DE1113041B - Nuclear reactor with fuel channels and flowing coolant - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

U5343Vmc/21gU5343Vmc / 21g

ANMELDETAG: 12. MAI 1958REGISTRATION DATE: MAY 12, 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. AUGUST 1961NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL: AUGUST 24, 1961

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einer Anzahl von Brennstoff kanälen, welche Brennstoffelemente enthalten, deren Spaltungswärme durch ein durch jeden Brennstoffkanal strömendes Kühlmittel abgeführt wird, das aus einer Suspension von Flüssigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf besteht.The invention relates to a nuclear reactor with a number of fuel channels, which fuel elements contain their fission heat from a coolant flowing through each fuel channel which consists of a suspension of liquid particles in a gas or vapor.

In der britischen Patentschrift 735 851 ist ein .Wärmeübertragungsverfahren beschrieben, bei welchem eine in Suspension befindliche Flüssigkeit in einem Gas als Kühlmittel verwendet wird.In British Patent 735 851, a heat transfer process is described in which a liquid in suspension in a gas is used as a coolant.

Die Verwendung einer Sprühkühlung für ein Wärmeaustauschverfahren ist aus »Nuclear Science Abstracts«, 8953, 1956, bekannt, worin die Verwendung versprühten Wassers zur Kühlung der Kanäle in dem ORNL-Graphitreaktor beschrieben wird, und aus dem Band »Reactor Handbook Engineering« der Buchreihe »Selected Reference Material on Atomic Energy«, 1955, worin der Wärmeentzug aus geschmolzenem Salz mittels Durchsprühen flüssigen Wismuths in feinen Tröpfchen durch das Salz beschrieben ist.The use of spray cooling for a heat exchange process is from "Nuclear Science Abstracts", 8953, 1956, wherein the use of sprayed water to cool the channels in the ORNL graphite reactor is described, and from the volume "Reactor Handbook Engineering" der Book series "Selected Reference Material on Atomic Energy", 1955, in which the extraction of heat from molten Salt is described by spraying liquid bismuth in fine droplets through the salt is.

Verfahren zur Trennung von Dampf und Flüssigkeit sind ebenfalls bekannt, und zwar aus dem Band 3 der Reihe »Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, sowie aus der deutschen Patentschrift 952 929 und der britischen Patentschrift 648 293.Processes for separating vapor and liquid are also known, from Volume 3 the series "Peaceful Uses of Atomic Energy", 1955, as well as from the German patent specification 952 929 and British Patent 648 293.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kernreaktors, bei welchem ein derartiges Kühlmittel vorzugsweise in Form einer Flüssigkeit verwendet wird, welche in ihrem eigenen gesättigten Dampf zur Suspension gebracht wird, wobei ein solcher Reaktor gegenüber bekannten Wärmeaustauschverfahren die Vorteile hat, daß relativ hohe Wärmeübertragungsgrade erzielt und eine Überhitzung leicht erreicht werden können. Die Probleme, die durch die Wasser-Absorption des Reaktoraufbaus und durch die geringe Phasentrennung bei den geforderten Strömungsgeschwindigkeiten, wie es in den den Stand der Technik darstellenden Veröffentlichungen erwähnt ist, entstehen, werden ebenfalls durch die vorliegende Erfindung nahezu bedeutungslos gemacht.The purpose of the invention is to provide an improved nuclear reactor in which such a Coolant is preferably used in the form of a liquid, which is saturated on its own Steam is brought to suspension, with such a reactor compared to known heat exchange processes has the advantages of achieving relatively high degrees of heat transfer and easy overheating can be achieved. The problems caused by the water absorption of the reactor structure and by the low phase separation at the required flow velocities, as in the state of the Art illustrative publications mentioned are also provided by the present invention made almost meaningless.

Erfindungsgemäß ist der eingangs genannte Kernreaktor dadurch gekennzeichnet, daß an den Einlaßenden eines jeden Brennstoffkanals eine Vorrichtung angebracht ist, welche die Flüssigkeitsteilchen erzeugt und in den Gas- oder Dampfstrom einbringt.The nuclear reactor mentioned at the outset is in accordance with the invention characterized in that a device is provided at the inlet ends of each fuel channel is attached, which generates the liquid particles and introduces them into the gas or vapor stream.

Im Reaktor können weitere Rohre untergebracht werden, welche wärmeerzeugende Brennstoffelemente aufweisen und dazu vorgesehen sind, das verdampfte Kühlmittel, welches durch die weiteren Rohre hindurch von der Abscheidungsvorrichtung her strömt, zu überhitzen.Further tubes can be accommodated in the reactor, which heat-generating fuel elements have and are provided for the evaporated coolant which passes through the further tubes flowing from the separator to overheat.

