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Publication number: DEST009552MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 8. März 1955 Bekanntgemacht am 5. Juli 1956Registration date: March 8, 1955. Advertised on July 5, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bei dem der Kernbrennstoff in Form einer Suspension fester spaltbarer Materie in einer Flüssigkeit, wie gewöhnlichem oder schwerem Wasser, durch den mit einem Moderator versehenen Reaktor fließt.The invention relates to a nuclear reactor in which the nuclear fuel is in the form of a suspension solid fissile matter in a liquid such as ordinary or heavy water flows through the reactor equipped with a moderator.

Insonderheit bezieht sich die Erfindung auf einen Reaktor, bei dem die Brennstoffsuspensiön durch eine Mehrzahl von Rohren geleitet wird, die z. B. von schwerem Wasser umgeben sind. Bei dieser Art von Reaktoren liegt die Möglichkeit vor, den kritischen Zustand mit natürlichem oder nur wenig angereichertem Uran zu erreichen. Voraussetzung ist jedoch, daß die Wände der Reaktorrohre wenig oder gar keine Neutronen absorbieren und dennoch · aus thermisch gut isolierendem Material hergestellt sind, und weiterhin, daß eine hohe Konzentration und konstante Zusammensetzung der Brennstoffsuspension vorliegt. Die erste Voraussetzung wird erfüllt, indem man die Wände der Rohre ζ. Β. aus stark gesintertem Berylliumoxyd herstellt, das an der Moderatorseite mit leicht gesintertem Berylliumoxyd ausgekleidet ist.In particular, the invention relates to a reactor in which the fuel suspension by a plurality of pipes is passed, the z. B. are surrounded by heavy water. With this species of reactors there is the possibility of the critical state with natural or only slightly enriched To achieve uranium. A prerequisite, however, is that the walls of the reactor tubes are little or do not absorb any neutrons at all and yet · made of a material with good thermal insulation are, and further that a high concentration and constant composition of the fuel suspension is present. The first requirement is met by making the walls of the pipes ζ. Β. out strongly sintered beryllium oxide, the moderator side with lightly sintered beryllium oxide is lined.

Die zweite Voraussetzung gibt zu Schwierigkeiten Anlaß, da bei der erwünschten Konzentration der Brennstoffsuspension die Viskosität derselben so hoch ist, daß sich die Suspension schwerThe second requirement gives rise to difficulties because of the desired concentration the viscosity of the fuel suspension is so high that the suspension is difficult

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verpumpen läßt, ζ. B. zwecks Zirkulierung der Sus- ] pension durch den Reaktor und durch einen Wärmeaustauscher. can be pumped, ζ. B. for the purpose of circulating the suspension through the reactor and through a heat exchanger.

In diesem Zusammenhang wurde in der Patentanmeldung St 9061 VIIIc/2ig bereits vorgeschlagen, die Suspension außerhalb des Kernreaktors zu verdünnen mit einer zusätzlichen Menge Trägerflüssigkeit, die wieder abgeschieden wird, bevor die Suspension wieder in den Kernreaktor eintritt, und die Beförderung der Suspension, z. B. durch Pumpenwirkung, mit der verdünnten Suspension durchzuführen.In this context, it has already been proposed in patent application St 9061 VIIIc / 2ig, to dilute the suspension outside the nuclear reactor with an additional amount of carrier liquid, which is deposited again before the suspension re-enters the nuclear reactor, and the transportation of the suspension, e.g. B. by pumping action with the diluted suspension perform.

Da für einen heterogenen SuspensionsreaktorAs for a heterogeneous suspension reactor

viele Rohre, beispielsweise hundert,, erforderlich sind, führt das besägte Verfahren eine verwickelte Konstruktion des; notwendigen LeitungssystemsMany pipes, for example a hundred, are required, the aforementioned method leads to a complicated one Construction of the; necessary line system

herbei. - · ■come here. - · ■

Beim Gegenstand der Erfindung werden spezielle Reaktorrohre angewandt, wodurch eine weit einfächere Konstruktion erzielt wird.In the subject matter of the invention, special reactor tubes are used, making a far simpler one Construction is achieved.

Die in den Patentansprüchen des näheren gekennzeichnete Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert.The characterized in the claims of the more detailed The invention is explained with reference to the drawings.

