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?1Reaktor mit einem oder mehreren ringförmigen und konzentrisch zum
Reaktorkern gelegenen Wärmeaustauscherräumen".
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor mit einem oder mehreren
ringförmigen und konzentrisch zum Reaktorkern gelegenen Wärmeaustauscherräumen im
Reaktorkörper zum indirekten Wärmeaustausch zwischen einem Kühlgas und einem wärmeaufnehmenden
Medium.
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Es ist ein Siedewasserreaktor in integrierter Bausweise bekannt (Deutsche
Auslegeschrift 1 275 213), der senkrechte konzentrisch zum Reaktorkern angeordnete
Wärmeaustauscher besitzt, die einen Moderatorkessel mantelartig umgeben und im von
einem Dampfraum abwärts führenden Strom des heißen Kühlwassers liegen.-Des weiteren
ist ein Hochtemperatur-Kernreaktor mit einem Druckgefäß bekannt (Deutsche Auslegeschrift
1 274 748), bei dem zur Kühlung der kugelförmigen Brennstoffelemente ein Druckgas
Anwendung findet, das von oben nach unten durch die Sellüttung der Brennstoffelemente
hindurchgeleitet wird. Der Wärmeinhalt des Kühlgases wird hierbei an Wärmeaustauscher
abgegeben, wobei das Kühlgas auch zur Außenseite des die Schüttung der Brennstoffelemente
aufnehmenden Ringbehälters geführt wird.
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Die Erfindung bezweckt die Verbesserung bisher bekannter Reaktoren
der eingangs genannten Gattung, insbesondere im Bezug auf eine günstige Ausnutzung
der Heizflächen, verbunden mit einer größtmöglich logarithmischen Temperaturdifferenz.
Insbesondere bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll eine besonders
vorteilhafte thermodynamische Führung und Ausnutzung des wärmeabgebenden Kühlgases
und eine günstige Ausnutzung der heizflächen erzielt werden.
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Zur Erreichung dieses Zieles sieht die Erfindung einen Reaktor der
genannten Art vor, bei dem der oder die Wårnxea1?tauscherräume als Flüssigmetallbehälter
mit in das flüssige Metall eintauchenden Austauscherflächen und gasseitig in Umfangsrichtung
des Reaktors hintereinander geschalteten Austauscherstufen ausgebildet sind.
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An sich ist der indirekte Wärmeübergang eines Reaktorkühlgases auf
ein Flüssigmetall, z.B. ein Bleibad, und von diesem auf ein in Rohren geführtes
wärmeaufnehmendes Medium bekannt (Deutsche Auslegeschrift 1 201 856), ohne daß bisher
die Znchwelt hierdurch eine Anregung erhalten hätte, die Reaktoren der eingangs
genannten Art mit konzentrisch zum Reaktorkern angeordneten, ein Flüssigmetall aufnehmenden
Wärmeaustauscherräumen zu versehen, die gasseitig in Austauscherstufen hintereinander
geschaltet sind.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei
der eine gitnstige Ausnutzung der Heizflächen gegeben ist, sind die Wärmeaustauscher
horizontal angeordnete, ringähnliche Rohre mit ebensolchen Warmeaustauscherflächen
im unteren Querschnitt der Wärmeaustauscher0 Bei dieser Ausgestaltung der Wärrneaustausoher
wird eine hohe logarithmische Temperaturdifferenz und vorzügliche Ausnutzung der
Heizflächen erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung dieser bevorzugten Ausführungsform ist der
Querschnitt jedes Wärmeaustauschers in einen das wärmeabgebende Gas führenden Querschnitteteil,
einen das abgekühlte Gas führenden Querschnittsteil und einen darunter gelegenen
die W,rmeaustauscherflächen aufweisenden Badteil aufgeteilt.
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Jede Austauscherstufe mit Ausnahme der letzten jedes ringähnlchen
Wärmeaustauschers weist hierbei eine Ubergangsleitung von dem Querschnittsteil für
das abgekühlte Gas zu dem Querschnittsteil für das wärmeabgebende Gas der nächsten
Stufe auf. Die Unterteilung des ringälmlichen \Wärmeaustauschers in eine Uberhitzerstufe,
in eine dahintergeschaltete kombinierte Cberhitzer-
VordamDfer-und
Speisewasservorwärmerstufe, sowie eine nachgeschaltete Economiserstufe ist somit
möglich.