Kernreaktor mit Brennstoffkanälen und strömendem KühlmittelNuclear reactor with fuel channels and flowing coolant

Anmelder:Applicant:

United Kingdom Atomic Energy Authority, LondonUnited Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney, Siegen, Oranienstr. 14th

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 13. Mai 1957 (Nr. 15 130/57)Claimed priority: Great Britain of May 13, 1957 (No. 15 130/57)

John Desmond Thornton, London, und Henry Reginald Clive Pratt,John Desmond Thornton, London, and Henry Reginald Clive Pratt,

Melbourne (Australien), sind als Erfinder genannt wordenMelbourne (Australia) have been named as inventors

Die Überhitzerrohre können in einer ringförmigen Zone angeordnet sein, welche die Verdampferrohre umgibt, oder umgekehrt.The superheater tubes can be arranged in an annular zone which the evaporator tubes surrounds, or vice versa.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt bzw. zeigenThe invention is now based on it, for example reproducing drawings are explained in more detail, namely shows or show

Fig. 1 bis 3 schaubildliche lotrechte Schnitte durch Kühlrohrelement-Bauarten gemäß der Erfindung,1 to 3 diagrammatic vertical sections through cooling pipe element types according to the invention,

Fig. 4 ein Schaubild eines Reaktors, welcher die in Fig. 1 veranschaulichte Rohrelement-Bauart aufweist,FIG. 4 is a diagram of a reactor which has the tubular element design illustrated in FIG. 1, FIG.

Fig. 5 ein Schaubild eines Reaktors, welcher die in Fig. 2 veranschaulichte Rohrelement-Bauart aufweist,FIG. 5 is a diagram of a reactor which has the tubular element design illustrated in FIG. 2, FIG.

Fig. 6 einen Ausschnitt aus Fig. 5 in vergrößertem Maßstab,6 shows a detail from FIG. 5 on an enlarged scale,

Fig. 7 ein Schaubild eines Reaktors, welcher die in Fig. 3 veranschaulichte Rohrelement-Bauart aufweist,FIG. 7 is a diagram of a reactor which has the tubular element design illustrated in FIG. 3, FIG.

Fig. 8 einen schaubildlichen lotrechten Schnitt durch eines der Rohrelemente der Fig. 7 in einem vergrößerten Maßstab, während dieFIG. 8 shows a diagrammatic vertical section through one of the tubular elements of FIG. 7 in an enlarged Scale while the

Fig. 9 bis 11 schaubildliche Kreislauf-Darstellungen einiger der möglichen Dampf- und Wasserverbindungen zwischen einem Reaktor gemäß der Erfindung und einer Dampfturbine wiedergeben.9 to 11 are diagrammatic circuit representations of some of the possible steam and water connections reproduce between a reactor according to the invention and a steam turbine.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, bei welchen ein lotrecht angeordnetes Rohr 1Reference is first made to FIGS. 1 to 3, in which a vertically arranged pipe 1

109 679/178109 679/178

ein Stabelement 2 aus Spaltmaterial enthält. Das Rohr ist beispielsweise eines aus einer Mehrzahl, welche parallel zueinander so angeordnet sind, daß die Brennstoffelemente 2 zusammengefaßt werden, um dadurch eine kritische Masse zu bilden. Die Parameter oder Abmessungsgrößen der Anlage werden durch bekannte Kerndaten bzw. -bezugsgrößen bestimmt, und zwischen den Rohren befindet sich ein Neutronen moderierendes Material oder nicht, je nachdem, ob ein thermischer oder ein schneller Reaktor gefordert wird.contains a rod element 2 made of gap material. The pipe is, for example, one of a plurality of which are arranged parallel to each other so that the fuel elements 2 are combined to thereby to form a critical mass. The parameters or dimensions of the plant are known by known Core data or reference values are determined, and a neutron moderating element is located between the tubes Material or not, depending on whether a thermal or a fast reactor is required.

In Fig. 1 ist das Rohr so eingerichtet, daß Flüssigkeitsteilchen von einem Strom des eigenen Dampfes mitgerissen werden, und zwar dadurch, daß die Flüssigkeit am unteren Ende des Rohres mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zugeführt wird, und daß Rohr und Brennstoffelement-Durchmesser mit Hinsicht auf die Wärmeleistungsmenge des Stabes so gewählt werden, daß ein Sieden innerhalb eines sehr kurzen Abstandes vom unteren Ende des Rohres auftritt. Diese Anordnung hat einen aufsteigenden Strom von »Naß«-Dampf zur Folge.In Fig. 1 the tube is arranged so that liquid particles from a stream of its own vapor are entrained, namely by the fact that the liquid at the lower end of the tube with a predetermined Speed is supplied, and that tube and fuel element diameter with respect on the amount of heat output of the rod can be chosen so that boiling within a very occurs at a short distance from the lower end of the pipe. This arrangement has an ascending current of "wet" steam.

