DE1589609A1

DE1589609A1 - Kernenergieanlage

Info

Publication number: DE1589609A1
Application number: DE19671589609
Authority: DE
Inventors: Marcel Paris Robin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1967-05-16
Publication date: 1970-08-13
Also published as: GB1137298A; ES340581A1; DE1589609B2; CH476366A; FR1506326A; LU53646A1; BE697934A

Description

Patentanwalt· - ·, _ Dlpl.-lng.R.Beetzu. 10.5. Dipl.-Ing. Lamprecht

IMMMrttt,St*ln.dori*tr.ie . 1589609

Commissariat a l^fEnergie Atoraique, Paris (Prankreich)

Kernenergieanlage

Die Erfindung hat eine Kernenergieanlage zum Gegenstand, die mit einem Kernreaktor arbeitet« der durch ein flüssiges Metall« wie beispielsweise Natrium« gekühlt wird. Oenauer bezieht sich die Erfindung auf die Vorwärmung einer solchen Anlage vor deren Anlaufen.

Bekanntlich ist es bei Verwendung von Metallen, die wie das Natrium bei Zimmertemperatur fest sind« in solchen Anlagen erforderlich« die Apparate und die Rohrleitungen« die das Metall aufnehmen müssen« vor ihrer Füllung vorzuwärmen. Gleichfalls ist es ratsam« während der Abschnitte« in denen der Reaktor stillsteht« das Metall in flüssigem Zustand zu halten-

Heute eingeführte Lösungen zur Erzielung einer solchen Vorwärmung bestehen in der Verwendung von gekapselten elektrischen Widerständen, die an die vorzuwärmenden Wände angepreßt werden, offer ίχ; einer Induktionsheizung mittels außerhalb der Wärre-IrolSf^Wig rund "m die Geräte und Rohrleitungen gewickelter Drähte. Geniß «»ine? dritten Lösung kann man diese Vorwärmung rturch *as-I&uf ·. _Anes heißen öases unter atmosphärischen* Dvuek in eines;

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- 2 -die Rohrleitungen und Geräte umgebenden Mantel erzielen.

Diese Lösungen weisen den Nachteil auf, daß sie kompliziert und kostspielig sind. Außerdem ist die Vorwarnung nur schwerlich wirkungsvoll, wenn die Geräte und Rohrleitungen aus Sicherheitsgründen doppelwandig sind. Dies ist der Fall bei den Geräten des primären Kreislaufs, der bei dem größten Teil der Kernenergieanlagen des betrachteten Typs Natrium transportiert, das eich während seines Durchganges durch den Kern des Reaktors aktivieren kann. Die Anwesenheit der äußeren Wand gestattet in diesem Falle die Erkennung und die Wiedergewinnung eines etwaigen Verlust s an Natrium.

Die Erfindung hat eine Kernenergieanlage zu» Gegenstand, welche die Behebung der bis heute bestehenden Schwierigkeiten gestattet, indem sie insbesondere eine wirksamere und weniger kostspielige Vorwärmung gestattet, als die bekannten Lösungen.

Die Erfindung bringt eine Kernenergieanlage mit eins« Kernreaktor in Vorschlag, der sich In einem doppelwandigen Behälter befindet, der zur Aufnahme eines den Reaktor kühlenden flüssigen Metalls, wie beispielsweise Natrium, bestimmt 1st, die gekennzeichnet 1st durch Mittel fUr den Umlauf eines Ströisungsnedlums zur Vorwärmung im Inneren von zwischen den beiden Wänden des <' Behälters angeordneter* Leitungen s.it geringem Durchmesser.

Vorzugsweise sind diese Leitungen außerhalb der Vffnde mit gemeinsamen Eingangs- und Ausgsngßsataralera für des der Vor- ; wärmung dienende Strömungsmedium v^

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Im folgend»!! m„ri -'-cißpielPhalber -3ine besondere

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form für eine Kernenergieanlage gemäß der Erfindung näher beschrieben. Diese Beschreibung» die selbstverständlich keine einschränkende Wirkung für die Erfindung hat, bezieht sich auf die Fig. 1 und 2.

Flg. 1 stellt die gesamte erfindungsgemäße Kernenergieanlage sohematisch dar;

Flg. 2 zeigt die besondere Konstruktion des den Kernreaktor enthaltenden Behälters.

Die Anlage der Flg. 1 ermöglicht die Erzeugung von elektrischer Energie mit Hilfe eines durch ein flüssiges Metall und Insbesondere durch Natrium gekUhlten Kernreaktors. Diese Anlage besitzt im wesentlichen einen mit flüssigem Natrium gefüllten und den Kern des Reaktors enthaltenden Behälter 2, einen primären Kühlkreislauf 4 für das Natrium, einen sekundären Kreislauf 6, in dem ebenfalls Natrium umläuft, und einen tertiären Kreislauf 7, der flüssiges Wasser oder Dampf transportiert, der das Arbeitsmedium für eine Turbine 8 bildet.

