Kern-Reaktoren

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DE1514540A1
DE1514540A1 DE19651514540 DE1514540A DE1514540A1 DE 1514540 A1 DE1514540 A1 DE 1514540A1 DE 19651514540 DE19651514540 DE 19651514540 DE 1514540 A DE1514540 A DE 1514540A DE 1514540 A1 DE1514540 A1 DE 1514540A1
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Claude Gerard
Fernand Lamproye
Henri Piron
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    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
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    • G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/22—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of a fluid or fluent neutron-absorbing material, e.g. by adding neutron-absorbing material to the coolant
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Description

Patentanmeldung
Societe Anglo-Belge Vulcain S.A., 35, rue des Colonies, Brüssel (Belgien)
Wärmeschirm an Kern-Reaktoren.
Die Erfindung betrifft Kern-Reaktoren, welche einen "Wärmeschirm" tragen und bei denen mindestens ein Strömungskreislauf von einem Strömungsmittel oder von einer , Flüssigkeit durchlaufen oder durchströmt wird, welche teilweise oder gänzlich mindestens auf einem Teile oder in einem Teilbereiche ihres Kreislaufweges in flüssigem Zustande ist.
Dieses, Strömungsmittel kann von Natur generell irgendwie geartet sein, und seine Rolle kann beispielsweise diejenige des Kühlens und/öder des Moderierens und/oder des Reflektierens und/oder der Strömungsregelung oder der Regelströmung sein und/oder eine Zwischenflüssigkeit, oder es kann ein Zwischenmittel für den Hitze- oder "Wärmetransport oder die Wärmeübergänge (-Übertragung) sein, ohne daß diese Auf- ' zählung limitativ oder beschränkt wäre. Für die Klarheit der · Erläuterung der Beschreibung wird dieses Strömungsmittel im
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folgenden "Primärmedium" genannte: werden, ohne daß die Benutzung dieses Auedruokes bezüglich dessen, was im vorangehenden präzisiert wurde, eine Beschränkung mit sich brächte irgendwelcher Art.
Unter dem Ausdruck "Wärmeschirm" ist ein Schirm zu verstehen, der aus einem Material gebildet, welches eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt, und in der Nähe des Reflektors des Reaktor-Herzens angeordnet ist. Die Funktion dieses Schirms ist es, den größten Teil der Energie zu absorbieren, die von der von dem Herz ausgesandten Strahlung herrührt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im einzelnen auf Kern-Reaktoren, bei denen die Behandlung der Primärflüssigkeit ein Sieden mit sich bringt. Unter dem Ausdruck "Behandlung" versteht man jede Operation, welche es gestattet,rGehalt (Anteil) der Primärflüssigkeit an in' diese}* gelösten oder suspendierten Materialien oder Stoffen zu steuern oder zu kontrollieren. Diese Materialien oder Stoffe können von einer generell beliebigen Natur sein und im besonderen Unreinheiten (Verunreinigungen^ Korrosionsprodukte, neutronenschluckende (neutrophage) Substanzen, Radiolyse-Produkte, gelöste Gase, Regulatoren des pH-Wertes (pH-WertrEegelmittel) etc. bedeuten oder sein.
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Die vorliegende Erfindung besteht in einem Wärme-ά Bohirm für Kern-Reaktoren, umfassend ein Primärmedium, dessen Bearbeitung oder Behandlung ein Sieden mit sich bringt, und kennzeichnet sich dadurch, daß das Sieden eich in dem genannten Wärmeschirm vollzieht.
Gemäß der Erfindung kann man im Wärmeschirm freigemachte Wärmeenergie verwenden, um eine von dem Primärmedium abgezweigte Fraktion (Teilmenge, Teilstrom) zu verdampfen. Zu diesem Zwecke sind dde den Wärmeschirm bildenden Materialien dergestalt angeordnet, daß sie eine oder mehrere Eiahüllungen oder Kammern bilden, in denen eich dieses Sieden vollzieht (im folgenden "Kocher" genannt). Die Anzahl, die Dimensionen und die Form die.ser ^Umhüllungen oder Kammern können generell beliebig sein. Die Punktion des Kochers ist eine doppelte: Das Gefäß (Reaktorbehälter) gegen Strahlen zu sichern
der
und den Übergang/Tn seinen Wänden freigemachten Wärme zu dem im Kocher verdampften Primärmedium zu bewirken. Der Kreislauf oder Strömungskreis, in welchem sich das Sieden vollzieht, ist im wesentlichen von einem Kocher und von Leitungen gebildet, welche diesen letzteren (Kocher) mit dem Hauptkreislauf des Primärmediums,verbinden; sie (die Leitungen) dienen einerseits dazu, flüssiges Primärmedium aus dem Hauptstrom abzuzweigen, andererseits dazu,dieses (abgezweige) Primärmedium in (jetzt) dampfförmigem Zustand in den Hauptstrom zurück-
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zuleiten.
