DE1576867A1 - Dampferzeuger zur Verwendung in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

Dampferzeuger zur Verwendung in einem Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich, auf Kernreaktoren und "betrifft insbesondere einen verbesserten, flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor des Typs, der einen Reaktionskern, Flüssigkeitsumwälzeinrichtungen und Dampferzeuger in einem Reaktorgefäß besitzt; ferner betrifft die Erfindung einen verbesserten Dampferzeuger in einem derartigen Reaktor.

Es ist bereits ein gasgekühlter Kernreaktor vorgeschlagen worden, in welchem das gesamte Primärsystem mit dem Reaktorkern, den Umwälzern für das Primärkühlmittel, den Dampferzeugern und den zugehörigen Haupt-Primärkühlleitungen in ein und demselben Reaktorgefäß untergebracht sind. Die Tatsache, daß keine außenliegenden Haupt-Primärkühlleitungen vorkommen, weil das gesamte Primärsystem in das Reaktorgefäß eingeschlossen wurde, schließt die Möglichkeit aus, daß ein plötzlicher Kühlmittelverlust wegen eines Rohrleitungsdefekts auftritt. Wenn das Reaktorgefäß aus

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Spannbeton errichtet ist, ist es nicht nötig, einen zusätzlichen, umständlichen biologischen Schutz anzubringen, um die Dampferzeuger und die Haupt-Primärkühlleitung einzuschließen, weil das Reaktorgehäuse selbst diese Aufgabe übernimmt.

In einem gasgekühlten Kernreaktor für die Dampferzeugung arbeitet das Dampf-Wasser-System häufig mit einem wesentlich höheren Druck als das Kühlgas. Wenn z.B. Helium als Kühlgas verwendet wird, kann ein befriedigender Betriebsdruck für das kühlmittel in der Gegend von 50 at (700 psi) liegen, während der Druck in dem Eingangsteil des Dampferzeugersystems (etwa eines Economizer-Verdampfers oder eines Überhitzers) höher als 140 at (2000 psi) liegen kann. Natürlich wird der Druck des Wassers am Speisewassereinlaß etwas höher gehalten als der vom Dampf erzeugte Gegendruck, damit ein Strom durch die Rohre des Dampferzeugers aufrechterhalten werden kann.

Ein Dampferzeuger besteht üblicherweise aus einer Anzahl Rohrbündel; jedes Rohr in dem Bündelendet in einer Endkammer, die mit einem Wassereinlaßrohr und einer Dampfausgangsleitung verbunden ist. Ein Schaden in einer dieser Endkammern oder ein Fehler in der Wasser- oder der Dampfleitung, mit denen die Endkammer in Verbindung steht, kann zu einem schnellen Abfluß von 7/asser oder Dampf oder von beidem in das Reaktor gehäuse führen. «Venn das eintritt, kann der Innendruck im Reaktorgehäuse infolge des Eindringens von Hochdruckwasser oder -dampf die Bauentwurfsgrenzen übersteigen. Außerdem kann Graphitmoderator, der sich häufig im Reaktorkern befindet, mit dem Wasser oder dem Dampf bei den hohen

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Temperaturen reagieren, bei denen der Reaktor arbeitet. Schließlich kann eine plötzliche Entleerung einer Röhre in den Rohrbündeln eines Dampferzeugers - während heißes Kühlgas weiterhin über die Rohrbündel fließt - die Rohre überhitzen und zu Zerstörungen führen.

Ähnliche Probleme können bei Kernreaktoren, bei denen andere Arten von Kühlflüssigkeiten benutzt werden, beim plötzlichen Bruch in· einem Dampfgerzeuger oder den damit verbundenen Rohrleitungen auftreten. Zu den Kernreaktoren, in denen eine ähnliche Situation eintreten können, gehören solche, die flüssiges Natrium als Primärkühlmittel benutzen und einen Dampferzeuger verwenden, der einen Quecksilberdampf erzeugt.

Demgegenüber soll mit der Erfindung ein Kernreaktorsystem angegeben werden mit einem Reaktorkern, Flüssigkeitsumwälzeiririchtungen und einem in ein Reaktorgehäuse eingeschlossenen Dampferzeuger, bei dem ein plötzlich auftretender Schaden an einer Hochdruckendkanimer oder einer Hochdruckleitung für den dampferzeuger nicht zu einem schnellen Abfluß von Dampf oder llü^sigkeit in das Keaktorgefäß führen kann.

Die Erfindung liefert ferner einen Kernreaktor der angegebenen Art, bei dem die Dampferzeuger gegen Überhitzung bei einem plötzlichen Verlust von Dampf und ^üssigkeit geschützt sind. Schließlich sollte ein Dampferzeuger angegeben werden, der in einem flüssigkeitsgekühlten Kernreaktor verwendbar ist und der so konstruiert ist, daß ein plötzlicher Ablaß von Dampf oder flüssigkeit in da? Keaktorgehäuse verhindert wird.

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Ganz allgemein galt es, einen verbesserten Kernreaktor zu entwickeln und einen verbesserten Dampferzeuger zur Verwendung in einem flussigkeitsgekühlten Kernreaktor zu entwerfen.