Fig. ι stellt das Schema eines Reaktors dar, bei dem erfindungsgemäße Rohre Anwendung finden; Fig. 2 bis 4 zeigen in schematischer Weise Reaktorrohre verschiedener Konstruktion.Fig. Ι represents the scheme of a reactor in the pipes according to the invention are used; FIGS. 2 to 4 schematically show reactor tubes different construction.

In Fig. ι ist der Reaktor von einem Hochdruckmantel ι umgeben, innerhalb dessen sich der Reflektor i_a befindet, worin der Raum 2 für den Moderator, z. B. schweres Wasser, ausgespart ist. Dieses schwere Wasser kann über einen Wärmeaustauscher (nicht in der Zeichnung vorhanden) rundgepumpt werden. Der Hochdruckmantel 1 ist notwendig, da der Reaktor auf einem hohen Temperaturniveau betrieben werden muß.In Fig. Ι the reactor is surrounded by a high pressure jacket ι, within which the reflector i _a is located, wherein the space 2 for the moderator, z. B. heavy water is spared. This heavy water can be pumped around via a heat exchanger (not shown in the drawing). The high pressure jacket 1 is necessary because the reactor must be operated at a high temperature level.

Innerhalb des Raumes 2 sind die Reaktorrohre 3 angebracht. Die Figur zeigt nur zwei dieser Rohre; in der Wirklichkeit sind etwa hundert Rohre notwendig. The reactor tubes 3 are attached within the space 2. The figure shows only two of these tubes; in reality about a hundred pipes are necessary.

Die Wand 4 dieser Rohre (s. die Fig. 2 bis 4) ist an der Außenseite mit einer isolierenden Schicht 5 ausgekleidet. Das Ganze kann aus Berylliumoxyd hergestellt sein. Auch anderes Material kann Anwendung finden, z. B. eine Alurminiumwand, die an der Außenseite mit einer Schicht porösen Kohlenstoffs ausgekleidet ist.The wall 4 of these tubes (see FIGS. 2 to 4) is provided with an insulating layer 5 on the outside lined. The whole can be made of beryllium oxide. Other material can also be used find e.g. B. an Alurminiumwand, which is on the outside with a layer of porous carbon is lined.

Gemäß der Erfindung weisen diese Rohre an der oberen Seite einen Hydrozyklon 6 mit einer Tangentialzuleitung 7, einer Ablaßöffnung 8, welche in das Rohr 3 mündet, und einer im Rohrinnern angebrachten Überlaufleitung 9 auf. Diese Leitung läuft zentral durch die Ablaßöffnung 8 und weiterhin durch das Reaktorrohr hindurch bis zum unteren Ende 10, wo sie in der Nähe der Ablaßöffnung 11 dieses Rohre endet.According to the invention, these pipes have a hydrocyclone 6 with a tangential feed line on the upper side 7, a drain opening 8 which opens into the pipe 3, and one mounted in the pipe interior Overflow line 9. This line runs centrally through the drain opening 8 and further through the reactor tube to the lower end 10, where they are in the vicinity of the discharge opening 11 this pipe ends.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Reaktorrohre läßt sich die Ausdehnung des Leitungssystems für die konzentrierte Brennstoff suspension auf ein Mindestmaß beschränken.By using the reactor tubes of the invention the expansion of the line system for the concentrated fuel suspension keep it to a minimum.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Reaktor-rohr zusammengesetzt, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Überlauf leitung 9 ist hier an der Innenwand 4 des Rohres' entlang' geführt: Hierdurch- wird/ der¹ ^:' ■· Einfang von Resonanzneutronen durch die in der Leitung 9 strömende Flüssigkeit grundsätzlich eingeschränkt, und weiterhin ermöglicht diese Lage der Leitung 9 eine einfachere Befestigung an dem Reaktorrohr.The reactor tube according to the invention is preferably assembled as shown in FIG. 3. The overflow line 9 is here 'guided along' the inner wall 4 of the pipe: This ^{fundamentally restricts the 1} ^: '■ · capture of resonance neutrons by the liquid flowing in the line 9, and this position of the line 9 also enables a easier attachment to the reactor tube.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Reaktorrohr weist' die Mündung der Überlaufleitung 9:, eine; tarigentiale Richtung hinsichtlich der Innenwand des Reaktorrohrs auf. Hierdurch wird der ausströmenden Trägerflüssigkeit eine rotierende Bewegung erteilt, wodurch eine innigere Mischung der konzentrierten Suspension mit der Trägerflüssigkeit erzielt wird.In the case of the reactor tube shown in FIG. 4, ' the mouth of the overflow line 9 :, a; tarigentiale Direction with respect to the inner wall of the reactor tube. This is the outflowing Carrier liquid is given a rotating motion, creating a more intimate mixture of the concentrated Suspension is achieved with the carrier liquid.