Gemäß 8er Erfindung kann der Kreislauf mit einer . Umhüllung oder Kammer versehen sein, welche in ihrem unteren Teil eine flüssige Masse (Menge) des Primärmediums und in ihrem oberen Teil einen Dampf oder eine Mischung Gas-Dampf trägt, wobei die Zwischenschicht zwischen dem Flüssigen und dem Dampf oder der Mischung Gas-Dampf durch eine flüssige horizontale Schicht gebildet wird, deren Niveau sich oberhalb des Scheitels des thermischen oder Wärmeschirms befindet. Der Kocher wird dann von dem unteren Teil der genannten Kammer her gespeist, während der in dem Kocher erzeugte Dampf in den oberen Teil dieser Kammer geführt wird.
.Die Beheizung der im Kocher enthaltenen Flüssigkeit kann mit Hilfe von Heizelementen bewirkt werden. Diese letzteren können - durch irgendwelche bekannten Mittel beheizt/TSie können beispielsweise umfassen elektrische Widerstandsheizungen oder von einer Heizflüssigkeit durchflossene Rohre sein, deren Temperatur höher ist als die Sättigungstemperatur der Primärflüssigkeit. Die Heizelemente können auch solche Materialien umfassen, die durch die vom Kern ausgesandten Strahlen geheizt werden, oder auch Kern-Brennstoff-Elemente sein, die örtlich im Kocher angeordnet und einem Neutronenflux, der vom Kern kommt, ausgesetzt sind.
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Das Sieden im Kocher vollzieht sich bei der Temperatur 3Js- der Sättigung des korrespondierenden Strömungsmittels bei einem dem Ümxmtmm&BX, Totaldruck des Primärmediums im Hauptkreislauf im wesentlichen gleichen Druck.
Damit ein Sieden an lokaler Stelle in einem Kreislauf möglich ist, muß man eine Kältequelle anordnen, welche den gebildeten Dampf kondensiert und so den MHK Totaldruck, der innerhalb dieses Strömungs-
mediums herrscht, im wesentlichen gleich dem Sättigungsdruck bei der Temperatur des Strömungsmediums aufrechterhält. Die Kältequelle kann jegliche thermische Masse von einer Temperatur sein, die geringer'ist als Ts. Diese thermische Masse kan beispielsweise durch einen Kondensator gebildet sein, dessen Kühlmittel außerhalb des Reaktors sein würde.
Im folgenden ist anhand der Zeichnung ein nicht beschränkendes Beispiels der Erfindung gegeben.
Es zeigen
Pig. 1 und 2 in schematischer Weise die Kreisläufe gemäß der Erfindung,
Fig. 3 in schematischer Weise einen Kern-Reaktor, versehen mit einem Wärmeschirm gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist das Bezugszeichen 1 das Herz eines von einem Primärmedium durchströmten Kernreaktors, dessen Zirkulation oder Kreislauf durch die Pfeile 2 verdeutlicht ist. Der'Primärkreislauf wird·gebildet durch das Herz 1, den Wärmetauscher 3 und eine Umwälz- oder Zirkulations-Pumpe 4.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet den Wärmeschirm, der eine Kammer oder einen Kocher 6 (Kochkammer) bildet. Der Kocher ist mit einer Kammer 8 verbunden, und zwar mit Hilfe von Leitungen 9 und 10; die Kammer 8 ist mit dem Primärkreis mit Hilfe der Leitungen 11 und 12 verbunden. Die Kammer 8 trägt in ihrem unteren Teil eine flüssige Masse (Menge, Teilmenge) des Primärmediums und in ihrem oberen Teile einen Dampf oder eine Dampfmasse. Ein Teil des Primärmediums wird im flüssigen Aggregatzustand der Kammer 8 entnommen und durch die Leitung 9 zum unteren Teile des Kochers 6 geführt. Dank der Wärmequelle 7 im Kocher 6 wird diese Flüssigkeit zum_Sieden gebracht, und der Dampf wird durch die Leitung 10 in die Kammer 8 transferiert, oder der Dampf wird kondensiert.
