DE1514692C

DE1514692C - Atomic nuclear reactor system with a reactor core arranged in a pressure vessel

Info

Publication number: DE1514692C
Authority: DE
Inventors: Dipl Ing Jakob Wiesendangen Kagi (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Publication date: 1971-02-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Atomkernreaktoranlage mit in einem Druckgefäß angeordnetem Reaktorkern, welcher von einer innerhalb des Druckgefäßes und mit Abstand von diesem angeordneten Zwischenwand umgeben ist, die zusammen mit dem Druckgefäß einen vom Reaktorkühlmittel durchströmten Zwischenraum bildet, in^: dem Trennwände mindestens einen vom Reaktorkühlmittel durchströmten Strömungskanal abgrenzen, der zur Aufnahme eines Dampferzeugers dient.The invention relates to an atomic nuclear reactor system with a reactor core arranged in a pressure vessel, which is surrounded by an intermediate wall arranged inside the pressure vessel and at a distance from it, which together with the pressure vessel forms an intermediate space through which the reactor coolant flows, in ^: the dividing walls at least one flow channel through which the reactor coolant flows delimit, which is used to accommodate a steam generator.

Es sind z. B. aus den britischen Patentschriften 971423 und 986489 Kernreaktoranlagen bekannt, bei welchen der Dampferzeuger zusammen mit dem Reaktor in einem Druckgefäß angeordnet ist und sich in einem Zwischenraum befindet, der sich um den Reaktor erstreckt. Bei den bekannten Anlagen dieser Art sind komplizierte Ausführungen des Dampferzeugers erforderlich. Dadurch wird der Aufbau des Dampferzeugers verteuert. Außerdem müssen Füllkörper verwendet werden, welche einzelne Teile des Dampferzeugers voneinander trennen und die Aufgabe haben, die Räume zwischen den einzelnen Teilen auszufüllen. Die Füllkörper nehmen einen beträchtlichen Teil des Querschnittes des Zwischenraumes ein, die auf diese Weise für die Wärmeübertragung verlorengehen.There are z. B. from British patents 971423 and 986489 nuclear reactor plants known, in which the steam generator is arranged together with the reactor in a pressure vessel and located in a space that extends around the reactor. In the known systems of this Complicated designs of the steam generator are required. This will change the structure of the Steam generator expensive. In addition, fillers must be used, which individual parts of the Separate steam generators from each other and have the task of clearing the spaces between the individual parts to be filled out. The filling bodies take up a considerable part of the cross-section of the space that are lost in this way for heat transfer.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kernreaktoranlage zum Ziel, bei welcher einfach herstellbare ebene Rohrschlangen verwendet werden können, die z. B. an sich aus der französischen Patentschrift 1269 168 bekannt sind und aus geraden Schenkeln und Krümmern bestehen. Die Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung kommt ohne die Verwendung von Füllkörpern aus, so daß bei einer gegebenen Tiefe des Zwischenraumes zwischen dem Kernreaktor und dem Druckgefäß mehr Raum für den Dampferzeuger und eventuelle zusätzliche Einrichtungen zur Verfügung steht als bei den bisherigen Kernreaktoranlagen. Bei gegebenen Querschnitten der Strömungskanäle können die Außenabmessungen des Reaktorkernes mit den Dampferzeugern kleiner sein, was sich insbesondere auf die Abmessungen des Druckgefäßes günstig auswirkt. Außerdem ist bei der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung ohne Schwierigkeiten die Ausbildung einer Gegenströmung des Rcaktorkühlmittels und des Arbeitsmittels im Dampferzeuger möglich.The invention has the aim of creating a nuclear reactor installation in which it is easy to manufacture flat pipe coils can be used, the z. B. per se from the French patent 1269 168 are known and consist of straight legs and bends. The nuclear reactor facility according to the invention comes from without the use of packing, so that in a given depth of the space between the nuclear reactor and the pressure vessel more space for the steam generator and any additional equipment is available than with the previous ones Nuclear reactor plants. Given the cross-sections of the flow channels, the external dimensions of the reactor core with the steam generators must be smaller, which is particularly relevant to the dimensions of the Pressure vessel has a beneficial effect. In addition, there is no in the nuclear reactor installation according to the invention Difficulties the formation of a counterflow of the reactor coolant and the working fluid in the Steam generator possible.

