DE1922646B1 - Dampferzeugeranlage fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugeranlage für einen Kernreaktor mit einem im Kreislauf geführten Kühlmittel, wobei ein inertes Gas als Wärmezwischenträger zur Übertragung der Wärme des Flüssigmetalls auf Dampferzeugerheizflächen verwendet wird.
• Es ist ein Dampferzeuger bekannt, bei dem der Dampf in einem geschlossenen Rohrnetz erzeugt wird, für dessen Beheizung ein Flüssigmetall, z. B.
• Natrium, eines Kernreaktors verwendet wird. Dieses ist in einem zweite'n, geschlossenen Rohrnetz geführt, dessen Rohre entweder innerhalb der Dampfrohre verlaufen oder diese umschließen, wobei beide Rohrnetze mit ihreni'mit einer Zu- und Ableitung versehenen Ende durch Schweißen unlösbar zu einem einstückigen Aggregat verbunden sind.
• Bei dieser bekannten Ausführungsform eines Dampferzeugers ist dafür Sorge zu tragen, daß im Fall eines Rohrbruchs die örtlich vorhandene Natriummenge klein gehalten wird, da die unbeherrschbaren Natrium-Wasser-Reaktionen Explosionen hervorrufen können. Der bekannte Dampferzeuger muß daher mit entsprechenden Sicherheitsventilen versehen werden, die jedoch die Explosion in ihrer Wirkung nur gering halten können, sie jedoch nie auszuschalten vermögen.
• Es ist ferner ein Wärmeaustauscher zur Dampferzeugung für eine Kernreaktoranlage bekannt, die durch ein Flüssigmetall, z. B. Natrium, gekühlt wird und die Wärme dieses Flüssigmetalls durch einen gasförmigen Zwischenträger auf die Heizflächen des Dampferzeugers übertragen wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dampferzeugerånlage der eingangs genannten Art gegenüber den vorstehend beschriebenen bekannten Dampferzeugeranlagen die Entstehung einer Flüssigmetall-Wasser-Reaktion zu vermeiden bzw.
• die Wärmeübergangsverhältnisse zu verbessern, d. h.
• den Wirkungsgrad der Dampferzeugeranlage zu erhöhen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Dampferzeugeranlage der beschriebenen Gattung vor, bei der ein zusätzliches Metallbad vorgesehen ist, in dem die Dampferzeugerheizflächen angeordnet sind, wobei das im Kreislauf geführte inerte Gas unter die Oberfläche des Metallbades eingeblasen wird.
• Es werden somit bei der erfindungsgemäßen Anlage zwei getrennte Kreisläufe geschaffen, wobei der erste Kreislauf das Flüssigmetall, z. B. Natrium, beinhaltet, das durch den Kernreaktor geführt und in einen ersten Austauscher geleitet wird, in welchem die Wärme des Flüssigmetalls auf das Gas, z. B.
• Helium, übertragen wird, das im Gegenstrom zur Fließrichtung des Flüssigmetalls durch den ersten Austauscher hindurch wieder der Wärmequelle zugeleitet wird. Der zweite Kreislauf wird durch das Helium selbst gebildet, das im Anschluß an das Durchströmen des Flüssigmetallbades durch das zusätzliche Metallbad, vorzugsweise ein Bleibad, geführt wird, wo die Wärme des auch diesem Metall gegenüber inerten Gases an die in das Metallbad eintauchenden Dampferzeugerheizflächen abgegeben wird, worauf das Gas wiederum durch das Flüssigmetallbad geleitet wird.
• Da das Flüssigmetall nicht mit den Dampferzeugerheizflächen in Berührung tritt, wird einerseits eine Flüssigmetall-Wasser-Reaktion bei Rohrundich- tigkeit oder Rohrbruch der Austauscherheizflächen vermieden, da das zusätzliche Metallbad aber auch eine geringe spezifische Wärme, eine hohe Wärmeleitzahl, einen niedrigen Schmelzpunkt und einen hohen Siedepunkt hat, läßt sich andererseits eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage feststellen.
• In weiterer Ausbildung der Anlage nach der Erfindung wird das inerte Gas ohne Zwischenschaltung von Wärmeaustauschflächen durch das Flüssigmetall-Kühlmittel hindurchgeleitet.
• Die Dampferzeugung kann in einem zweistufig unterteilten Metallbad erfolgen, wobei das inerte Gas die Stufen des Metallbades hintereinander durchströmt. In der in Strömungsrichtung des inerten Gases ersten Stufe kann beispielsweise Heißdampf erzeugt werden und in der zweiten Stufe der Verdampfer angeordnet sein.
• Vorzugsweise sind in der Kreislaufleitung für das inerte Gas Abscheider für mitgerissenes flüssiges Metall angeordnet, wie auch in der Leitung des inerten Gases hinter dem Austritt aus dem Metallbad ein Wärmeaustauscher angeordnet werden kann.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Dampferzeugeranlagen nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Anlage mit einem einstufigen Dampferzeuger und Fig.2 eine Einrichtung mit einem zweistufigen Dampferzeuger.