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Vorzugsweise sind mehrere ringähnliche Wärmeaustauscher gasseitig
parallel, die Stufen Jedes Wärmeaustauschers wie ausgeführt, hintereinandergeschaltet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der das abgekühlte Gas
aufnehmende Querschnittsteil der ringähnlichen Wärmeaustauscher in Längskammern
unterteilt und die entsprechenden Trennwände mit einem Dmister (X1lüssigkeitsnebelgitter)
versehen. Bei dem Ubertritt des abgekühlten Gases von einer Längskammer durch die
Trennwand in die andere Längskammer wird der Slüssigkeitsnebel an dem Gitter des
Demisters festgehalten, so daß in jeder Stufe bereits eine Rückgewinnung des Flüssigmetallnebels
erfolgt. Die letzten Stufen jedes Wärmeaustauschers sind mit einer Rückffihrungsleitung
für das Flüssigmetall versehen, so daß verdampftes Metall in diesen letzten Stufen
abgeschieden und von dort wieder heißeren Stufen über Regler zugeführt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Ende eines jeden ringähnlichen
Wärmeaustauschers gasseitig ein Sperrventil vorgesehen. Sollte ein JvTarmeaustauscher,
z.B. wegen eines Defektes, stillgelegt werden, so wird das Sperrventil geschlossen,
so daß kein Viärmeaustausch zwischen dem wärmeabgebenden Kühlgas und dem i'lüssigmetallbad
erfolgt, dieses erstarrt und hierdurch wird eine Dichtung des rmeaustauschers erreichtVDas
Sperrventil braucht nur für den Differenzdruck am Ende des Wärmeaustauschers ausgelegt
zu werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Reaktors nach der
Erfindung dargestellt und zwar zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch
den Reaktor, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen
Querschnitt durch einen der ringförmigen Wärmeaustauscher und Fig. 4 einen Schnitt
nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
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Der Reaktorkörper 1 weist den Core 2 auf, dessen Wände mit den Durchlässen
3,4 zum Zu-und Abführen des gasförmigen Kühlmittels es versehen sind. Dies/gelangt
in abgekühltem Zustand über die untere, ringförmige Verteilerleitung 5 und die Zuleitungen
6 zu dem Core 2, wo'es Warme aufnimmt, und im erwärmten Zustand über die Leitungen
7 zu der oberen ringförmigen Sammelleitung 8.
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Die ringförmigen leitungen 5,8 werden von entsprechenden Ausnehmungen
9,10 aufgenommen, wobei in die Ausnehmung 9 ein Kanal 11 mit einer Zuleitung 12
mündet, die zu den Gebläsen für das Kühlgas führt.
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Die die Sammelleitung 8 aufnehmende Ausnehmung 10 geht in einen mantelartigen
Raum 13 über, in welchem eine Falleitung 14 angeordnet ist, die in die Sammelleitung
8 mündet.
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Der mantelförmige Raum 13 um den Core 2 nimmt unterhalb der Sammelleitung
8 vier horizontal übereinander angeordnete rinähnliche Wärmeaustauscher 15,16,17,18
auf, die untereinander gleich ausgebildet sind. Jeder dieser Wärmeaustauscher ist
mit der senkrechten Falleitung 14 gasseitig über ein Zwischenrohr 19 (Pig. 2) verbunden.
Jeder der Warmeaustallscher 15 bis 18 ist in peripherer Richtung, d.h. in Richtung
des Pfeiles K und damit in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Gases in mehrere
Stufen unterteilt, an deren Ende jeweils eine Zwischenwand 20 vorgesehen ist. So
ist der in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauscher in eine Uberhitzerstufe I, in eine
Stufe II, die als Überhitzer-, Verdampfer - und Speisewasservorwarmerstufe angesprochen
werden kann, und ferner in die nachgeschalteten Economiserstufen 3,4 und 5 unterteilt.