Die eingangs genannte Atomkernreaktoranlage ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger in an sich bekannter Weise aus ebenen Rohrschlangen zusammengesetzt ist und die Strömungsrichtung des Reaktorkühlmittels im Dampferzeuger parallel zur Zwischenwand, aber senkrecht zur Strömungsrichtung im Reaktorkern vorgesehen ist.The atomic nuclear reactor installation mentioned at the beginning is characterized according to the invention in that the Steam generator is composed in a manner known per se from flat pipe coils and the direction of flow of the reactor coolant in the steam generator parallel to the partition wall, but perpendicular is provided for the direction of flow in the reactor core.

Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungen erläutert. Es zeigtThe invention is explained using two embodiments shown schematically in the drawing. It shows

F i g. J einen Schnitt einer Kernreaktoranlage mit Kernreaktor, Dampferzeuger und Druckgefäß gemäß der Erfindung, entsprechend einem Schnitt I-I in Fig. 2,F i g. J shows a section through a nuclear reactor installation with a nuclear reactor, steam generator and pressure vessel according to FIG of the invention, corresponding to a section I-I in Fig. 2,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1, Fig. 3 den abgewickelten Umfang des Zwischenraumes mit Dampferzeugern und Umwälzgebläsen, in Blickrichtung von der Achse des Reaktorkernes nach außen, gemäß Pfeil III in der F i g. 2, F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführung des Reaktors gemäß der Erfindung, entsprechend dem Schnitt IV-IV in der F ig. 5, .;■.- 2 shows the section II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows the developed circumference of the space with steam generators and circulating fans, looking outward from the axis of the reactor core, according to arrow III in FIG. 2, fig. 4 one of the F i g. 1 corresponding representation of another embodiment of the reactor according to the invention, corresponding to section IV-IV in F ig. 5,.; ■ .-

F i g. 5 den Schnitt V-V nach der F i g. 4 und,
F i g. 6 eine der F i g. 3 entsprechende Abwicklung des Zwischenraumes mit den Dampferzeugern bei der Anordnung nach der F i g. 4, in Blickrichtung des Pfeiles VI in der F i g. 5.F i g. 5 shows the section VV according to FIG. 4 and,
F i g. 6 one of the F i g. 3 corresponding development of the space with the steam generators in the arrangement according to FIG. 4, in the direction of the arrow VI in FIG. 5.

In einem Druckgefäß 1 ist ein Kernreaktor 2 ano geordnet. Der Kernreaktor enthält Kühlkanäle 3, in denen Spaltstoffstäbe 4 untergebracht sind. Oberhalb und unterhalb des Kernreaktors 2 sind Abschirmböden 5 und 6 angeordnet, durch welche Kanäle 7 führen, die der Strömung eines gasförmigen Kühl- is mittels dienen. In den Kanälen 7 sind Abschirmkörper 8 vorgesehen, welche der Strahlung den Austritt verwehren. Die Abschirmböden 5 und 6 sind im dargestellten Falle schichtweise ausgebildet, wobei Schichten von Stahl und Wasser miteinander ab- *° wechseln. Am Umfang ties Kernreaktors ist eine ringförmige, ebenfalls aus einzelnen Schichten aufgebaute Abschirmung 10 vorgesehen. Der Reaktor ruht zusammen mit den Abschirmungen 5,6 und 10 auf einem Ring 11, der auf Ringsegmenten 12 auf's liegt, die sich gegen den Boden des Druckgefäßes 1 stützen. Der Reaktor 2 zusammen mit den Abschirmungen 5,6 und 10 ist von einer zylindrischen Wand 13 umgeben, die mit einer Wärmeisolation 14 versehen ist. Zwischen der zylindrischen Wand 13 und der Innenwand des Druckgefäßes 1, welche mit einer Wärmeisolation 15 ausgekleidet ist, ist ein Zwischenraum 16 vorgesehen. Im Zwischenraum 16 sind horizontal führende Trennwände 17 und 18 und vertikal führende Trennwände 20 angeordnet (Fig.3).In a pressure vessel 1, a nuclear reactor 2 is arranged ano. The nuclear reactor contains cooling channels 3 in which fissile material rods 4 are housed. Above and below the reactor core 2 are arranged Abschirmböden 5 and 6 through which channels lead 7, which serve the flow of a gaseous cooling means is. Shielding bodies 8 are provided in the channels 7, which prevent the radiation from exiting. The shielding floors 5 and 6 are formed in layers in the illustrated case, layers of steel and water alternating with one another. At the circumference of the nuclear reactor a ring-shaped shield 10, also made up of individual layers, is provided. The reactor rests together with the shields 5, 6 and 10 on a ring 11 which rests on ring segments 12 which are supported against the bottom of the pressure vessel 1. The reactor 2 together with the shields 5, 6 and 10 is surrounded by a cylindrical wall 13 which is provided with thermal insulation 14. An intermediate space 16 is provided between the cylindrical wall 13 and the inner wall of the pressure vessel 1, which is lined with thermal insulation 15. In the space 16 horizontally leading partitions 17 and 18 and vertically leading partitions 20 are arranged (Figure 3).

