DE1614946A1 - Dampfdurchflussregler - Google Patents

Description

Dampfdurohflußregler

Die Erfindung betrifft einen Dampfdurohflußregler, insbesondere zur Dampfdurchflußregulierung im Überhitzerteil eines Kernreaktors^

Im Kernreaktor mit Dampfüberhitzung soll der Dampf zur möglichst intensiven Überhitzung möglichst lange in Berührung mit den Brennelementen bleiben» Gleichzeitig soll aber der Reaktoraufbau zur optimalen Ausnutzung des Neutronenflusses eine bestimmte geometrische Form, z_oB. Kugelform oder Zylinderform, mit annähernd gleicher Höhe wie der Durchmesser des Zylinders, aufweisen« Um beiden Anforderungen zu genügen, ohne den Reaktoraufbau so zu vergrößern, daß die obere Kostengrenze überschritten oder die überwachung übermäßig erschwert wird, erfolgt der Dampfdurchfluß unter einfacher oder mehrfacher Umkehrung im G-egenstromprinzip· Bei senkrechter Anordnung der Brennelemente erfolgt die Umkehrung in der Regel an deren . unterstem Ende. Hier bildet sich nur das den Durchfluß unter Umständen hemmende oder gänzlich blockierende Kondensat} der untere Bereich der Brennelemente wirkt also gewissermaßen als Kondensatabscheider, in dem sich das

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Kondensat bei Abschaltung des Reaktors oder auch im Betrieb unter kondensatbildenden Bedingungen ansammelt. Dies ist in der Regel unschädlich, wenn lediglich ein einzelnes Brennelement vorhanden ist, da das angesammelte Kondensat infolge des geringeren oder vorübergehend ganz aufhörenden Dampfflusses und der dadurch bewirkten stärkeren Überhitzung ausgeblasen oder verdampft werden kann. Ist dagegen eine Reihe von Brennelementen an eine Dampfeinlaß- und eine Dampfauslaßsammelleitung angeschlossen, was zur Vereinfachung des Reaktoraufbaus und aus Kostengründen wünschenswert ist, so erfolgt ein Ausgleich des Dampfeinlaßdrucks sämtlicher an die Sammelleitung angeschlossenen Brennelemente. Wird der Dampffluß über ©ines der Brennelemente duTöh Kondensatbildung gehemmt oder blockiert, so wird der übrige Dampf gleichmäßig über die anderen Brennelemente verteilt, so daß der zum Ausblasen bzw. Verdampfen des angesammelten Kondensats erforderliche Druckaufbau ausbleibt. Da andererseits der das Brennelement kühlende Dampffluß ausbleibt, wird dieses übermäßig erhitzt und kann schließlich durchbrennen und sogar platzen oder aufbrechen, wobei die radioaktiven Spaltstoffe in die Dampfanlage treten und eine besondere, Schutzmaßnahmen erfordernde Gefahrenquelle darstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Dampffluß durch die die Brennelemente aufnehmenden Überhitzerrohre auszugleichen und Überhitzung und Durchbrennen einzelner Brennelemente zu verhindern.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die je ein Brennelement umgebenden Überhitzerrohre in an sich bekannter Welse aus zwei im Gegenstrom arbeitenden und an Ihrem unteren Ende durch einen Kondensatabscheider verbundenen Rohretücken bestehen und ein Ausgleichsrohr vorgesehen ist, welches die verschiedenen Überhitzerrohre an Ihren jeweiligen unteren Enden miteinander verbindet·

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigern

Die Figur 1 im Längsschnitt eine Reihe von Brennelementen für einen Kernreaktor mit Dampfüberhitzung, die an eine Einlaß- und eine Auslaßsammelleitung angeschlossen sind, einschließlich des Kondensatahscheidere und des Dampfauegleichsrohrs;

die Figur 2 ebenfalls im Längsschnitt die Anordnung gemäß der Figur 1 sowie den automatischen Anschluß der Brennelemente bzw« Überhitzerrohre an das Ausgleicherohr«

Die Figur 1 zeigt beispielsweise drei Brennelementgruppen 11 gleichen Aufbaus, die im Einzelnen jeweils mit dem Buchetabenzusatz a,b,c, also z.B. 11a, 11b, 11c individualisiert sind.

