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Die Erfindung betrifft eine Atomkernreaktoranlage mit einem in einem
Druckgehäuse aus Beton eingeschlossenen Reaktorkern, welches eine weitere Kammer
enthält, wobei eine Röhre zum Kühlmitteltransport von dem Reaktorkern zu der weiteren
Kammer vorgesehen ist, wobei der Ausgang der Röhre räumlich von beiden Enden der
weiteren Kammer beabstandet ist und wobei ein erster und ein zweiter Wärmeaustauscher
mit einander zugewandten Enden innerhalb eines einzigen Durchfluß-Weges in der weiteren
Kammer angeordnet sind.
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Anlagen dieser Gattung sind bereits bekannt, und zwar weisen sie
einen in einem Druckgehäuse aus Beton eingeschlossenen Reaktorkern auf, und das
Druckgehäuse enthält auch eine weitere Kammer, wobei eine Röhre zum Kühlmitteltransport
von dem Reaktorkern zu der weiteren Kammer vorgesehen ist.
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Der Ausgang der Röhre befindet sich räumlich von beiden Enden der
weiteren Kammer im Abstand, und ein erster und ein zweiter Wärmeaustauscher sind
mit einander zugewandten Enden innerhalb eines einzigen Durchfiußweges in der weiteren
Kammer angeordnet, vgl. »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Mai 1968, Seite 203,
Abb. 7, und »Nuclear Engineering and Design«, November/Dezember 1968, Seite 469,
Fig. 1.
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Bei einer anderen bekannten gasgekühlten Reaktoranlage ist der Kern
ebenfalls in einem Druckgehäuse aus Beton eingeschlossen, und es sind zur Dampferzeugung
und Dampferhitzung dienende Wärmeaustauscher in Kammern angeordnet, die in dem Beton
des Druckgehäuses ausgebildet und um den Kern herum verteilt sind. Bei einer derartigen
Anlage können sich die Kammern vertikal über das obere Ende des Kerns hinaus erstrecken,
so daß der Ausgang einer Röhre, welche sich lateral vom oberen Ende des Kerns zu
den Kammern erstreckt, zwischen den Enden der Kammern liegt.
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Die bekannten Anlagen haben den Nachteil, aufwendig gebaut werden
zu müssen und hohe Betriebskosten zu erfordern. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Atomkernreaktoranlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
bei welcher der erforderliche Aufwand für die Einrichtung und den Betrieb insbesondere
der Pumpanlage geringer ist als bei bekannten Anlagen.
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Die Lösung geschieht nach der Erfindung dadurch, daß Röhren des ersten
Wärmeaustauschers innerhalb desjenigen Raumes liegen, welcher sich von dem Ausgang
der Röhre zu einem Ende der weiteren Kammer erstreckt, und Röhren des zweiten Wärmeaustauschers
innerhalb desjenigen Raumes liegen, welcher sich von dem Ausgang der Röhre zu dem
anderen Ende der weiteren Kammer erstreckt, und daß ein Leitungsweg vorgesehen ist,
welcher das aus dem Ausgang der Röhre austretende Kühlmittel teilweise in Strömungsrichtung
vor dem ersten Wärmeaustauscher in den Durchflußweg und teilweise in Strömungsrichtung
hinter dem ersten Wärmeaustauscher in den Durchflußweg führt.
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Durch die Einrichtung, daß nur ein Teil des Kühlmittels, welches
über den zweiten Wärmeaustauscher strömt, auch über den ersten Wärmeaustauscher
fließt, wird der Druckabfall, welcher auftritt, wenn das Kühlmittel zu dem ersten
Wärmeaustauscher und über diesen hinweg geleitet wird, begrenzt. Hieraus ergibt
sich die Möglichkeit, die Einrichtung und den Betrieb der Pumpanlage wirtschaftlicher
zu gestalten. Um in dem ersten Wärmeaustauscher eine solche Heizwirkung zu erzielen,
wie sie erreicht würde, wenn anstatt nur eines Teiles das gesamte Kühlmittel über
ihn strömte, ist allerdings eine größere Anlage erforderlich. Wenn beispielsweise
der erwähnte Teil des Kühlmfttels die Hälfte beträgt, so könnte es erforderlich
sein, den ersten Wärmeaustauscher fünfzehn Prozent größer auszubilden, als wenn
das gesamte Kühlmittel über ihn strömen müßte. Der Aufwand für diese Vergrößerung
ist jedoch auf Grund der Einsparung auf dem Pumpensektor immer noch wirtschaftlicher.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Teil der weiteren Kammer, in den die Röhre mündet, in Strömungsrichtung unterhalb
des ersten Wärmeaustauschers und oberhalb des zweiten Wärmeaustauschers gelegen
ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch welche eine innige Durchmischung
desjenigen Kühlmittels, welches in Strömungsrichtung unterhalb des ersten Wärmeaustauschers
in den Durchflußweg ausströmt, mit demjenigen Kühlmittel, welches durch den ersten
Wärmeaustauscher hindurchgeströmt ist, erfolgt.