Die Trennwände 17,18 bilden horizontale, in Umfangsrichtung des Reaktorkernes verlaufende Strömungskanäle 21, in denen sich Dampferzeuger 22 befinden. Die vertikalen Trennwände 20 bilden zusammen mit den Dampferzeugern vertikale, in axialer Richtung des Kernreaktors verlaufende Kanäle 23 und 24. In den Kanälen 24 sind ringförmige Ansaugöffnungen 25 von Umwälzgebläsen 26 angeordnet, welche das der Kühlung dienende Gas durch Rohre27 in einen ringförmigen Raum 28 (Fig. 1) fördern, der mit einem Raum 29 über dem Reaktor 2 in Verbindung steht. Der Zwischenraum 16 ist unten durch den Boden des Druckgefäßes 1 und oben durch eine ringförmige Wand 30 abgeschlossen. Zwischen der Wand 30 und den Trennwänden 17 befinden sich Verbindungskanäle 31. Die Umwälzgebläse 26 erhalten ihren Antrieb von Elektromotoren 32, die zwecks besserer Zugänglichkeit außerhalb des Druckgefäßes angeordnet sind. Die Räume 28 und 29 sind durch eine Wand 35 mit einer thermisch isolierenden Schicht von einem Raum 36 getrennt, in welchem eine Stabwechselvorrichtung 40 angeordnet ist. Die Wand 35 ist mit verschließbaren Öffnungen für die Durchführung der Stäbe versehen. Die Stabwechselvorrichtung enthält einen Wechselmechanismus 41, der nach polaren Koordinaten verfahrbar ist. Beim Stabwechsel werden die Stäbe durch eine Schleuse 42 nach außen geführt, und neue Stäbe können durch diese wieder in den Reaktor eingeführt werden.The partition walls 17, 18 form horizontal, in the circumferential direction of the reactor core running flow channels 21 in which steam generator 22 condition. The vertical partition walls 20 together with the steam generators form vertical, axially Channels 23 and 24 running in the direction of the nuclear reactor. In the channels 24 there are annular suction openings 25 arranged by circulating fans 26, which the gas serving for cooling through pipes 27 in an annular space 28 (Fig. 1) promote, which is in communication with a space 29 above the reactor 2. The gap 16 is at the bottom through the bottom of the pressure vessel 1 and closed at the top by an annular wall 30. Between the wall 30 and the partition walls 17 are connecting channels 31. The circulation fan 26 get their drive from electric motors 32, which for the purpose of better accessibility outside of the pressure vessel are arranged. The spaces 28 and 29 are through a wall 35 with a thermal insulating layer separated from a space 36 in which a rod changing device 40 is arranged is. The wall 35 is provided with closable openings for the implementation of the rods. the Rod changing device contains a changing mechanism 41, which can be moved according to polar coordinates. When changing bars, the bars are replaced by a Lock 42 led to the outside, and new rods can be introduced through this back into the reactor will.

Die im Zwischenraum 16 angeordneten zwei Dampferzeuger 22, die vorzugsweise parallel zueinander geschaltet sind, enthalten ebene Rohrschlangen 44, die in horizontalen, zur Achse des ReaktorsThe two steam generators 22 arranged in the intermediate space 16, which are preferably parallel to one another are connected, contain planar coils 44, which are in horizontal, to the axis of the reactor