Sonstige Erfindungsmerkmale ergeben sich nachstehend aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die folgendes zeigen: i'ig.1: eine schematische Ansicht eines Kernreaktors in erfindungsgemäßer Ausführung;

Fig.2: ein Schnittbild eines Dampferzeugers gemäß der Erfindung und seiner Anb ringung __ und Iiiontierung in einem erfindungs-_ gemäßen Kernreaktor;
üg.3: ein vergrößertes Bild eines Schnitts längs der ijinie 3-3 in I ig.2;

Fi^.4: ein vergrößertes -Bild eines Schnitts längs der -binie 4-4 in iig.2.

Ganz allgemein enthält der flüssigkeitsgekühlte Reaktor mindestens einen Lampferzeuger 14, der eine Anzahl flüssigkeitsführender •Yärmetauscherrohre 16 aufweist, die in einem Reaktor gehäuse 11 untergebracht sind, das einen Reaktorkern 12 umschließt. Die >» arme t aus cherrohre liegen im Pr imärkuhl flüssigkeitsstrom, der durch die Umwälzeinrichtung 13 aufrechterhalten wird. Zu dem Dampferzeuger gehören ferner Endkammer 17 und 18, die außerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sind und !Flüssigkeit in die «Värrnetauscherrohre führen und aus ihnen abnehmen, wobei Eingangs- und Ausgangsdrücke herrschen, die wesentlich höher liegen als der ■uruck der Primärkühl flüssigkeit in dem Reaktorgehäuse. Der Dampferzeuger weist außerdem eine Anzahl Eingangsleitungen 19 und

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eine Anzahl Auslaßleitungen 21 auf, die durch eine .7and des Reaktorgehäuses geführt sind und eine ίlüssigkeitsverbindung zwischen den Wärmetauscherrohren und den Endkammern herstellen.

Aus Fig.1 ist zu entnehmen, daß der dort angedeutete Reaktor einen Reaktorkern 12 besitzt, der in beliebiger #eise Wärme aus einem Kernspaltungsprozeß erzeugt. Der Kern wird von nicht gezeichneten., geeigneten Hilfseinrichtungen in einem Raum 22 gehalten, der durch das Reaktorgehäuse 11 definiert ist. Das Reaktorgehäuse besteht vorzugsweise aus Spannbeton und kann beliebige Außenform haben. Der Raum 22 ist im wesentlichen zylindrisch; er ist mit einer Auskleidung 23 aus legiertem Stahl versehen^ die durch nicht gezeichnete Einrichtungen gekühlt werden kann.

Der Reaktor nach Fig.1 stellt einen gasgekühlten Reaktor mit üasumwälζeinrichtungen und Dampferzeugungseinrichtungen dar, die zusammen mit dem Reaktorkern 12 im Reaktorgehäuse untergebracht sind. Insbesondere ist eine Anzahl Dampferzeuger 14 innerhalb des Raums 22 untergebracht, ebenso wie eine Anzahl Gasumwälzeinrichtungen 13. Die letzteren können in beliebiger Weise konstruiert sein, müssen aber das Kühlgas komprimieren können, nachdem es über die Dampferzeuger gegangen ist, und es wieder derart in Umlauf bringen, daß es wiederum über den Reaktorkern geleitet werden kann, um Wärme von ihm wegzuführen. Der Begriff "über¹* soll im Zusammenhang mit der Kühlmittelströmung so verstanden werden, daß eine Strömung über eine beliebige Wärmetauschfläche in dem Kern ebenso gemeint ist, wie eine Strömung durch Kanäle, die zu Kühlzwecken in dem Kern angebracht sind.

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In dem Raum 22 sind Leitbleehe angebracht, die den Primärkühlgasstrom in die vorgeschrietiene Richtung leiten. Im einzelnen haben diese Prallbleche eine zylindrische '.'/and 24, die vom Kern 12 aus abwärts verläuft und ein kurzes Stück oberhalb des unteren Kernendes endet. Ein oberer Boden 20 erstreckt sie:: quer durch den Raum 22 knapp unterhalb des Kerns und ist dicht an die untere Kante der zylindrischen 7/and 24 angeschlossen. Die Dampferzeuger liegen unterhalb des oberen Bodens innerhalb des zylindrischen Prall· blechs 24. Ein unterer Boden 26 verläuft quer zum Raum 22 in Bodennähe des Raums und ist mit der Auskleidung 23 dicht verbunden. Die Gasuinwälzer 13 sind in der i^ähe der zylindrischen Jände der Kammer 22 angeordnet und stellen eine Verbindung zwischen dem Bereich unterhalb des unteren Bodens 26 und dein Rest des Raums 22 her. Das Kühlgas wird abwärts durch den Kern 12 innerhalb der zylindrischen /»and 24 und durch die Dampferzeuger 14 geführt. Die Dampferzeuger entlassen das Gas in den Raum unterhalb des unteren Bodens 26. Die Gasumwälzer 13 sammeln das L.as in diesem unteren Bereich und drücken es aufwärts an der Außenseite der Dampferzeuger vorbei, so daß es durch den «.ingspalt strömt, der das Prallblech 24 bis zum oberen Rande des Kerns 12 umgibt. Dann fließt das Gas wiederum durch den K-ern abwärts, um die vom Kern erzeugte Wärme auf die Dampferzeuger zu übertragen. . .

