DE1564355C - Siedereaktor mit einer im Inneren eines Druckgefäßes angeordneten, vom eigenen Pn mardampf angetriebenen Umwälzpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einer im Inneren eines Druckgefäßes angeordneten, vom eigenen Primärdampf angetriebenen Umwälzpumpe für das primäre Kühlmittel, das nach seinem Austritt aus der Spaltzone in einem innerhalb des Druckgefäßes verlaufenden, geschlossenen Kühlkreislauf über einen zwischen der ,Spaltzone und der Druckgefäßwand angeordneten Ringkanal wiederum der Spaltzone zuströmt, und mit einem Pumpenrotor und einem Antriebsrotor für die Umwälzpumpe, die längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

Ein derartiger Kernreaktor ist aus der deutschen Auslegeschrift 1190 116 bekannt.

Ein weiterer bekannter Reaktor, der mit elektrischen Pumpenantrieben ausgestattet ist, enthält eine Mehrzahl von Umwälzpumpen, die alle ■ mit ihrem Pumppropeller in den im Bereich der oberen Öffnung des Ringkanals befindlichen Teil des aus siedendem Wasser bestehenden primären Kühlmittels eintauchen (vgl. französische Patentschrift 1 362 881). Die elektrischen Antriebe der einzelnen Pumppropeller sind auf die Außenseite des Druckgefäßes aufgeflanscht, während die Druckgefäßwandung mit einer Reihe von Öffnungen für die Durchführung der Antriebswellen und die Montage der Pumppropeller versehen ist. Der größte Nachteil dieser Bauart ist, daß die unterhalb der Siedeoberfläche angeordneten elektrischen Antriebe durch Hitze, Feuchtigkeit und Wrasendämpfe beansprucht werden.

Reaktoren der einleitend genannten Art mit vom eigenen Primärdampf angetriebenen Primärumwälzpumpen können als dampfgekühlte Reaktoren oder als Siedewasserreaktoren ausgeführt sein.

Der aus der deutschen Auslegeschrift 1190 116 bekannte dampfgekühlte Reaktor enthält eine Primärumwälzpumpe mit einem innerhalb des Druckgefäßes angeordneten Pumppropeller und einer auf der Außenseite des Druckgefäßes befestigten Antriebsturbine mit kleinem Dampfdurchsatz, deren Zudampf vom Hauptkühlmittelkreislauf abgezweigt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß in einer Kleintürbine mit kleinem Dampfdurchsatz ein gößeres Druckgefälle nicht ohne weiteres verarbeitet werden kann. Der Abdampf der mit mehreren Stufen ausgeführten Kleinturbine wird daher nach der Entspannung einer Zwischenstufe der Hauptturbine zugeführt.

Ein anderer bekannter Siedewasserreaktor ist mit einer außerhalb des Druckgefäßes angeordneten, vom eigenen Dampf getriebenen Primärumwälzpumpe ausgestattet, deren Antriebsturbine von der gesamten, im Reaktor erzeugten Dampfmenge durchströmt wird (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 083 947). Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß die Größe der durchgesetzten Dampfmenge in keinem rechten Verhältnis zur benötigten Pumpleistung steht. Die Antriebsturbine muß mit einem stark überdimensionierten Gehäuse ausgeführt sein, wenn unwirtschaftliche Druckverluste vor der Hauptturbine vermieden werden sollen.