senkrechten Ebenen angeordnet sind (Fig.2). Die Rohrschlangen enthalten gerade Rohrschenkel 45, die durch Krümmer 46 verbunden sind. Die Rohrschlangen werden gerade, d. h. mit parallelen geraden Rohrschenkeln hergestellt und darauf bei der Montage unter Ausnutzung der Elastizität des Rohrmaterials fächerförmig so gebogen (F i g. 2), daß die Rohrschenkel im wesentlichen radial zur Reaktorachse stehen. Die Rohre können mit zirkulären oder schraubenförmigen Rippen versehen sein. Wie z.B. aus der F i g. 3 ersichtlich ist, besteht jeder Dampferzeuger aus einer Mehrzahl zueinander paralleler ebener Rohrschlangen 44. Die einzelnen Rohrschlangen sind mit ihren Enden an Sammler bzw. Verteiler 46 angeschlossen, von denen Rohre 47 nach außen aus dem Reaktor führen.vertical planes are arranged (Fig. 2). the Coiled tubes contain straight tube legs 45 that are connected by elbows 46. The pipe coils will be straight, d. H. manufactured with parallel straight pipe legs and on them during assembly Using the elasticity of the pipe material, bent in a fan shape (FIG. 2) that the Pipe legs are essentially radial to the reactor axis. The tubes can be circular or be provided helical ribs. As e.g. from FIG. 3 it can be seen, there is every steam generator from a plurality of flat pipe coils 44 parallel to one another. The individual pipe coils are connected at their ends to collectors or distributors 46, of which pipes 47 to the outside lead out of the reactor.

Wie aus der F i g. 3 ersichtlich ist, strömt das Kühlgas im Zwischenraum 16 von unten in die Kanäle 23 ein, umströmt darauf in tangentialer Richtung des Reaktors die Rohrschlangen 44 der Dampferzeuger 22 und gelangt in die Räume 24. Aus diesen Räumen wird es durch die Umwälzgebläse 26 angesaugt und in die über dem Reaktor befindlichen Räume 28,29 gefördert. Die Strömung des Arbeitsmittels im Dampferzeuger erfolgt bei dieser Anordnung vorteilhafterweise so, daß eine Gegenströmung bezüglich der Gasströmung entsteht, d. h. in der F i g. 3 von rechts nach links.As shown in FIG. 3, the cooling gas flows in the intermediate space 16 from below into the channels 23 a, then flows around the coils 44 of the steam generator in the tangential direction of the reactor 22 and reaches the rooms 24. From these rooms it is sucked in by the circulation fan 26 and conveyed into the spaces 28, 29 located above the reactor. The flow of the working fluid in the In this arrangement, the steam generator is advantageously carried out in such a way that a counterflow with respect to the gas flow arises, d. H. in FIG. 3 from right to left.

In den F i g. 4, 5 und 6 ist eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung dargestellt, bei welcher die Umwälzgebläse oberhalb der Dampferzeuger angeordnet sind. Der Ausführung nach den F i g. 1 bis 3 entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. Wie aus der F i g. 6 ersichtlich ist, sind bei dieser Ausführungsform horizontale Trennwände 50, 51 und vertikale Trennwände 52,53 vorgesehen. Den oberen Abschluß bildet eine Wand 54, die der Ringwand 30 der F i g. 1 entspricht. Zwischen den Trennwänden 52 und 53 befinden sich Zwischenräume 55, die z. B. für die Anordnung von Hilfsaggregaten, wie z. B. Moderatorkühler bzw. die Durchführung verschiedener Leitungen in den Reaktor und aus diesem heraus, Verwendung finden können. Die vertikalen Trennwände begrenzen gleichzeitig parallel zur Achse des Reaktors verlaufende Zuströmkanäle 63 und Abströmkanäle 64. Zwischen den horizontal verlaufenden Wänden 51 und 54 befindet sich ein Kanal 56, in dem Saugöffnungen 57 und Druckleitungen 58 von Umwälzgebläsen 60 angeordnet sind (s. die Fig. 4 und 5). Die Gebläse 60 erhalten ihren Antrieb von Elektromotoren 61 und fördern das Gas in einen zweiten Ringraum 62, aus welchem dieses in den Reaktor strömt. Bei dieser Ausführung ist eine noch bessere Ausnutzung des Zwischenraumes zwischen dem Reaktorkern und dem Druckgefäß möglich. In the F i g. 4, 5 and 6 is a somewhat modified embodiment of the nuclear reactor installation according to FIG Invention shown, in which the circulation fans are arranged above the steam generator. the Execution according to FIGS. 1 to 3 corresponding parts are provided with the same reference numerals been. As shown in FIG. 6 it can be seen, in this embodiment, horizontal partitions 50, 51 and vertical partitions 52,53 are provided. The upper end is formed by a wall 54, which is the ring wall 30 of FIG. 1 corresponds. Between the partitions 52 and 53 there are spaces 55, the z. B. for the arrangement of auxiliary equipment, such. B. Moderator cooler or the implementation of various Lines in and out of the reactor can be used. The vertical Partition walls simultaneously delimit inflow channels 63 and outflow channels running parallel to the axis of the reactor 64. Between the horizontally extending walls 51 and 54 there is a channel 56, in which suction openings 57 and pressure lines 58 of circulating fans 60 are arranged (see fig 4 and 5). The fans 60 get their drive from electric motors 61 and convey the gas in a second annular space 62 from which this flows into the reactor. In this version there is a even better utilization of the space between the reactor core and the pressure vessel is possible.

