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Dampferzeuger, insbesondere für Kernkraftwerke Die Erfindung bezieht
sich auf Dampferzeuger für integrierte Anlagen zur Energieerzeugung von derjenigen
Art, welche mit einer durch ein primäres Strömungsmittel gekühlten Wärmequelle zusammengefügt
ist, wobei das primäre Strö.mungsmittel in der Lage ist, die aus der Wärmequelle
stammende Wärme auf ein sekundäres Strömungsmittel zu übertragen, welches verdampfbar
ist und in Austauscherrohren zirkuliert.
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Die Erfindung will solche Dampferzeuger in mehrfacher hinsicht vervollkommnen
und in besonders leichter Weise gewisse Probleme lösen, welche bei solchen Dampferzeugern
auftreten. Diese Probleme, von welchen einige sich aus der Notwendigkeit ergeben,
daß der Dampferzeuger in einer Umfassung installiert sein muß, betreffen insbesondere
die Empfindlichkeit gewisser Teile des Austauschers gegen Korrosion unter Spannung,
die Umhüllung der Rohrbündel, die Schwierigkeiten einer Regelung der Temperatur
des sekundären Strömungsmittels die auf gewissen unkontrollierbaren Unregelmäßigkeiten
der Temperaturen des primären Strömungsmittels beruhen, und schließlich allgemein
die Sicherheit,
Ein Mangel der Dampferzeuger des in Frage stehenden
Typs ergibt sich daraus, daß die Überhitzerrohre aus einem hitzebeständigen Metall
bestehen müssen und daß aus Kostengründen häufig nicht rostender Stahl zur Verwendung
kommt, der bei Beruhrung mit Wasser unter Spannung gegen Korrosion empfindlich ist.
Es ist deshalb geboten, den Überhitzer während der Anlaufperiode der Anlage aus
dem Umlaufsystem herauszunehmen; dazu empfiehlt die Erfindung eine Vorrichtung mittels
welcher die Verdampfergruppe des Austauschersmit der Überhitzergruppe durch die
Zwischenschaltung eines Rohrsystems verbunden ist, welches teilweise außerhalb des
Rohrbünlels liegt und sich ohne weiteres in freier Luft befinden kann. Ein Vorteil
dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Steuerorgane, welche für die Abschaltung
des Überhitzers erforderlich sind nicht mehr innerhalb des Bündels liegen und dessen
Umfang erweitern, und darüber hinaus leicht zugänglich sind.
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Wenn die Wärmequelleaus einem Kernreaktor besteht, ist es nicht immer
möglich, die Temperatur des primären Strömungsmittels zu regeln; es ist daher ein
unbedingtes Erfordernis, daß eine genaue Regelung der Temperatur des Dampfüberhitzers
erfolgt. Ein Mittel zur Behebung dieser Schwierigkeit besteht darin, daß man in
beliebiger Menge Wasser en den Dampfkreis einspritzt, und zwar vor dem Überhitzer;
hierzu
empfiehlt die Erfindung die Besonderheit wonach das Einspritzen von Wasser zwischen
dem Verdampfer und dem Überhitzer in einem leicht zugänglichen Bereich-des Rohrsystems
stattfindet.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung sind die Räume, in
welchen der Dampferzeuger untergebracht ist, mittels eines doppelten Deckels abgeschlossen,
der eine doppelte Sicherheit gegen die Gefahr eines Ausströmens des primären Strömungsmittels
in die Außenluft bietet. Hohle Kopfplatten, durch deren Vermittlung die Austauscerrohre
mit ihren Sammlern in Verbindung stehen, sind in dem Raum zwischen den beiden Deckeln
untergebracht.
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Es ist zweckmäßig, den Teil der Rohre und/oder des Sammlers die an
eine Kopfplatte angeschlossen sind und zwischen den beiden Deckeln liegen, mit einen
Futter zu umgeben, welches eine zweite Behinderung des Austritts sekundärer Flüssigkeit
in diesem Raum bietet und welches die doppelte Sicherheit gegen ein Ausströmen von
primärem Strömungsmittel in wie Außenluft gewähdeistet.
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Die Erfindung empfiehlt noch eine weitere Vervollkommnung, mit welcher
das Ziel verfolgt wird, die Sicherheit an dieser Stelle zu erhöhen; diese weitere
Vervollkommnung besteht- darin, daß man den-Raum zwischen den beiden Deckeln unter
Druck hält, indem man diesen Raum mit
geeignetem Gas, z. B. Stickstoff,
Helium und dergl.
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füllt. Dadurch kann der den inneren Deckel belastende Druck verringert
werden, indem man den Druck, der auf den äußeren Deckel einwirkt, erhöht, und die
Gefahren eines Zwischenfalls besser auf die Deckel aufteilt.