Sowohl die eine als auch die andere Bauart der dampfgetriebenen Umwälzpumpen kann nur mit einem überdimensionierten oder komplizierten Türbinengehäuse und einem verzweigten, außerhalb des Druckgefäßes verlaufenden Rohrleitungssystem für den Anschluß der Zu- und Abdampfleitungen ausgeführt sein. Die Anordnung dieser Hilfssysteme außerhalb des Druckgefäßes ist jedoch mit der allgemeinen Entwicklung in der Reaktortechnik, die zu kompakteren und raumsparenderen Anlagen führen soll, nicht vereinbar. Insbesondere im Falle des Siedewasserreaktors sollten möglichst wenige dampfführende Leitungen außerhalb des Druckgefäßes angeordnet sein, da ein Rohrleitungsbruch das Ausströmen sehr großer Dampfmengen zur Folge haben könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Siedewasserreaktor mit einfachen, vom eigenen Primärdampf getriebenen Primärumwälzpumpen zu schaffen, die platzsparend innerhalb ' des Druckgefäßes angeordnet sind, keine außerhalb des Druckgefäßes angeordneten Rohrleitungen benötigen, bei großem Dampfdurchsatz nur ein kleines inneres Druckgefälle aufweisen und ohne ein eigenes Gehäuse ausgeführt sein können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Umwälzpumpen vorgesehen sind, die alle mit ihrem Pumpenrotor in den im Bereich der oberen Öffnung des Ringkanals befindlichen Teil des aus siedendem Wasser bestehenden primären Kühlmittels eintauchen, daß die Antriebsrotoren der Umwälzpumpen in Rotoröffnungen einer Trennwand angeordnet sind, die einen oberhalb der Oberfläche des siedenden Wassers befindlichen Dampfraum in eine die dampfende Oberfläche enthaltende innere Dampfkammer und eine äußere Dampfkammer teilt, und daß Druckminderungsmittel vorgesehen sind, die in der äußeren Dampfkammer einen gegenüber der inneren Dampfkammer geringeren Druck erzeugen. Da der aus dem Wasser aufsteigende Dampf die Antriebsrotoren der einzelnen Pumpen unmittelbar beaufschlagt, benötigen die einzelnen Pumpen weder eine Zudampfleitung noch ein eigenes Gehäuse. In der äußeren Dampfkammer sind Druckminderungsmittel vorgesehen, die in der äußeren Dampfkammer einen gegenüber der inneren Dampfkammer geringeren Druck erzeugen.

Die oben beschriebenen Umwälzpumpen können in eine ganze Reihe verschiedener Kernreaktoren eingebaut werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des oben beschriebenen Kernreaktors ist ein Dampfentnahmestutzen derart an die äußere Dampfkammer angeschlossen, daß der gesamte, im Reaktor erzeugte Dampf die Rotoröffnungen der Trennwand durchströmt, während in der Trennwand zwischen den beiden Dampfkammern ein Bypaßventil angeordnet ist, das von selbst öffnet, wenn das. Druckgefäß seinen Sollwert überschreitet.

In diesem Reaktor leistet der gesamte erzeugte Dampf während des Anfahrens Arbeit an den Antriebsrotoren. Das Bypaßventil, das erst bei einer bestimmten Teillaststufe öffnet, reguliert im Hauptbetriebsbereich den Dampfverbrauch, und die Drehzahl der Umwälzpumpen. Für den unterkritischen Zustand ist die innere Dampfkammer mit einem Fremddampfanschluß, versehen, der dem Antrieb der Pumpen und der Erwärmung des Primärwassers während des Anfahrens dient.

In einem anderen Fall einer weiteren Ausgestaltung des oben beschriebenen Kernreaktors ist die äußere Dampfkammer (lurch eine Überströmleitung mit einem Überhitzerteil der Spaltzone verbunden, derart, daß die Antriebsrotoren der Um-

Claims (7)

1. ³ 4

   wälzpumpen zwischen Verdampferteil und Über- wälzpumpen28 entspricht Fig. 1. Der Moderator-

   hitzerteil liegen. raum ist jedoch in bekannter Weise von der Über-

   Schließlich muß auch erwähnt werden, daß in hitzerzone 23 und den angeschlossenen Einbauten weiterer Ausgestaltung des oben beschriebenen durch die innere Führungshülse 29 und den Kernreaktors die Umwälzpumpen Bestandteil eines 5 Zwischenboden 30 getrennt. Der Dampfraum ober-Druckwasserreaktors mit Teilsiedecharakteristik sein halb des Moderatorflüssigkeitsspiegels 31 ist durch können. Die äußere Dampfkammer dieses Reaktors eine vom Regelgestänge 32 durchdrungene, mit enthält einen Kondensator, an dem der von den Um- einem Bypaßventil 33 ausgerüstete Trennwand 34 in wälzpumpen verbrauchte Primärdampf niederge- die innere Dampfkammer 35 und die äußere Dampfschlagen wird. Dabei sind an die Umwälzpumpen io kammer 36 eingeteilt. Die äußere Dampfkammer 36 Kondensatpumpen angehängt, die das am Kon- umfaßt den Raum zwischen Trennwand 34 und densator niedergeschlagene Wasser in den Siede- Druckgefäßdeckel 22; sie bildet mit dem zur Überraum zurückfördern. hitzerzone 23 führenden Überströmkanal 37 eine

