DE1119422B - Siedewasserreaktor - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 19542 Vmc/21g

ANMELDETAG: 3. AU G U S T 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHRiET: 14. DEZEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf einen Siedewasserreaktor mit innerhalb eines Druckgefäßes unmittelbar nebeneinander in senkrechter Lage angeordneten, an ihren oberen Enden durch je einen Kamin verlängerten Zellen, auf deren mit gegenseitigem Abstand angeordneten Kaminen Wasserabscheider angebracht sind, von denen das abgeschiedene Wasser über den Zellen nach außen in einen die Zellenanordnung umgebenden Reflektorraum abfließt.

Bei einem solchen Siedereaktor wird das von unten her in die Zellen eintretende Wasser teilweise verdampft. Ein Gemisch aus Wasser und Dampfbläschen steigt durch die auf den Zellen aufgebauten Kamine nach oben. Der Dampf tritt an dem oberen Ende der Wasserabscheider aus, während das abgeschiedene Wasser zwischen den Kaminen in dem Raum über den Zellen nach außen abfließt. Der aus dem oberen Teil des Druckgefäßes entnommene Dampf wird nach Arbeitsleistung und Kondensation zusammen mit dem Umlaufwasser aus dem Reflektorraum wieder in den ao unteren Teil des Druckgefäßes eingespeist, in den die unteren Wassereintrittsöffnungen der Zellen münden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits in dem zentralen Teil des Reaktors ein wesentlich höheres Wasserniveau zu schaffen als in dem am Umfang der Zellenanordnung vorgesehenen Reflektorraum, um auf diese Weise die Abschirmung im oberen Teil des Gefäßes zu verbessern; andererseits soll — beispielsweise bei einem an Bord eines Schiffes eingebauten Reaktor — der einen natürlichen oder selbsttätigen Wasserumlauf bewirkende Druckhöhenunterschied in dem Wasserkreislauf soweit als möglich verringert werden, um den Einfluß der Neigungen des Schiffes sowie der vertikalen Beschleunigungen auf die Zulauf- und Ablaufmengen des Wassers zu unterdrücken, das mit HiMe von Pumpen durch den Reaktor hindurch umgewälzt wird. Schließlich soll durch die Erfindung die Wasserbewegung im Inneren des Druckgefäßes bei Neigungen des Schiffes — und damit des Reaktors — vermindert werden. Die Erfindung kommt auch für Anwendungsfälle von Siedewasserreaktoren in Frage, bei denen derartige Reaktoren ähnlichen äußeren Bewegungen unterworfen sind wie an Bord eines Schiffes.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Siedewasserreaktor der eingangs beschriebenen Art erreicht durch ein das Wasser in dem Raum über den Zellen zurückhaltendes und das Abfließen in den Reflektorraum regelndes Stauorgan in Form eines um die Kamine der Zellen herum angeordneten, mit über seine Wandung verteilten Durchflußöffnungen versehenen Staumantels.

Siedewasserreaktor

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 14. August 1958 (Nr. PV 772 523)

Pierre Jean Ricard, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Dieser Staumantel hält in dem äußeren Reflektorraum, aus dem die Umlaufpumpen das Wasser entnehmen, ein genügend niedriges Niveau, damit der Druckhöhenunterschied des natürlichen Umlaufes in dem Wasserkreislauf praktisch vollkommen verschwindet und infolgedessen der Wassermengenumlauf bei einer Neigung oder einer vertikalen Beschleunigung des gesamten Reaktors keine Änderungen erfährt. Gleichzeitig wird oberhalb des Reaktorkernes eine ausreichend große Wassermenge oder Wasserschichtstärke erhalten, die eine wirksame Abschirmung des oberhalb des Reaktorgefäßes liegenden Raumes sichert.

In der Zeichnung ist in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel eines Siedewasserreaktors mit Staumantel gemäß der Erfindung dargestellt, das im folgenden beschrieben werden soll. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Axialschnitt durch den Reaktor,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Reaktor längs der Schnittlinie II-II der Fig. 1.

Der Siedewasserreaktor ist in einem Gefäß 1 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet, das einen gewölbten Boden 2 und einen Abschlußdeckel 3 aufweist. Das Wasser wird über ein in den Boden 2 eintretendes Zulauf rohr 4 mit Hufe der (nicht dargestellten) Umlaufpumpen zugeführt. An seinem oberen Ende ist das Gefäß mit Dampf-Austrittsleitungen 5 versehen, während die Wasser-Austrittsöffnungen 6 etwa auf der halben Höhe des Gefäßes 1 liegen.

Im Inneren des Gefäßes-1 sind senkrecht und parallel zueinander die Reaktorzellen angeordnet, die

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jeweils aus einer Hülse 7 mit rechteckigem Querschnitt halten, kann, damit das Gewicht der Mischung oder bestehen, in der Bündel von Brennstoffelementen 8 Emulsion aus Wasser und Dampf innerhalb der angeordnet sind. Sämtliche Hülsen 7 werden von einer Zellen genauso groß ist wie das Gewicht des Wassers gitter- oder siebartigen Tragplatte 9 getragen. Sie in dem äußeren Rücklaufkreis, und daß man auf ragen mit ihren oberen Enden durch einen weiteren 5 diese Weise den Druckhöhenunterschied der natürsiebartigen Plattenkörper 10 hindurch. Oberhalb dieses liehen Zirkulation vollkommen zum Verschwinden Plattenkörpers sind die Hülsen 7 durch Kamine 11 bringen kann, wobei dennoch eine Wasserschicht geverlängert, auf denen jeweils ein Fliehkraft-Wasser- nügender Höhe oder Stärke oberhalb des Reaktorabscheider 12 angebracht ist, über dem ein Umlenk- kerns erhalten bleibt, um eine wirksame Abschirmung organ 13 für das Umlenken der von dem Dampf mit- io des oberhalb des Reaktorgefäßes liegenden Raumes gerissenen Wassertropfen angeordnet ist. Eine ther- zu erzielen.

mische Abschirmung 14 mit ringförmigem Querschnitt Andererseits bringt die Anordnung des Staumantels

ist in der Nähe der Wand des Gefäßes 1 um die oder Staurohres 20 den Vorteil, daß die Bewegungen Reaktorzellen herum angeordnet. des Wassers wesentlich kleiner sind, als wenn der ge-

Vor jeder der Austrittsöffnungen 6 für das Wasser 15 samte Querschnitt des Reaktorgefäßes eine zusamist ein Ablenkstück 15 vorgesehen. An der thermischen menhängende freie Niveaufläche bilden würde.
Abschirmung 14 ist ein weiteres Ablenkglied 16 be- Die in dem Staumantel bzw. Staurohr 20 vorgefestigt. Vor jeder der Austrittsöffnungen 5 für den sehenen Öffnungen 19 sind um so zahlreicher oder ihr Dampf befindet sich eine durchlässige Schirmplatte Querschnitt ist um so größer, je höher sie in dem 17, an der sich die Wassertröpchen absetzen, die mit 20 Mantel angeordnet sind. Durch diese Maßnahme, die dem Dampf bis hierher mitgerissen worden sind. bei Ansteigen des Niveaus im Inneren des Mantels

Die Fig. 2 zeigt im waagerechten Querschnitt die oder Rohres 20 das Abfließen des Wassers begün-Anordnung der Reaktorzellen innerhalb des Ge- stigt, werden die Niveau-Änderungen im Inneren des fäßes 1. Das Ablenkglied 16 ist nicht dargestellt, um Mantels oder Rohres 20 und dem äußeren Reflektor die Darstellung klarer und deutlicher zu machen. Aus 25 klein gehalten, wenn sich das Schiff neigt oder die dieser Zeichnung ersieht man, daß die zylindrischen vertikale Beschleunigung Änderungen erfährt. Es Kamine 11 jeweils lichte Abstände E voneinander ergibt sich auf diese Weise eine wesentliche Verringehaben. rung des Einflusses der Schiffsbewegungen auf den

Ein größeres Wasservolumen, das die Zellenanord- äußeren Teil des Wasserumlaufs,
nung oberhalb der unteren siebartigen Tragplatte 9 30 Bei einer Neigung des Schiffes würden sich nämlich umgibt, bildet einen Reflektor, dessen oberes Niveau für den Fall, daß die Anordnung und die Querschnitte 18 so hoch oberhalb der Austrittsöffnungen 6 für die der Öffnungen 19 über die gesamte Höhe des Stau-Ableitung des Wassers liegt, daß diese stets unterhalb mantels oder -rohres 20 gleichmäßig wären, bei einem des Wasserspiegels bleiben, selbst wenn der Reaktor gegebenen Wasserdurchfluß durch den Zulauf 4 und um einen gewissen Winkel gegenüber der Vertikalen 35 die Abläufe 6 eine Erhöhung des mittleren Wassergeneigt wird. spiegeis in Richtung parallel zur Achse des Reaktors

Während des Betriebes des Reaktors steigt in den im Inneren des Staumantels oder -rohres 20 ergeben, Reaktorzellen ein Gemisch aus Dampf und Wasser was gleichzeitig ein Absinken des mittleren Niveaus auf. Das durch den Wasserabscheider 12 und die Um- in dem Reflektor bedeuten würde. Wenn man jedoch lenkorgane 13 von dem Dampf getrennte Wasser fällt 40 die Öffnungen in dem Staumantel oder -rohr 20 in zwischen den Kaminen 11 nach unten. Dieses Wasser Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Höhenlage verfließt durch die Abstandslücken E zwischen den mehrt oder ihren Querschnitt vergrößert, so begünstigt Kaminen 11 nach dem Umfang der gesamten Kamin- man bei gegebenen Zu- und Ablaufmengen des anordnung hin. Wassers eine Verringerung der mittleren Wasserhöhe

