DE1564539A1

DE1564539A1 - Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung,versehen mit einem oder mehreren Waermeaustauschern

Info

Publication number: DE1564539A1
Application number: DE19661564539
Authority: DE
Inventors: Bonsel Wouter Gouke; Weevers Henri Herman
Original assignee: Reactor Centrum Nederland
Current assignee: Reactor Centrum Nederland
Priority date: 1965-09-20
Filing date: 1966-08-17
Publication date: 1970-01-02
Also published as: FR1500219A; US3425907A; BE687065A; NL6512195A

Description

Reactor Centrum Nederland (Stichting), Haag/Niederlande

Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung, versehen mit einem

oder mehreren Wärmeaustauschern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung, bestehend aus einem Kernreaktor, einem oder mehreren Wärmeaustauschern, die jeder für sich einen Teil eines primären Stromkreises und einen Teil eines sekundären Stromkreises enthalten, Mitteln zum Zirkulieren eines Wärmeübertragungsmediums durch den Reaktor und die primären Stromkreisteile des (der) Wärmeaustauscher^), gegen inneren Druck beständigen Wänden, die sowohl den (die) Wärmeaustauscher wie den Reaktor derart umhüllen, daß sie eine integrale Wandkonstruktion bilden,

in die sowohl Reaktor wie Wärmeaustauscher aufgenommen sind, koaxialen Reaktoreinlaß- und Reaktorauslaßanscialüssen, von denen jeder äußere Wärmeaustauscheranschluß den den Reaktor, umhüllenden Teil der druckbeständigen Wand mit einem einen Wärmeaustauscher umschließenden Wandteil verbindet, wobei jeder Wärmeaustauscher seitlich und in Höhe des Reaktorkerns angeordnet ist und jeder äußere Reaktoranschluß seitlieh durch die Wände von Reaktor und Wärmeaustauscher geführt wird, während wenigstens ein äußerer Reaktoranschluß mit dem oberen Teil des dazugehörigen Wärmeaustauschers verbunden ist und oberhalb des Reaktorkernes aus dem Reaktorgefäß kommt.

Zur Erläuterung des Begriffes "integrale Wandkonstruktion" wird hierzu noch bemerkt, daß damit die sogenannte "primäre Druckhaut¹¹ gemeint ist.

Der sekundäre Teil eines jeden Wärmeaustauschers liegt hierbei in einer Druckhaut, die mit der Haut des Reaktorgefäßes ein Ganzes bildet»

Gemäß der Patentanmeldung wird eine Kukleareinrichtung dieser Art auf solche Weise verbessert, daß die Anschlußstelle am Reaktorgefäß ungezwungenerweise den Gebrauch von Düsengeräten zur Unterstützung des inneren WMerumlaufs des primären Kühlmittels gestattet· Indem man den Reaktorentwurf so ausführt, daß an das Reaktorgefäß nach Belieben eine (innerhalb bestimmter Grenzen) willkürliche Anzahl Wärmeaustauscher

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angeschlossen werden kann, erhält" man den Vorteil, daß ein gleicher Reaktorentwurf für eine ganze Reihe von Leistungen geeignet gemacht werden kann. Je größer die Leistung ist, mit uöisomehr Warmeaustauscherjcist der Reaktor auszurüsten·

Von diesen Wärmeaustauschern, von denen jeder eine eigene Pumpe hat, braucht man nur eine geringe Anzahl Typen zu entwickeln. In den meisten Fällen wird man nicht mehr als drei Typen benötigen. Diese Typen unterscheiden sich voneinander hauptsächlich darin, daß sie derart entworfen sind, daß sie eine Typenreihe mit ansteigender Erwärmungsoberi'läche bilden.