Den Dampferzeugern 14 wird Speisewasser zugeführt, und Darauf wird von den Dampferzeugern weggeführt durch die Dampferzeugerrbhre 27, die beide von ,dem zugehörigen Dampferzeuger nach unten wegführen. Die Leitungen 27 sind tatsächlich ein Leitungsbündel, wie weiter unten ausgeführt, und durchsetzen das Reaktorgehäuse 11 in darin

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vorgesehenen Durchführungen 28. Auch die Auskleidung 23 für den Kaum 22 wird durch die Dxjrchf lh runden nach auSen gefTnrt. Die Einzelleitungen in den Leitungen 27 ^ind an ein Dampf-.Vasser-Syitem 29 angeschlossen, von dom Speisewasser in die Dampferzeuger geleitet und von den; Dampf in lie Turbine zum Antrieb der Elektrogeneratoren anleitet werden; die turbinen und generatoren rind nicht gezeichnet.

Die Zahl der verwendeten Dampferzeuger 14 hängt von dem in dem Kaum 2c. verfügbaren Platz und von der verlangte.: neaktorleistung ab. Bei dem gezeichneten neaktornystem ist ein zentraler Durchlaß 25 mi*, abnehmbarem Verschluß 3o vorgesehen, um jeden einzelnen Dampferzeuger in noch zu erläuternder ,','eise im Falle einer Reparatur herausne-unen zu kcn.ier.. Die Dampferzeuger haben ausreichend kleinen Durchmesser, no laß sie den Durchlaß 25 passieren kennen. Die Dampferzeuger .^lince:. untereinander praktisch genau überein, weshalb nur ein einzelner Dampferzeuger im Detail beschrieben werden seil.

»Vi3 aus den Figuren - bis 4 ersichtlich, berteht ein Dampferzeuger 14 aus eine::: zylindrische/. jehUuse 31, das eine Leitung für den Durchtrit: heißer u_a-e durc:. de:: Dampferzeuger bildet. Die Wärmetauscherrohre de^ Dampferzeuger-, die ?päter im einzelnen beschrieben werden, ^ind gebündelt in geeigneter .Veise im -ei:äu?e 31 angeordnet, fpe-ielle Antringungsmittel für die Eöhrenbündel "ind nicht gezeichnet; die 3üniel kennen auf ruerverlaufenden gelochten Blechen angeordnet werden, die ?i2-h mit gegenseitigem Axial ab st and im Inneren des -ehäuses 31 auf Querträgern befestigen lassen, die_ quer durch das .'ehäuse gezogen sind; es sind aber auch andere

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Träger geeignet. Oben .ist das Gehäuse 31 für den Eintritt des heißen Gases geöffnet; das Gehäuse läßt sich dort mit passenden Leitungen oder Gaskanälen verbindungen, durch die das heiße Gas von dem Reaktorkern 12 aus dem und in das Gehäuse 31 geleitet wird. Die untere Kante des Gehäuses 31 ist durch Schweißen oder auf andere Weise mit der Außenkante eines Ringflanschs 32 verbunden. Der Flansch 32 tritt nach oben/außen von dem Rande eines toontagerings 33 vor.

Wie bereits erwähnt, wird das Kühlgas, nachdem es über die Wärmetauscherrohre des Dampferzeugers gestrichen ist, in den Raum unterhalb des unteren Bodens 26 geleitet. Zu diesem Zweck ist der untere Boden mit einer Öffnung 34 versehen, über der der Dampferzeuger 14 angebracht ist. Die Befestigung erfolgt mit Hilfe eines Klemmrings 36, an dem sich ein nach außen gerichteter Flansch 37 befindet, durch den eine Anzahl Schrauben 38 gesteckt sind, die den Klemmring 36 abnehmbar mit dem unteren Boden 26 am Rande der darin befindlichen Öffnung 34 verbinden. Der untere Boden wird mit Abstand von der Reaktorauskleidung 23 am Boden des Raums 22 durch eine Anzahl Ständer 39 gehalten, von denen jeder von einer Lastverteilerplatte 41, die an der Auskleidung 23 am Boden des Raums 22 angebracht ist, nach oben weist. Schrauben 42 führen durch den unteren Boden, und die Ständer und sind in Einsätze 43 geschraubt, die sich am Fuße jedes Ständers 39 befinden. Der Zwischenraum zwischen dem Kontagering 33 und dem Klemmring 36 ist mit einer Anzahl Gleitverschlüssen 44 gedichtet, um eine Wärmedehnung des Dampferzeugers 14 relativ zum liiveau des

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unteren Bodens 26 zu ermöglichen. Wie aus Fig.4 zu entnehmen, sind die verschiedenen Dampferzeuger 14 mit gegenseitigem Ab.stand so eingebaut, daß die Ränder der Flanschen 37 der verschiedenen Dampferzeuger unmittelbar nebeneinander liegen.