   Die Dampfblasenkonzentration im Reaktorkern ist Einheit. Der Überströmkanal 37 ist zusammengeniedrig, da primärseitig nur der für den Betrieb der 15 flanscht mit der inneren Führungshülse 29 der Spalt-Pumpen erforderliche Dampf erzeugt wird und eine zone, die unterhalb des Reaktors bis zum Zwischen-Dampfentnahme aus der äußeren Dampfkammer boden 30 verlängert ist.
   nicht vorgesehen ist. Der unterhalb des Zwischenbodens 30 ange-

   Weitere Einzelheiten und Merkmale des oben ordnete Wärmeaustauscher 38 wirkt primärseitig als beschriebenen Kernreaktors ergeben sich aus der 20 Kondensator und sekundärseitig als Zwangdurchnachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, laufverdampfer. Die im einzelnen nicht dargestellten in denen die bevorzugten Ausführungsbeispiele ver- Rohrbündel sind in bekannter Weise schraubenanschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt förmig um eine zylindrische Wärmeaustauscher-

   F i g. 1 einen einfachen Siedewasserreaktor mit führungshülse 39 gewunden. Speisewasserstutzen

   vom eigenen Dampf angetriebenen, vollintegrierten 25 und Hauptdampfleitung sind durch die Anschluß-

   Umwälzpumpen, flansche 40 und 41 veranschaulicht. Eine horizontale

   F i g. 2 einen vollintegrierten Siedewasserreaktor Platte 42 verschließt die obere Öffnung der Wärme-

   mit Umwälzpumpen, Überhitzer und primärseitig als austauscherführungshülse 39 und bildet zusammen

   Kondensator ausgebildetem Wärmeaustauscher, mit dem Zwischenboden 30 den radialen Überström-

   F i g. 3 einen vollintegrierten Teilsiedereaktor mit 30 kanal 43 zum Wärmeaustauscher 38. Das im Druck-Umwälzpumpen, Hilfskondensator und einem unter gefäßboden angesammelte Kondensat 44 wird durch Wasser angeordneten Hauptwärmeaustauscher; Kondensatförderpumpen 45, die an die Umwälz-

   Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Kern- pumpen28 angehängt sind, über die Leitungen46 in reaktor ist durch das Druckgefäß 1 und den Druck- den Moderatorraum zurückgefördert,
   gefäßdeckel 2 eingekapselt und enthält in seinem 35 Der Kernreaktor gemäß F i g. 3 fällt auf durch Inneren die Spaltzone 3 und das Regelgestänge 4. seine Teilsiedecharakteristik", die eine hohe Heiz-Der zwischen der Führungshülse 5 der Spaltzone und flächenbelastung der Spaltzone 50 ermöglicht,
   der Druckgefäßwandung vorhandene Ringkanal 6 ist Das Druckgefäß 51, der Druckgefäßdeckel 52, die mit Moderatorflüssigkeit ausgefüllt und nach oben Führungshülse 53, die unterhalb des Moderatordurch die Deckplatte 7 begrenzt. Der Moderator- 40 flüssigkeitsspiegels 54 liegende Deckplatte 55, der flüssigkeitsspiegel 8 muß während des Reaktor- Ringkanal 56, die Umwälzpumpen 57 und das Regelbetriebs ein gutes Stück oberhalb der Deckplatte 7 gestänge 58 sind in der bereits beschriebenen Weise liegen, da sonst kein zügiges Umwälzen zwiscEen angeordnet. Der Ringkanal 56 enthält zusätzlich den Ringkanal 6 und Spaltzone 3 möglich ist. Der wassergekühlten Hauptwärmeaustauscher 59, der Dampfraum ist eingeteilt in die innere Dampf- 45 sekundärseitig in bekannter Weise als Zwangdurchkammer 9 und die ringförmige äußere Dampf- laufverdampfer ausgebildet ist. Speisewasserstutzen kammer 10. Die Trennwand 11 zwischen den beiden und Hauptdampfleitung sind durch die Anschluß-Dampfkammern hat die Gestalt eines zu einem Ring flansche 60 und 61 veranschaulicht. Die Trennwand gebogenen U-Profils. An- und Abtrieb der einzelnen 62 zwischen der inneren Dampfkammer 63 und der Umwälzpumpen sind durch senkrecht in den Lagern 50 ringförmigen äußeren Dampfkammer 64 ist mit 12 angeordnete Verbindungswellen 13 und ein einem Bypaßventil 65 besetzt. Die äußere Dampf-Planetengetriebe 14 miteinander verbunden. Die kammer 64 enthält kleine Hilfskondensatoren 66, in Trennwand 11 trägt das Bypaßventil 15, die Außen- denen der von den Pumpen 57 verbrauchte Dampf wand der äußeren Dampfkammer 10 den Anschluß- niedergeschlagen wird. Das Kondensat 67 wird zwiflansch 16 der Hauptdampfleitung. Der untere Teil 55 sehen der Druckgefäßwandung und der abgedes Druckbehälters ist von einer Fremddampfleitung schrägten Unterseite der Trennwand 62 aufgefangen 17 durchdrungen, die in einem Teilabschnitt als und durch angehängte Kondensatförderpumpen 68 Heizschlange 18 ausgebildet ist und oberhalb des über die Leitungen 69 in den Moderatorraum zu-Flüssigkeitsspiegels in die innere Dampfkammer rückgefördert.

