DE1881622U

DE1881622U - Vorrichtung zur dampferzeugung mit einem atomreaktor als waermequelle.

Info

Publication number: DE1881622U
Application number: DEW27405U
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1960-12-30
Filing date: 1961-12-20
Publication date: 1963-10-31
Also published as: CH398817A; US3213833A

Description

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Di· 5*tt*rung betrifft eine Vorrichtung «ur •inen Atomreaktor mit natürlichen KUiilndtttiluiulaur and einen Deapferaeuger umfaßt.

Neutronen-Reaktoren enthalten eine Zum* in dtr ein

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gasförmiges Medium vorgesehen, das an jedem Brennelement zur Abführung der Wärme entlangströmt. In bestimmten Reaktortypen übernimmt eine einzige Flüssigkeit, wie z.B. gewöhnliches Wasser unter hohem Druck, die Aufgabe des Moderators und des Kühlmittels. Die atomare Reaktion wird durch einen Neutronen absorbierenden Stoff, beispielsweise Hafnium, vorzugsweise in der Form von langgestreckten Regelelementen oder -stäben geregelt, die in die Spaltzone eingefahren und aus ihr herausgezogen werden können.

Der Primärkreislauf eines gebräuchlichen Neutronen-Reaktors enthält einen Reaktorkessel, einen Dampferzeuger und äußere Rohrleitungen und, sofern KUhlmittel-Zwangsurnlauf vorgesehen ist, Pumpen. Diese Elemente sind räumlich getrennt voneinander angeordnet. Außerdem ist der Dampfabscheider für den Sekundärkreislauf einer Reaktoranlage häufig außerhalb des Dampferzeugers angeordnet. Daraus ergibt sich ein großer Umfang, ein hohes Gewicht und ein großer Platzbedarf der Anlage sowie eine Reihe von Maßnahmen für den Gesamtaufbau. Auch die Wärmeausdehnung der Verbindungsrohre bereitet Schwierigkeiten. Ferner ist die Möglichkeit einer Gefährdung durch Strahlen groß, weil ein Bruch in den Leitungen des Primärkreislaufes als der größte mögliche Unfall angesehen wird. In diesem Zusammenhang muß auch die Möglichkeit einer Zerstörung der Spaltzone des Reaktors in Betracht gezogen werden. Üblicherweise ist eine Sicherheitsvorrichtung als Schutz gegen die Möglichkeit einer solchen Zerstörung vorgesehen, die durch den Wasserverlust innerhalb des Reaktors infolge eines Bruches einer Rohrleitung im Primärkreislauf entstehen kann.

Neuerungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß der den Dampferzeuger enthaltende Behälter den oberen Teil eines für denDampferzeuger und den Reaktor gemeinsamen Druckgefäßes bildet. Durch die Anordnung des Reaktors und des Dampferzeugers in einem

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gemeinsamen Gehäuse sind für den Primärkreislauf des Reaktors keine äußeren Rohrleitungen erforderlich. Infolgedessen ist der Aufwand für den Gesamtaufbau wesentlich geringer-, und auf der Primärseite können keine gefährlichen Verluste eintreten. Durch die besondere, im Folgenden näher beschriebene Anordnung der Wärmetauscherrohre innerhalb des Dampferzeugers ist es möglich, nicht kondensierbare Gase an der höchsten Stelle des Primärkreislaufes zu entnehmen.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Neuerung im Folgenden erläutert werden. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Kreislaufschema einer Dampferzeugungseinrichtung mit Hilfseinrichtungen und äußeren Dampfverbräuchern,

Fig.2A einen Längsschnitt durch den oberen Teil der Dampferzeugereinrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 4,

Fig.2B einen Längsschnitt durch den unteren Teil der Dampferzeugereinrichtung der Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 4,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Dampferzeuger entlang der Linie III-III in Fig. 2A,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Dampferzeuger entlang der Linie IV-IV der Fig. 2A,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Dampferzeuger entlang der Linie V-V der Fig. 2A,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Dampferzeugereinrichtung entlang der Linie VI-VI der Fig. 2B,

E¹Ig. 7 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines anderen Ausführungsbeispieles,

Fig. 8 und 9 je einen Längsschnitt durch zwei Abwandlungen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 7,

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Pig. 10 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dampferzeugereinrichtung.

Die im Folgenden näher beschriebene Dampferzeugereinheit ist eine neuartige Zusammenfassung-eines Wärmeerzeugers und eines Wärmetauschers oder Dampferzeugers innerhalb eines einzigen Druckkessels. In dieser toa Ausführung 'enthält ein Druckkessel alle für die zusammengefaßte Dampferzeugereinheit erforderlichen Elemente. Der Wärmeerzeuger, beispielsweise ein Neutronenreaktor, ist im unteren Teil des Druckkessels angeordnet. Der Dampferzeuger, der bei einer fteueiungsgemäßen Ausführung ein Bündel aus U-förmigen Röhren und mehrere Dampfabscheider enthält, ist in dem oberen Teil des Druckkessels angeordnet und dient als Wärmetauscher. In anderen erfindungsgemäßen Anordnungen ist der Dampferzeuger, wie nachstehend erläutert, abgewandelt. Im Inneren des Druckkessels angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnungen oder -leitungen verbinden die Spaltzone des Reaktors mit dem Röhrenbündel des Dampferzeugers. Ein Primärkühlmittel, das gleichzeitig als Moderator für die Spaltzone dient, wird durch die in der Spaltzone entstehende Wärme erhitzt und beginnt aufgrund des bekannten Prinzips des thermischen Auftriebs zu zirku-

nach. der Neuerung lieren. Der Dampferzeuger ist daher froi oinor. onffinflungscorrnflian ftn

direkt auf die Spaltzone des Reaktors aufgebaut und sein Gehäuse samt den zugehörigen Teilen ist auf dem Reaktorkessel befestigt,

Das primäre Kühlmittel strömt vom Einlaßrohr aus durch das Rohrbündel im Dampferzeuger, kehrt durch das Auslaßrohr zurück, wird durch entsprechend angeordnete Leitbleche auf,, den Boden der Spaltzone des Reaktors gelenkt und beginnt seinen Kreislauf von neuem, indem es durch die Spaltzone aufwärts fließt. Ein sekundäres Kühlmittel, das -

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sich innerhalb des Dampferzeugers an der Außenseite des Rohrbündels befindet, wird durch das im Rohrbündel strömende primäre Kühlmittel erwärmt. Das sekundäre Kühlmittel beginnt zu sieden, erzeugt ein Dampf Flüssigkeitsgemiseh und strömt aufwärts. Das Dämpf-Flüssigkeits-Gemisch strömt dann durch mehrere Dampfabscheider, die einen Teil des Dampferzeugers bilden, wobei der Dampf von der Flüssigkeit getrennt wird. Die Flüssigkeit fließt zurück, während der Dampf durch ein an der Spitze des Dampferzeugers angeordnetes Dampfauslaßrohr entweicht und zu verschiedenen, außerhalb des Druckkessels angeordneten Dampfverbrauchern geleitet wird.

In den Fig. 2A bis 6 ist eine zusammengesetzte Dampferzeugereinheit 15 dargestellt (Fig.l). Die Dampferzeugereinheit 15 umfaßt in diesem-Ausführungsbeispiel einen Reaktor l6 mit natürlichem Kühlmittelumlauf, der den unteren Teil der Einheit bildet, und einen Dampferzeuger 17» der den oberen Teil bildet.

Der dem Reaktor l6 zugeordnete Teil des Behälters ist ein Reaktorkessel 18, der beispielsweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt ist, mit einer inneren Auskleidung aus rostfreiem Stahl zur Vermeidung von Korrosion versehen sein kann und in diesem Beispiel eine Wand-

stärke hat, die einen Innendruck in der Größenordnung vonl05 kp/cm aushält. Der Behälter l8 hat im wesentlichen die Form eines Bechers, dessen oben offener Teil durch den Dampferzeuger 17 abgeschlossen ist. Im unteren Ende des Reaktorkessels 18 sind mehrere Öffnungen 20 vorgesehen, durch welche die Schäfte 22 von Regelstäben eingeführt sind. Der Reaktorkessel l8 und der Dampferzeuger 17 sind durch eine Flanschverbindung 24 und 26 aneinander befestigt, die mit einer Reihe von Gewindebohrungen 28 bzw. Bohrungen 30 versehen sind und Bolzen ^2 aufnehmen können.