/Beim Betrieb des Reaktors 1 wird eine mehr oder weniger verdünnte' Brennstoff suspension, beispielsweise von Uranoxyd in schwerem Wasser, aus dem Gefäß 11 durch die Leitung, 12 und die mit Absperr- , ventilen 13 versehenen Tangentialzuleitungen 7 in die Eindickhydrozyklone 6 geleitet. In diesen Hydrozyklonen wird die Suspension eingedickt, worauf sie durch Schwerkraftwirkung durch die Rohre 3 mit zugespitztem unterem Ende 10 geleitet wird./ When the reactor 1 is operated, a more or less dilute fuel suspension, for example of uranium oxide in heavy water, from the vessel 11 through the line, 12 and the with shut-off, valves 13 provided tangential feed lines 7 in the concentration hydrocyclones 6 passed. The suspension is thickened in these hydrocyclones, whereupon it is passed through the tubes 3 with the tapered lower end 10 by the action of gravity will.

Dabei wird die Suspension infolge der Kernreaktion zu einer hohen Temperatur erhitzt. Das in dem Hydrozyklon abgetrennte schwere Wasser läuft durch die Überlaufleitung 9 hinunter und wird in der Spitze des Reaktorrohrs wieder mit der Suspension vermischt, wodurch diese wieder dünnflüssig wird.The suspension is heated to a high temperature as a result of the nuclear reaction. This in the hydrocyclone separated heavy water runs down through the overflow line 9 and is in the tip of the reactor tube is mixed again with the suspension, making it thin again will.

Die heiße Suspension wird danach durch einen Wärmeaustauscher 14 geleitet und strömt anschließend durch die Leitung 15 in das Steigrohr 16, wo sie durch die Wirkung eines mittels'der Pumpe 20 herangeführten indifferenten Gases, z.B. Helium, in das Gefäß 11 befördert wird.The hot suspension is then passed through a heat exchanger 14 and then flows through the line 15 into the riser pipe 16, where it by the action of a means'der pump 20 introduced inert gas, e.g. helium, is conveyed into the vessel 11.

Hier findet eine Abtrennung des Gases statt, das durch die Vorrichtung 17, in der eventuell zersetztes schweres Wasser rekombiniert wird, einen Kondensator 18, in dem das schwere Wasser abgetrennt wird, und durch eine Reinigungsanlage 19 nach der Pumpe 20 befördert wird, mit deren Hilfe das Gas wieder in das Steigrohr 16 gepreßt wird. Das in dem Kondensator 18 abgetrennte schwere Wasser kann durch Öffnung des Absperrventils 21 wieder in das Gefäß 11 zurückgeführt werden.Here there is a separation of the gas that may be decomposed by the device 17 in the heavy water is recombined, a condenser 18 in which the heavy water is separated is, and is conveyed through a cleaning system 19 after the pump 20, with their help the gas is forced back into the riser pipe 16. The heavy separated in the condenser 18 Water can be returned to the vessel 11 by opening the shut-off valve 21.

Ist zuviel Feststoff in der zirkulierenden Suspension vorhanden, so kann durch die mit einem Absperrventil 23 versehene Leitung 22 ein Teil der Suspension in den Eindickhydrozyklon 24 hineingeleitet werden. Es läßt sich mit dem Regelhahn 30 eine Regulierung der Eindickwirkung des Hydrozyklons 24 erzielen. Das abgetrennte schwere Wasser fließt anschließend durch die Leitung 26 und die Reinigungsanlage 27 in die Leitung 15 zurück, wo es zur Verdünnung der zirkulierenden Suspension Anwendung finden kann.If there is too much solid in the circulating suspension, a shut-off valve can be used 23 provided line 22 passed a portion of the suspension into the concentrating hydrocyclone 24 will. The control valve 30 can be used to regulate the thickening effect of the hydrocyclone Achieve 24. The separated heavy water then flows through line 26 and the Purification system 27 is returned to line 15, where it is used to dilute the circulating suspension Can apply.