Je größer die gewünschte Leistung der Reaktoreinrichtung ist, desto mehr Y/ärmeaustauscher kann man an den Reaktor anschließen. Während man für kleine Leistungen mit einem, zwei oder drei Wärmeaustauschern auskommen kann, kann man für größere Leistungen z.B. vier, fünf oder sechs Wärmeaustauscher benutzen. -

Da man über dfe oben erwähnte Typenreihe von Wärmeaustauschern verfügt, ist man innerhalb gewisser Grenzen noch verhältnismäßig frei in der Wahl der Anzahl dieser Wärmeaustauscher.

Ein großer Vorteil hierbei ist, daß die Einrichtung kompakt bleibt, selbst wenn man z.B. sechs Wärmeaustauscher an das Reaktorgefäß anschließtο ^

Das Reaktorgefäß selbst braucht für die verschiedenen 909881/0694

Leistungen wenig oder gar nicht geändert zu werden. Dasselbe gilt für die Abmessungen der für diese voneinander abweichenden Leistungen zu benutzenden Reaktorkerne· Man braucht nur dafür zu sorgen, daß der ringförmige Sammelkasten im Reaktorgefäß ebenfalls dir erforderlichen Leistung angepaßt ist. Diese Anpassung findet statt, indem man die Auslaßöffnungen einer oder mehrerer Düsenrohre, die aus dem Sammelkasten kommen, auf das richtige Maß bringt.

Der hier dargestellte Reaktoreinrichtungstyp hebt sich bezüglich der besprochenen Ausbaumöglichkeiten von den bekannten Reaktoreinrichtungen mit im Reaktorinnern liegenden Wärmeaustauschern sehr günstig ab·

Bei diesen Einrichtungen führt der Ausbau eines bestimmten Entwurfes zur Erzielung einer höheren Leistung schon bald zu einem nahezu unlösbaren Problem. Es erweist sich dann als unmöglich, die extra benötigten Wärmeaustauscher noch im Reaktorgefäß unterzubringen, ohne auf kolossale Abmessungen zu kommen. Hohe Installierungskosten, die eine ökonomische Energieerzeugung nachteilig beeinflussen, sind bei den vorerwähnten bekannten Einrichtungen für große Leistung die Folge.

Ein weiterer Vorteil im Vergleich mit den bekannten Einrichtungen wird erzielt, indem die Pumpe oder der Ventilator, die/der für den Umlauf des primären Kühlmittels zu sorgen hat,

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so an der Außenseite der Wand, die. gegen den inneren Reaktordruck widerstandsfähig ist, angeordnet wird, daß diese Pumpe für Inspektionszwecke zugänglioh i.st und außerdem leicht mon-

t_und demontier^/
tierTTyweraen. icann. Durch Demontage einer derartigen Pumpe erhält man auch Zugang zu den Mündungen der Rohre, die in dem Wärmeaustauscher angeordnet sind ο Dies gestattet, eventuell leck gewordene Rohre an "beiden Mündungen zu blockieren,, damit die Rohrleckage für die Betriebsführung weiter nicht hinderlich ist.

Vorzugsweise wird die zweite Hälfte des zum Beispiel U-förmigen Rohrbündels in einem Kranz um die Zirkulationspumpe oder den -ventilator herum angeordnet, und zwar derart, daß die Rohre gruppenweise durch einen oberhalb jeder Mündungsgruppe angeordneten Handloch'deckel erreichbar sind.

Daß die Zirkulationspumpe oder der -ventilator auf diese Weise oberhalb der Rohrbündel des Wärmeaustauschers angeordnet werden kann, wird dadurch ermöglicht, daß Zu- und Abfuhrkanäle für diese Pumpe oder diesen Ventilator zwischen der in einer Rohrplatte montierten ersten und zweiten Hälfte der .Rohrmündungen angeordnet sind» ■

Die Wärmeaustauscher bieten den besonderen Vorteil, daß Y/ärmeausdehnungen sich völlig unbehindert ausdehnen können^ Dies ist eine Folge davon, daß jeder Wärmeaustauscher nur mit einem' einzigen koaxialen Anschluß eine feste Verbindung „mit dem Reaktorgefäß hat, was auch zu einer kompakten Bauart führt.