Eine AbSchlußanOrdnung ist für jede Durchführung 28 vorgesehen, damit kein Kühlmittel oder verseuchtes Material durch die"Durchführ ungs austreten kann. Der Dampferzeuger ist an der Abschlußanordnung mit einer Anzahl radialer Rippen 46- angebracht. Die Rippen greifen von dem Montagering 33 aus nach innen und reichen an ihren oberen Enden über den Montagering zur Innenseite des Gehäuses 31 hinaus. Die unteren Ränder der Rippen 46 stützen sich auf eine Ringschulter 47, die von der Wand eines zylindrischen Abschlußrohrs 48 nach außen vorspringt; die Innenränder der Rippen 46 stoßen gegen die Wand des Abschlußrohrs 48 und sind mit ihr verbunden. Das Abschlußrohr 48 reicht nach unten durch die Durchführung 28 an die Außenseite des Reaktorgehäuses 11. Die Auskleidung 23 für den Raum 22 wird ebenfalls durch die Durchführung 28 nach außen geleitet, und das Abschlußrohr 48 besitzt an seinem unteren Ende 49 einen Außenflansch, der an die Auskleidung 23 geschweißt ist. An der Außenseite des Abschlußrohrs 48 ist eine Ringdichtung 51 in der Nähe der Oberkante der Durchführung 28 vorgesehen, wodurch eine gleitfähige Dichtung zwischen dem Abschlußrohr und der Auskleidung 23 in der Durchführung geschaffen wird. Diese gleitfähige Dichtung ist federnd zusammendrückbar und erlaubt sowohl axiale wie radiale Expansion und Kontraktion des Abschlußrohrs gegenüber der Auskleidung.

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Zu den Dampferzeugern 14 geh, * ein Wiedererhitzer, der weiter unten beschrieben wird, und das Rohr 27 weist ein Paar konzentrischer Wiedererhitzereleitungen 52 und 53 zum Fördern von Dampf vom und zum Wiedererhitzer auf. Das Abschlußrohr 48 wird an der äußeren iffiedarerhitzerleitung 52 durch einen oberen bzw. einen unteren Steg 54 bzw. 56 befestigt. In Fig.2 ist zu erkennen, daß jeder der beiden Stege 54 und 56 aus einem vertikal verlaufenden zylindrischen Abschnitt und einem unteren, nach innen gewandten Ringflansch besteht. Die Stege 54 und 56 können mit ihren Flanschen an das Halterohr und die äußere Wiedererhltzungsleitung geschweißt werden, jedoch ist der untere Steg 56 nicht auf diese tfeise mit dem äußeren Wiedererhitzerrohr 52 verschweißt; der nach innenvorspringende untere Flansch des unteren Stegs 56 ist mit einer ringförmigen, gleitfähigen, zusammendrückbaren Dichtung 57 versehen, so daß die äußere Leitung 52 des tfiedererhitzers sich in axialer und radialer Richtung relativ zum Steg 56 ausdehnen und zusammenziehen kann.

Die obenbeschriebene Bauweise für die Abschlußanordnung innerhalb der Durchführung 28 erlaubt die axiale und radiale Wärmeexpansion der verschiedenen Elemente. Die spezielle AbSchluß an Ordnung jedoch ist nicht die einzig verwendbare, und es können stattdessen andere Anordnungen zum Erzielen eines Abschlusses und zur Ermöglichung derartiger axialer und radialer Wärmedehnungsbewegungen verwendet werden, etwa Balgenabschnitte. Der oben beschriebene Abschluß mit gleitfähigen Dichtungen als zusätzliche Sicherung für den PrimärabSchluß verringert die Möglichkeit eines plötzlichen Verlusts von Kühlflüssigkeit im Falle eines Schadens an dem PrimärabSchluß auf ein Minimum.

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Anschließend soll die spezielle Ausbildung der Wärmetauscherrohre 16 in dem Dampferzeuger 14 erläutert werden; von den Rohren sind nur einzelne Abschnitte gezeichnet, während die restlichen Rohrteile durch Mittellinien angedeutet sind. Auf diese Weise läßt sich die Übersichtlichkeit der Zeichnungen wahren. Die 'spezielle Ausbildüngend Anordnung der Rohre 16 in dem Dampferzeuger ist an sich nicht kritisch - von einem später beschriebenen. Ausnahmefall abgesehen - aber als besonders zweckmäßig hat sich die Schraubenlinienform für jedes Rohr erwiesen. Die so gebildeten Schraubenlinien verschiedenen Durchmessers sind koaxial angeordnet zu einem Rohrbündel zusammengefaßt. Bei der gezeichneten Ausführungsform bildet jedes Wärmetauscherrohr 16 zwei Schraubenlinien, von denen die untere Teil eines Economizer-Verdampfers 58 und die obere Teil eines Überhitzers 59 ist. Der Abschnitt jedes Rohrs zwischen der Economizerschleife und der Überhitzerschleife ist in weiter unten geschilderter Weise ausgebildet.

Wie erwähnt, sind der -Betriebsdruck der? Economizer-^Verdampfers und der Überhitzers wesentlich höher als der Druck des die Wärmetauscherrohre 16 umgebenden Kühlgases. Der Kühlgasdruck kann etwa 40 at (700 psi) betragen, der ffasser-Dampf-Druck in den Wärmetauscherrohren kann jedoch höher als 140 at (2000 psi) liegen.

Natürlich muß eine Vorrichtung vorhanden sein, die jedem einzelnen Wärmetauscherrohr Speisewasser zuführt und Dampf abzieht. Eine brauchbare Lösung stellt die Verwendung von Endkammern dar. Eine Endkammer stellt einen Raum dar, mit dem jedes einzelne Wärmetauscherrohr in Verbindung steht. Die Endkammer wiederum ist mit

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einer Leitung verbunden, durch die Wasser oder Dampf der Endkammer zugeführt oder von ihr abgezogen wird. Ein Betrieb mit Drücken über 140 at (2000 psi) macht üblicherweise entsprechende Drücke an den Eingangs- und Ausgangsendkammern der Wärmetauscherrohre erforderlich. Der Ausgangsdruck wird im allgemeinen etwas niedriger gehalten als der Eingangsdruck, damit eine Strömung zwischen den Endkammern durch-die Wärmetauscherrohre hindurch stattfinden kann.

Beim Reißen einer Endkammer kann ein heftiges Ausströmen von Dampf oder Wasser eintreten.' Ein derartiges Ausströmen innerhalb des Reaktorgehäuses bei einem Kernreaktor kann dazu führen, daß der Entwurfsdruck des Reaktorgehäuses überschritten wird, wodurch die Zerstörung des Gehäuses und eine Verseuchung der Umgebung auftreten kann. V/enn, wie es häufig der Fall ist, ein graphitmoderierter Kern als Bestandteil des Reaktorkerns verwendet wird, kann wegen der hohen Temperatur eine chemische Reaktion zwischen Graphit und Wasser eintreten. Dadurch entstehen schwere Zerstörungen im Bereich des Reaktorkerns, und im Reaktorgehäuse ergeben sich Kontaminationen in großen Liengen.

Gemäß der Erfindung wird die Gefahr eines plötzlichen Wasser- oder Dampfausflusses bei hohem Druck im Inneren des Reaktorgehäuses ausgeschaltet. Um das zu erreichen, werden alle Hochdruck-Endkammern des Systems (d.h. die Endkammern des Economizer-Verdampfers und des Überhitzers bei dem dargestellten Dampferzeuger) außerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet. Bei der gezeichneten Ausführungsform liegt die Speisewassereinlaß-Endkammer 17 unter-

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halb des Reaktorgehäuses 11 und steht mit jedem wärmetauscherrohr des Economizer-Verdampfers 58 mit einer Anzahl Einlaßleitungen 19 in Verbindung. Diese bilden einen Teil der Leitung 27, die durch die Durchführung 28 innerhalb des Abschlußrohrs 48 mittels geeigneter Öffnungen in den nach außen zeigenden oberen Flanschen der Stege 54 und 56 geführt sind.

Bei der gezeichneten Ausführungsform geht jede Einlaßleitung 19 in ein 'Wärmetauscherrohr 16 über , so daß die Wärmetauscherrohre einzeln an die Endkammer 17 angeschlossen sind. Einlaßleitungen und Wärmetauscherrohre können jeweils zusammenhängend ausgeführt sein, es lassen sich aber nötigenfalls unter Reduzierung der Zahl der Einlaßleitungen 19 kleinere zusätzliche Endkammern in dem Reaktorgehäuse 11 unterbringen. Wenn das beabsichtigt ist, sollte aber die Zahl der Einlaßleitungen 19 mindestens ein Viertel der Zahl der Wärmetauscherrohre 16 ausmachen. Bei einer solchen Bauweise ruft ein Bruch an einer einzelnen Einlaßleitung 19 oder einem einzelnen 'Wärmetauscherrohr nur eine relativ langsame Druckzunahme und einen relativ schwachen Dampfausstoß innerhalb des Reaktorgehäuses 11 hervor. Zum Aufspüren einer derartigen · Druckzunahme oder eines Auftretens von Dampf können innerhalb des Reaktorgehäuses geeignete Fühlelemente angebracht werden, womit das Einleiten von Sicherheitsvorkehrungen möglich ist, bevor ein gefährlicher Zustand erreicht ist.

Entsprechende Überlegungen gelten für die Gestaltung der Dampfauslaß-Endkammer 18. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist jedes Wärmetauscherrohr 16 an seiner Ausgangsseite einzeln über eine entsprechende Zahl von Auslaßleitungen 21 an die Ausgangs-

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Endkammer 18 angeschlossen» ~^Λζ Auslaßleitungen 21 bilden einen Teil der Leitung 27, die durch die Durchführung 28 durch geeignete Öffnungen in den nach innen gewinkelten unteren Flanschen der Stege 54 und 56 geführt sind. Die Auslaßleitungen können mit den Wärmetauscherrohren zusammenhängen, oder es können, wie im Zusammenhang mit der Einlaßleitungen 19 erläutert, zusätzliche Endkammern zwischen den Ausgang der Wärmetauscherrohre 16 und die Auslaßleitungen 21 geschaltet werden. Vorzugsweise sollte die Zahl der Auslaßleitungen mindestens ein Viertel der Zahl der Wärmetauscherrohre ausmachen. Auch hier entsteht beim Bruch eines Wärmet aus eher rohr s 16 oder einer Auslaßleitung 21 ein rvur relativ langsamer Dampf- oder Wasseraustritt in das Innere des Reaktorgehäuses, weshalb die sich ergebende gefährliche Situation beizeiten erkannt werden kann und geeignete Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden können.