Die eingedickte Suspension setzt sich darauf im Vorratsbehälter 25 ab. Soll die zirkulierende Suspension eine etwas höhere Konzentration haben, so kann dazu das Ventil 32 geöffnet werden, wodurch eingedickte Suspension zufließt, wobei, wenn nötig,The thickened suspension then settles in the storage container 25. Shall the circulating suspension have a slightly higher concentration, the valve 32 can be opened for this purpose, as a result of which thickened suspension flows in, whereby, if necessary,

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durch die mit einem Ventil 33_e ausgestattete Leitung 33 schweres Wasser oder verdünnte Suspension zugeleitet werden kann, um die eingedickte Suspension dünnflüssig zu machen.
Soll die Suspension aus den Reaktorrohren entfernt werden, so kann man dazu das Ventil I2_a schließen und die Suspension über den Hydrozyklon 24 in den Behälter 25 hinüberleiten. Die abgeschiedene Trägerflüssigkeit wird dann über das Ventil 31 und durch die Leitung 12 in die Reaktorrohre geleitet, was zur Folge hat, daß die darin befindliche Suspension durch Flüssigkeit ersetzt wird. Es wird einleuchten, daß es mit der erfmdungsgemäßen, Vorrichtung möglich ist, eine verschiedene Durchflußgeschwindigkeit der Brennstoffsuspension in den verschiedenen Rohren anzusetzen, und zwar indem man Hydrozyklon 6 wählt, die voneinander abweichen, oder indem man den Zuführungsdruck mit Hilfe des Regelventil« 13 jeweils aufs neue einstellt und/oder indem man die Zentralüberlauföffnung variiert. Dadurch kann erreicht werden, daß die Temperatur der Suspension an dem Augenblick, wo¹ diese die Reaktorrohre verläßt, für alle Rohre optimal ist. Auch gehört es zum Erfindungs^ bereich, die Leitung 12 zu den Reaktorrohren derart zu spalten, daß Zweigleitungen zu einer Anzahl von Rohrsystemen führen, die jedes für sich zu regeln, sind.heavy water or dilute suspension can be fed through the line 33 equipped with a valve 33 _{e in order to make the thickened suspension thin.}
If the suspension is to be removed from the reactor _{tubes, the valve I2 a} can be closed for this purpose and the suspension can be passed over the hydrocyclone 24 into the container 25. The separated carrier liquid is then passed through the valve 31 and through the line 12 into the reactor tubes, with the result that the suspension therein is replaced by liquid. It will be evident that with the device according to the invention it is possible to set a different flow rate of the fuel suspension in the different pipes, namely by choosing hydrocyclone 6 that differ from one another, or by increasing the supply pressure with the aid of the control valve 13 setting new ones and / or by varying the central overflow opening. Can thereby be achieved that the temperature of the suspension at the moment when it leaves the reactor tubes ¹ for all tubes is optimal. It is also within the scope of the invention to split the line 12 to the reactor tubes in such a way that branch lines lead to a number of tube systems which each have to be regulated individually.

Das ganze System kann im Notfälle mit Hilfe eines Sicherheitsventils 34 schnell entleert werden.In the event of an emergency, the entire system can be quickly emptied with the aid of a safety valve 34.

Die Leitungen usw. außerhalb des Hochdruckmantels ι müssen druckfest ausgeführt werden, um den Druck der Trägerflüssigkeit bei den erforderlichen hohen Temperaturen aushalten zu können.The lines, etc. outside of the high-pressure jacket ι must be made pressure-resistant to to be able to withstand the pressure of the carrier liquid at the required high temperatures.

Claims

Patent claims:

1. Nuclear reactor, in which the nuclear fuel is in the form of a suspension of solid fissile Matter in a liquid, like ordinary or heavy water, by plural flows from reactor tubes installed inside the reactor, the suspension, before it flows into the reactor tubes, thickened and later returned to a pumpable one Suspension is diluted, characterized in that the outlet opening of a thickening hydrocyclone in the upper end of each reactor tube opens, while the overflow opening of this hydrocyclone is located at the upper end of an overflow line, which is through the discharge opening and the reactor tube to near the lower end of the reactor tube extends.

2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that that the overflow line leads along the inner wall of the reactor tube.

3. Nuclear reactor according to claims 1 and 2, characterized in that the lower end of the overflow line with respect to the reactor tube is directed tangentially.

1 sheet of drawings