DE1210498B

DE1210498B - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1210498B
Application number: DED45715A
Authority: DE
Inventors: Dr Christoph Steinert; Dr-Ing Wolfgang Junkermann; Dipl-Ing Joachim Schmale
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1964-10-24
Filing date: 1964-10-24
Publication date: 1966-02-10

Description

Kernreaktor Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bei dem Kühlmittel und Moderator, die aus dem gleichen Stoff bestehen, im Reaktorkern getrennt sind und sich am Reaktorkerneintritt verzweigen, und bei dem das Kühlmittel nach Verlassen des Reaktorkerns den Dampferzeuger in seiner Gesamtheit durchströmt.
Bei einem Kernreaktor der vorgenannten Art liegt ein großer Nachteil in der Regelung, da es nicht möglich ist, gleichzeitig im Moderatorkreislauf ein kleines und im Kühlmittelkreislauf ein großes Temperaturgefälle zu erhalten, was aus betriebswirtschaftlichen Gründen unbedingt erforderlich ist.
Weiterlind sind Reaktoren bekannt, die mit der Trennung von Kühlmittel und Moderator arbeiten, wobei die Wärme, welche im Reaktorkern vom Kühlmittel und Moderator aufgenommen wird, in verschiedenen Kreisläufen abgeführt wird. In der Regel besteht das Kühlmittel aus einem Gas und der Moderator aus leichtem oder schwerem Wasser.
Durch diese unterschiedliche Beschaffenheit von Kühlmittel und Moderator ist eine sorgfältige Trennung der beiden in der Gesamtanlage erforderlich, wodurch sich eine größere Anzahl von Hilfssystemen ergibt. Außerdem verlangen die meist vorgegebenen Druckunterschiede eine gute Abdichtung des Moderatorkreislaufes gegenüber dem Kühlmittelkreislauf. Derartige Reaktoren bedingen daher relativ hohe Anlagekosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Trennung von Kühlmittel und Moderator die Zahl der Hilfssysteme nicht zu vergrößern und die dem Kühlmittel und Moderator zugeführte Wärme in ein und demselben Kreislauf an den Dampferzeuger abzugeben, wobei gleichzeitig im Moderatorkreislauf wegen der Reaktorregelung nur ein kleines Temperaturgefälle und im Kühlmittelkreislauf ein Vielfaches vom Temperaturgefälle des Moderatorkreislaufes herrschen soll.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Moderator dem Kühlmittel in einer der kälteren Sektionen des Dampferzeugers zuströmt. Hierdurch wird außer der Vermeidung der vorgenannten Nachteile bei Reaktoren mit getrennter Kühl- und Moderatorführung eine Übereinstimmung der Temperaturen von Kühlmittel und Moderator am Eintritt des Reaktorkerns erreicht, was sich besonders in regeltechnischer Hinsicht günstig auswirkt. Ferner kann gegebenenfalls, da die mittlere Temperatur des Moderators die Reaktivität des Reaktors bestimmt, die Reaktorleistung ohne Veränderung der Regelstabstellung durch eine Änderung der Eintrittstemperatur des Systems reguliert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann am Eintritt oder Austritt des Moderators zusätzlich eine von außen einstellbare Drosselung vorgenommen werden, um so die Aufwärmung des Moderators besser, beherrschen und seine Mitteltemperatur zusätzlich regeln zu können.
Aus Gründen der Anlagekosten müssen die Dampferzeuger bei Reaktoren integrierter Bauweise eine sehr kompakte Konstruktion aufweisen. Außerdem muß das sich im Reaktorkern erhitzte Kühlmittel bzw. Moderator möglichst von der Druckbehälterwand ferngehalten werden, um thermische Spannungen und Wärmeverluste durch den Druckbehälter zu vermeiden.
Die Kühlmittelführung bzw. Moderatorführung vom Dampferzeugeraustritt im unteren Beroch des Druckbehälters zu den Umwälzpumpen, welche aus Gründen der Zugänglichkeit im oberen Bereich des Druckbehälters untergebracht sind, beansprucht üblicherweise vor allem bei großen Durchsatzmengen einen für die Wärmeübertragung an sich ungenutzten Raum, der am Bauvolumen dem Dampferzeuger verlorengeht und zusätzliche Strömungswiderstände bildet.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Dampferzeuger in hintereinandergeschaltete Sektionen aufzuteilen, wobei die kälteste Sektion der Druckbehälterinnenwand zugekehrt ist. Dadurch wird .einerseits das heiße Kühlmittel bzw. Moderator von der Druckbehälterwand ferngehalten, welche somit also tieferen Temperaturen ausgesetzt ist, und andererseits ist der Wärmeverlust des -Systems nach außen geringer. Außerdem lassen sich die Wärmeübergänge verbessern. Dampferzeuger, die in dieser Weise ausgeführt werden, besitzen deshalb nur einen Teil des Bauvolumens gegenüber den einfach durchströmten Dampferzeugern.
Die Erfindung soll nunmehr an Hand. eines Ausführungsbeispieles gemäß der Zeichnung näher erläutert werden. . -Der Reaktor besteht aus dem Druckbehälter 1, der kugelförmig ausgeführt ist und zentral den Reaktorkern 2 aufnimmt. Der Druckbehälter 1 ist mit einem Deckel 3 verschlossen, durch welchen die Beschikkung des Reaktors erfolgt. Die erförderlichen Regel-' stäbe 4 werden seitlich neben dem Deckel 3 in den Reaktorkern 2 geführt. Die gesamte Anlage ist mit einer Isolierschicht 5 umgeben.
Am Reaktorkerneintritt 6 verzweigen sich Kühlmittel und Moderator, indem das Kühlmittel durch Rohre 7 fließt, in denen sich die Brennelemente 8 befinden, und der Moderator außerhalb, der Rohre 7 strömt. Zu diesem Zweck ist in der- Bodenplatte 9 des Reaktorkerns, 2 ein Ringkanal 10. um die Rohre 7 zum Eintritt des Moderators vorgesehen. Die@Querschnitte von den Rohren 7 und den Ringkanälen 10 bestimmen die Durchflußmengen, die entsprechend der Wärmeentwicklung in. den Rohren 7 und im Moderator sowie den gewünschten Temperaturdifferenzen vorgegeben werden. -Die Umwälzpumpen-11, welche den -Kühl- und Moderatorkreislaüf in* Bewegung halten, werden an der Stelle des Dampferzeugers 12 wirksam, an der die Vereinigung der Kreisläufe nach Durchströmung des Reaktorkerns 2 bzw. der ersten Dampferzeugersektionen stattfindet. Der Dampferzeuger 12 besteht vorzugsweise aus drei hintereinandergeschalteten Sektionen, wobei die Umwälzpumpen 11 zwischen der zweiten und dritten Sektion angeordnet sind. Ein radialer Kanal 13, der mit dem mit Moderator gefüllten Raum 14 in Verbindung steht (und' gleichzeitig als Durchführung der Kontrollstäbe dient), mündet nach Durchtritt der ersten Sektion des Dampferzeugers 12 in den Ansaugkanal 15 der Pumpe 11. Die Größe der Heizfläche im Dampf-. erzeuger 12 vor der Vereinigung der beiden Ströme . ist so bemessen, daß die Austrittstemperatur des Moderators im Mittel der möglichen Betriebszustände mit der Kühlmitteltemperatur im Ansaugkanal 15 übereinstimmt.