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Zur eventuell nötigen weiteren Unterstützung eines jeden Wärmeaustauschers können Einrichtungen angeordnet werden,, die Wärmeausdehnungsbewegungen in z.B. zueinander senkrechten Richtungen ungehindert zulassen, welche Einrichtungen zwischen den einander zugewandten Teilen der Wände, die jeden Wärmeaustauscher und den Reaktor umhüllen, angeordnet werden können. Diese Einrichtungen sind jedoch in den nachstehend folgenden Figuren nicht abgebildet.

Eine erhebliche Einsparung wird noch bei der erfindungsgemäßen Anlage erreicht, indem die so kostbaren Isolationsabsperrorgane zwischen Reaktorgefäß und jedem Wärmeaustauscher überflüssig werden, weil die Wärmeaustauscher sich innerhalb der Druckhaut des primären Systems befinden.

In nachstehenden Figuren werden einige Ausführ'ungsbeispiele der Erfindung näher besprochen. Die beigefügten Figuren stellen folgendes dar:

Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt eines Y/ärmeaustauschers, der seitlich an einem Kernreaktor montiert ist.

Figo 2 zeigt dieselbe Anlage, bei der jedoch eine vertikale Ansicht des Wärmeaustauschers mit einem vertikalen Querschnitt des Reaktorgefäßes kombiniert ist.

Fig. 3 ist eine Wiedergabe des horizontalen Querschnitts III - III in Fig. 2. ^

Fig„ 4 ist eine Draufsicht gemäß I in Fig«, 1. 909881/06 9,4 ·

In Mg. 1 stellt 1 den Reaktor dar, der an der Oberseite durch einen Deckel 31 * abgeschlossen ist und von einem Fundamentszylinder 4 unterstützt wird. Das primäre Kühlmittel wird durch die Leitung 7 aus dem Reaktor abgeführt· Nachdem dieses Kühlmittel seine V/ärme in dem 'Wärmeaustauscher 5 abgegeben hat, wird es durch die Leitung 8 wieder in den Reaktor zurückgeführt. Leitungen 7 und 8 sind kurze Verbindungsstümpfe, die koaxial zueinander angeordnet sinde

Der Y/ärmeaustauscher 5 ist folgendermaßen konstruiert;

Oben im Gefäß des Wärmeaustauschers ist eine nahezu horizontal verlaufende Rohrplatte 13/14 angeordnet, die den Raum des primären Kühlmittels von dem Raum, in den der erzeugte Dampf kommt, sowie von dem Raum, in dem die Pumpe angeordnet ist, abscheidet. Die Rohrplatte 13/14 hat einen peripherisch gelegenen Teil 14 und einen zentraler gelegenen Teil 13, der etwas niedriger angeordnet ist. Da der zentrale Teil 13 in Bezug auf Teil 14 versetzt liegt, wird ein Raum 15 gebildet, in dem das durch Leitung 9 zuströmende sekundäre Kühlmittel, z.So '«Yasser, sich sammeln kann, ehe es durch die Vrärmeaustauscherrohre strömt. Diese Viärmeaustauscherrohre sind schematiseh mit 10 angedeutet. Obwohl in der gezeichneten Ausführung diese Rohre U-förmig sind, ist es auch möglich, sie mehrmals hin und her zu führen. Notwendig ist nur, daß sowohl der Eintritt als auch der Austritt eines jeden Wärmeaustauscherrohres in der Rohrplatte 13/14 fixiert ist. In der gezeichneten