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Auf der Innenwand des Reaktorkessels 18 ist ein flanschartiger Absatz 34 angeordnet, der beispielsweise durch Schweißung am Kessel befestigt ist. Eine rohrförmige thermische Abschirmung 36 ist auf den flanschartigen Absatz 34 im Kessel 18 aufgesetzt und eine Reihe von Klötzen 38, die beispielsweise mit Schrauben an der Abschirmung 36 befestigt sind, halten die Abschirmung in einem bestimmten Abstand von der Kesselwand. Der Tragflansch 34 ist vorzugsweise mit axialen Bohrungen versehen, die mit dem Ringspalt 39 zwischen der Abschirmung 36 und dem Reaktorkessel l8 in Verbindung stehen, so daß die Abschirmung 36 und der zugeordnete Teil des Reaktorkessels 18 gekühlt werden. Anstelle des Tragflansches 34 können auch mehrere auf den Umfang des Kessels verteilte Halterungen angeordnet sein.

Am offenen Ende des Reaktorkessels l8 ist in die Innenwand des Behälters ein Absatz 40 eingelassen, auf den sich ein die Spaltzone umhüllender Zylinder 44 mit einem an seinem oberen Ende angeordneten Flansch 46 abstützt. Der Tragzylinder 44 erstreckt sich von seinem Flansch 46 aus im wesentlichen bis über die ganze Länge der thermischen Abschirmung 36. An der Unterseite des Flansches 46 und am äußeren Umfang des Zylinders 44 sind eine Reihe von Versteifungsplatten 48 befestigt, beispielsweise angeschweißt. Die Versteifungsplatten 48 versteifen nicht nur den Tragzylinder 44, sondern geben ihm zusätzlich seitlichen Halt.

Das untere Ende des Tragzylinders 44 ist mit einem verstärkten Rand ausgeführt, an dem eine untere Tragplatte 54 befestigt ist. Der Rand der Tragplatte 54 ist flanschartig ausgebildet. Der verstärkte Rand und die Tragplatte 54 sind beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden.

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Durch Bohrungen 58 in der Randzone des Flansches 56 sind Tragstäbe 60 geführt. Ein gitterartig aufgebauter Tragstern 62 mit Durchführungsöffnungen für Regelstäbe 64 ist im unteren Teil des Reaktorkessels angeordnet. Am äußeren Rand des Tragsternes 62 sind Bohrungen 63 zur Aufnahme der Tragstäbe 60 angeordnet. Die Tragstäbe 6O sind an beiden Enden mit Gewinde versehen. Der Tragstern 62 wird also durch die Tragstäbe 60, auf deren beiden Enden Muttern 66 aufgeschraubt sind, gehaltert. Zwischen der Tragplatte 54 und dem Tragstern 62 sind Führungsrohre 68 für die Regelstäbe angeordnet und beispielsweise durch Schweißung an diesen beiden Teilen befestigt. Die Führungsrohre 68 tragen zur Abstützung und Versteifung der unteren Tragplatte 54 bei.

Im Tragzylinder 44, und zwar vom oberen Ende aus gerechnet bei etwa 1/3 seiner Gesamthöhe, ist ein flanschartiger Ring 50 "befestigt, beispielsweise angeschweißt. Auf diesem Ring 50 liegt ein Zylinder 70 mit einem an seinem oberen Ende angeordneten Flansch 72 auf. Als Abschlußplatte über der Spaltzone ist an den Boden des Zylinders 70 eine Scheibe 74 angeschweißt, so daß der Zylinder 70 und die Scheibe 74 eine Einheit bilden. In der unteren Tragplatte 54 und in der Scheibe 74 sind im wesentlichen quadratische Öffnungen 76 und 78 (Fig.6) zur Aufnahme der Regelstäbe 64 und der Brennelemente 82 angeordnet. Außerdem sind in beiden Platten rechteckige Öffnungen 80 zur Aufnahme von entsprechend geformten Brennelementen 83 am Rand der Spaltzone angeordnet. Durch Verkleinerung des Querschnittes an beiden Enden der Brennelemente 82 und 83 sind Zapfen 84 bzw. 85

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gebildet. Die Zapfen sind mit Gleitsitz in die Öffnungen 78 bzw. 80 eingesetzt. Die Brennelemente 82 und 83 werden durch die Zapfen 84 bzw'. 85 gehaltert und ruhen auf der Tragplatte 54, Die Brennelemente 82 und 83 enthalten in diesem Ausführungsbeispiel mehrere platten-

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förmige Brennstoffelemente mit hochangereichertem Spaltstoff, der zwischen in bekannter Weise hergestellten Bändern aus rostfreiem Stahl angeordnet ist. Natürlich können auch stabförmige Brennelemente verwendet werden. Außerdem kann auch Spaltstoff niedriger ader mittlerer Anreicherung zur Anpassung an das gegebenenfalls eingesetzte Uran oder Plutonium verwendet werden*

Zwischen dem Zapfen 84 an den Brennelementen und der Scheibe 7^ ist ein Spielraum 86 zur Kompensation einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung angeordnet, die zwischen den Brennelementen und dem Zylinder 44 auftreten kann, wenn der Reaktor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Zwischen der unteren Tragplatte 54 und der oberen Scheibe 74 kann ein ringförmiges Blech angeordnet sein, dessen Öffnung zur Aufnahme der Brennstoffelemente 82 dieselbe Gestalt wir die Spaltzone 42 hat. Die Verwendung dieses Bleches verbessert die Kühlmittel-Strömungsverhältnisse innerhalb der Spaltzone 42.

In diesem Ausführungsbeispiel sind fünf Regelstäbe 64 mit im wesentlichen rechteckigem, an die Führungsrohre angepaßtem Querschnitt vorgesehen. Jeder Regelstab 64 enthält einen Abschnitt 88 aus Absorbermaterial und einen Abschnitt 90 aus Spaltstoff. Da die Regelstäbe 64 durch eine Antriebsvorrichtung 92, die in der Nähe des Bodens des Reaktorkessels angeordnet ist, in die Spaltzone eingefahren oder aus ihr herausgezogen werden, bildet der Abschnitt 88 aus absorbierendem Material den oberen Teil des Stabes 64, so daß dieser Abschnitt bei einem Zwischenfall infolge der Schwerkraft in die Spaltzone 42 herabfällt. Der Antrieb 92 für die Regelstäbe soll nicht näher beschrieben werden, da hierfür eine Reihe bekannter Ausführungen zur Verfügung steht. Der Abschnitt 88 ist ein Hohlkörper mit quadratischem Querschnitt und aus einem Neutronen absorbierenden Stoff, beispielsweise

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Hafnium, Europium, Kadmium oder Bor, hergestellt» In den Hohlraum des Abschnittes 88 können schnelle Neutronen eintreten. Die schnellen Neutronen werden durch das im Hohlraum befindliche Wasser zu thermischen Neutronen abgebremst, und die thermischen Neutronen werden durch den absorbierenden Abschnitt 88 daran gehindert, zu entweichen, so daß der Neutronenfluß unterbunden wird. Der Abschnitt 90 aus Spaltstoff hat ebenfalls quadratischen Querschnitt und ist am unteren Ende des Absorberabschnittes 88 befestigt. Der Abschnitt 90 hat denselben Aufbau und enthält dieselben Stoffe wie die Brennelemente 82.

Ein rohrförmiges unteres Führungsrohr 94, an dessen unterem Ende ein Flansch 96, beispielsweise durch Schweißung, befestigt ist, stützt sich auf den Flansch 72 des Zylinders 70 ab. Am oberen Ende des Führungsrohres 9^ ist ein zylindrisches Zwischenstück 98 befestigt (Fig.2A), dessen Innenkante.abgerundet ist und das zur Aufnahme eines oberen Führungsrohres 100 dient (Fig.5). Durch die Abrundung ist ein Gleitsitz zwischen dem unteren Führungsrohr 94 und dem oberen Führungsrohr 100 zur Erleichterung des Ein- und Ausbaues und zur Aufnahme von betriebsmäßig auftretenden, unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen den Führungsrohren 9^· und- 100 und den ihnen zugeordneten Teilen gebildet.