Eine Pumpe 10 hält das die Kühlung des Reaktorkernes gewährleistende Natrium des primären Kreislaufs zwischen dem Behälter 2 und einem Wärmetauscher 11 in Umlauf» injdem sich das bei seinem Durchgang durch den Reaktorkern aktiv gewordene Natrium durch Wärmeaustausch mit nichtjradioaktivem Natrium des sekundären Kreislaufs 6 abkühlt. Der Umlauf des Natriums des sekundären Kreislaufs wird durch eine Pumpe 12 zwischen dem Wärmetauscher 11 und einem Dampferzeuger aufrechterhalten, der

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in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 13 bezeichnet ist und Verdampferstufen 14, überhitzerstufen 15 und Zwischenüberhitzeratufen 16 enthält.

Der Dampferzeuger 13 speist die Tarbine 8. Diese besitzt einen Hoohdruckabschnitt 8l, in dem sich der überhitzte Dampf vor seiner Zwischenüberhitzung teilweise entspannt und einen Mitteldruck-und Niederdruckabschnitt, der den zwischenUberhitzten Dampf erhält. Das sich am Ausgang der Turbine in dem Kondensator 18 kondensierende Wasser wird von einer Säugpumpe 9 aufgenommen und in den verschiedenen Windungen des Vorwärmers 20 für das Speisewasser vorgewärmt. Anschließend wird es durch die Hilfspumpe 21 dem Eingang des Dampferzeugers zugeführt.

Nach dem Anlaufen der Anlage 1st es erforderlich, dem Dampferzeuger 13 laufend Wasser mit einer Temperatur von mehr als 10O⁰C zuzuführen, um einen freien Druchgang des Natriums des sekundären Kreislaufs zu ermöglichen, da das Natrium bei 98⁰C schmilzt. Zu diesem Zwecke ist ein Hilfsdarapf erzeuger 22 vorgesehen, der mit einem klassischen Brennstoff beheizt wird und dazu dient, dem Hauptdampferzeuger beim Anlaufen Wasser mit einer Temperatur von ungefähr 150⁰C zuzuführen. Dieser " Hilfsdampferzeuger 22 wird dann von einer Pumpe 24 gespeist. Während dieses Yorwärmvorganges wird die Turbine über Ableitungen 25 und 26 aus dem Kreislauf herausgenommen und der Dampf wird bei 27 durch Wasser wieder abgekühlt.

Der von dem HiIf.sdampferzeuger 22 erzeugte Dampf wird ■ gleichfalls zum Vorwärmen de3 primären Natriumkreislaufs 4

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und des sekunderen Matriumkreislaufs 6 vor dem Anlaufen der Anlage und während des Stillstandes des Reaktors benutzt. Zu diesem Zwecke gehen parallel zu dem Hauptdanpferzeuger vom Ausgang des Hllfsdampferzeugers 22 zwei Vorwärmkreise aus, nämlich ein Vorwärmkrels 28 für die den Primärkreislauf 4 bildenden Rohrleitungen und den Behälter 2 und .in Vorwärmkreis 29 für die Rohrleitungen des sekundären Kreislaufs- 6.

Der Behälter 2 ( der in Pig. 2 dargestellt ist) enthält den Kern des Reaktors, der in das flüssige Natrium eintaucht. Der Behälter 2 wird an seinem oberen Ende von einem Stopfen verschlossen. Er 1st doppelwandig ausgeführt, was dazu dient, bei normalem Betrieb einen Austritt von Natrium infolge einer Indichtigkeit an der Innenwandung 30 festzustellen und eventuell ausgetretenes Natrium zurückzuhalten. Die äußereWand 33 1st von einer Wärmeisolierung 34 umgeben.

Der Raum zwischen den beiden Wänden enthält Leitungen 36 von kleinem Durchmesser, die zur Aufnahme von Dampf zur Vorwärmung bestimmt sind. Diese Leitungen durchqueren die Außenwand am Boden des Behälters einzeln und sind außerhalb des Behälters an einen ringförmigen Sammler 37 angeschlossen, der die Rückführung des Dampfes zu der Pumpe 24 übernimmt. Die Dampfleitunger 36 werden parallel zueinander von einem ringförmigen Speisesammler 38 versorgt, der rund um die Innenwand 30 oberhalb des offenen Endee der Außenwand 33 angeordnet ist.

Diese Anordnung gestattet es, die mit einer ■ ?ne

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verbunden» Sicherheit in vollem Vmfange zu erhalten. Sie gleicht vorzugsweise der LBsung, die darin besteht, den Dampf unmittelbar in die Doppelrand hlnelnsuaonloken, da diese dann so gebaut sein auf, daJ sie dem Druck des Dampfes su widerstehen vermag. Außerdem sind die Leitungen yS auierhalb der Doppelwand mit den Sammlern verbunden, man vermeidet soweit wie möglioh die Anwesenheit von 8ohwelmnlhten in dem swisohen den Wanden liegenden Raum· der normalerweise sum Zurückhalten von etwa austretenden Natrium bestimmt ist.