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Ausführung münden die Wärmeaustauscherrohre in einen ringförmigen Raum 39ο Der sich dort ansammelnde erzeugte Dampf kann daraus durch eine oder mehrere Dampfanschlußleitungen 40 abgeführt werden· Das primäre Kühlmittel verläßt den Reaktor durch Leitung 7, die in den unter der Rohrplatte 13/14 liegenden Wärmeaustauscher 5 mündet« Durch den vertikalen Zylinder 30, der darin angeordnet ist, wird dieses primäre Kühlmittel gezwungen, anfänglich nach unten zu strömen, um nach Passieren des Randes 56 wieder nach oben in den Zylinder 30 hineinzuströmen,, Da zwischen den zentral angeordneten Einlaßmündungen 11 der Wärmeaustauscherrohre und den sie umgebenden kranzförmigen Mündungen 12 ein Kranz Verbindungskanäle 17 und 18 angeordnet ist, die die Rohrplatte ganz durchlaufen, wird es möglich, daß das primäre Kühlmittel durch die Kanäle 17 den Raum 20 erreicht ο Dieser Raum, der mittels eines abnehmbaren Deckels 16 voniRaum 15 getrennt ist, führt das primäre Kühlmittel über ein Rückschlagventil 21 weiter zum Einlaß einer Zentrifugalpumpe hin. Diese Pumpe besteht aus einem Zentrifugallaufrad 24 sowie aus einem sie umgebenden Kranz Führungskanäle 26. Die Eintrittsöffnung der Pumpe wird durch ein Einlaß stück 2j5 begrenzt« Mit 27 wird ein Elektromotor angedeutet, der die Pumpe antreiben kann. Das Ganze, das Pumpenlaufrad, Pumpenmotor und Führungskanäle enthält, ist in einem einzigen Teil 25 aufgenommen,Nachdem das primäre Kühlmittel die Umlaufpumpe durchlaufen hat, wird es

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durch einen Kanal 19 gedruckt, der sich zwischen Teil 25 und Einlaßstück 23 befindet. Von diesem Kanal 19 aus kann das primäre Kühlmittel zum zweitenmal durch die Rohrplatte hindurchströmen, diesmal durch einen Kranz Öffnungen 18» Hinter diesen Kanälen 18 befindet sich ein Sammelkasten 29, der das Kühlmittel mit Hilfe von Leitung 8 in den Reaktor zurückführt.

Der Dampfsammeiraum 39 ist an der Oberseite mit Hilfe einer Anzahl Handlochdeckel zugänglich, die in Fig. 1 nicht abgebildet, jedoch in Pig* 2 sichtbar sind, wo sie mit 38 angedeutet sind»

Es wird ohne weiteres klar sein, daß einer der Vorteile der dargestellten Konstruktion in der großen Zugänglichkeit der verwendeten Wärmeaustauscherrohre besteht. Es genügt, die in 28 angebrachten Bolzenverbindungen zu lösen, um Teil 25 der Pumpe an entfernen zu können. Nachdem das Einlaßstück 23 ebenfalls demontiert ist, kann der zentrale Deckel 16 geöffnet werden. Sollte bei der Prüfung festgestellt warden, daß eines der Wärmeaustauscherrohre ein Leck aufweist, kann die Einlaßmündung des betreffenden Rohres in Raum 15 zugestopft werden» Nachdem der Handlochdeckel 38 geöffnet ist, unter dem sich die Auslaßmündung des betreffenden Rohres befindet, kann auch diese Auslaßmündung zugestopft werden.

Da das Wärmea.ustauschergefäß 5 &ur an der Stelle der koaxialen Rohrverbindung 7 und 8 fest mit dem Reaktorgefäß

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verbunden ist, ist letzteres vollkommen frei, um sich in den übrigen Richtungen auszudehnen.

In Fig. 2, in der das Reaktorgefäß vertikal durchgeschnitten ist, ist zu sehen, daß es z.B. möglich ist, das in das
Reaktorgefäß eintretende primäre Kühlmittel einem ringförmigen Sammelkasten 32 zuzuführen. Aus diesem Sammelkasten kann das Kühlmittel durch eine Anzahl Mündungen 33 eines Düsenkranzes nach unten strömen* Durch diese Düsen wird unter Einfluß des durch Leitung 8 zugeführten primären Kühlmittels das unter Druck aus dem Reaktorkern strömende Kühlmittel zum zweitenmal zum Einlaß 3 des Reaktorkernes 2 geführt, der sich an dessen Unterseite befindet» Der übrige Teil des primären Kühlstroms kann das Reaktorgefäß durch Leitung 7 verlassen. Ein Wärmeschild 34 ist an der Seite des Reaktorkernes angeordnet.