Am oberen Ende des Rohres 1 befindet sich ein Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 3 von herkömmlicher Bauart.At the upper end of the tube 1 there is a vapor-liquid separator 3 of conventional type Design type.

In Fig. 2 sind das Rohr 1, das Brennstoffelement 2 und der Abscheider 3 den Bauelementen der Fig. 1 ähnlich. Das Rohr ist jedoch so eingerichtet, daß Flüssigkeitsteilchen von einem Gasstrom mitgerissen werden, welcher unabhängig von der Flüssigkeit am unteren Ende des Rohres eingeführt wird. Diese Einrichtung besteht darin, daß eine Venturi-Einschnürung 4 mit radialen Flüssigkeitszufuhrrohren 5, welche an einem Sammeleinlaß 6 angeschlossen sind, vorgesehen wird.In FIG. 2, the pipe 1, the fuel element 2 and the separator 3 are the components of FIG. 1 similar. However, the tube is set up so that liquid particles are entrained in a gas stream which is introduced independently of the liquid at the lower end of the tube. This facility is that a Venturi constriction 4 with radial liquid supply pipes 5, which are connected to a collecting inlet 6 is provided.

Es hat sich herausgestellt, daß durch den in Fig. 2 dargestelltenAufbau ein bemerkenswert hohes Wärmeübertragungsverhältnis erzielt wird. Von einem 9,525 mm Durchmesser aufweisenden Element 2 mit glatter Oberfläche, welches auf einer Länge von 73,66 cm von einem Rohr 1 mit einem Innendurchmesser von 12,7 mm umschlossen wird, kann eine Wärmemenge freigegeben bzw. erhalten werden, welche 10 kW überschreitet, und zwar durch Einspritzen von Wasser in den Trockendampf, welcher am unteren Ende des Rohres mit einem Druck von 2,10 kg/cm² zugeführt wird, wodurch ein mittlerer Druck im Rohr von 1,575 kg/cm² erreicht wird. Somit können in einer Anlage, welche praktisch nicht unter Druck arbeitet, hohe Wärmeübertragungsverhältnisse erzielt werden, und es können noch höhere bzw. günstigere Verhältnisse bei den höheren Drükken erreicht werden, welche für eine Kraftleistungserzeugung benötigt werden.It has been found that the structure shown in Fig. 2 achieves a remarkably high heat transfer ratio. From a 9.525 mm diameter element 2 with a smooth surface, which is enclosed over a length of 73.66 cm by a tube 1 with an inner diameter of 12.7 mm, an amount of heat can be released or obtained which exceeds 10 kW, by injecting water into the dry steam, which is supplied at the lower end of the tube at a pressure of 2.10 kg / cm ² , whereby an average pressure in the tube of 1.575 kg / cm ^{2 is} achieved. Thus, in a system which practically does not work under pressure, high heat transfer ratios can be achieved, and even higher or more favorable ratios can be achieved at the higher pressures which are required for power generation.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, bei welcher die Venturi-Einschnürung 4 gemäß der Fig. 2 sich am oberen Ende des Rohres 1 befindet, so daß das Gas und die Flüssigkeit am oberen Ende des Rohres 1 zugeführt bzw. mitgerissen werden. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann dann aus einer einfachen Abscheide- bzw. Trennvorrichtung 3 α bestehen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Aufbauten gemäß den Fig. 2 und 3, welche sich von denjenigen der Fig. 1 unterscheiden, auch dann verwendet werden können, wenn eine Flüssigkeit von einem anderen Gas als ihrem eigenen Dampf mitgerissen werden soll.Another embodiment is shown in FIG. 3, in which the Venturi constriction 4 according to FIG of Fig. 2 is at the top of the tube 1, so that the gas and liquid at the top of the tube 1 are fed or carried away. The gas-liquid separator can then consist of a simple Separating or separating device 3 α exist. It should be noted that the superstructures 2 and 3, which differ from those of FIG. 1, can then also be used can when a liquid become entrained by a gas other than its own vapor target.