   mündet. Der Speisewasseranschluß 19 ist unmittel- 60 Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen

   bar mit dem Ringkanal 6 verbunden. die breiten Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus

   Der Kernreaktor gemäß F i g. 2 mit Druckgefäß den weiteren Ausgestaltungen des oben beschriebe-

   21 und Druckgefäßdeckel 22 enthält in seinem nen Kernreaktors ergeben.

   Inneren die Spaltzone, die in eine dampfgekühlte _p ...

   innere Überhitzerzone 23 und eine konzentrische, 6₅ Fatentansprucne:

   moderatorumspülte Verdampferzone 24 eingeteilt 1. Kernreaktor mit einer im Inneren eines

   ist. Die Anordnung der äußeren Führungshülse 25, Druckgefäßes angeordneten, vom eigenen Primär-

   der Deckplatte 26, des Ringkanals 27 und der Um- dampf angetriebenen Umwälzpumpe für das pri-

   märe Kühlmittel, das nach seinem Austritt aus der Spaltzone in einem innerhalb des Druckgefäßes verlaufenden, geschlossenen Kühlkreislauf über einen zwischen der Spaltzone und der Druckgefäßwand angeordneten Ringkanal wiederum der Spaltzone zuströmt, und mit einem Pumpenrotor und einem Antriebsrotor für die Umwälzpumpe, die längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umwälzpumpen vorgesehen.sind, die alle mit ihrem Pumpenrotor in den im Bereich der oberen Öffnung des Ringkanals (6,27,56) befindlichen Teil des aus siedendem Wasser bestehenden primären Kühlmittels eintauchen, daß die Antriebsrotoren der Umwälzpumpen in Rotoröffnungen einer Trennwand (li, 34, 62) angeordnet sind, die einen oberhalb der Oberfläche des siedenden Wassers befindlichen Dampfraum in eine die dampfende Oberfläche enthaltende innere Dampfkammer (9, 35, 63) und eine äußere Dampfkammer (10, 36,64) teilt, und daß Druckminderungsmittel (16, 41, 66) vorgesehen sind, die in der äußeren Dampfkammer einen gegenüber der inneren Dampfkammer geringeren Druck erzeugen.
2. 2. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderungsmittel aus einem Dampfentnahmestutzen (16) bestehen, der derart mit der äußeren Dampfkammer verbunden ist, daß der gesamte im Reaktor erzeugte Dampf die Rotoröffnungen der Trennwand (11) durchströmt.
3. 3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (11) zwischen den beiden Dampfkammern ein Bypaßventil (15) angeordnet ist, das bei einem bestimmten Überdruck selbsttätig öffnet.
4. 4. Siedewasserreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dampfkammer (9) an eine Fremddampfleitung (17) angeschlossen ist, die dem Antrieb der Pumpen und der Erwärmung des Primärwassers während des Anfahrens dient.
5. 5. Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dampfkammer (36) durch eine Überströmleitung (37) mit einem Überhitzerteil (23) der Spaltzone verbunden ist, derart daß die Antriebsrotoren der Umwälzpumpen zwischen Verdampferteil (24) und Überhitzerteil (23) liegen.
6. 6. Druckwasserreaktor mit Teilsiedecharakteristik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckminderungsmittel aus einem in der nach außen verschlossenen äußeren Dampfkammer (64) angeordneten Kondensator (66) bestehen, an dem der von den Umwälzpumpen (57) verbrauchte Primärdampf niedergeschlagen wird.
7. 7. Druckwasserreaktor mit Teilsiedecharakteristik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Umwälzpumpen (57) Kondensatpumpen (68) angehängt sind, die das am Kondensator (66) niedergeschlagene Wasser in den Siederaum zurückfördern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen