DE1183606B

DE1183606B - Atomkernreaktoranlage

Info

Publication number: DE1183606B
Application number: DES77627A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Brunner
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1962-01-19
Publication date: 1964-12-17

Description

Atomkernreakboranlage Die Erfindung betrifft eine Atomkernreaktoranlage, bei welcher die im Reaktor entwickelte Wärme von einem Kühlmittel aufgenommen und in einem Wärmeübertrager an ein bei den Drücken und Temperaturen der Anlage verdampfbares Arbeitsmittel, welches in einer Turbine mechanische Arbeit leistet, übertragen wird, bei der der Wärmeübertrager mindestens zwei Dampferzeugersysteme mit verschiedenen Drücken enthält und das Arbeitsmittel im Wärmeübertrager Rohrschlangen durchströmt, welche derart angeordnet sind, daß eine Gegenströmung in bezug auf das Reaktorkühlmittel entsteht.
Es ist bekannt, Atomkernreaktoren durch eine Strömung von gasförmigem Kühlmittel zu kühlen, dieses Kühlmittel in einen Wärmeübertrager zu führen und mit dessen Hilfe Wasserdampf für Turbinenantrieb zu erzeugen. Es ist weiter bekannt, in der Strömung des gasförmigen Kühlmittels mehrere Dampferzeuger mit verschiedenen Drücken und daher auch entsprechend verschiedenen Verdampfungstemperaturen anzuordnen, wodurch ein besserer thermischer Wirkungsgrad der Anlage erzielt wird.
Es ist auch bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, nach welcher der Reaktor radial in Zonen mit verschiedener Wärmeentwicklung unterteilt ist. Den einzelnen Zonen wird das Reaktorkühlmittel mit verschiedenen Temperaturen zugeführt, die durch verschieden starke Abkühlung des im Reaktor erhitzten Kühlmittels in Wärmeübertragern erzielt werden. Das Kühlmittel wird jedoch den einzelnen Zonen des Reaktors mit der gleichen Temperatur entnommen und vermischt. Mit dieser Anordnung ist die Erzielung hoher Temperaturen des Reaktorkühlmittels und damit auch hoher Wirkungsgrade der angeschlossenen Kraftanlage nicht möglich, da die Temperatur des gesamten aus dem Reaktor austretenden Kühlmittels durch die notwendige Rücksicht auf eine ausreichende Kühlung der zentralen Zone des Reaktors beschränkt sein muß.
Die Erfindung hat eine weitere Verbesserung einer derartigen Anlage in Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad zum Ziel unter Beibehaltung eines einfachen Aufbaues.
Das wird dadurch erreicht, daß der Reaktor strömungsmäßig in Zonen verschiedener Wärmeentwicklung mit verschiedenen Ausgangs- und Eingangstemperaturen des Reaktorkühlmittels unterteilt ist und das Reaktorkühlmittel durch Rohrleitungen entsprechend seiner Temperatur an verschiedenen Stellen dem Wärmeübertrager zugeführt und an einer Stelle von diesem abgeleitet wird. Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten, Ausführungsbeispiels erläutert.
In einem Reaktorkern 1 sind Spaltstoffstäbe 2 angeordnet, die von einem gasförmigen Kühlmittel, z. B. CO., gekühlt werden. Die Spaltstoffstäbe sind in Bezug auf das Kühlmittel in konzentrische Gruppen mit verschiedener Wärmeentwicklung unterteilt. Die innerste Gruppe, welcher das Kühlmittel durch eine Rohrleitung 3 zugeführt und mittels einer Rohrleitung 4 abgenommen wird, weist die größte Wärmeentwicklung auf und muß deshalb mit Rücksicht auf den Temperaturabfall im Spaltstoff und der diesen umgebenden metallischen Umhüllung am Ausgang die niedrigste Kühlmitteltemperatur aufweisen. Entsprechend ist auch die Eingangstemperatur des Kühlmittels dieser Zone am niedrigsten. Den Spaltstoffstäben der mittleren Zone wird durch eine Rohrleitung 5 das Kühlmittel mit etwas höherer Temperatur zugeführt und wird durch eine Rohrleitung 6 ebenfalls mit höherer Temperatur entnommen. Den äußeren Spaltstoffstäben wird das Kühlmittel durch eine Rohrleitung 7 mit höchster Eingangstemperatur zugeführt und durch eine Rohrleitung 8 mit höchster Ausgangstemperatur entnommen. Das Kühlmittel aus den Rohrleitungen 4, 6, 8 wird einem ersten Teil 10 eines Wärmeübertragers zugeführt, und zwar an verschiedenen Stellen, entsprechend den Temperaturen des Kühlmittels. Das Ausgangsende des Teiles 10 des Wärmeübertragers ist an ein Umwälzgebläse 11 angeschlossen, welches das Kühlmittel in die Rohrleitung 7 fördert. Von der Rohrleitung 7 zweigt eine Rohrleitung 12 ab, welche in einen zweiten Teil 13 des Wärmeübertragers mündet. Das Austrittsende dieses Wärmeübertragerteiles ist an die Rohrleitung 3 angeschlossen. Ein Teil des den Wärmeübertragungsteil13 durchströmenden Kühlmittels wird in die Rohrleitung 5 abgezweigt. Drosselorgane 30, 31, 32 ermöglichen eine Einstellung der durch die einzelnen Kreisläufe strömenden Kühlmittelmenge. In den beiden Teilen 10 und 13 des Wärmeübertragers sind Rohrschlangen 14, 15 eines Zwangdurchlaufdampferzeugers angeordnet, welche vom Arbeitsmittel, in diesem Falle Wasser, durchströmt werden. Das Wasser wird einem Behälter 16 entnommen und durch eine Speisepumpe 17 in die Rohrschlange 15 gefördert. Ein Teil des Wassers wird durch eine weitere Speisepumpe 18 auf höheren Druck gebracht und in die Rohrschlange 14 gefördert. Der in den beiden Dampferzeugern entstehende Wasserdampf wird entsprechend seinem Druck verschiedenen Stellen einer Turbine 20 zugeführt. Aus der Turbine 20 gelangt der Dampf in einen Kondensator 21. Das Kondensat wird durch eine Kondensatpumpe 22 über einen Anzapfvorwärmer 23 wieder dem Behälter 16 zugeführt.
Durch die Ausbildung der Atomkernreaktoranlage nach der Erfindung wird ein bestmöglicher thermischer Wirkungsgrad erzielt. Durch die Anordnung des Umwälzgebläses zwischen zwei Teilen eines Wärmeübertragers ist es möglich, mehrere Teilströmungen des Kühlmittels mit einem einzigen Umwälzgebläse umzuwälzen.
Dabei ist die Anordnung bei der vorliegenden Ausführung derart, daß das Umwälzgebläse das Kühlmittel mit der niedrigstmöglichen Temperatur fördert, da ein Teil des Kühlmittels direkt dem Reaktor zugeführt wird. Dadurch wird bei gleichzeitiger Schonung des Gebläses minimale Förderleistung erforderlich. Der Wärmeübertrager muß nicht zwei selbständige Gefäße aufweisen, sondern kann auch als einziges Gefäß, welches mit einer Trennwand zur Umführung des Kühlmittels durch das Umwälzgebläse versehen ist, ausgebildet sein.
Es versteht sich, daß der Reaktor auch mit mehreren Zonen von Spaltstoffstäben als drei, wie in der Zeichnung dargestellt ist, ausgestattet sein kann. Es kann auch eine größere Anzahl von Dampferzeugern mit verschiedenen Drücken vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Atomkernreaktoranlage, bei welcher die im Reaktor entwickelte Wärme von einem Kühlmittel aufgenommen und in einem Wärmeübertrager an ein bei den Drücken und Temperaturen der Anlage verdampfbares Arbeitsmittel, welches in einer Turbine mechanische Arbeit leistet, übertragen wird, bei der der Wärmeübertrager mindestens zwei Dampferzeugersysteme mit verschiedenen Drücken enthält und das Arbeitsmittel im Wärmeübertrager Rohrschlangen durchströmt, welche derart angeordnet sind, daß eine Gegenströmung in bezug auf das Reaktorkühlmittel entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor strömungsmäßig in Zonen verschiedener Wärmeentwicklung mit verschiedenen Ausgangs-und Eingangstemperaturen des Reaktorkühlmittels unterteilt ist und das Reaktorkühlmittel durch Rohrleitungen entsprechend seiner Temperatur an verschiedenen Stellen dem Wärmeübertrager zugeführt und an einer Stelle von diesem abgeleitet wird.
2. Atomkernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager in zwei Teile unterteilt ist, die vom Reaktorkühlmittel nacheinander durchströmt werden, zwischen welchen Teilen ein Umwälzgebläse für das Reaktorkühlmittel angeordnet ist.
3. Atomkernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager zwei getrennte, vom Reaktorkühlmittel durchströmte Gefäße enthält, in denen die Rohrschlangen für das Arbeitsmittel angeordnet sind.
4. Atomkernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktorkühlmittel ein Gas dient.
5. Atomkernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel Wasser ist.
6. Atomkernreaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reaktorkühlmittels aus dem Umwälzgebläse direkt in eine entsprechende Zone des Reaktors geführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1071854; französische Patentschrift Nr. 1251823; »Technische Rundschau«, 1960, N. 41, S. 2 bis 5. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1139215.