In Fig. 4 ist schaubildlich dargestellt, wie der Aufbau gemäß Fig. 1 zum Zweck der Dampferzeugung in einem Kernreaktor der Bauart untergebracht sein kann, bei welchem ein Flüssigkeitsmoderator verwendet wird, der in einem zylinderförmigen Gefäß liegt, dessen einzelne Rohre jeweils vom vorerwähnten Aufbau gebildet werden. Der Reaktor besteht aus einem zylindrischen Druckkessel 7, welcher einen zylindrischen Behälter 8 umgibt, der eine Mehrzahl von Rohren 1 aufweist, von denen sich jedes durch das obere Ende des Gefäßes hindurch in eine Zone 9 hinein erstreckt, welche durch einen zylindrischen Teilabschnitt4 is a diagram showing how the structure according to FIG. 1 for the purpose of steam generation in a nuclear reactor of the type in which a liquid moderator is used which lies in a cylindrical vessel, the individual tubes of which each have the aforementioned structure are formed. The reactor consists of a cylindrical pressure vessel 7, which is a cylindrical Container 8 surrounds which has a plurality of tubes 1, each of which extends through the upper Extends through the end of the vessel into a zone 9, which by a cylindrical section

10 gebildet wird, in dessen Mitte sich Fensterschlitze10 is formed, in the middle of which there are window slots

11 befinden, welche eine Verbindung mit einer Außenzone 12 herstellen. Jedes Rohr 1 ist mit einem Abscheider 3 oberhalb eines Wasserspiegels 13 ausgerüstet, welcher durch ein Standrohr 14 definiert wird.11 are located, which establish a connection with an outer zone 12. Each tube 1 is with a Separator 3 equipped above a water level 13, which is defined by a standpipe 14.

Die unteren Enden der Rohre 1 erstrecken sichThe lower ends of the tubes 1 extend

nach unten in eine Endkammer 15 hinein, welche durch einen Mantel 16 gegen eine untere Zone 17 des Druckbehälters 7 wärmeisoliert wird und welche mitdown into an end chamber 15, which by a jacket 16 against a lower zone 17 of the Pressure vessel 7 is thermally insulated and which with

ao einer Wasserzufuhrleitung 18 ausgestattet ist. Der besseren Veranschaulichung wegen ist die Endkammer 15 exzentrisch zum Behälter dargestellt. Aus einer derartigen Anordnung ergibt sich jedoch kein praktischer Vorteil. Für den Behälter 8 sind Zufuhr- und Entlüftungsrohre 19 bzw. 20 vorgesehen. Weitere Rohre la erstrecken sich durch den Behälter 8 hindurch, und zwar zwischen der Außenzone 12 und der unteren Zone 17 des Druckbehälters. Die vorerwähnte untere Zone 17 ist mit einem Dampfauslaß 21 ausgestattet. ao a water supply line 18 is equipped. The end chamber is for better illustration 15 shown eccentric to the container. However, there is no practical result from such an arrangement Advantage. For the container 8 supply and ventilation pipes 19 and 20 are provided. Further Pipes la extend through the container 8, between the outer zone 12 and the lower zone 17 of the pressure vessel. The aforementioned lower zone 17 is equipped with a steam outlet 21.

Bei Betrieb kann angenommen werden, daß der Reaktor durch das Herausziehen herkömmlicher Steuerstäbe (nicht dargestellt) divergierend bzw. leistungssteigernd arbeitet und daß Wasser nach der Endkammer 15 mit einer solchen Geschwindigkeit durch eine Rohrleitung 18 hindurch zugeführt wird, daß ein Sieden unmittelbar am unteren Ende der Rohre 1 stattfindet und daß eine Dispersion von Wassertröpfchen im Dampf die vorerwähnten Rohre nach oben durchströmt, und zwar rund um die darin enthaltenen Brennstoffelemente 2 herum. Die meisten Tröpfchen verdampfen, ehe sie den Abscheider 3 erreichen, wobei sie die Wärme als latente Verdampfungswärme mitnehmen, während alles überschüssige Wasser durch die Abscheider abgesondert wird und sich am unteren Ende der Zone 9 sammelt, ehe es das Niveau des Wasserspiegels 13 erreicht, wenn es durch die Rohrleitung 14 entladen wird. Der gesättigte Dampf strömt dann durch die Fensterschlitze 11 in die Zone 12 und von dort nach unten durch die Rohre la hindurch, wo er überhitzt und am Auslaß 21 entnommen wird. Der Mantel 16 verhindert, daß der überhitzte Dampf durch das in der Endkammer 15 befindliche Wasser gekühlt wird.In operation, the reactor can be assumed to be more conventional by pulling it out Control rods (not shown) diverging or increasing performance operates and that water is supplied to the end chamber 15 at such a rate through a pipe 18 therethrough, that boiling takes place immediately at the lower end of the tubes 1 and that a dispersion of water droplets in the steam flows through the above-mentioned pipes upwards, namely around the ones contained therein Fuel elements 2 around. Most of the droplets evaporate before they reach separator 3, taking the heat with them as latent heat of vaporization, while everything is excess Water is separated by the separator and collects at the lower end of zone 9 before it does Level of the water level 13 reached when it is discharged through the pipeline 14. The saturated one Steam then flows through the window slots 11 into the zone 12 and from there down through the pipes la through, where it overheats and removed at outlet 21 will. The jacket 16 prevents the superheated steam through the in the end chamber 15 located water is cooled.