Sowohl die erfindungsgemäße Kühlmittel- bzw. ; Moderatorführung als auch die Tatsache, daß gemäß der Erfindung das Kühlmittel und der Moderator aus dem gleichen Medium unter gleichem Druck bestehen, vereinfachen das Druckröhrenprinzip eines Reaktors wesentlich. Es ist daher möglich, den Kühlkreislauf und den Moderatorkreislauf mit derselben Umwälzpumpe in Bewegung zu halten und die mitgeführten Wärmemengen an ein und denselben Dampferzeuger abzugeben. Dies ist besonders bei integrierten Anlagen,, bei denen die Zahl der Um- e

Wälzpumpen und der Dampferzeugeranschiüss@

wegen der Durchbrüche - durch den Druckbehälter

auf ein Minimum beschränkt werden muß, von Be-

deutung;-.,denn es kapp für zwei-Kreisläufe mit einem

Satz @mwälzpumpen 'und :einem "Satz ISxipfezzeü-

gern ausgekommen werden:

gegeltechnisch ergeben sich die gleichen Möglich-

keiten, wie bei zwei getrennten Kühlkreisläufen.

Durch die sekundärseitige Dampfentnahme und unter

Umständen noch durch eine zusätzliche Drehzahl-

regelung der Umwälzpumpen können verschiedene

Temperaturen am Reaktoreintritt vorgegeben wer-

den. Damit stellt sich die entsprechende Reaktivität

-des Reaktors ein:

Die vorstehend erwähnte Drosselung des Modera-

torkreislaufes kann erwünschtenfalls in den Über-

str8mkanälen 13 durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Kernreaktor, bei dem Kühlmittel und Moderator, die aus dem gleichen Stoff bestehen, ini Reaktorkern getrennt sind und sich sm Reaktorkerneintritt verzweigen, und bei dem das Kühlmittel nach Verlassen des Reaktorkerns den Dampferzeuger in seiner Gesamtheit durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daßderModerator dem Kühlmittel in einer der kälteren Sektionen des Dampferzeugers zuströmt.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (11), die den Kühl- und Moderatorkreislauf -in Bewegung halten, an der Stelle des Dampferzeugers (12) angeordnet sind, an der die Vereinigung der Kreisläufe stattfindet. - .
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (12), der mit dem Reaktorkern in einem gemeinsamen Druckgefäß angeordnet ist, in hintereinandergeschaltete Sektionen aufgeteilt ist und die kälteste Sektion der Druckbehälterinnenwand zugekehrt ist.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger (12) aus drei hintereinandergeschalteten Sektionen besteht und die Vereinigung des Moderatormit dem Kühlkreislauf zwischen der zweiten und dritten Sektion erfolgt.
5. Kernreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal (13), der den Moderator vom Moderatorraum zur Umwälzpumpe (11) leitet, darüber hinaus als Durchführung der Regelstäbe durch den Dampferzeuger dient. 6. Kernreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal (13) zur Regelung des Moderatordurchsatzes in seinem Querschnitt eine veränderbare Drossel aufweist.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1048 363.