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Erfindungsgemäß kann der erste Wärmeaustauscher vollständig in dem
Raum liegen, welcher sich zwischen dem Teil der weiteren Kammer, in welchen die
Röhre mündet, und einem Ende der weiteren Kammer erstreckt.
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Weiterhin wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Kontrollvorrichtung
vorhanden ist, durch welche das Verhältnis desjenigen Teiles des Kühlmittels, welcher
in Strömungsrichtung oberhalb des ersten Wärmeaustauschers in den Durchflußweg ausströmt,
zu demjenigen Teil des Kühlmittels, welcher in Strömungsrichtung unterhalb des ersten
Wärmeaustauschers in den Durchflußweg ausströmt, veränderbar ist. Dabei kann die
Kontrolleinrichtung eine Hülse aufweisen, die den ersten Wärmeaustauscher umschließt
und axial zwischen zwei festen Schultern verschiebbar ist, und die Einrichtung kann
derart ausgebildet sein, daß dasjenige Kühlmittel, welches in Strömungsrichtung
oberhalb des ersten Wärmeaustauschers in den Durchflußweg ausströmt, zwischen einem
Ende der Hülse und einer der Schultern hindurchfließt und dasjenige Kühlmittel,
welches in Strömungsrichtung unterhalb des ersten Wärmeaustauschers in den Durchflußweg
ausströmt, zwischen dem anderen Ende der Hülse und der anderen Schulter hindurchfließt.
Vorzugsweise wirkt die Hülse in jeder ihrer extremen Stellungen mit einer der Schultern
zusammen und verhindert hierdurch einen Kühlmittelfluß zwischen der Hülse und der
Schulter.
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Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Leitungseinrichtung
eine Zwischenwand umfaßt, welche eine festgelegte Öffnung aufweist, durch welche
das Kühlmittel in Strömungsrichtung unterhalb des ersten Wärmeaustauschers in den
Durchflußweg eintreten kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben,
welches nachstehend beschrieben wird. Die Abbildung zeigt in schematischer Darstellung
einen Teil einer erfindungsgemäßen Kernreaktoranlage.
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Es handelt sich um einen gasgekühlten Kernreaktor mit einem nicht
dargestellten Reaktorkem, der sich in einem Druckgehäuse aus Beton befindet. Eine
Vielzahl
von Kammern ist in dem Beton rund um den Reaktorkern ausgebildet. In jeder Kammer
befindet sich ein Röhren-Wärmeaustauscher.
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Eine derartige Kammer 12 enthält einen ersten Wärmeaustauscher 14,
welcher als Überhitzer vorgesehen ist, und einen zweiten Wärmeaustauscherl6, der
als Hochdruck-Dampferzeuger und -Dampferhitzer dient. Die Wärmeaustauscher 14 und
16 sind so geschaltet, daß sie hintereinander innerhalb eines ersten Gas-Durchflußweges
18 liegen, dessen Eintrittsöffnung 20 an einem Ende der Kammer und dessen nicht
dargestellter Ausgang an deren anderen Ende liegen.
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Eine Röhre 22 ist dazu bestimmt, Kühlgas von dem Reaktorkern in einen
Teil24 der Kammer 12 zu leiten. Die Kammer erstreckt sich vertikal oberhalb und
unterhalb des Teiles 24, der zwischen dem Röhrensystem des Überhitzersl4 und dem
Röhrensystem des Hochdruck-Dampferzeugers und -Dampferhitzers 16 liegt.
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Der Durchflußweg 18 ist durch eine axial verschiebbare Röhre 26 und
eine feste Röhre 26A von der Innenwand28 der Kammerl2 beabstandet, so daß sich ein
ringförmiger Zwischenraum ergibt.
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Eine ringförmige Zwischenwand 27 erstreckt sich zwischen der Röhre
26 A und der Kammerinnenwand unterhalb der Röhre 26, und ein Teil 30 A des ringförmigen
Zwischenraumes oberhalb der Zwischenwand 27 bildet einen zweiten Gas durchlaß 30,
welcher zu einer Öffnung 20 führt, die zwischen dem oberen Ende der Röhre26 und
einem Deckel 29 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann Kühlmittel aus der Röhre 22
in dem zweiten Durchlaß 30, 30 A und durch die Öffnung 20 zum ersten Durchlaß 18
fließen.