Der Aufbau gemäß Fig. 2 kann in einer in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Weise in einem Reaktor untergebracht werden. In Fig. 5 umschließt ein Druckmantel 7 a einen Behälter 8 a, über welchem der Mantel ähnlich wie in Fig. 4 in Innen- und Außenzonen 9 α und 12 a unterteilt ist. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die Überhitzerrohre la in der Mitte des Behälters 8 α angeordnet, und die Dampferzeugungsrohre 1, welche in diesem Falle mit Venturi-Einschnürungen 4 versehen sind, befinden sich in einer ringförmigen Außenzone des Behälters 8 a. Für jeden Rohrkreis 1, d. h. für jede Rohrgruppe, die sich auf einem gemeinsamen Radius befindet, ist eine Endkammer 15 α vorgesehen, und diese EndkammernThe structure of FIG. 2 can be housed in a reactor in a manner illustrated in FIGS. 5 and 6. In Fig. 5, a pressure jacket 7 a encloses a container 8 a, over which the jacket is divided into inner and outer zones 9 α and 12 a similar to that in FIG. 4. In this embodiment, however, the superheater tubes 1 a are arranged in the middle of the container 8 a, and the steam generating tubes 1, which in this case are provided with Venturi constrictions 4, are located in an annular outer zone of the container 8 a. For each pipe circle 1, ie for each pipe group which is located on a common radius, an end chamber 15 α is provided, and these end chambers

ISa sind nach unten in Richtung auf den Mittelpunkt zu abgestuft bzw. abgesetzt, um einen Zugang zu den Innenendkammern zu gestatten. In Fig. 6 ist der untere Abschnitt eines Rohres 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Ringsammeleinlaß 6 mit Tauchrohren 22 ausgestattet, und die Brennstoffelemente sind in Form eines Büschels oder Bündels von Stäben 2 α vorgesehen, welche an einen mit Öffnungen versehenen Hohlkegel 23 angeschlossen sind, der in einem konischen Sitz 24 ruht. Nach jeder Endkammer 15 a ist eine tangentiale Zufuhrleitung 18a vorgesehen (Fig. 5), und der zylindrische Teilabschnitt 10 α erstreckt sich nach unten über den Behälter 8 a hinaus, um dadurch einen Auslaß für den überhitzten Dampf zu schaffen. Ein Gasraum 16 α dient dazu, die innere Endkammer 15 a gegen den aus dem zylindrischen Teilabschnitt 10 a ausströmenden überhitzten Dampf zu isolieren. ISa are stepped down towards the center point to allow access to the inner end chambers. In Fig. 6, the lower portion of a tube 1 is shown on an enlarged scale. As can be seen, the ring collecting inlet 6 is equipped with dip tubes 22, and the fuel elements are provided in the form of a tuft or bundle of rods 2 α which are connected to an apertured hollow cone 23 which rests in a conical seat 24. After each end chamber 15 a, a tangential supply line 18a is provided (Fig. 5), and the cylindrical section 10 α extends downward beyond the container 8 a, thereby creating an outlet for the superheated steam. A gas space 16 α serves the inner end chamber 15a against the from the cylindrical section 10 a flowing superheated steam to isolate.

Standrohre (nicht dargestellt), welche jedoch der Rohrleitung 14 in Fig. 4 gleichen, sind für das Rückführen des Wassers, das sich in der Zone 12 a unterhalb des Abscheiders sammelt, nach den jeweiligen Endkammern 15 α vorgesehen.Standpipes (not shown), which, however, resemble the pipeline 14 in FIG. 4, are provided for the return of the water that collects in the zone 12 a below the separator to the respective end chambers 15 α .

Bei Betrieb wird ein Dampf- und Wassergemisch in jede Endkammer 15 a eingeführt bzw. eingespeist. Das Wasser sondert sich infolge der tangentialen Zuführung ab, und es sammelt sich am unteren Ende der Endkammer, von wo es mittels der Venturiwirkung der Tauchrohre 22 abgezogen und vom Dampf bei seinem Durchströmen durch jedes Rohrl hindurch mitgerissen wird. Das Wasser, welches am oberen Ende der Rohre ausströmt, wird ausgeschieden bzw. abgesondert und nach den Endkammern zurückgeführt. Inzwischen strömt gesättigter Dampf durch die Fensterschlitze 11 in die Innenzone 9 α hinein, durch die Überhitzerrohre la hindurch nach unten und wird am unteren Ende des Reaktors zentral ausgestoßen.During operation, a steam and water mixture is introduced or fed into each end chamber 15 a. The water separates itself as a result of the tangential supply, and it collects at the lower end of the end chamber, from where it is drawn off by means of the Venturi effect of the dip tubes 22 and carried along by the steam as it flows through each tube. The water that flows out at the upper end of the tubes is excreted or separated and returned to the end chambers. In the meantime, saturated steam flows through the window slits 11 into the inner zone 9 α , down through the superheater tubes 1 a and is ejected centrally at the lower end of the reactor.