Uns thnllohe Ausbildung wird bei allen Rohrleitungen des primlren Natrluakrelelaufe 4 getroffen« die ebenfalls doppelwandig sind« Die Rohrleitungen «es sekundären Matriumkreislaufs 6, in denen Inaktives' Vatrlum umlüuft, sind dagegen einwandig. Ihr· Vorwarnung dagegen erfolgt benfalla von dem Hilfsdampferseuger 22 aus» der FUhrungsleltungen von geringen Durohmesser speist« die parallel su den Rohrleitungen an deren Wandung anliegen und sioh Im Inneren der diese umgebenden Wärmeisolierung befinden.

Natürlich sind die Vorwarmkrelse mit dem von dem Hilfedampferseuger 22 gelieferten Dampf nicht in Betrieb* solange der Reaktor nloht arbeitet. Diese Kreisläufe werden vor der Inbetriebnahme des Reaktors gereinigt und mit Stickstoff von ,atmosphärischem Druck gefüllt, der bei 40 eingeführt wird.

Gegenüber den bekannten Lösungen weist die erfindungsgera&fie Kernenergieanlage, so wie sie oben beschrieben let, die

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- 8 -nachstehenden wesentlichen Vorteile auf«

a) Ihr Preis ist dank der Einfachheit der zu ihrem Betriebe notwendigen Geräte verringert;

b) ihr Aufbau ist erleichtert, da die gesamten Rohrleitungen« darunter die Dampfleitungen» vor der Wärmeisolierung an Ort und Stelle gebracht werden;

c) die Betriebssicherheit ist vergrößert« da die Wärmequelle sich leicht regeln und mit klassischen Mitteln warten läßt;

d) die Anforderungen an eine Wartung des Netzes für die Vorwärmung sind praktisch gleich Null« und dieses Netz ist mit keinem Risiko einer lokalen überhitzung verbunden« wie dies bei elektrischen Widerständen der Fall 1st;

e) der Durchtritt der Dampfleitungen für die Vorwärmung durch die thermischen Abschirmungen 1st dank deren kleinen Querschnittes erleichtert« der sich aus der Verwendung von hochgespanntem Dampf und nicht von Öas unter Atmosphärendruck ergibt;

f) im Falle eine3 Kernunfalles« der zu einem Schmelzen

des Reaktorkerns und zu einem Zusammenbruch des primären Natriumkreislaufs führt, besteht dessen ungeachtet die Möglichkeit« den Behälter des Reaktors durch Wralauf von Wasser in den normalerweise für den vorwärmenden Dampf bestimmten Leitungen zu kühlen.

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Claims

■- 9 Patentansprüche

1. Kernenergieanlage rait einem Kernreaktor, der sich in einem doppelwandigen Behälter befindet, der zur Aufnahme eines den Reaktor kühlenden flüssigen Metalls, wie beispielsweise Natrium, bestimmt ist, gekennzeichnet durch Mittel für den Wralauf eines Strömungsmediums zur Vorwärmung im Inneren von zwischen den beiden Wänden des Behälters angeordneten Leitungen mit geringem Durchmesser.

2. Kernenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen außerhalb der Wände mit gemeinsamen Eingangs- und Ausgangssammlern für das der Vorwärmung dienende Strömungsmedium verbunden sind.

3. Kernenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dad sie einen primären Kreislauf für flüssiges Natrium zwischen dem den Kernreaktor enthaltenden Behälter und eine« als Kühler wirkenden Wärmetauscher aufweist und daß dieser Kreislauf ebenso wie der Behälter doppelwandig mit zwischen den Wänden angeordneten Leitungen geringen Durchmessers für den tnlauf eines zur Vorwärmung dienenden Strömungsmediums ausgeführt ist·

4. Kernenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen sekundären Kreislauf für ein flüssiges Metall zwischen dem Wärmetauseher und einem Dampferzeuger aufweist und daß das zum Torw&rmen des Behälters und/oder der Rohrleitungen des primären Kreislaufs verwendete Strömungsmedium dem in einem für das Anlaufen des Dampferzeugers des sekundären Kreisläufe Iri Betrieb genommenen HiIfBdanipferzeuger erzeugten Dampf entnommener Dampf ist. 009833/0351

5. Kernenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet« daB der sekundäre Kreislauf Leitungen geringen Durchmesser» für den Vmlauf von zur Vorwärmung dienendem Danpf enthält, die zwischen den Wänden der den sekundären Kreislauf bildenden Rohrleitungen im Inneren einer diese umgebenden tfäraeiosllerung liegen, und daß der der Vorwärmung dienenue Jtempf gleichfalls dem von dem Hilfsdampferzeuger gelieferten Dampf entnommen ist.

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