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Die Röhre 26 ist mit Hilfe von Seilzügen 39 von der Außenseite des
Druckgehäuses her axial verschieblich. In ihrer untersten Stellung, in welcher sie
in der Zeichnung dargestellt ist, ruht sie auf einer Schulter 42, welche durch das
obere Ende der Röhre 26A gebildet wird. Wenn sich die Röhre 26 in dieser Stellung
befindet, kann kein Kühlmittel unterhalb des ersten Wärmeaustauschers 14 in den
Gas-Durchflußweg 18 fließen. Wenn dagegen die Röhre 26 angehoben wird, werden die
Ausmaße der Öffnung 20 verringert, und zu gleicher Zeit wird ein Kühlmittelfluß
zu einer unterhalb des Wärmeaustauschers 14 gelegenen Stelle im Durchflußweg 18
ermöglicht. Auf diese Weise kann das Verhältnis der Gasströmung an oberhalb und
unterhalb des Wärmeaustauschers 14 gelegene Stellen verändert werden; im äußersten
oberen Teil der Röhre 26 wird die Strömung an die in Strömungsrichtung gesehen obere
Stelle dadurch abgeschnitten, daß das obere Ende der Röhre 26 mit dem Deckel 29
in Berührung steht.
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Es kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, durch welche eine innige
Durchmischung desienigen Kühlmittels, welches unterhalb des ersten Wärmeaustauschers
14 in den Durchfiußweg 18 ausströmt, mit demjenigen Kühlmittel, welches durch den
ersten Wärmeaustauscher 14 hindurchgeflossen ist, erfolgt.
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Beim Betrieb der Kernreaktoranlage tritt das Kühlmittel, nachdem
es beim Durchfließen des Reaktorkernes aufgeheizt worden ist, in die Röhre 22 und
durch den Teil 24 in die Kammerl2 ein. Ein Teil des Gases, welche die Kammer 12
erreicht, fließt zwischen der Röhre 26 und der Schulter 42 direkt über das Röhrensystem
des Dampfgenerators 16; der andere Teil des Kühlmittels strömt durch den zweiten
Durchlaß 3Q, welcher durch den ringförmigen Zwischenraum und die Öffnung 20 bestimmt
ist, zu dem ersten Gasdurchlaß und so über die Überhitzerröhren 14, von wo das Gas
ausströmt und sich mit dem ursprünglichen Kühlmittel vermischt, welches in den Gasdurchlaß
18 durch die Öffnung eintritt, die durch Anheben der Röhre 26 gebildet worden ist
Dieses vermischte Kühlmittel fließt dann über das Röhrensystem des Dampfgenerators
16. Der Anteil des Gases, welches den ersten Wärmeaustauscher 14 umgeht, kann durch
eine axiale Änderung der Stellung der Röhre 26 variiert werden.
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Durch eine Änderung des Anteiles des Kühlgases, welcher über den
Überhitzer 14 fließt, kann der Uberhitzer groß genug gemacht werden, um trotz eines
Verschmutzens der Oberflächen des Wärmeaustauschers und der Unsicherheitsfaktoren
der Wärmeübertragung ein ausreichendes Aufheizen sicherzustellen. Durch eine Steuerung
des Flusses über die Üb erhitzerröhren können diese Unsicherheitsfaktoren ausgeglichen
werden, ohne daß Temperaturregler oder ähnliche Vorrichtungen verwendet zu werden
brauchen.
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Bei gasgekühlten Reaktoren, in denen das Kühlmittel nacheinander
über einen Überhitzer und einen Dampfgenerator und -erhitzer geführt wird, hängt
die Temperatur beider Teile von einer Veränderung der Temperatur des den Reaktor
verlassenden Kühlmittels ab. Durch eine Veränderung des Verhältnisses, in welchem
das Kühlgas aufgeteilt wird, ist ein weiteres Mittel zur Steuerung der Temperatur
des Überhitzerdampfes gegeben. Eine Steuerung der Überhitzungstemperatur durch eine
Veränderung desjenigen Anteiles des Gases, welches über den Überhitzer strömt, ist
besonders bei Teillast oder unter Anfahrbedingungen nützlich, wo es erforderlich
sein kann, die Dampftemperaturen mit heißen Turbinengehäusen in Einklang zu bringen.
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Obwohl die beschriebene Anlage es ermöglicht, das Verhältnis desjenigen
Kühlmittels, welches über den Überhitzer strömt, zu demjenigen, welches den Überhitzer
umgeht, zu verändern, ist auch eine Ausführungsform beabsichtigt bei der das Verhältnis
festliegt.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den
nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Erfindungsgegenstandes können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.