Das untere Führungsrohr 9^ ist ausreichend lang bemessen, um den gesamten Absorberabschnitt 88 der Regelstäbe aufnehmen zu können, wenn dieser vollständig aus der Spaltzone 42 herausgezogen ist. Der Flansch 96 des Führungsrohres 94 und der Flansch 72 des Zylinders 70 stützen sich nur mit ihrem Gewicht auf den Flansch 50 ab. Falls erforderlich, können sie'beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen am Flansch 50 befestigt werden. ■ ·

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In Pig. 2A ist als Ausführungsbeispiel ein vertikaler Dampferzeuger 17 dargestellt. Der Dampferzeuger 17 besteht aus einem rohrförmigen Druckbehälter 102, an dessen oberes Ende eine halbkugelförmige Kappe 104 und an dessen unteres Ende ein scheibenförmiger Rohrboden 106 beispielsweise angeschweißt ist. Die größere Öffnung eines im wesentlichen halbkugelförmigen Übergangsstückes 108 ist an dem Rohrboden 106 befestigt, und die kleinere Öffnung des Übergangsstückes 108 ihrerseits ist an einem zylindrischen Halsstück 110 befestigt. Das Übergangsstück 108 dient dazu, Druck und Raum beizubehalten. Der Durchmesser des Halsstückes 110 ist hinreichend groß bemessen, die Druckabfälle in dem durch das Halsstück ein- und ausströmenden Kühlmittel gering zu halten. Am unteren Ende des Halsstückes 110 ist ein Flansch 26 zur Befestigung des Dampferzeugers angeordnet. Die Wandstärke des Behälters 102 und der Kappe 104-, die beispielsweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt sind, reicht aus, einem Innendruck in der Größe von etwa 42 kp/cm standzuhalten. Da der Behälter 102 mit dem Reaktorkessel 18 verbunden ist, sind auch der Rohrboden 106, das Übergangsstück 108, das Halsstück 110 und der Flansch 26 aus Kohlenstoffstahl hergestellt und mit Auskleidungen aus rostfreiem Stahl versehen. Die Wandstärken dieser Teile reichen aus, einem Innendruck in der Größenordnung von 105 kp/cm standzuhalten.

In das Halsstück 110 des Dampferzeugers ist ein Rohrstutzen 112 radial eingeführt, so daß ein Druckerzeuger 114 (Fig.l) bekannter Konstruktion mit dem Innenraum des Halsstückes 110 und somit mit dem Innenraum des Reaktorkessels 18 verbunden werden kann.

Eine mit Hilfe von zwei Blechen im Innenraum des Übergangsstückes abgetrennte Verteilerkammer 116 (Fig.2A, 4) umfaßt etwa die Hälfte

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dieses Innenraumes und erstreckt sich über die Hälfte der unteren Oberfläche des Rohrbodens 1O6. Der Innenraum des Verteilers 116 steht mit den in den Rohrboden 106 eingesetzten, aufsteigenden Schenkeln der U-fÖrmigen Rohre 126 in Verbindung. Das obere Verbindungsrohr verbindet das Führungsrohr 94 und damit auch die Kühlkanäle des Reaktors mit dem Verteiler 116. Das Führungsrohr 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ohne Querschnittsverminderung in den Verteiler 116 eingeführt.

Ein Formstück 118, das den Übergang von der Rundung des Führungsrohres 100 auf die im wesentlichen senkrechte, ebene Seitenwand des Verteilers 116 bildet, ist am oberen Ende des Führungsrohres und der Seitenwand des Verteilers 116, beispielsweise durch Schrauben, befestigt. Das abnehmbare Formstück 118 ist so groß, daß die Enden der U-förmigen Rohre und die zugehörigen Teile innerhalb des Verteilers Il6 zugänglich sind, und so instandgehalten werden können. In diesem Ausführungsbeispiel bilden der Tragzylinder 7Oj das untere Führungsrohr 94, das obere Führungsrohr 100 und der Verteiler Il6 einen Durchgang 117 zur primären Eingangsseite des Dampferzeugers Der an den Verteiler angrenzende Raum des Übergangsstückes 108 und der Raum zwischen dem'Durchgang 117 und dem oberen Teil des Reaktorkessels 18 sowie dem Halsstück 110 des Dampferzeugers bilden einen Durchgang 119 auf der primären Ausgangsseite des Dampferzeugers. Im oberen Teil des Zylinders 44 angebrachte Öffnungen verbinden den Durchgang 119 mit dem Raum zwischen dem Zylinder 44 und dem Reaktorkessel 18 und bilden so einen weiteren Durchgang 121 zu dem unteren Teil .des Reaktorkessels 18.

Zwischen dem Durchgang 119 und der Einlaßleitung 117 besteht nur ein geringer Druckunterschied, so daß die Einlaßleitung 117 mit ver-

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hältnismäßig schwacher Wandstärke, beispielsweise aus einem dünnen Blech rostfreien Stahls hergestellt sein kann. Durch Anordnung der Ein- und Auslaßdurchgänge 117 bzw. II9 innerhalb der Dampferzeugereinheit 15 entfällt die Notwendigkeit, dickwandige äußere Rohrleitungen auf der Primärseite zu verwenden, mit Ausnahme einer gegebenenfalls zu einem Druckerzeuger führenden Leitung I66 (Fig.l). Zur "Verminderung des Wärmeüberganges von dem heißes Kühlmittel führenden Einlaßdurchgang 117 auf den kaltes Kühlmittel führenden Durchgang

119 kann der Einlaßdurchgang 117 auch doppelwandig ausgeführt werden, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden mit Luft gefüllt ist.

Unmittelbar gegenüber dem abnehmbaren Formstück II8 Ist ein Mannloch

120 im Übergangsstück IO8 vorgesehen, so daß sowohl das Formstück als auch der Raum innerhalb des Übergangsstückes IO8 und des Hal'sstückes 110 zugänglich sind.

Der untere Teil des Dampferzeugers 17 enthält einen Dampferzeugerteil 122, im oberen Teil ist ein Abscheideraum 124 angeordnet. Im Dampferzeugerteil 122 sind U-förmige Rohre 126 eingebaut, deren Enden an dem Rohrboden IO6 befestigt sind. In den Behälter.102 ist ein zylindrischer Mantel 128 koaxial eingesetzt, der einen wesentlichen Teil der U-förmigen Rohre 126 umgibt und mit dem Behälter 102 einen Ringspalt 130 bildet.

Die U-förmigen Rohre 126 werden durch mehrere"Platten 132, die durch Zuganker und Bundringe gehaltert sind, auf Abstand gehalten. Ein Ende der Zugstangen ist in den Rohrboden I06 geschraubt, das andere, ebenfalls mit Gewinde versehene Ende dient zur Befestigung der ober-

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sten Platte mittels einer Mutter, Wie in Fig. 3 dargestellt, ist jede Platte 132 mit mehreren Löchern 134 zur Durchführung der U-förmigen Rohre 126 versehen. Außerdem sind zwischen diesen Durchführungslöchern Bohrungen I36 mit kleinerem Durchmesser als Durchlässe für den erzeugten Dampf vorgesehen. Zusätzlich zu diesen Bohrungen sind verhältnismäßig große, rechtwinkelige Öffnungen I38 in den Platten 132 als Durchlässe für den Dampf zwischen den Schenkeln der U-förmigen Rohre 126 angeordnet.

Am Außenumfang des Mantels 128 sind eine obere und eine untere Reihe Abstandshalter l40 bzw. 142 angeordnet. Während die unteren Abstandshalter 142 nur an den Behälter 102 angeschweißt sind, sind die oberen Abstandshalter l40 sowohl an den Mantel 128 als auch an den Behälter 102 angeschweißt, so daß der Mantel 128 frei beweglich am Behälter 102 hängt. Auf das obere Ende des Mantels 128 geht ein im wesentlichen trichterförmiges Bauteil 144 über, durch den das Gemisch aus Dampf und Wasser vom Dampferzeugerteil 122 in den Abscheideraum 124 strömt.