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Wenn ein solcher Zwischenfall eintritt, ist der hierdurch verwirklichte
Druck gleich oder nur ein wenig höher als der Druck des primären Strömungsmittels,
so daß letzteres nicht austreten kann, und zwar auch nicht in dem Fall, daß ein
Strömungsmittel-austritt am inneren Deckel stattfindet; die ersten Gefahren eines
Zwischenfalls werden somit vollständig auf den äußeren Deckel übertragen.
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Der Zweck der verschiedenen mit der Erfindung empfohlenen VervoIl,kommnungen,
ihre Besonderheiten und Vorteile ergeben sich im übrigen aus, der folgenden Beschreibung
von Ausführungsmöglichkeiten, die in der Zeichnung veranschaulicht sind; in der
Zeichnung zeigen: Fig. 1 und 2 den oberen bzw. unteren Teil eines Austauscherturms
nach der Erfindung.
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Fig. 3 das Oberteil des Turms in größerem Maßs-tate.
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Fig. 4 eine schematische Darstellung des Umlaufnetzas des sekundären
Strömgs mittels.
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Fig. 5 eine Darstellung der Eintritts- und Austrittsstellen der Sammler,
die zu einem Austauscherturm gehören.
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Nach der Zeichnung umschließt eine ringförmige Umfassung 1 einen nicht
dargestellten Kernreaktor, und Austauschertürme, welche in Ringanordnung auf den
Ringraum zwischen Umfassung 1 und Reaktor verteilt sind. Ein solcher Turm besteht
aus einem Rohrbündel mit Rücküberhitzer 2, überhitzer 3, Verdampfer 4 und Vorwärmer
5, die in dieser Reihenfolge von oben nach unten innerhalb eines Mantels 6 eingebaut
sind, und zwar derart, daß sie von einem primären Strömungsmittel bespühlt werden
welches in an sich bekannter Weise in einem geschlossenen Kreis zirkuliert.
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Der Austauscherturm ist in einer Kammer untergebracht, die von einem
Mantel 8 umgeben und mit einem doppelter Deckel 9, 10 abgeschlossen ist, Das Rohrbündel
des Austauschers 2, 3, 4, 5 hat Verfr# dung nach außen,und zwar durch Einlaß-
und Auslaßrohre welche sich unter Vermittlung von hohlen Kopfplatten, die in dem
Raum zwischen den beiden Deckeln 9 und AO untergebracht sind, - an entsprechende
Sammler für sekundäres Strömungsmittel anschließen.
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Nach Fig. 4 und 5 gelangt das Wasser durch eine hohle Eintrittskopfplatte
EI und Rohre 21 zum Vorwärmer 5. Der Vorwärmer steht in unmittelbarer Verbindung
mit dem Verdampfer 4,aus welchem der Dampf durch Rohre 22 in die hohle Kopfplatte
SV gelangt, -um von hier durch die hohle Kopfplatte ES und Rohre 23 in den Überhitzer
3 zu gelangen.
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Der überhitzte Dampf wird durch die Rohre 24 und die hohle Austrittskopfplatte
SS den Antriebsorganen zugeleitet. Die Eintrittskopfplatte ER ermöglicht die Weiterströmung
des Dampfes nach teilweiser Entspannung zu dem Rücküberhitzer 2; der rücküberhitzte
Dampf gelangt dann erneut unter Vermittlung der Rohre 25' und der hohlen Auslaß-Kopfplatte
SR erneut zu den Antriebsorganen.
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Der Sammler 26,.welcher die Auslaßkopfplatte SV des Verdampfers mit
der EinlaB-Kopfplatte ES des Uberhitzers verbindet, ist mit einem Ventil 27 ausgestattet,
welches die Sperrung des Einlasses zum Rücküberhitzer ermöglicht, sowie den RUcklauS
des aus dem Verdampfer 4 kommenden Strömungsmittels zum Vorwärmer 5 ermöglidt, und
zwar unter Vermittlung einer mit Steuerventil 29 versehenen Abzweigung 28, eines
Teils des nicht dargestellten Sekundärkreises und einer Leitung 30.
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Bei der Inbetriebsetzung der Anlage ermöglicht die Abzweigung 28 die
Herausnahme des Überhitzers 3 aus
dem Kreislauf, so daß sekundäres
Strömungsmittel nur die Elemente 5 und 4 durchströmt, bis, der Verdampfer 4 trockenen,
leicht überhitzten Dampf liefert, wodurch es dann möglich wird, den Überhitzer 3
in den Kreislauf einzuschalten; auf diese Weise ist der Uberhitzer 3 gegen jede
Berührung mit Wasser flüssiger Phase geschützt.