Beim Kernreaktor gemäß der Erfindung ist es möglich, für die Dampferzeuger leicht herzustellende, nämlich ebene und gerade Rohrschlangen zu verwenden, die erst bei der Montage unter Ausnutzung ihrer Elastizität fächerförmig gebogen werden. Dabei ist es möglich, eine Gegenströmung des Arbeitsmittels und des Kühlgases zu verwenden, die bekanntlich bei Kernreaktoranlagen Vorteile bietet.In the case of the nuclear reactor according to the invention, it is possible for the steam generator to be easily manufactured, namely to use flat and straight pipe coils that are only used during assembly their elasticity can be bent in a fan shape. It is possible to have a counterflow of the working medium and to use the cooling gas, which is known to offer advantages in nuclear reactor plants.

Dadurch, daß am Umfang des Kernreaktors zwei oder mehrere Dampferzeuger angeordnet sind, wird ein kürzerer Strömungsweg des Reaktorkühlgases bei größerem gesamtem Strömungsquerschnitt der Kanäle erzielt. Außerdem kann man im Falle von Störungen einen der Dampferzeuger abschalten und den Betrieb mit verminderter Leistung mit den übrigen fortsetzen.The fact that two or more steam generators are arranged on the circumference of the nuclear reactor is a shorter flow path of the reactor cooling gas with a larger total flow cross-section of the channels achieved. In addition, in the event of malfunctions, one of the steam generators can be switched off and the Continue reduced power operation with the others.

Da bei der Kernreaktoranlage gemäß der Erfindung die Räume, aus welchen die Umwälzgebläse ansaugen, miteinander verbunden sind, ist es mög-Hch, beim Ausfall eines der Umwälzgebläse den Betrieb mit den übrigen fortzusetzen.Since in the nuclear reactor plant according to the invention, the rooms from which the circulating fan suction, are connected to each other, it is possible to stop operating if one of the circulation fans fails to continue with the rest.

Claims

Patent claims:

1. Nuclear reactor plant with arranged in a pressure vessel reactor core, which of a is surrounded within the pressure vessel and at a distance from this partition, which together with the pressure vessel one of the

ao reactor coolant flows through intermediate space forms in the partition walls at least one delimit the flow channel through which the reactor coolant flows and which is used to accommodate a Steam generator is used, characterized in that the steam generator (22) in a manner known per se from flat pipe coils (44) is composed and the direction of flow of the reactor coolant in the steam generator (22) parallel to the partition (13), but vertical

is provided right to the direction of flow in the reactor core (2).

2. Nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that the partition walls (17, 20.18; 50, 51, 52, 53) at least one of which is flowed through by the reactor coolant in the circumferential direction Define the flow channel (21) in which the steam generator (22) is located.

3. Nuclear reactor plant according to claim 2, characterized in that a part (17,18; 50, 51, 54) of the partition walls is arranged in planes perpendicular to the reactor axis.

4. Nuclear reactor plant according to claim 2, characterized in that a part (20,52,53) the partition walls parallel to the axis of the reactor and axial inflow (23,63) and outflow channels (24,64) forms.

5. Nuclear reactor plant according to claim 1, characterized in that the heat exchanger Contains pipe coils (44), which consist of straight legs (45) and bends (46), wherein the pipe coils (44) lie in planes perpendicular to the reactor axis, and the straight legs (45) are essentially radial to the reactor axis.

6. Nuclear reactor plant according to claim 4, characterized in that at least a circulating fan (26) is located in an axial outflow channel (24) at the outlet from the steam generator.

7. Nuclear reactor plant according to claim 4, characterized in that the axial outflow channels open into a common annular space (56) in which the circulating fan (60) is arranged are, the circulation fan from the annular space (56) in a second annular space (62) promote, from which the cooling gas is fed into the reactor.

For this purpose 2 sheets of drawings