Ein Leitungsrohr 146, das dem Dampferzeugerteil 122 die erforderliche ■ Menge Speisewasser zuführt, ist unterhalb des Wasserspiegels 148 angeordnet, der betriebsmäßig auf einer oberhalb der U-förmigen Rohre und oberhalb des Mantels 128 liegenden Höhe gehalten wird. Der Behälter 102 und das trichterförmige Bauteil 144 bilden einen ringförmigen Wasservorratsbehälter 147. Die Speisewasserleitung 146 ist in den Wasservorrätsbehälter 147 eingeführt und mit einer den Behälter 147 im wesentlichen konzentrisch durchziehenden Ringleitung 149 verbunden. An der Unterseite der Ringleitung 149 sind Bohrungen angeordnet, so daß eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten Speisewassers erzielt wird_P

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Im oberen, engeren Teil des Bauteiles 144 sind, wie Pig. 2A zeigt, mehrere Leitflügel I50 angeordnet, die das hindurchströmende Dampf-Wasser-Gemisch in Drehung versetzen und bewirken, daß durch die Zentrifugalkraft das Wasser radial nach außen geschleudert wird. Ein Leitblech 152, das den engeren Teil des Bauteiles 144 konzentrisch umgibt, ist mit seinem oberen Rand an einem Träger 154 befestigt und ragt mit seinem unteren Rand bis unter den Wasserspiegel 148. Das durch die Zentrifugalkraft abgeschiedene Wasser trifft auf das Leitblech 152, fließt an diesem abwärts in den Ringspalt zwischen dem Bauteil 144 und dem Leitblech 152 und vereinigt sich mit dem Wasser im Wasservorratsbehälter 147. Das übrigbleibende Dampf-Wasser-Gemisch strömt weiter aufwärts und durchströmt dabei einen Abscheider 156* der eine Reihe von Leitblechen enthält, die eine weitere Wasserabscheidung bewirken. Der Abscheider 156 ist mit Hilfe von Trägern 154, die radial angeordnet sind und an denen auch das Leitblech 152 befestigt ist, innerhalb des Behälters 102 zentrisch gelagert. Diese Träger 154 sind stabförmig, so daß das im Abscheider 156 abgeschiedene Wasser zwischen ihnen hindurch in einen ringförmigen Raum, der durch das Leitblech 152 und den Behälter 102 begrenz-t ist, abwärts fließen kann. Das abgeschiedene fässer vereinigt sich mit dem Wasser im Wasservorratsbehälter 147. Das aus dem Abscheider weiter aufwärts strömende Gemisch gelangt in einen weiteren Abscheider 158, der an der Kappe 104 befestigt ist. Der Wasserabscheider 158 ist mit Ablaufrohren I60 versehen, durch die das abgeschiedene Wasser in den Vorratsbehälter 147 zurückfließt. Vom Abscheider I58 aus strömt der Dampf durch einen Rohrstutzen 1Ö2 und eine Rohrleitung 164 (Pig.l) zu den äußeren Dampfverbrauchern.

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Die Notwendigkeit eines Wasserabscheiders ist von der Qualität des Dampfes im Dampf-Wasser-Gemisch und von der Geschwindigkeit des Dampfes unmittelbar über der Übergangszone zwischen Dampf und Wasser abhängig. Bestimmte Größen von Dampferzeugern eignen sich für die Verwendung in einer Dampferzeuger-Einheit, in der keine Hilfsabscheidevorrichtung erforderlich ist. Die Verwendung einer freien Oberfläche zur Wasserabscheidung vereinfacht in solchen Einheiten den Dampferzeuger.

Die neuerungsgemäßen Bauteile sind so angeordnet, daß ein Ausbau des gesamten Reaktors, die Herausnahme und der Ersatz einzelner Brennelemente 82 oder ein Austausch der Brennelemente 82 untereinander in der nachstehend beschriebenen Reihenfolge möglich ist:. Zunächst sind die Flanschverbindung zwischen der Leitung 166 (Fig.l) und dem Stutzen 112 und die Planschverbindung zwischen dem Dampfstutzen l62 und der Leitung 1Ö4 (Pig.l) und ferner die Planschverbindung 113 der Speisewasserleitung 146 zu lösen. Dann sind die Dampfleitung l64, die Leitung 166 zum Druckerzeuger und die Speisewasserleitung 146 so weit aus dem Wege zu schaffen, daß der Dampferzeuger 17 abgehoben werden kann, und die Verbindungsleitungen zu Meßinstrumenten, wie z.B. zu einem den Wasserstand 148 überwachenden Instrument, zu lösen. Nach Entfernung der Befestigungsbolzen 32 kann der Dampferzeuger 17 mit dem Verteiler 116 und dem oberen Führungsrohr 100, die beide im unteren Teil des Dampferzeugers 17 befestigt sind, abgehoben werden.

Der Ausbau des Dampferzeugers 17 kann dadurch vereinfacht werden, daß der Druckerzeuger Il4 an einem am Reaktorkessel 18 angebrachten Rohr-¹'¹ stutzen 115, wie durch die strichpunktierte Leitung I67 angedeutet, angeflanscht wird.

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Falls der Flansch 96 und der Flansch 72 mit Hilfe von Bolzen am Bundring 50 befestigt sind, sind nun diese Bolzen zu entfernen. Dann kann das Führungsrohr 94 und der Tragzylinder 70 mit der an ihm befestigten Platte 7^ aus dem Reaktorkessel l8 herausgezogen werden. Damit ist die Spaltzone 42 zugänglich, so daß die einzelnen Brennelemente 82 und 83 herausgenommen und ersetzt oder umgesetzt werden können.

Wenn der ganze Reaktor ausgebaut werden soll, dann sind die Schäfte 22 beispielsweise durch eine Fernsteuerung von den Regelstäben 64 zu lösen. Dabei werden die Regelstäbe 64 in ihrer untersten Stellung, in der sich der Absorberabschnitt 88 in der Spaltzone 42 befindet, beispielsweise durch Flansche gehalten, die am oberen Ende der Absorberabschnitte 88 befestigt sind und auf der Platte 74 aufliegen. Der Tragzylinder 44, die Brennelemente, die Regelstäbe 64, die Tragplatte 54, die Haltestäbe 60 und der Tragstern 62 können dann als eine Einheit aus dem Reaktorkessel herausgehoben werden.

In Fig. 1 ist ein Gesamtlcühlmittelkreislauf dargestellt, während in den Fig. 2A und 2B der Kreislauf innerhalb der zusammengesetzten Dampferzeugereinheit dargestellt ist. Die Richtung der Dampfströmung ist durch gestrichelt gezeichnete Pfeile, die Richtung der Wasserströmung ist durch vollausgezogene Pfeile angezeigt. Betriebsmäßig wird die durch die Kettenreaktion innerhalb der Spaltzone erzeugte Wärme durch ein geeignetes Kühlmittel in, einem Primärkreislauf abgeführt. Das Kühlmittel - in diesem Falle gewöhnliches Wasser dient gleichzeitig als Moderator zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion in der Spaltzone 42. Das in der Spaltzone 42 erhitzte Wasser des Primärkreislaufes strömt unter Ausnutzung des Prinzips des thermischen Auftriebes durch den Tragzylinder 70, durch das untere und obere Führungsrohr 94 bzw. 100 in den Verteiler 116.

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Vom Verteiler Il6 aus strömt das Wasser durch die U-förmigen Rohre 126, in denen es seine Wärme an das an der Außenseite der Rohre 126 befindliche Wasser des Sekundärkreislaufes abgibt. Das gekühlte Primärwasser strömt dann aus den Rohren 126 abwärts durch das Übergangsstück 108 und den Durchlaß II9 (Pfeile 168). Von hier aus fließt das Wasser weiter abwärts durch nicht eingezeichnete Öffnungen im oberen Teil des Tragzylinders 44, wie durch den Pfeil I70 angedeutet, und von hier aus durch den Durchlaß 121 zwischen dem Tragzylinder 44 und dem Reaktorkessel l8. Dann fließt das Primärwasser zu beiden Seiten der thermischen Abschirmung 36 nach unten, wie durch die Pfeile 172 angegeben.