• Das durch die Leitung 1 mit einer Temperatur von etwa 8500 C dem ersten Austauscher 2 zugeführte, in einem Kernreaktor erhitzte Flüssigmetall, z. B.
• Natrium, wird durch den Mittelteil 3 des Austauschers 2 geleitet, der mit entsprechenden Einbauten 4 versehen ist und dessen unteres Ende durch einen gasdurchlässigen Boden 5 gebildet wird. Das durch den Austauscher 2 geleitete Flüssigmetall wird über die Leitung 6 bei einer Temperatur von ungefähr 1850 C wieder zu der Wärmequelle zurückgeleitet, wo es von neuem auf etwa 850° C erhitzt wird. Es entsteht somit eine Kreislaufeinrichtung für das Flüssigmetall-Kühlmittel, die aus der nicht dargestellten Wärmequelle, z. B. dem Reaktor, den Leitungenl und 6 sowie dem Austauscher 2 gebildet wird.
• In den unterhalb des Bodens 5 des Austauschers 2 gelegenen Raum 5a mündet eine Leitung 7 für ein gegenüber dem Flüssigmetall inertes Gas, vorzugsweise ein Edelgas, wie Helium. Dieses Gas tritt mit einer Temperatur von etwa 1600 C in den Raum 5a ein, gelangt durch den Boden 5 in den Metallteil 3 des Austauschers und perlt durch das Flüssigmetallbad hindurch, um mit einer Temperatur von etwa 8300 C in den oberen Sammelraum8 zu gelangen, wo es über eine Leitung 9 in einen zweiten Austauscherl0 geführt wird. Dort wird das erhitzte Edelgas bei 11 unter die Oberfläche des in dem Austauscher 10 befindlichen zusätzlichen Metallbades geblasen und erwärmt hierdurch dieses Bad, welches aus Blei oder einem gleichwirkenden anderen flüssigen Metall besteht, in das die Dampferzeugerheizflächen in Form der Austauscherrohrel2 tauchen, durch die Wasser bzw. Dampf hindurchgeführt wird.
• Das Wasser wird hierbei über das Rohr 13 a den Austauscherrohren 12 zugeführt, während der Dampf bei 13 b abgezogen werden kann.
• Das auf eine Temperatur von etwa 4500 C abgekühlte Edelgas wird über die Leitung 14 durch einen Speisewasservorwärmer 15 hindurchgeführt, gelangt über einen Ventilator oder Kompressor 15 a zu der Leitung 7, um von dort aus wieder in den ersten Austauscher 2 mit einer Temperatur von 1600 C einzutreten.
• Bei der Ausfüllrungsform nach F i g. 2 tritt das Edelgas wiederum mit einer Temperatur von 8300 C in die Leitung 9 ein, die bei 11 in die Kammer 16 einer ersten Stufe 1 des Austauschers 10 eintaucht, in die die Sattdampfzuführungsleitung 17 mündet und in der die Überhitzerrohre 18 angeordnet sind.
• Über die Leitung 19 tritt der erzeugte Dampf mit einer Temperatur von etwa 6000 C aus.
• Das Helium der ersten Erwärmerstufe I tritt aus der Kammer 16 in die Kammer 20 einer zweiten Stufe II des Austauschers 10 über, in der die Verdampferrohre 21 zur Erzeugung von Sattdampf angeordnet sind, der in den Sammler22 und von dort, über die Leitungen 23 und 17 in die Überhitzerrohre 18 geleitet wird.
• In die Heliumleitung 14, die aus der zweiten MetallbadstufeII kommt, ist wiederum ein Speisewasservorwärmer 15 geschaltet, der über eine Speisewasser- und Dampfleitung 24 mit dem den Verdampferrohren21 vorgeschalteten Sammler verbunden ist. Nach Verlassen des Vorwärmers strömt das inerte Gas über den Ventilator oder Kompressor 15 a in den ersten Austauscher 2.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dampferzeugeranlage für einen Kernreaktor mit einem im Kreislauf geführten Flüssig- metall-Kühlmittel, wobei ein inertes Gas als Wärmezwischenträger zur Übertragung der Wärme des Flüssigmetalls auf Dampferzeugerheizflächen verwendet wird, d a d u r c Ii g e -k e n n z e i c h n e t, daß ein zusätzliches Metallbad (lOa) vorgesehen ist, in dem die Dampferzeugerheizflächen (12) angeordnet sind, wobei das im Kreislauf geführte inerte Gas unter die Oberfläche des Metallbades eingeblasen wird.

2. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas ohne Zwischenschaltung von Wärmeaustauschflächen durch das Flüssigmetall-Kühlmittel hindurchgeleitet wird.

3. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad in zwei Stufen(I,II) unterteilt ist, und das inerte Gas die Stufen des Metallbades hintereinander durchströmt.

4. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kreislaufleitung für das inerte Gas Abscheider für mitgerissenes flüssiges Metall angeordnet sind.

5. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung des inerten Gases hinter dem Austritt aus dem Metallbad ein Wärmeaustauscher angeordnet ist.