Jedes Brennelement 11 besteht aus einem ersten Bündel von Brennstäben H', die senkrecht in einem senkrecht angeordneten Überhitzervorlaufrohrstück 12 angeordnet sind und einem zweiten Bündel von Brennstäben H '*, die in dem ebenfalls senkrechten Rücklaufrohrstück 15 angebracht sind* Beide Hohrstüeke 12, 15 sind an ihrem unteren Ende durch

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das U-Rohrsegment 16 verbunden. Das obere Ende dee Vorlauf rohretücks 12 let mit dir Einlaßs&mmelleitung 17, das obere Ende des Rücklaufrohritüoks 15 Alt der Auelaßiammelleltung 16 verbunden.

Erfindungsgemäß let nun ein Dampfauegleieherohr 20 jeweile' an das untere Ende der Ü-Rohrsegmente 16 a - ο angeechloBsen, eo daß diese untereinander verbunden elndi Die U-Rohreegmente sind durch Hontage auf einer Koneole oder » Grundplatte 21 auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, eo daß Kondensat aus einem U-Rohrsegment in die Übrigen Segmente fließt und einen gemeinsamen Spiegel gleicher Höhe erreicht.·

Die in der Figur 1 der Deutlichkeit halber in größerem Abstand zueinander gezeigten Brennelemente 11 sind in Wirklichkeit im Reaktor in Kompkaktbauweise, z.B. in Gruppen von 4» 6, β oder mehr an eine Sammelleitung angeschlossenen Brennt lementen vorgesehen. Als Kondensate*»- * scheider kann an Stelle eines die Rohrstücke 12, 15 verbindenden U-Rohr s auch eine andere bekannte, z.B. konzentrische Anordnung oder eine.sonstiger Kondensatabscheider, z.B. auch die Sammelleitung selbst, dienen. Der von einem Dampfgenerator, z.B. einem mit konventionellem Brennstoff erhitzter Boiler oder einem Siedewasserreaktor erzeugte Dampf wird in Richtung des Pfeils 22 über die Einlaßsammelleitung 17 in das Vorlaufrohrstück 12 eingespeist und dort durch die Brennetäbe 12' überhitzt. Der Dampf fließt sodann durch das U-Rohr 16 im Gegenstrom 23

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duroh das Rücklaufrohrstück 15. Hier wird er durch die Brennstäbe H" noch weiter tifcerhitzt und, schließlich über die Auslaßsammelleitung 18 in 2feinrichtung 23 einem Energiewandler, Wärmeaustauscher» einer Ifeunpfturbine oder dergleichen zugeführt·

Das z.B. durch Abschalten oder langsamlauf des Reaktors gebildete Kondensat oder das gegebenenfalls zusammen mit dem Dampf eingeführte Wasser sammelt eich in dem Ü-Eohrstück 16 an. Dieses dient somit als Kondensatabscheider, der z.B. ale unterteilt» Kammer aufgefaßt werden kann, deren Trennwand durch die gekrümmt» Innenwand 25 des tr-Rohrstüoks gebildet wird. Bei Anordnung der Ü-Rohrstüek» auf der gemeinsamen Grundplatte muß dabei darauf geachtet werden, daß sämtliche trennwände 25 auf der gleichen Horizontalen zu liegen kommen·

Sobald der Kondensatspiegel die Höhe 25a der Trennwand 25» z.B, entsprechend der gestrichelten Linie 26a, »rreieht hat, wird der Dampffluß über dajBi Brennelement 11a J blockiert. Bei Fehlen des erfindungsgemäßin,, die tJ-Rohrsegmente 16 a-c verbindenden, JLttsgleiefcirofcl?* 20 bleibt die Höhe des Kondeneatspiegels durch die übriges Brennelementanordnungen 11b, 11c usw. unbeeinflußt. 2s kann daher vorkommen, daß einige Brennelementanordiiungen völlig blockiert sind, andere dagegen nur teilweis· oder gar nicht. Der zum Wärmeaustausch für das Brennelement 11a vorgesehene Dampf wird somit übtr die *nder»Ä Brennelement»' umgeleitet und das Brennelement brennt mangele Kühlung

durch· lachfeile entstehen aber selbst-dann, wenn in keinem der ff-Rehre der Durchfluß-tollig blockiert» stmdern lediglich infolge unterschiedlicher Höhe der jeweiligen Kondensatspiegel mehr oder weniger gehemmt wird. Infolge de· unterschiedlichen Dampfdurehflusses wechselt auch der Wärmeaustausch von Brennelement zu Brennelement, was den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt.