Am unteren Ende der thermischen Abschirmung 36 fließt das primäre Wasser durch koaxial zum Reaktorkessel im flanschartigen Ansatz J4 angebrachte Öffnungen in den unteren, halbkugelförmigen Teil des Reaktorkessels l8, wo sich die Strömungsrichtung umkehrt, wie durch die Pfeile 174 angegeben. Infolgedessen fließt das Wasser durch die von den Brennelementen 82 und 8j5 und den Regelstäben 64 gebildete Anordnung nach oben (Pfeile I76) und beginnt den Kreislauf von neuem.

Das durch die U-förmigen Rohre 126 strömende Wasser ist heiß genug, um einen Teil des an der Außenseite der Rohre befindlichen Wassers zum Verdampfen zu bringen. Der verdampfte Teil des Sekundärwassers enthält in diesem Ausführungsbeispiel Dampf und Wasser. Das Dampf- ' Wasser-Gemisch strömt aus der Dampferzeugerkammer 122 zwischen den Flügeln I50 im trichterförmigen Ansatz 144 hindurch. Die Wasserabscheidung wird fortgesetzt bis der Dampf durch die Leitungen l62 und l64, wie vorher beschrieben, den Äbscheiderteil verläßt.

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Das Grundprinzip des :neüerungsgemäß angewendeten natürlichen Umlaufs läßt sich anhand der Fig. 1 erklären. Fig. 1 zeigt eine Wärmequelle 42, im AusfUhrungsbeispiel also die Spaltzone eines Reaktors, in der das Primärwasser erhitzt wird, und eine Kühleinrichtung, in diesem Falle einen Dampfgenerator 17. Das in der Spaltzone 42 des Reaktors erwärmte Wasser steigt durch den heißen, in diesem Falle aus dem Tragzylinder 70 und dem unteren und oberen Führungsrohr 94 und 100 gebildeten Zweig des Primärkreislaufes, in den Dampferzeuger 17 auf und gibt in diesem seine Wärme an das Wasser des Sekundärkreislaufes zur Dampferzeugung ab. Das primäre Wasser kehrt dann durch den kalten, in diesem Falle aus dem Durchlaß 119 bestehenden Zweig des Primarkreislaufes, in die Spaltzone 42 zurück.

Die Kühleinrichtung ist in einer Höhe von H Metern über der Wärmequelle angeordnet. Die durch den thermischen Auftrieb hervorgerufene Kraft muß dem Gesamtdruckabfall im Primärkreislauf gleich sein und kann nach der folgenden, bekannten Formel berechnet werden:

F = δ? = η . (r_k - r_h)

darin ist F = Kraft des thermischen Auftriebs,

H = Höhe der Kühleinrichtung über der Wärmequelle, y, = Dichte des Wassers im kalten Zweig des Primärsystems, )f\ = Dichte des Wassers im heißen Zweig des Primärsystems, .AP = Druckabfall im Primärsystem.

Aus Fig.« 1 geht hervor, wie die im Reaktor erzeugte Wärme beispielsweise verwendet wird. Der Dampferzeuger 15 ist bereits beschrieben worden. Der Druckerzeuger 114 wird durch tauchsiederartige, elektrische Heizelemente beheizt, damit der Druck im Primärsystem auf einer

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Höhe gehalten wird, die sicherstellt, daß die Temperatur des aus der Spaltzone 42 austretenden Wassers in diesem Ausführungsbeispiel 10° unterhalb des Siedepunktes bleibt.

Der aus dem oberen Ende des Dampferzeugers 15 kommende Dampf strömt durch ein in der Hauptdampfleitung 164 angeordnetes Hauptdampfventil l82. Der Dampf kann dann durch einen mit natürlichem Umlauf arbeitenden Wärmetauscher 184 geleitet werden, dessen Größe zur Abführung der Nachzerfallswärme ausreicht und der eine Abschaltung der Anlage ermöglicht, ohne daß eine Hilfseinrichtung zur Umwälzung des Wassers sowohl im Primär- als auch im Sekundärkreislauf der Dampferzeugereinheit 15 erforderlich ist. Der Dampf kondensiert im Wärmetauscher 184, fließt als Wasser in eine äußere Speisewasserleitung 146 und über ein Einlaßventil I86 in den Dampferzeuger 17 zurück.

Im Normalbetrieb wird eine Speisewasserpumpe I88 durch eine Hilfsturbine I90 angetrieben, die aus der Hauptdampfleitung 164 mit Dampf versorgt wird und so den Kraftbedarf für elektrische Hilfsantriebe vermindert. Der die Hilfsturbine I90 verlassende Dampf wird der Hauptabdampfleitung 192 zugeführt.

Der größere Till des Dampfes strömt aus der Hauptdampfleitung 164 zu einer Turbogruppe 194. Hier erfüllt die Anlage ihren eigentlichen Zweck, nämlich die Erzeugung von Wechselstrom. Nachdem der Dampf-die Turbine durchströmt hat, fließt er durch die Hauptabdampfleitung 192 in einen fremdgekühlten Kondensator 1-96, in dem die Verlustwärme an die Atmosphäre abgeführt und der Dampf kondensiert wird. Aus dem Kondensator 196 fließt das Wasser zu einer Kondensatpumpe I98, die das Wasser in einen Luftabscheider 200 pumpt, wo die nichtkondensierbaren,

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im Wasser enthaltenen Gase beseitigt werden. Vom Luftabscheider 200 aus fließt das Wasser infolge der Schwerkraft zu der Speisewasserpumpe 188, die das Wasser in den Dampfgenerator 17 zurückpumpt. Damit beginnt der Kreislauf des Wassers im Sekundärsystem von neuem.

Ferner wird ein Teil des Dampfes aus der Hauptdampfleitung 164 durch einen Wärmetauscher 204 geführt, der Niederdruckdampf für Raumheiz- und Aufbereitungszwecke erzeugt. Der Niederdruckdampf wird aus dem Wasser erzeugt, das aus der Raumheizungsanlage in den Wärmetauscher, zurückgeführt wird oder aus einem in die Kammerseite des Wärmetauschers durch eine Leitung 206 eintretenden, aufzubereitenden Frischwasser, das Wärme von dem durch die Röhren des Wärmetauschers 204 strömenden Dampf aufnimmt, verdampft und dann vom Wärmetauscher aus durch eine Leitung 208 zu den äußeren Raumheizkörpern strömt. Ein Teil des Niederdruckdampfes wird aus dem Wärmetauscher 204 durch eine Rohrleitung 210 dem Luftabscheider 200 als Speisedampf für die Aufbereitung auf der Sekundärseite der Dampfanlage zugeführt. Der durch die Röhren des Wärmetauschers 204 strömende Dampf kondensiert und das kondensierte Wasser fließt in den Luftabscheider 200.

In jeder Kraftanlage ist das Anfahren vom kalten oder abgeschalteten Zustand aus eines der größten Probleme. Eine der wichtigsten Eigenschaften des hier angewendeten natürlichen Umlaufes ist es, daß der hohe Energiebedarf, der bei Verwendung von Pumpen für die Umwälzung des Wassers im Primärkreislauf erforderlich wäre, entfällt. Damit aus der Anlage der größte Nutzen gezogen wird, sdll zum Anfahren der Anlage der Primärkreislauf mit Wasser, dessen Temperatur gleich der Raumtemperatur ist, gefüllt sein und der Wasserspiegel im Sekundärkreislauf auf seiner normalen, betriebsmäßigen Höhe sein. Der

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Primärkreislauf der Anlage kann beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe auf einen Druck in der Größenordnung von etwa 15 bis 35 kp/cm gebracht werden.

Sobald der Reaktor kritisch geworden ist, entsteht selbst bei nur geringer Erwärmung des Primärwassers eine zur Verteilung dieser Wärme ausreichende Umwälzung im Primärkreislauf der zusammengesetzten Dampferzeugereinheit 15· Mit zunehmender Erwärmung dehnt sich das Wasser aus, und die dadurch entstehende zusätzliche Menge wird zur Aufrechterhaltung eines Druckes unterhalb von 35 kp/cm aus dem Primärkreislauf abgeleitet, bis die Temperatur des Wassers über 95°C beträgt. Die Abführung des Wassers ist durch den Druckausgleichbehälter 114 und eine nicht dargestellte, mit Ventilen versehene Leitung ermöglicht und dient zur Erwärmung des Druckausgleichers 114, so lange das primäre Wasser erwärmt wird.