Eine weitere Reaktorausführungsform gemäß der Erfindung ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt, bei welchen beispielsweise ein in Fig. 3 veranschaulichter Aufbau jeweils in einer Mehrzahl von Druckrohren 25 untergebracht ist, die wiederum jeweils ein Rohr des Behälters 8 bilden. Eine mittlere Zone des Reaktors wird für die Dampferzeugung verwendet, während eine Außenzone, ähnlich wie in Fig. 4, für das Überhitzen vorgesehen ist, obgleich diese Ausführungsform unschwer einer in der Mitte erfolgenden Überhitzung angepaßt werden kann, wie dies bei Fig. 5 der Fall ist. Für jeden Druckrohrsatz, welcher auf einem gemeinsamen Radius sitzt, ist eine Ringauslaß-Sammelleitung 26 vorgesehen, und jede Sammelleitung 26 ist an Rohrleitungen 27 angeschlossen oder wird durch diese nach einer Dampf- und Wassertrommel 28 entleert. Jeder derartige Druckrohrsatz weist eine Ringeinlaß-Sammelleitung 40 auf, nach welcher Dampf zugeführt wird. Das mitgerissene Wasser hat die Tendenz, sich in der Sammelleitung und in einer Abscheidevorrichtung 25 a abzusetzen, während der Dampf zum oberen Ende jedes Druckrohres 25 weiterströmt und in das Venturirohr 4 α eintritt. Die Dampf- und Wassertrommel führt für alle Rohrelemente 1 die Funktion der Abscheidevorrichtung 3 a gemäß Fig. 3 aus, und von ihr gehen Dampfauslaßverbindungen 29 nach den Überhitzern.A further embodiment of the reactor according to the invention is shown in FIGS. 7 and 8, in which, for example, a structure illustrated in FIG. A central zone of the reactor is used for steam generation, while an outer zone, similar to FIG. 4, is provided for superheating, although this embodiment can easily be adapted to central superheating, as is the case with FIG is. An annular outlet manifold 26 is provided for each pressure pipe set which sits on a common radius, and each manifold 26 is connected to pipelines 27 or is emptied through these to a steam and water drum 28. Each such pressure tube set has a ring inlet manifold 40, to which steam is supplied. The entrained water has a tendency to settle in the collecting line and in a separator 25 a, while the steam continues to flow to the upper end of each pressure tube 25 and enters the Venturi tube 4 α. The steam and water drum performs the function of the separation device 3 a according to FIG. 3 for all pipe elements 1, and from it steam outlet connections 29 go to the superheaters.

DieVenturi-Einschnürung4a wird durch eine Ring-Sammelleitung 6 mit Wasser versorgt, welches durch die Tauchrohre 22 vom Wasservorrat in der Abscheidevorrichtung 25 a her zugeführt wird. Der Dampf aus den Reaktoren kann für das Antreiben von Kraftleistung bzw. Starkstrom liefernden Turbinen in üblichen Kreislaufsystemen verwendet werden, wie sie in den Fig. 9 bis 11 veranschaulicht sind. Fig. 9 stellt ein offenes Kreislaufsystem dar, welches für einen Reaktor verwendet werden kann, wie er beispielsweise mit Hinweis auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben ist, bei welchen das Wasser nicht getrennt in den Dampf eingespritzt wird, sondern infolge der Abmessungen der Rohre und Brennstoffelementstäbe, welche für besondere Wärmeleistungsverhältnisse gewählt sind, mitgerissen wird.The Venturi constriction 4a is created by a ring collecting line 6 is supplied with water, which through the dip tubes 22 from the water supply in the separation device 25 a is fed here. The steam from the reactors can be used to drive power or high-voltage turbines can be used in conventional circulatory systems as illustrated in FIGS. 9-11. Fig. 9 illustrates an open loop system which can be used for a reactor, such as it is described, for example, with reference to FIGS. 1 to 4, in which the water is not separated is injected into the steam, but due to the dimensions of the tubes and fuel element rods, which are selected for special heat output ratios, is carried away.