Dieses Abfließen wird nun gemäß der Erfindung 45 innerhalb des Staumantels oder -rohres 20 in einer durch einen mit Öffnungen 19 versehenen Staumantel Richtung parallel zur Reaktorachse und erzielt so bestimmt, der aus einem kastenartigen Rahmen 20 eine Erhöhung des mittleren Wasserspiegels in dem mit vertikalen Wänden besteht, sich auf den sieb- Reflektor. Man kann auch für diese Öffnungen eine artigen Plattenkörper 10 abstützt und sämtliche Ka- gesetzmäßige Beziehung zwischen der Höhenlage und mine 11 gemeinsam umgibt. Zwischen den Wand- 50 dem gesamten Ausflußquerschnitt derart ermitteln, flächen des Staumantels und den äußeren Kaminen 11 daß die beiden vorher erwähnten Effekte sich in gesind lichte Abstände e vorgesehen. nügender Weise kompensieren, um das 'mittlere

Durch diesen Staumantel wird das aus den Wasser- Niveau des Wassers in dem Reflektor im wesentlichen abscheidern 12 austretende Wasser am Umfang der konstant und infolgedessen den Druckhöhenunter-Kaminanordnung auf einem Niveau gehalten, das 55 schied des natürlichen Umlaufs etwa auf dem Wert höher ist als das Niveau 18 in dem Reflektorraum Null zu halten, so daß die Umlaufmenge des Wassers des Reaktors. Da das aus den Reaktorelementen aus- nicht wesentlich verändert wird, wenn die Neigung tretende Wasser durch die Lücken zwischen den des Schiffes Änderungen erfährt.
Kaminenil nach dem Umfang hin abfließen muß, Bei vertikalen Beschleunigungen verringert die

nimmt das Wasserniveau vom Zentrum der Kamin- 60 Zunahme der Anzahl oder des Querschnittes der anordnung nach deren Umfang nur allmählich ab. Öffnungen 19 mit der Höhe ihrer Lage gleichfalls den Die strichpunktierte Kurve 21 in Fig. 1 zeigt die Niveauunterschied gegenüber einer Anordnung, bei Änderung des Wasserniveaus innerhalb des Stau- der die Öffnungen gleichmäßig angeordnet und mit mantels 20. gleichem Querschnitt ausgeführt wären.

Es dürfte klar sein, daß man durch geeignete Be- 65 Schließlich sei darauf hingewiesen, daß das Durchmessung der Öffnungen 19 in dem Staumantel oder laufendes Wassers durch die die Kamine 11 trennenden Staurohr 20 das Wasserniveau in dem Reflektor Zwischenräume E, e verhältnismäßig langsam erfolgt (Niveau 18) auf einem genügend niedrigen Wert und daß während des Abfließens dieses Wassers in

den Reflektor die Dampfblasen, die sich in den Räumen zwischen den Kaminen bilden können, leicht zwischen den Kaminen aufsteigen und in den oberhalb hegenden Dampfraum 22 des Reaktors eintreten. Andererseits vermeidet das schräge Ablenkglied 16 das Auftreten von unerwünschter Turbulenz und das Mitreißen von Dampfblasen in das Reflektorwasser, was möglich wäre, wenn das Wasser aus den Öffnunnungen 19 des Staumantels oder -rohres 20 mit einer gewissen Fallhöhe in das Wasser des Reflektors einströmen würde.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Siedewasserreaktor mit innerhalb eines Druckgefäßes unmittelbar nebeneinander in senkrechter Lage angeordneten, an ihren oberen Enden durch je einen Kamin verlängerten Zellen, auf deren mit gegenseitigem Abstand angeordneten Kaminen Wasserabscheider angebracht sind, von denen das abgeschiedene Wasser über den Zellen nach außen in einen die Zellenanordnung umgebenden Reflektorraum abfließt, gekennzeichnet durch ein das Wasser in dem Raum über den Zellen zurückhaltendes und das Abfließen in den Reflektorraum regelndes Stauorgan in Form eines um die Kamine der Zellen herum angeordneten, mit über seine Wandung verteilten Durchfluß-Öffnungen versehenen Staumantels.

2. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und/oder der Querschnitt der Durchflußöffnungen in dem Staumantel von unten nach oben zunehmen.

3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staumantel ein prismatischer Kastenrahmen mit die Kaminanordnung umschließenden ebenen Wänden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1027 338.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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