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Im Bereich des Sammlers 26 ist eine Wassereinspritzvorrichtung 31
vorgesehen, welche hinter der hohlen Kopfplatte SV (Ausgang des Verdampfers) liegt
und einem Temperaturregler 32 zugeordnet ist. Der Temperaturregler ist an einer
beliebigen Stelle hinter der hohlen Kopfplatte SS angeordnet, durch welche das sekundäre
Strömungsmittel den Überhitzer verläßt. Diese leicht zugängliche Anordnung ermöglicht
eine bequeme und genaue Regelung der Temperatur des sekundären Strömungsmittels
am Ausgang des Überhitzers und verhindert auf diese Weise eine übermäßige Uberhitzung,
die stattfinden könnte, wenn die Temperatur des primären Strömungsmittels zur unrichtigen
Zeit erhöht würde.
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Nach Fig. 3 verbindet eine hohle Kpfplatte, und zwar die Kopfplatte
SR im Auslaß des Rücküberhitzers die Dampfrohre 25 mit dem Sammler 33. Der Teil
der Rohre 25', der zwischen der Kopfplatte SR und dem Deckel 9 liegt, ist von einer
Mansc@ette 34 umgeben, die mit den beiden genannten Teilen durch Schweißung verbunden
ist.
Im übrigen ist der Kollektor 33 von einer Manschette 35 umgeben, die von der hohlen
Kopfplatte SR, an welcher sie festgeschweißt ist, ausgeht und dann frei den äußeren
Deckel 10 durchquert, wobei sie die Außenfläche des Deckels überragt, an welcher
sie mittels eines nachgiebigen Kranzes 36 aus dünnem Blech festgeschweißt ist; die
Erzeugende des Kranzes 36 ist ein Viertelkreis.
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Infolge dieser Anordnung kann das primäre Strömungsmittel nur in'dem
Fall in die freie Luft ausströmen, daß gleichzeitig in den Deckeln 9, 10 oder in
der Manschette 34 und dem Deckel 10 oder schließlich noch in dem durchbrochenen
Teil der Kopfplatte SR und dem Dampfausnutzkreis Undichtheiten auftreten.
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Bezüglich des zweiten Strömungsmittels, dessen Druck merklich höher
ist als derjenige des primären Strömungsmittels ist zu bemerken, daß dasselbe nicht
in den Raum zwischen den Deckeln 9, 10 gelangen kann. Bei Undichtheit des Sammlers
33 tritt das sekundäre Strömungsmittel in die freie Luft aus, und zwar durch den
Raum, welcher zwischen dem Sammler 33 und der Manschette 35 vorgesehen ist.
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Diese Anordnungen, welche sich bei allen hohlen Kopfplatten wiederholen,
dienen somit der Verwirklichung einer doppelten Sicherheit, und zwar sowohl gegen
das
Ausfließen von primärem Strömungsmittel In die Außenluft als auch hinsichtlich der
über drucke, welche in dem Raum zwischen den Deckeln 9 und 10 durch das sekundäre
Strömungsmittel verursacht werden können. Die Manschette 34 ist genügend lang, um
die Bildung einer thermischen Brücke zwischen der hohlen Kopfplatte und dem innereren
Deckel zu bilden.
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Eine Gasquelle 37 mit Helium, Stickstoff oder einem anderen Gas ermöglicht
es, den Druck ebenso wie die Art des Gases zwischen den Deckeln 9 und 10 zu regeln.
Die Einstellung auf einen geregelten Sberdruck hat zur Folge, daß die Anhebekräfte,
welchen der Deckel 9 ausgesetzt ist, eine Verkleinerung erfahren, und zwar auf Grund
der Tatsache des Vorhandenseins primären Strömungsmittels in dem Mantel 6; gleichzeitig
werden in gleichem Ausmaß die Anhebekräfte vergrößert, welche den Deckel 10 belasten.
Dlan kann auf diese Weise die kräfte zwischen den Deckeln ausgleichen oder zwischen
diesen Kräften jede geeignete Beziehung verwirklichen.
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Beispielsweise hat die Aufrechterhaltung eines Druckes in dem Raum
zwischen der -Deckeln, der etwas größer ist als der Druck, der im Inneren des Mantels
herrscht, zur Folge, daß das Ausströmen primären Strömungsmittels in die Außenluft
unterdrückt wird, wia zwar selbst im Fall von Undichtigkeiten, und daß praktisch
die auf den Deckel 9 einwirkenden Kräfte beseitigt werden im Falle eines Schadens
zuerst der
der äußere Deckel 10 die Uberbelastung kenntlich machte
was den Einsatz der zu unternehmenden Abhilfe-.
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maßnahmen erleichtert. Beim Fehlen der Gasquelle 37 tritt das Umgekehrte
ein, denn der äußere Deckel hat im Prinzip keine Kräfte aufzunehmen, sondern nur
der innere Deckel, welcher die erste Barriere gegen Überbelastung bilden würde.
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Es sei bemerkt, daß die Erfindung in keiner Weise auf die erläuterten
und dargestellten Anordnungen beschränkt sein soll, da dieselben nur als Beispiele
dienen.