Das Wasser wird durch die Rohrleitung 30 der Dampferzeugungszone 31 des Reaktors zugeführt, wo es, wie bereits beschrieben, verdampft wird. Am Auslaßende der Zone 31 werden die übrigbleibenden Wassertröpfchen vom gesättigten Dampf getrennt, das Wasser nach der Zufuhrleitung 30 zurückgeführt und der Dampf durch die Überhitzungszone 32 des Reaktors hindurchgeleitet, von wo er nach der Turbine T und dem Kondensator C weitergeleitet wird, während das Kondensat nach der Zufuhrleitung 30 zurückgeführt wird. Alternativ kann die Wasserzufuhrgeschwindigkeit derart gesteuert bzw. unter Kontrolle gehalten werden, daß der austretende Dampf gerade noch trocken oder alternativ überhitzt ist.The water is fed through the pipeline 30 to the steam generating zone 31 of the reactor, where it is evaporated, as already described. At the outlet end of the zone 31, the remaining water droplets are separated from the saturated steam, the water is returned to the supply line 30 and the steam is passed through the superheating zone 32 of the reactor, from where it is passed on to the turbine T and the condenser C , while the condensate to the supply line 30 is returned. Alternatively, the water feed rate can be controlled or kept under control in such a way that the emerging steam is just dry or, alternatively, is overheated.

Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen geschlossene Kreislaufsysteme, welche für Reaktoren, wie sie mit Hinweis auf die Fig. 5 und 6 oder 7 und 8 beschrieben sind, geeignet sind, bei welchen Wasser und Dampf getrennt in den Reaktor eingespritzt werden. In dem in Fig. 10 veranschaulichten Kreislaufsystem wird die Dampferzeugungszone 31 des Reaktors mit Wasser durch eine Zufuhrleitung 30 gespeist, während sie mit gesättigtem Dampf durch die Dampfleitung 33 gespeist wird. Am Auslaßende der Zone 31 wird das Wasser wiederum vom Dampf getrennt bzw. geschieden und nach der Zufuhrleitung 30 zurückgeführt, während der Dampf durch die Überhitzungszone 32 hindurch und daraufhin nach der Turbine T und dem Kondensator C strömt und das Kondensat nach der Zufuhrleitung 30 rückgeführt wird. Ein Teil des die Zone 31 verlassenden gesättigten Dampfes wird jedoch durch das Dampfrohr 33 abgesaugt und in den Reaktor hinein zurückgeführt.FIGS. 10 and 11 illustrate closed loop systems which are suitable for reactors as described with reference to FIGS. 5 and 6 or 7 and 8, in which water and steam are injected separately into the reactor. In the cycle system illustrated in FIG. 10, the steam generating zone 31 of the reactor is fed with water through a supply line 30, while it is fed with saturated steam through the steam line 33. At the outlet end of zone 31, the water is again separated from the steam and returned to supply line 30, while the steam flows through superheating zone 32 and then to turbine T and condenser C and the condensate is returned to supply line 30 . A part of the saturated steam leaving the zone 31 is, however, sucked off through the steam pipe 33 and returned into the reactor.

Bei dem in Fig. 11 dargestellten Kreislaufsystem der Loeffler-Bauart strömt der gesamte gesättigte Dampf, welcher die Abscheider am Auslaß der Dampferzeugungszone 31 des Reaktors verläßt, durch die Überhitzungszone 32 des Reaktors hindurch. Der größte Teil des überhitzten Dampfes wird nach der Turbine und dem Kondensator geführt. Ein Teil des überhitzten Dampfes wird jedoch durch die Rohrleitung 34 nach dem Mischer M abgesaugt, während ein Teil des Kondensats vom Kondensator C durch die Rohrleitung 35 nach dem Mischer abgesaugt wird. Im Mischer M werden der überhitzte Dampf und das Kondensat in den Verhältnissen miteinander vermischt, welche erforderlich sind, um den Dampf aus seinem Überhitzungszustand herauszubringen, und der gesättigte Dampf wird dann über die Dampfleitung 33 nach dem Reaktor geführt. Die Masse des Kondensates vom Kondensator C her wird, wie vorhin, durch die Zufuhrleitung 30 unmittelbar nach dem Reaktor zurückgeführt.In the loop system of the Loeffler type shown in FIG. 11, all of the saturated steam which leaves the separators at the outlet of the steam generating zone 31 of the reactor flows through the superheating zone 32 of the reactor. Most of the superheated steam is routed after the turbine and condenser. However, part of the superheated steam is sucked off through the pipe 34 after the mixer M , while part of the condensate is sucked off from the condenser C through the pipe 35 after the mixer. In the mixer M , the superheated steam and the condensate are mixed with one another in the proportions which are necessary to bring the steam out of its superheat state, and the saturated steam is then fed via the steam line 33 to the reactor. The mass of the condensate from the condenser C is, as before, returned through the supply line 30 immediately after the reactor.