Die oberen schraubenlinienförmigen Abschnitte der ϊ/ärine tausche r-

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rohre 16, also die in dem Überhitzer liegenden Rohre, bestehen üblicherweise aus verhältnismäßig kostspieligem hochlegiert ein Stahl, damit sie den hohen Drücken und Temperaturen im Überhitzer möglichst gut angepaßt sind. Häufig ist es jedoch nicht erforderlich, auch den Economizer-Verdampfer aus dem gleichen hochiedierten Stahl zu bauen, weil die Temperaturen dort niedriger liegen. Dementsprechend ergibt sich eine (bei 60 angedeutete) Schweilnaht in jedem Wärmetauscherrohr 16 zwischen dessen hochlegiertem und ' dem niedriger legierten Abschnitt, '{ienn diese Schweißstelle, an der zwei verschiedene Metalle zusammenstoßen, den extremen Temperaturen des Kühlgases ausgesetzt ist, kann die Schweißnaht reißen

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wegen der unterschiedlichen Wärmedehnung oder wegen thermischer Spannungen infolge des hohen Temperaturgradienten in der Rohrwand. Um die Bimetall-Schweißstellen an den '.VäTmetauscherrohren 16 "zu isolieren, werden die Abschnitte der Wärmetauscherrohre zwischen dem Economizer-Verdampfer 58 und dem Überhitzer 59 radial einwärts •in eine Stellung geleitet, wo sie neben der äußeren Widererhitzerleitung 52 liegen. Dann laufen diese Abschnitte axial" aufwärts zum oberen Teil des Überhitzers 59 und gehen radial nach außen soweit wie nötig, um in die Schraubenlinienkrümmung übergehen zu können. · -Die Bimetall-Schweiß st eil en 60 werden in den vertikalen Abschnitt der .Värme tausch err öhre 16 neben die äußere 7/iedererhitzerleitung 52 gelegt. Ein Leitblech 61, etwa in lorm eines Halbringes, verläuft außerhalb der äußeren Niedererhitzerleitung 52 oberhalb der Bimetall-Schwei&tellen, führt dann vertikal nach unten an diesen Schweißstellen vorbei und wendet sich nach innen, um die äußere Wiedererhitzerleitung 52 zu berühren. Dadurch wird erreicht, daß der die Rohrbündel durchziehende Gasstrom, vor allem der den Überhitzer 59 durchziehende Gasstrom nach außen von den Bimetall-Schweißstellen der «Värmetauscherrohre weggelenkt wird.

Bei den gezeichneten und beschriebenen Rohrbündeln steigt im Economizer-Verdampfer 58 der Wasser-Dampf-Strom aufwärts in den Rohrschlangen, während der Dampfstrom im Überhitzer 59 in den Rohrschlangen abwärts gerichtet ist. Tatsächlich können die Abschnitte der rtärmetauseherrohre 16 zwischen den Schraubenlinien so gelegt sein, daß unterschiedliche Strömungsrichtungen entstehen, und das Leitblech 61 soll so ausgebildet sein, daß es einen Schutz für die Bimetall-Schweißstellen darstellt,

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Der gezeichnete Dampferzeuger 14 soll, wie schon erwähnt, einen Wiedererhitzer 62 -umfassen. Der Wiedererhitzer besteht aus einer Anzahl Wärmetauscherrohre 63, deren Mittel ab schnitte in Form öines Rohrbühdels mit konzentrischen Schraubenlinien gelegt sind. Der Betriebsdruck in einem Wiedererhitzer liegt normalerweise bei oder wenig unter dem Druck des ihn umgebenden Kühlgases. Daher brauchen keine inneren Endkammern für den 7/iedererhitzer vorgesehen zu werden. Aus weiter unten erläuterten Gründen wird der Wiedererhitzer 62 in die Richtung gesetzt, aus der das Kühlgas durch < den Dampferzeuger gerichtet ist. Der Dampf wird durch die Wiedererhitzerleitungen 52 und 53 zum und vom Wiedererhitzer 62 geleitet. Die Leitungen 52 und 53 verlaufen zentrisch innerhalb des Dampferzeugers 14 durch die Mitten der von den Wärmetauscherrohren 16 gebildeten Schraubenlinien.