Die Erwärmung wird fortgesetzt, bis die Temperatur 100 C überschreitet (oder entsprechend weniger bei größeren Höhen im Sekundärkreislauf des Dampferzeugers 17, der zu diesem Zeitpunkt unter Atmosphärendruck steht), bei der der Wasserspiegel im Sekundärkreislauf seine normale Höhe 148 erreicht. Bei weiterer Erwärmung wird schließlich ein Dampfdruck von 3,5 kp/cm im Sekundärkreislauf der Anlage erreicht, wobei die Aufheizung der Turbine beginnt. Der Dampfdruck wächst nun-schnell an, und bei etwa 3,5 bis 7 kp/cm kann der Turbogenerator 194 auf seine normale Betriebsdrehzahl gebracht, der Generator erre'gt und die Ausgangsleistung der Turbogenerators 194 für die Lieferung des geringen Kraftbedarfs der Hilfseinrichtungen, für die Wiederaufladung von als 'Hilfskraftquellen dienenden Batterien verwendet und der Hauptlast zugeführt werden.

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Sobald der Turbogenerator 194 Leistung abgibt, werden die elektri-. sehen Heizelemente im Druckausgleicher 114 mit Energie versorgt. Dadurch steigt die Temperatur des Wassers im Druckausgleicher 114 auf etwa 205 C. Bei dieser Temperatur stellt sich durch ein Abfließen des Wassers im Druckausgleicher 114 ein niedriger Wasserstand ein. Von diesem Punkt an ist eine weitere Erwärmung auf ein Maß, das nur durch die thermischen Kräfte bestimmt ist, denen die Druckkessel der Anlage standhalten können, begrenzt. Diese Begrenzung liegt etwa bei 65 C pro Stunde, und infolgedessen kann die gesamte Anlage in etwa 6 Stunden vom kalten Zustand aus auf die volle Betriebstemperatur und die vollen Druckverhältnisse gebracht werden.

In den Fig. 7 und 8 sind abgeänderte Ausführungen des aufrechtstehenden Dampferzeugers 17 dargestellt.' Bei diesen Ausführungen ist-auf der Primärseite des Dampferzeugers ein Gasabzugsstutzen für solche Fälle vorgesehen, in denen beispielsweise erforderlich oder wünschenswert erscheint, unkondensierbare Gase aus dem Primärkreislauf abzulassen, oder in denen derartige Entlüftungsöffnungen gemäß gesetzlichen Vorschriften erforderlich sind. Der in Fig. 7 dargestellte Dampferzeuger 212 entspricht im wesentlichen dem Dampferzeuger 17 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Einzelheiten. Der Wasserspiegel 148 wird in diesem Ausführungsbeispiel auf der gleichen relativen Höhe gehalten, wie in Fig. 2A beschrieben. Im oberen Teil der Wandung eines rohrförmigen"Gehäuses 2l6, und zwar unterhalb des betriebsmäßigen Wasserspiegels 148 ist ein scheibenförmiger oberer Rohrboden 2l4 in das Gehäuse 2l6 vertikal eingeschweißt. Die Außenfläche des Rohrbodens 214 ist durch eine am Rohrboden befestigte, im wesentlichen halbkugelförmige Kappe 218 überdeckt.

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Im obersten Teil der Kappe 218 1st ein Abgasstutzen 220 für das Primärsystem vorgesehen. Am Stutzen ist ein Ventil befestigt, das von Hand oder durch eine Fernbedienung bekannter Art betätigt werden kann.

In der Dampferzeugerkammer 122 sind mehrere L-förmige Steigrohre und Fallrohre 224 angeordnet., deren unteres Ende im Rohrboden und deren oberes Ende im Rohrboden 214 befestigt ist. Die Steigrohre 222 stehen mit dem Verteilerraum Il6, die Fallrohre 224 mit dem vom Übergangsstück 108 umschlossenen Raum außerhalb des Verteilers 116 in Verbindung. Aus Platzgründen ist in diesem Ausführungsbeispiel die Speisewasserleitung 146 aus dem oberen Teil der Dampferzeugerkammer 122 (vgl. Pig.2) in den unteren Teil der Kammer verlegt (Fig.7). Abgesehen von dieser Verlagerung ist die Speisewasserleitung 146 in derselben Weise, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrie-,ben, aufgebaut. . ■

Der Hüllmantel 217 und der trichterförmige Ansatz 219 unterscheiden sich von den in Fig. 2 dargestellten dadurch, daß beide Teile auf einer Seite eine gemeinsame kreisförmige Öffnung 223 zur Durchführung der Steig- und Fallrohre 222 bzw. 224 haben. Die Wandung dieser kreisförmigen Öffnung stößt so dicht wie möglich gegen den

werden können.

Rohrboden 214, damit die Leckverluste niedrig gehaltenV Der trichterförmige Ansatz 219 liegt an der Verbindungsstelle 221 auf dem Mantel 217 auf. Zur Verminderung der Leckverluste kann die Verbindungsstelle 221 als überlappte Verbindung oder als Preßsitz ausgeführt sein und doch einen Auseinanderbau dieser Teile ohne Schwierigkeiten ermöglichen. Gegebenenfalls können Halterungen, die 'am Gehäuse 21b und an dem Ansatz 219 befestigt sind, verwendet werden, damit der Ansatz 219 und der Mantel 217 zusammengehalten werden.

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Der Übersichtlichkeit wegen sind die übrigen, in Fig. 2 beschriebenen Teile, wie die Abstandshalter 132, die oberen und unteren Halterungen 140 und 142, die Zugstangen und die im oberen Teil der Dampfkammer verwendeten Teile in Fig. 7 weggelassen. Als Reaktor, auf den der Dampferzeuger 212 aufgebaut ist, kann die in Fig. 2B dargestellte Ausführung verwendet werden.

Betriebsmäßig strömt das erwärmte Primärwasser aus der Spaltzone 42, wie in Verbindung mit Fig. 2B beschrieben, durch das obere Führungsrohr 100 in den Verteiler Ho. Aus dem Verteiler II6 fließt das Wasser aufwärts durch die Steigrohre 222, kehrt seine Richtung in der Kappe 216 um und fließt durch die Fallrohre 224 abwärts. Das aus den Fallrohren 224 austretende Wasser fließt bis auf den Boden der Spaltzone 42 (Fig.2B) abwärts.

Wenn.sich im Primärkreislauf Gase bilden, werden diese im oberen Teil der Kappe 218 gesammelt. Die angesammelten Gase können durch den Abgasstutzen 220 in entsprechende Einrichtungen bekannter Art abgeblasen werden.

Für den Sekundärkreislauf gelten die Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 entsprechend.

Der in Fig. 8 dargestellte Dampferzeuger 226 hat im wesentlichen denselben Aufbau wie der in. Fig. 7 beschriebene Dampferzeuger. Soweit die Teile dieser beiden Ausführungen gleich sind, sind auch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2A und 7 verwendet worden. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Verteiler Ho und der obere Teil des Führungsrohres 100 durch ein einziges Steigrohr 228 ersetzt, das den unteren Teil 10O¹ des F'lhrungsrohres mit dem Innenraum der

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Kappe 218 verbindet. Das Steigrohr 228 ist durch eine in der Mitte des Rohrbodens 106' angebrachte Öffnung geführt und dicht mit diesem verbunden. Es ist vertikal durch die Dampfkammer 122 geführt und in Höhe des Rohrbodens 214' im wesentlichen rechtwinkelig abgebogen und durch eine zentrisch im Rohrboden 2l4^f angebrachte Öffnung geführt. Das Rohr und der Rohrboden 214' sind dicht miteinander verbunden. Der Reaktorteil ΐβ, der den Dampferzeuger 226 trägt, ist vorzugsweise genau so aufgebaut wie der in Fig. 2B beschriebene.