Die Temperatur des Kondensats, welches den Kondensator C verläßt, ist im allgemeinen zu niedrig, um es dem Reaktor zuzuführen. Es kann aber durchThe temperature of the condensate leaving the condenser C is generally too low to feed it to the reactor. But it can get through

Wärmeaustauscher erhitzt werden, welche durch Dampf, der von der Turbine in bekannter Weise abgesaugt wird, gespeist werden.Heat exchangers are heated by steam sucked from the turbine in a known manner will be fed.

Alternativ kann das Kondensat durch Wärmeaustauscher erhitzt werden, welche zur Kühlung des Moderators des Reaktors verwendet werden.Alternatively, the condensate can pass through heat exchangers are heated, which are used to cool the moderator of the reactor.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Kernreaktor mit einer Anzahl von Brennstoffkanälen, weiche Brennstoffelemente enthalten, deren Spaltungswärme durch ein durch jeden Brennstoffkanal strömendes Kühlmittel abgeführt wird, das aus einer Suspension von Flüssigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf besteht, da durch gekennzeichnet, daß an den Einlaßenden eines jeden Brennstoffkanals eine Vorrichtung angebracht ist, weiche die Flüssigkeitsteilchen erzeugt und in den Gas- oder Dampf strom einbringt.1. Nuclear reactor with a number of fuel channels containing soft fuel elements whose fission heat is removed by a coolant flowing through each fuel channel, which consists of a suspension of liquid particles in a gas or vapor, characterized in that at the inlet ends of each fuel channel one Device is attached, which generates the liquid particles and introduces them into the gas or vapor stream. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen am Einlaßende eines jeden Brennstoffkanals Reservebehälter für die Flüssigkeit, welche die Flüssigkeitsteilchen bildet, aufweisen, in welche das untere Ende eines jeden Brennstoffkanals derart eintaucht, daß die Flüssigkeit am unteren Ende siedet und eine Dispersion der Flüssigkeit in ihrem eigenen Dampf innerhalb der Brennstoffkanäle aufsteigt.2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that that the devices at the inlet end of each fuel channel are reserve tanks for the liquid which forms the liquid particles, in which the lower end of each fuel channel is immersed in such a way that the liquid boils at the lower end and one Dispersion of the liquid in its own vapor rises within the fuel channels. 3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen am Einlaßende eines jeden Brennstoffkanals eine Venturi-Einschnürung und eine derart zu dieser Einschnürung hinführende Flüssigkeitszufuhr aufweisen, daß das Gas, welches durch die Einschnürung hindurch in den Brennstoffkanal strömt, Flüssigkeitsteilchen aus der Flüssigkeitszufuhr mitreißt.3. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the devices at the inlet end of each fuel channel a Venturi constriction and such a constriction have leading liquid supply that the gas, which through the constriction flowing through it into the fuel channel, liquid particles from the liquid supply carried away. 4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr ein Tauchrohr aufweist, welches in eine Flüssigkeitsabscheidevorrichtung, die in einem Gaszufuhrstutzen am anderen Ende des Brennstoffkanals angebracht ist, eintaucht.4. Nuclear reactor according to claim 3, characterized in that that the liquid supply has a dip tube which is inserted into a liquid separation device, which is mounted in a gas supply nozzle at the other end of the fuel channel, is immersed. 5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je eine ringförmige Endkammer den Gaszufuhrstutzen und die Flüssigkeitsabscheidevorrichtung für je eine Rohrgruppe bildet, welche im gleichen radialen Abstand von der lotrechten Achse des Reaktors liegt.5. Nuclear reactor according to claim 4, characterized in that that each has an annular end chamber, the gas supply nozzle and the liquid separation device for one tube group each, which is at the same radial distance from the vertical Axis of the reactor lies. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschrift Nr. 952 919;German Patent No. 952,919; britische Patentschrift Nr. 648 293;British Patent No. 648 293; »Nuclear Science Abstracts«, 10, Nr. 19, Abstract, 8953, 1956;"Nuclear Science Abstracts", 10, No. 19, Abstract, 8953, 1956; Bd. »Reactor Handbook: Engineering« der Buchreihe »Selected Reference Material on Atomic Energy«, 1955, S. 778;Vol. "Reactor Handbook: Engineering" of the book series "Selected Reference Material on Atomic Energy ", 1955, p. 778; Bd. 3 der Reihe »Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, S. 116 bis 120.Vol. 3 of the series "Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy", 1955, pp. 116 to 120. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings © 109 679/178 8.© 109 679/178 8.