Durch Einsatz des die U-Rohrstücke miteinander verbindenden Ausgleichsrohrs 20 stellt sich ein allen Brennelementen bzw. den ihnen zugeordneten U-Rohretücken bzw. Kondensat* absoheidern gemeinsamer Flüssigkeitsspiegel 27 ein. Bei Lage der auf der gemeinsamen Grundplatte 21 montierten U-Rohre in der gleichen Horizontalen wird der Durehflußquersohnitt gleichmäßig verengt imi »ine einheitliche Drosselwirkung in Jedem U-Rohr erzielt. Unterschiede des" Dampfdurchflusses werden somit ausgeglichen und der Durchfluß ist in jeder Brennelementgruppe der Gleich«.

Ein entsprechender Ausgleich wird auch dann erzielt, wenn der Kondensatepiegel in allen U-Rohrstücken 1§ a - c die Trennwandebenen 25a - e übersteigt. In diesem lalle.erfolgt ein gleichmäßiger Druckanstieg in allen Brennelementgruppen, so daß das Kondensat gleichmäßig ausgeblasen bzw» verdampf wird, lach der günstigen Ausge- _t staltung gemäß der Figur 2 sind Mittel zum automatischen Anschluß einer Brennelementgruppe an das Ausgleichsrohr vorgesehen·

Beispielsweise ist zwischen das Ausgleichsrohr 20 und jeden

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Kondensatabscheider bsw. jedes U-Rohrstück 16 ein. Ventil 30. geschaltet· Dies umfaß* ss.B. eine am unteren Ende des U-Rolirßtückrs befestigte Düse 31, die in die obere Öffnung 35 des auf der Grundplatte 21 befestigten Ventilgehäuse* 32 eingreift. Solange eine Brennelementgruppe noeh nichteingesetzt ist, wird die öffnung 35 durch eine federbeaufschlagte Ventilklappe 33 geschlossen (vgl, s.B· Ventil 30 β).

Beim Einsät» einer Brennelementgruppe 11 wird die Düse durch die Öffnung 35 in dem Ventilgehäuse 32 geführt, die Ventilklappe beiseite geschoben und sodann fest in' den unteren Ventilgehäueeteil eingesetzt. Bei Herausnahme einer Srenneleaentgruppe schließt die Klappe 33 e die Ventilöffnung 35 und verhindert damit die Störung des Druokgleiohgewichts zwischen den übrigen Kondensatabeoheidern bzw. U-Rohretücken 16 a,16 b.

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Claims (3)

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Patentansprüche

ή Dampfdurchflußregier, insbesondere für Kernreaktoren deren Brennelemente zur Dampfüberhitzung an Einlaß- und Auslaßsammelleitungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die je ein Brennelement bzw. eine Brennelementgruppe (11a, 11b, 11c) umgebenden Überhitzerrohre in an eich bekannter Weise aus zwei im Gegenstrom arbeitenden und an ihren unteren Enden durch einen Kondensatabscheider (16) verbundenen Rohrstücken (12, 15) besteht und ein Ausgleichsrohr (20) vorgesehen ist, welches die verschiedenen Überhitzerrohre an ihren Jeweiligen unteren Enden miteinander verbindet.

2. Dampfdurchflußregier gemäß Ansprich 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider aus einem U-Rohr besteht.

3. Dampfdurchflußregier gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsrohr in den zum Anschluß an die Überhitzerrohre vorgesehenen öffnungen mehrere Ventile aufweist, die durch Einsetzen des unteren Endes der Kondensatabscheider geöffnet werden.

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Lee rs e i t e