Die Leitungen 52 und 53 laufen mit ihren oberen Enden in eine Endkammer 64 für den Jiedererhitzer ein. Das obere Ende der inneren Wiedererhitzerleitung 53 v/eist einen nach außen abgewinkelten Rin_ö-flansch 66 auf, der an die Innenwand der Endkammer 64 geschweißt ist und unterteilt damit die Wiedererhitzer-Endkammer in eine ringförmige Einlaßkammer 67 und eine Auslaßkammer 68. Der wiederzuerhitzende kalte Eingangsdampf läuft durch den äußeren der beiden, von den Leitungen 52 und 53 gebildeten Kanäle. Deswegen befindet sich die äußere Wiedererhitzerleitung 52 gegenüber der inneren Leitung 53 auf einer niedrigeren Temperatur und kann daher leichter einem Druckunterschied widerstehen, der zwischen dem Kühlgas und dem wiederzuerhitzenden Dampf besteht. Die Wiedererhitz er rohre 63 münden in die beiden Kammern 67 und 68 und

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rufen, wie in der Zeichnung dargestellt, einen Wiedererhitzer-'Dampfstrom hervor, der entgegen der Richtung des KühlgasStroms aufsteigt. Jedoch hat die Richtung der Strömung im Wiedererhitzer im Rahmen der Erfindung keine entscheidende Bedeutung»

Das untere Ende der inneren Wiedererhit zerl eitung 53 liat die Form eines Wellrohrs 65 und durchsetzt eine Wand 70, die quer in der äußeren Wiedererhitzerleitung 52 liegt. Diese Wand bildet zusammen mit dem geschlossenen unteren Ende der Leitung 52 einen Raum für die Aufnahme des wiedererhitzten Dampfs» Eine Ausmündung 72 ist zum Anschluß dieses Raums an eine nicht gezeichnete Leitung für wiedererhitzten Dampf vorgesehen» Mit,dem Inneren der äußeren Leitung 52, und zwar oberhalb der Wand 7ö, steht eine Eintrittsöffnung 71 in Verbindung, durch diewieder^ zuerhitzender Dampf in den Ringraum zwischen den Leitungen 52 und 53 geleitet werden kann. Mit der Eintrittsöffnung 71 steht eine nicht gezeichnete Leitung in Verbindung, die wiederzuerhitzenden Dampf führt.

Ilachdem das Kühlgas die ,Viedererhitzerrohre 63 überstreichen muß, ehe es zu dem Überhitzer gelangt, ergibt sich ein wesentlicher" Vorteil aus der Lage des Wiedererhitzers 62 in der gezeichneten und beschriebenen Form, weil dadurch alle ungewöhnlichen. Schwankungen der Gastemperatur gedämpft werden, bevor das Gas den Überhitzer 59 erreicht. Die Ausführung des Überhitzers ist deswegen weniger kritisch, nachdem er vor extremen Temperaturschwankungen geschützt ist.

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Als weiterer und bemerkenswerter Vorteil ist anzusehen, daß der Wiedererhitzer in seiner beschriebenen Lage die Möglichkeit hat, eine Kühlung im Notfall herbeizuführen, indem beim Auftreten eines Lecks im Wasser-Dampf-System ein Hilfs-Kühl-System benutzt wird. Dieses Hilfs-Kühl-System 69 (Fig.1) ist durch geeignete, nicht gezeichnete Ventile an die Einlaß- bzw, die Auslaßöffnung 71 bzw. 72 an den unteren Enden der Wiedererhitzerleitungen 52

; bzw, 53 anschließbar. Beim Verlust von Dampf und Wasser aus dem

j Dampf-Wasser-System 29 und einem entsprechenden Füllungsverlust der Wärmetauscherrohre 16 und 63 kann das Hilfs-Kühl-System 69 eingeschaltet werden. Die das Zusatzkühlsystem mit den Nieder-

! erhitzerleitungeit verbindenden Schieber können geöffnet qjterden, so daß ein Kühlmittelstrom, z.B. ein Strom von Wasser durch die

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Leitungen des Wiedererhitzersystems fließt. Ein solches Kühlmittel kann eine wesentlich niedrigere Temperatur haben als sie normalerweise im wiederzuerhitzenden Dampf herrscht, und auf diese Weise läßt sich die von dem Wiedererhitzerkreis hervorzurufende Wärmeabfuhr in einer solchen ITotfallsituation erheblich steigern. Die Wiedererhitzeranlage kann dadurch soviel Wärme aus dem Kühlgas abführen, daß sich eine Überhitzung der V/ärmetauscherrohre und 63 vermeiden läßtj damit bleiben sie auch vor Zerstörung, bewahrt. I

Die Erfindung bietet somit einen verbesserten, flüssigi-teitsgekühlten Kernreaktor (Flüssigkeit als fließfähiges Medium verstanden) , bei'dem Reaktorkern, Umwälzeinrichtung und Dampferzeuger zusammen in dem Reaktorgehäuse untergebracht sind. Es wird ferner ein verbesserter Dampferzeuge r zur Verwendung in der angegebenen

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Reaktoranlage vorgeschlagen. Reaktoranlage und Dampferzeuger gemäß der Erfindung mildern üie Folgen eines plötzlichen Austritts von Dampf oder Flüssigkeit .oder von Üeidem in das Reaktorgehäuse, so daß sich Drucküberlastung des Reaktorgehäuses und chemische Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und anderen Teilen • des Reaktors vermeiden lassen. Die Bauweise des Dampferzeugers bietet einen Schutz für den Überhitzer wie für die Bimetall-Schweißstellen zwischen dem Überhitzer und dem Eeonomizer-Verdampfer.