Das Schema der Fig. 2 zeigt das Herz 21 eines Kern-Reaktors, welches Strahlungen oder Strahlen 22 aussendet, so Gelegenheit zum Freimachen von Energie in den Wärmeschirmen 23 gebend, welche eine .Umhüllung oder eine Kammer oder einen Kocher 24 bild.en. Das Primärmedium,
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dessen Kreislauf durch die Pfeile 25 versinnbildlicht ist, durchläuft eine Kammer 26, einen V/ärmetauscher 27 und eine Umwälzpumpe 28. Eine Leitung 29 entnimmt der Kammer 26 einen Teil des Primärmediums in flüssiger Phase und führt ihn zum unteren leilde des Kochers 24· Dank der im Wärmeschirm 23 freigemachten Wärme wird die Flüssigkeit (Primärmedium) zum Kochen gebracht, und der Dampf wird mit Hilfe der Leitung 30 in die Kammer 26 übergeleitet. Dieser Dampf wird in der Kammer durch eine Kältequelle 19 kondensiert. Das Bezugszeichen 18 zeigt ein Reinigungsrohr des Kochers 24 (Entfernung von Rückständen und dergl). Die Leitungen 29 und 30 .führen Flüssigkeit und Dampf, respektive, zwischen dem Kocher 24 und der Kammer 26, und sie können von beliebiger Zahl und Form sein. Sie werden, individuell oder nicht, mit einer Apparatur beispielsweise von Separatoren, Schikanen oder dergl. bestückt sein, welche es erlaubeen, ein Mitnehmen oder ein Mitreißen von im Kocher enthaltenen Flüssigkeit (Mediums) zu verhindern.
Die Zufuhr von Flüssigkeit des Kochers bzw. zu diesem kann sich durch Schwerkraft vollziehen, das Zufuhrmaß oder die Zufuhrmenge muß dem Maße oder der Menge des entwickelten Dampfes entsprechen. Man wird natürlich darüber wachen, daß das im Kocher.vorhandene bzw. enthaltene Medium nicht durch die Zuführungsleitungen des Kochers entweichen kann.
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Der durch den Kocher 24, die Kammer 26 und die Leitungen 29 und 30 gebildete Kreislauf kann natürliche Zirkulierung (etwa in Art des Auto-Syphon-Effekts) oder erzwungene Zirkulation besitzen.
Das Entfernen des im Kocher 24 enthaltenen Konzentrats kann sich durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Reinigungsentnahme und Führen zu einer oder mehreren geeigneten Kammern oder dgl. vollziehen. · ,
Im folgenden wird zur Erläuterung ein nicht beschränkendes Anwendungsbeispiel gegeben, nämlich bei einem Reaktor mit Druckwasser, gesteuert dui*ch variable Moderation,.wobei das Primärwasser die Funktion des Moderators und des Kühlers besitzt.
Der. Druckerzeuger sei innerhalb des das Herz enthaltenden Druck-gefäßes angeordnet und von einem Betrag von Primärwasser durchflossen, das in diesen Druckerzeuger "pulverisiert", d.h. zerstäubt wird.
Unter Bezugnahme auf Pig. 3s Das Reaktorgefäß ist mit 31 bezeichnet, das Heiz mit 32, die Druckkammer oder der Druckerzeuger ("pressuriseur") mit
CD ·
° 33; 34 und 35 sind die Wärmetauscher, 36 die Haupt ^ Umwälz-Pumpen. Der Wärmeschirm, so wie im Voran- ^ gehenden definiert, wird durch eine Kammer oder Um-
σ> " hüllung von Ringquerschnitt gebildet, er umhüllt den Kern und ist bei 37 angegeben. Der Druckerzeuger, welcher gleichzeitig die Kondensationskammer ist, . ' - 9 -
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ist mit dem Kocher 37 durch- die Leitungen 38 und 39 verbunden. Die Leitung 39 ist mit einem Dampfabscheider oder Dampfseparator 40 versehen. Die Kältequelle in der Kondensationskammer wird durch zerstäubtes Wasser (dargestellt durch 41) gebildet. Es ist zu bemerken, daß die Wände und die Struktur oder Konstruktionsmaterialien des Druckerzeugers ebenso wie das darin am Boden desselben stehende Wasser auch als Kaltequelle betrachtet werden können. Die Leitungen oder Rohre 42 erlauben ein Reinigen oder Ablassen von Kondensat, welches von der Verdampfung herrührt. Der Wärmeschirm 37 wird von Außenwänden 43 gebildet und ist im Inneren mit Heizelementen 44 versehen; die Gesamtheit der Wände und der Elemente 44 bildet den Wärmeschirm.