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Das durch die Zuführungsleitung 19 in die Wärmeaustauscher 15 bis
18 strömende wärmeabgebende Gas gelangt in jeder Stufe T-V in einen Querschnittsteil
21, der durch die obere Wand 22 des Austauschers und ferner durch eine untere Zwischenwand
23 gebildet wird. Von dieser geht über die Länge jeder Stufe ein schachtförmiger
Kanal 24 ab, der bis unter die Querschnittsmitte der Austauscher 15-18 ragt. Beidseitig
dieses schachtes 24 sind die Wärmeaustauscherflächen 25,26 angeordnet, die gegen
die Seitenwände 27 des Wärmeaustauschers hin durch Wände 28 abgeteilt sind.
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Das oberhalb des Zwischenbodens 29 bis über die Wärmeaustauscherflächen
25,26 reichende Flüssigkeitsmetallbad, vorzugsweise ein Bleibad, wird von dem in
Richtung der Pfeile S durch den Schacht 24 in das Bleibad gelangende Gas durchperlt,
das in die oberhalb r2es Bleibades gelegenen Räume 30 gelangt. Das Blei in dem unteren,
oberhalb des Bodens 29 gelegenen Querschnittsteil des Wärmeaustauschers strömt in
Richtung der kleinen seitlichen Pfeile M infolge der Mamutpumpenwirkung in den Zwischenraum
zwischen die Wände 27 und 28, um am Boden 29 wieder bis auf öhe der Wärmeaustauscher
25, 26 zu gelangen, zwischen diesen wieder aufzusteigen und erneut in Richtung der
Pfeile M zwischen den Wänden 27,28 abwärts zu fallen, nachdem das Gas aus dem Flüssigmetall
in die Raume 70 entwichen ist. -Die Raume 30 sind nach oben hin durch Wände 51 begrenzt,
in enn Demister 32 angeordnet sind.Das aufwärtsgerichtete Gas aus den R?umen 30
gelangt durch die Demister in Längskammern 33, um dort in Lüngsrichtung d£s Wärmeaustauschers
zu einem gabelförmigen Uberleitungsstück 34 am Ende jeder Stufe zu gelangen. Durch
dieses Uberlettungsstück 34 gelangt das Kühlgas aus den Kammern 33 3 der einen stufe
in den Querschnittsteil 21 der nächsten Stufe, um dort wieder in Längsrichtung liter
die Länge der Stufe verlit, in den Kanal 24 geleitet zu werden T)Lf Kühlgas durchströmt
sorr+;il hintereinander in gleicher Weise @ie einzelnen Stufen, um am Ende jedes
Wärmeaustauschers 15 bis le über eine @erbrückungsl tung @4a in ein @@chrechtes
Sammel @@@r 35 zu minden, das in ein Rohr 36 überg@@@ @@@ @@ der G@@-bläsen
führt.
Das abgekühlte Gas wird von dort aus wieder in die Zuleitung 12 gedrückt, um von
neuem seinen Kreislauf durch den Reaktor zu beginnen.
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In das Uberleitungsstück 34 ist eine Gasklappe 37 eingebaut, bei deren
Schließen ein Durchfluß durch den Wärmeaustauseher unterbunden wird, so daß das
in den Stufen I bis V befindliche Metall erstarrt und hierdurch eine Abdichtung
des betreffenden Wärmeaustauschers erfolgt. Bei Öffnen der Klappe des Ventile 37
erfolgt wieder nach VQrflüssigen des Metalls, beginnend an den Kanälen 24, ein Durchströmen
des Gases und ein Verflüssigen des Metalls, wobei die hintereinander liegenden Querschnitteteile
21 der Stufen, die im laufenden Betrieb unverbunden sinds nunmehr untereinander
verbunden werden können.
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Auf der Seite des wärmeaufnehmenden XSediums, d.h. Wasser-Dampf, sind
die Stufen I-V der übereinanderliegenden V"1ärmeaustauscher 15 bis 18 miteinander
verbunden. Auch hier kann ein jeweiliges Zu - und Abschalten einzelner Stufen durchgeführt
werden.
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In einer der letzten Stufen III1 IV V oder mehreren dieser Stufen
ist eine Uberführun-gsleitung zu der ersten oder zweiten Stufe vorgesehen, so daß
der in einer der letzten Stufen, z.B.
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der vorletzten Stufe IV sich niederschlagende Ifietalldampf, von dieser
Stufe wieder einer der ersten Stufen zugeführt werden kann.