Wenn der Reaktorkern 12 und der obere Boden 20 weggenommen werden, lassen sich die Dampf erhitzer, aus dem Reaktorgehäuse nach Entfernen des Verschlusses 30 durch den Durchlaß 25 herausnehmen. Bei jedem Dampferhitzer müssen dazu die Rohre 19 und 21 und das Abschlußrohr 48 am unteren Ende der Durchführung 28 du'rchdchnitten werden. Dann werden die Schrauben 38 herausgenommen, und der gesamte Dampferzeuger wird angehoben, bis die Leitung 27 oberhalb des unteren Bodens 26 steht. Der untere Boden besitzt eine nicht gezeichnete öffnung mit Verschluß, die mit dem Durchlaß 25 fluchtet. Der Verschluß wird weggenommen,und der Dampfgenerator wird in Flucht mit dem Durchlaß 25 gebracht und durch ihn hindurch abgelassen.

Die jedem Fachmann ohne weiteres geläufigen Änderungen und Variationen der hier gezeigten Ausführungsform der Erfindung fallen in den Bereich der nachstehenden Patentansprüche.

Pat ent ansprüche:

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BAß ORiGiMAL .

Claims (6)

Pat ent ansprüche

1. Dampferzeuger zur Verwendung in einem Kernreaktor, der Reaktionskern und Kühlmittel-:Umwälzeinrichtungen innerhalb eines Reaktorgehäuses besitzt, »wobei der Dampferzeuger eine Anzahl fließfähige Stoffe führende Wärmetauscherrohre aufweist, die in dem Reaktorgehäuse in einem Kühlmittelstrom angeordnet sind, welcher von den Kühlmittel-Umwälzeinrichtungen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Reaktorgehäuses (11) Endkammern (17,18) vorgesehen sind, die fließfähige Stoffe in die* Wärmetauscherrohre (16) einleiten und aus ihnen aufnehmen unter Drücken, die wesentlich über dam Druck des Kühlmittels im Reaktorgehäuse (11) liegen, und daß eine Anzahl Einlaßleitungen (19) und eine Anzahl Auslaßleitungen (21) durch eine Wand des Reaktorgehäuses (11) geführt sind, um eine Strümungsverbindung zwischen den '.Värmetauscherrohren (16) und den Endkammern (17,18) herzustellen.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Einlaßl~-itungen (19) und die Zahl der Auslaßleitungen

• (21) je mirdestenr: ein Viertel der Zahl der '.Värmetauscherrohre (16) ausmachen.

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3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (16) einen Economizerabschnitt (58) und einen Überhitzerabschnitt (59) bilden.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauscherrohr (16) aus zwei stumpf aneinandergeschweißten Abschnitten besteht, von denen jeweils einer im Bereich des Überhitzers (59) liegt und aus einem anderen Werkstoff besteht als der andere Abschnitt, und daß ein leitblech (61) zum Ablenken der von den Umwälzeinrichtungen (13) erzeugten Ktihlmittelströiaung vorgesehen ist, wobei die Wärmetauscherrohre (16) so geführt sind, daß die Schweißstelle (6o) zwischen den beiden unterschiedlichen Werkstoffen hinter dem Leitblech (61) liegt, um die Schweißstelle der Kühlmittelströmung fernzuhalten,

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wieder-, erhitzer (62) neben den Wärmet aus eher rohren (16) in Ricktunjg gegen den Kühlmittelstrom, so daß der Kühlmittelstrom über den ligaer-/-. erhitzer streicht, ehe er die Wärmetauscherrohre erreicht.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Endkammer (64) für den »Viedererhitzer (62), wobei die Endkammer am Wiedererhitzer zum Ausrichten innerhalb des Reaktorgehäuses, an-? geordnet ist.

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7« Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abschlußanordnung zwischen der Auskleidung (23) der Durchführung (28) eines Reaktorgehäuses (11) und den durch die Durchführung (28) geleiteten Einlaßleitungen (19) und Auslaßleitungen (21), wobei die Abschlußanordnung aus einem koaxial zu der Auskleidung (23) verlaufenden Abschlußrohr (48) besteht sowie einem ersten Steg (54) und einem zweiten Steg (56), die seitwärts an dem Abschlußrahr (48) vorgesehen und an entgegengesetzten Enden des Rohrs mit ihm verbunden sind, wobei ferner der erste Steg (54) an dem Abschlußrohr (48) anbringbar ist, der zweite Steg (56) an der Auskleidung (23), und wobei Schließlieh eine erste gleitfähige Dichtung (51) bzw. eine zweite gleitfähige Dichtung (5t) zwischen dem ersten Steg (54)" und der Auskleidung (23) bzw, zwischen dem zweiten Steg (5β) und dein AtfSOJjittßroiir (48) vorgesehen ist, um Wärmedehnungsb0wegungen

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zu ermöglichen.

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