Das zu reinigende Wasser wird ajbgezo&en-aus-.'&em Unter- oder Bodenbereichü des Druckerzeugers 33 und ergießt sich durch Schwerkraft durch die Leitungen in den Kocher 37. Der Flüssigkeitszug ist direkt zum Abgang von Dampf verbunden. Die in den Kocher eingeführte Flüssigkeit, wird riuroii Verdampfung in
Berührung gebracht mit den Elementen
44, und der erzeugte Dampf entweicht durch die Leitungen 39· Diese haben einen Durchmesser, der so bemessen ist, daß er einen solchen Durchgang oder Abgang von Dampf erlaubt, der angepaßt ist an die
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durch die Strahlung in den Wänden 43 und den Elementen 44 freigemachte Leistung oder Energie. Sie münden oberhalb der Ebene des Wassers (Wasserspiegelfi) des Druckerzeugers 1ßMtitoti^titäflMMfflBiti$. und sind mit einem Dampf-Separator oder -Abscheider 40 versehen, der es erlaubt, die vom Dampf mitgerissene Lake zum Kocher 37 zurückzuschicken. Der Dampf kondensiert sich in dem Druckerzeuger i&uptsächlich durch Berührung mit der zerstäubten ( "pulverisierten")1 Flüssigkeit, was große Austausch- oder Berührungsflächen mit sich bringt.
Der Kocher 37 ist im übrigen oder außerdem mit elektrischen Heizelementen 45 versehen, welche zusätzliche oder ergänzende Wärme^zuführen können, wenn dies notwendig ist, und welche es erlauben, die Verdampfung beim oder nach dem Stop oder Stillsetzen des Reaktors fortsetzen zu können.
Es ist zu bemerken, daß der Strömungskreislauf des zu verdampfenden Mediums durch natürliche Zirkulation funktioniert; der im Kocher erzeugte Dampf trennt sich vom Flüssigen und von Verunreinigungen, welche sich vorfinden, und wird in den Druckerzeuger transferiert, wo er kondensiert; die Menge von Flüssigkeit, die in dem Dampf enthalten ist, welcher den Kocher
„ verläßt, wird durch die Flüssigkeit ersetzt, deren
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"ORIGINAL !HSPECiED
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Herkunft der Druckerzeuger ist, mit dem der Kocher in direkter Verbindung steht, wobei der Druck, der in diesen beiden Kammern herrscht, im wesentlichen oder annähernd der gleiche ist.
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Claims (4)

4600/25 Bu/ΚΒ - 12 - 11. August 1965 Patentansprüche
1. Wärmeschirm für Kern-Reaktoren, welche ein strömungsfähiges Primärmedium besitzen, dessen Behandlung ein Verdampfen umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdampfen im Wärmeschirm vollzogen wird.
2. Wärmeschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeschirm mit Primärmedium, das vom unteren Teile einer Kammer abgeht, gespeist wird, , und daß der im Wärmeschirm entwickelte Dampf in den oberen Teil dieser Kammer 'geführt wird, wobei diese Kammer in ihrem unteren Bereiche von einer Masse oder Menge von Flüssigem des Primärmediums eingenommen (gefüllt) wird, und wobei in ihrem oberen Teile Dampf oder ein Gas-Dampf-Gemisch enthalten ist, wobei die Berührungs- oder Zwischenschicht zwischen dem Flüssigen und dem Dampf oder dem Dampf-Gas-Gemisch eine horizontale flüssige Schicht ist, deren Niveau sich im wesentlichen oberhalb des Scheitels des Wärmeschirms befindet.
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3. Wärmeschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer den Druckerzeuger (Druckkessel) des Reaktors bildet.
4. Wärmeschirm nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet·, daß der Wärmeschirm mindestens durch eines der folgenden Beheizungsmittel beheizt wird: Elektrische Widerstände, von einer Heizflüssigkeit oder einem Heizmittel durchströmte Röhren, (Heizschlangen), nukleare Brennstoff-Elemente, angeordnet im Wärmeschirm und einem vom Reaktor kommenden Neutronenflux ausgesetzt.
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