Betriebsmäßig strömt das in der Spaltzone erhitzte Wasser durch das Führungsrohr 100', durch das Steigrohr 228, kehrt seine Richtung in dem Dom 218 um und fließt durch die Fallrohre 224 abwärts. Der weitere Weg des Wassers ist der gleiche, wie in Fig. J bzw. Fig. 2B beschrieben. Auch der Sekundärkreislauf des Dampferzeugers 226 ist gegenüber dem in Fig. 7 beschriebenen unverändert.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 ein Dampferzeuger dargestellt. Soweit gleiche Teile wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet sind, sind sie mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Den größten Teil des Dampferzeugerkessels bildet ein Gehäuse 232. Das Übergangsstück 108 und andere Teile unterhalb des Gehäuses 232, die den unteren Teil des Dampferzeugers 230 bilden, sind den in Fig. 2A beschriebenen gleich. In die Wandung am unteren Ende des Gehäuses ist eine Rohrscheibe 234 vertikal eingesetzt. An der Außenfläche der Rohrscheibe 234 ist eine im-wesentlichen halbkiagelförmige Kappe 236 befestigt. Etwa in der Mitte zwischen dem oberen Ende des Dampferzeugers 230 und der unteren Rohrscheibe 234 ist ein horizontal angeordneter oberer Rohrboden am Gehäuse 232 befestigt. Der Raum oberhalb des Rohrbodens 238 ist

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eine Dampfabscheiderkammer 240, der Raum unterhalb des Rohrbodens 2J8 eine Dampferzeugerkammer 242. Für den Primärkreislauf ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Abgasstutzen 243 unmittelbar unterhalb des Rohrbodens eingesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies der höchste Punkt im Primärkreislauf.

Ein aufrechtstehendes, an dem zylindrischen Gehäuse 232 befestigtes Leitblech 244 erstreckt sich aufwärts bis in die Nähe des oberen Rohrbodens 238 und bildet gleichzeitig die vertikale Wand des Verteilers HO. In der Dampfkammer 242 sind L-förmige Steigrohre 246 angeordnet, deren Enden an der Ruhrscheibe 234 und am oberen Rohrboden 238 befestigt sind. Ein äußeres Fallrohr 248 verbindet den mit Wasser gefüllten unteren Teil der Abscheiderkammer 240 mit dem oberen Teil der Kappe 236. Die Speisewasserleitung 250 ist in den gebogenen Teil des Fallrohres 248 zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Speisewassers eingeführt. In der gleichen Weise wie in Fig. 2A wird der Wasserspiegel 148 in der Abscheiderkammer 240 betriebsmäßig in Höhe des trichterförmigen Mantelansatzes 241 aufrechterhalten. "Der Dampferzeuger 23O ist beispielsweise auf den in Fig. 23 beschriebenen Reaktorteil l6 aufgebaut.

Die in der Abscheiderkammer 240 verwendeten Abscheiderteile und die zugehörigen Elemente sind dieselben Teile, die in der Anordnung nach Fig. 2A verwendet sind. Im übrigen unterscheidet sich die Fig. 9 von der Fig. 2A dadurch, daß die U-förmigen Rohre 126, die Halterungen 132 und die Speisewasserleitung 146 entfallen, und daß sich der Mantel 245 nur bis zu einer Linie oberhalb der Einführungsstelle des Fallrohres 248 erstreckt.

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Betriebsmäßig strömt das erhitzte Primärwasser aus der Spaltzone (Fig.2B) aufwärts durch das Führungsrohr 100 (Fig.9) und weiter auf der einen Seite des Leitbleches 244, kehrt seine Strömungsrichtung am oberen Ende der Dampferzeugerkammer 242 um und fließt auf der anderen Seite des Leitbleches 244 und .an der Außenwand

■ des Führungsrohres 10O¹ abwärts auf den Boden des Reaktqrkessels (Fig.2B) und von hier aus durch die Spaltzone wieder nach oben.

In das Fallrohr 248 wird durch den Einlaßstutzen 250 Speisewasser von außen und das Wasser des Sekundärkreislaufes vom Boden der Abscheiderkammer 240 aus zugeführt und fließt in die Kappe 2^6 abwärts, Von hier aus fließt das sekundäre Wasser durch die Steigrohre 246 aufwärts und nimmt dabei Wärme von dem an den Außenflächen der Steigrohre 246 vorbeifließenden Primärwasser auf.-Ein Teil des durch die Steigrohre 246 fließenden Wassers verdampft. Von den Steigrohren 246 aus tritt das Dampf-Wasser-Gemisch in die Abscheiderkammer 240 ein, durchströmt diese Kammer und die in ihr angeordneten Dampfabscheider, wie im Zusammenhang mit der Fig. 2A beschrieben.

Nachdem das Wasser vom Dampf geschieden ist, verläßt der Dampf die Abscheiderkammer und strömt durch den am oberen Ende der Abscheiderkammer 240 angeordneten Stutzen 162 in das Leitungssystem (Fig.l).

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das im Primärkreislauf verwendete, von der Spaltzone in den Dampferzeuger aufsteigende Kühlmittel erhitztes Wasser, ein Dampf-Wasser-Gemisch

■ oder nur Dampf sein.

-Als ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Bⁿig. 10 eine Dampf-.erzeugereinheit 252 für indirekten Siedewasserbetrieb darge-

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stellt. Diese Dampferzeugereinheit 252 umfaßt eine andere Ausführung eines Reaktors 254 mit natürlichem Kühlmittelumlauf und einem abgewandelten Dampferzeuger 230'. Der Reaktorkessel 256 entspricht dem in Fig. 2B dargestellten, ausgenommen daß der Durchmesser des Flansches 24 zur Anpassung an den Flansch 26 des Dampferzeugers etwas kleiner ist. Das erklärt sich daraus, daß der Durchmesser des Dampferzeugers 230' kleiner ausgeführt werden kann, weil der im Primärkreislauf erzeugte Dampf an den Steigröhren 246 kondensiert und ein besserer Wärmeübergang zu dem in den Steigröhren 246 fließenden Wasser erzielt werden kann als bei Verwendung von erhitztem Wasser im Primärkreislauf.

Am unteren Ende der Innenwand des Reaktorkessels 256 ist ein Tragflansch 258 vorgesehen, der beispielsweise an den Kessel 256 angeschweißt ist. Eine übliche thermische Abschirmungsanordnung 36' stützt sich im Reaktorkessel 256 auf den Tragflansch 258 in der gleichen Weise wie in Fig. 2B ab. Der Tragflansch 258 trägt ferner einen Zylinder 260, der seinerseits die Spaltzone 42' des Reaktors trägt. In seiner äußeren Randzone sind koaxial zum Reaktorkessel Bohrungen angebracht, die den Zwischenraum zwischen der thermischen Abschirmung und dem Reaktorkessel mit dem unteren Teil des Reaktorkessels 256 verbinden. Ebenso sind an seinem inneren Umfang koaxiale Öffnungen angebracht, die den Zwischenraum zwischen der Spaltzone 42' und der thermischen Abschirmung 36' mit dem unteren Teil des Reaktorkessels 256 verbinden.

An.einem Absatz des Zylinders 260 ist ein zu einem Hohlzylinder geformtes Leitblech 2Ö2 befestigt, dessen Weite an den Umfang der Spaltzone 42' zur Aufnahme der Brennelemente angepaßt ist. Die Brenn-

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elemente sind so ausgeführt, daß ein Siedewasserbetrieb möglich ist. Am oberen Ende des zylindrischen Leitbleches 262 1st ein weiteres Leitblech 264, beispielsweise durch Schweißung, befestigt, das sich vom oberen Ende der Spaltzone 42' bis zum oberen Ende der thermischen Abschirmung 36' erstreckt. Unmittelbar über der Spaltzone ist ein kegelstumpfförmiges Rohrstück 268 angeordnet, dessen Ende mit dem größeren Durchmesser in einen zylindrischen Teil übergeht, der an einem inneren Absatz 266 am oberen Ende der thermischen Abschirmung 36' befestigt ist. An dem Ende des Rohrstückes 268 mit dem kleineren Durchmesser ist ein in den Hals 272 des Dampferzeugers hineinragendes Rohr 270 befestigt.

Gegenüber der in Fig. 9 dargestellten Ausführung entfallen bei dem Dampferzeuger 230' gemäß Fig. 10 das vertikale Leitblech 244, der Verteiler II6, das obere Führungsrohr 100 und das Übergangsstück IO8. Ferner entfällt bei dem Gehäuse 232' auch die in Fig. 9 dargestellte Einschnürung oberhalb des Flansches.