I¹Ig. 3 zeigt noch einmal in einem horizontalen Teilquerschnitt, wie die Gesamtaufstellung ausgeführt werden kann«
Die Wärmeaustauscher 5 können in einem Kranz um den Reaktor angeordnet werden.

Auch Figo 4 wird wenig Erläuterungen benötigen. Diese
Figur zeigt eine Draufsicht der in Fig. 1 skizzierten Anlage·

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Claims

Pat entansprüche

1. Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung, bestehend aus einem Kernreaktor, einem oder mehreren Wärmeaustauschern, die jeder für sich einen Teil eines primären Stromkreises und einen Teil eines sekundären Stromkreises enthalten, Mitteln zum Zirkulieren eines Wärmeübertragungsmediums durch den Reaktor und die primären Stromkreisteile des (der) Wärmeaustauscher (s) , gegen inneren Druck beständigen Wänden, die sowohl den (die) Wärmeaustauscher wie den Reaktor derart umhüllen, daß sie eine integrale Wandkonstruktion bilden, in die sowohl Reaktor wie Wärmeaustauscher aufgenommen sind, koaxialen Reaktoreinlaß- und Reaktorauslaßanschlüssen, von denen jeder äußere Wärmeaustauscheranschluß den den Reaktor umhüllenden Teil der druckbeständigen Wand mit einem einen Wärmeaustauscher umschließenden Wandteil verbindet, wobei jeder Wärmeaustauscher seitlich und in Höhe des Reaktorkerns angeordnet ist und jeder äußere Eeaktoranschluß seitlich durch die Wände von Reaktor und Wärmeaustauscher geführt wird, während wenigstens ein äußerer keaktoranschluß mit dem oberen Teil des dazugehörigen Wärmeaustauschers verbunden ist und oberhalb des Reaktorkernes aus dem Reaktorgefäß kommt, dadurch gekennzeichnet, daß von den koaxialen Wärmeaustauscheranschlüssen jeweils der innen liegende Anschluß Kühlmittel, das aus einer am Wärmeaustauscher angeordneten Pumpe oder aus einem Ventilator stammt, einem ringförmigen Sammelkasten im Reaktorgefäß »fahrt. _909M,_/oeg4

2. Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung, bestehend aus einem Kernreaktor, einem oder mehreren Wärmeaustauschern, die jeder für sich einen Teil eines primären Stromkreises und einen Teil eines sekundären Stromkreises enthalten, Mitteln zum Zirkulieren eines Wärmeübertragungsmediums durch den Reaktor und die primären Stromkreisteile des (der) Wärmeaustauschers) wobei wenigstens ein Wärmeaustauscher mit einer Umlaufpumpe oder mit einem Ventilator zum Zirkulieren des primären Kühlmittels versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Pumpe oder dieser Ventilator außerhalb der gegen inneren Druck beständigen Wand und bei einem abnehmbaren Wandteil des Wärmeaustauschers angeordnet ist, hinter dem sich wenigstens eine erste Hälfte der in einer Rohrplatte montierten Rohrmündungen des Wärmeaustauschers befindet.

3. Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe oder der Ventilator oben auf dem Wärmeaustauscher angeordnet ist.

4. Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hälfte der in einer Rohrplatte montierten Rohrmündungen in einem Kranz um die Umlaufpumpe oder um den Umlaufventilator angeordnet ist.

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5. Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hälfte der Rohrmündungen gruppenweise durch einen über jeder Gruppe angeordneten Handlochdeckel erreichbar ist.

6c Nuklearenergie-Reaktoreinrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß Zu- und Abfuhrkanäle für die Pumpe oder für den Ventilator zwischen der in einer Rohrplatte montierten ersten und zweiten Hälfte der Rohrmündungen angeordnet sindο

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