Nach Inbetriebsetzung der Anlage nimmt das Wasser des Primärkreislaufes in der Spaltzone 42¹ Wärme auf und verläßt die Spaltzone als Dampf-Wasser-Gemisch. Der nur mit einer geringen Menge an mitgerissenem Wasser vermischte Dampf trennt sich von dem Gemisch an der freien Oberfläche des Wasserspiegels 274, der stets oberhalb des Zylinders 264 liegt. Das nicht verdampfte Wasser des Primärkreislaufes strömt über das obere Ende des Zylinders 264 hinaus^ und dann abwärts in den Zwischenraum zwischen der thermischen Abschirmung 36' und dqm die Spaltzone umhüllenden Mantel 262. Von hier aus fließt das Wasser weiter abwärts durch die Öffnungen im Tragflansch 258 in den unteren Teil des Reaktorkessels 256, kehrt hier seine ·

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Richtung um und fHeißt wieder durch die Spaltzone 42" nach oben.

Der in der Spaltzone entstehende Dampf strömt durch das kegelstumpfförmlge Rohrstück 268, das Rohr 270 und an den Oberflächen der Steigrohre 246 entlang nach oben. Dabei gibt der Dampf seine Wärme an das in den Steigrohren 246 fließende Wasser des Sekundärkreislaufes " ab, kondensiert und fällt in den Zwischenraum zwischen dem Reaktorkessel 256 und dem Rohrstück 268. Von hier aus strömt das Wasser weiter abwärts durch den Ringraum zwischen der thermischen Abschirmung 36' und dem Reaktorkessel 256 und durch die Öffnungen in der äußeren Randzone des Tragflansches 258 in den unteren Teil des Reaktorkessels 256, kehrt seine Richtung um und strömt wieder aufwärts durch die Spaltzone 42'. Damit beginnt der Kreislauf auf der Primärseite der Dampferzeugereinheit 252 von neuem.

Der Druckausgleicher 114 (Pig.l) entfällt in dieser.den Druck selbständig ausgleichenden Anordnung, weil nämlich der Wasserspiegel niedrig genug gehalten wird, so daß sich ein Dampfraum oberhalb des Wasserspiegels 274 bilden kann und das vom Dampf ausgefüllte Volumen mindestens dem Volumen des normalerweise im Druckausgleicher 114 aufrechterhaltenen Dampfraumes gleich ist. Jede der hier beschriebenen, zusammengesetzten Dampferzeugereinheiten kann mit selbsttätigem Druckausgleich ohne besonderen Druckausgleicher 114 durch Verwendung eines Siedewasserreaktors und durch Anordnung eines ähnlichen Dampfraumes im Primärkreislauf oberhalb der Spaltzone' betrieben werden.

Der Kühlmittelkreislauf auf der Sekundärseite des Dampferzeugers " 2^0' ist der gleiche wie bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführung .

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Bas kegelstumpffÖrrnige Bohrstück 268 mit dem angesetzten Eohr 270 (fig. 10) kann durch eine», keitzylinder ersetzt werden_t dessen Innendurchmesser an den Burenmesser der Spaltzone angepaßt ist und der oberhalb der Wasseroberfläche 274 koaxial im Eeafctorkessel 256 angeordnet ist· Dieser ieitzylinder dient dazu« das aus dem Dampferzeuger 230* zurückströmende Kondensat von. dem aus der Spaltzone des Reaktors aufsteigenden Kühlmittel zu trennen und stellt für die in den Dampferzeuger 230 aufsteigende DampfstrSmung kein Hindernis dar* Durch eine derartige &&~ ordnung wird die Umwälzung des Wassers in der Spaltzone 42* unter* ettltzt*

Die vorstehend toeschrieoenen Ausftthrungsfceispiele Ts&ix&exL im Sahmen der !feuerung in mannigfacher Weise ohne Abweichung vom eigentlichen Keuerungsgedanken abgewandelt werden,*

13 Schutzansprüche
11 Figuren

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Claims

PA555977*30.B.63

im m/mz%

Schutz&nsprüche

t · Vorrichtung zur Dampferzeugung* umfassend einen Atomreaktor mit natürlichem Kühlmitteluailaui' und einen £a$pf e^&eu^er» dadurch gekennzeichnet, daß der de» Dampferzeuger enthaltende Behälter ö#n oberen feil eines fttp de» 3ten$ferzeuger und den Heaktor gemeinsamen Druckgefäßes bildet»

2* Vorrichtung* nach Anspruch 1, dadurch £;e]v«nn.i©lehnet, daß aas Druckgefäß zweiteilig 1st und die beiden feile durch Flansche verbunden

Vorrichtung »ach Juasprueh 2_f äadüroh ^ekernkzeichnet* äefi Dampf erzeuger eine mit seJcundSrea KUhJütdttel gefüllt» Kawaer enthält, deren Grundfläche als iiohrTboden ausgebildet ist (Fig. 2A_t 7 und β)·

4· Vorrichtung nach Anspruch 3 ψ öaäurcli ^cennsseldbnett äaS in dent Rohrboden tT~£i5mige_f öle Xssmt©r durclisielieixäe Bohre elogeeetjst sind, die eine am Bohrbaden angeordnete Verteiler·· kammer, welche mit der SpaIt2one des Reaktor» durch Kühlmittelführuagerohre in Verbindung stellt ₉ mit ä&m restlichen Innenraum des Druckgefäßes außerhalb des Verteuere* der Ftthrungerohre und &9T Spaltssone verbinden (fig*

5» Vorrichtung nach Anspruch 3« dadurch ^eltennseichnet, ä&B in am Rohrbodan L-förmige Bohre eingesetzt sind, deren kürzere

* 3t - m/na

Schenkel Sm «iaer ««itlieJö. im

von einer Kapptt überdeckten. P.ohrscheiTuo enden (Ii^. 7_f öf

Vorrichtung aaek Aaepvueii *>» tolwrei* g#k0im#lö:ta«*_f ded «la

Teil mit Ulm restlichen Innenraum deo Oruck£e£äi3es

?· Vorrielitmis aaeh Aaeprueit 4 od«p 6»

defl die Rohre von einem hantel noiiüil t sind, der mit der fäßwand einen Bin^epalt Mldet und deaoeti Innenraan as unter on Alt dieeem tu Verbindung ateilt»

β# Torrlelitutts n&ch M&pmuQh 2»

L-fürnii£e, vom sekundären Küiamittel des X)ampfe'riieu_tier3 durch ßtröate Rohre vorgeselitft sind* deren »inea rnde in einen im oberen Drittel 4*s ltai^«e««ttg«rUdttSItiive siigeoipdliiet©» Hofes*· boden und deren anderes Snde in eine unterhalb des ".ionrboaervis in der BehÄlterwond an_ejebraci;te j'.öhrnch&ite ein^eoet^t tat Cfi«· 9» 1ö>·

9· Vorrichtung; mek Anspruch 6_f dadurch c^ennraeletoet, daß aie Rohrecheibe durch, eine Kappe überdeckt ist» deren durch «In· äußere Kohryerl>indun₀ mit um 'Mwa ^>be.rha:t.b Ronrbodene verbunden iet.

10* Yorrichtttiig- aaoii Aaufpxwth. 9t äadurcäi efl$»m»sei<^tttttt iaB tile Speisewaeserleitung in die fiohrverbindun,; eingeführt iat*

HA St/3321

11« Vorrichtung nach Anspruch 10» üadurch gekennzeichnet* da3 der von den X*f8xttig«n Rohren <itti?elt£öst3$e Sana dargh öia Leitblech in jwei in tieitisü oberen 'Ilsil £it«ln»nd[er dene Kaaaern uat«rt«il-t ist, 43t«rezi eine s&t d deren andere ait dem r#»t-liCÄ0» Xaaenraiua um in '/«rMaduag steht (Tti;* 3)·

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13· Vorrloniun^ naiäi Anapruch 5 odea? .:"_f £.3'lurcJt c^ daü an der iibcl^ua utalle
laufee «in Abgaestutzen zur
Gas* angeordnet ist·