DE1246133B - Atomkernreaktor mit Kuehlung durch eine Suspension von Fluessigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf - Google Patents

Description

DEUTSCHES 'WWW* PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 g - 21/20

Nummer: 1246 133

Aktenzeichen: E 24006 VIII c/21 g

1 24 6133 Anmeldetag: 11. Dezember 1962

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Atomkernreaktor mit einer Anzahl von vertikal angeordneten Brennstoffkanälen, welche Brennstoffelemente enthalten, deren Spaltungswärme durch ein jeden Kanal durchströmendes Kühlmittel abgeführt wird, das aus einer Suspension von Flüssigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf besteht, mit einer Mischvorrichtung an< den unteren Kanalenden, die ein venturiartiges Dampf- oder Gaseinlaßrohr mit seitlichen Einlaßöffnungen für die zu suspendierende Kühlflüssigkeit aufweist.

Seit langem strebt man in der Kernenergietechnilc einen Kernreaktor an, der Energie mit einer den mittels fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerken vergleichbaren Leistung liefern kann. Man hat zwar bereits zahlreiche Ausführungsmögüchkeiten von Kernreaktorkraftwerken untersucht, jedoch gibt es bis heute noch kein einziges Kernreaktorkraftwerk, das gegenüber den mittels fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerken wettbewerbsfähige elektrische Energie liefern kennte.

Eine Kernreaktorbauart, die bei der Erzeugung elektrischer Energie zu gewissen Vorteilen einschließlich der Kostensenkung zu führen verspricht, ist der sogenannte nebelgekühlte Reaktor, bei dem man als Kühlmittel ein Zweiphasen-Strömungsmittel, beispielsweise Wasser und Dampf, verwendet, das mit »Nebel« oder Wasserstaub bezeichnet wird. Die Verwendung von Wasserstaub oder Nebel als Reaktorkühlmittel hat gegenüber den bisher verwendeten gebräuchlichen Kühlmittelarten zahlreiche Vorteile. Einige Vorteile hat dieses Kühlmittel mit Siedewasser gemeinsam, jedoch sind andere Vorteile nur ihm allein eigen. Beispielsweise kann das Wasserstauboder Nebelkühlmittel, wie bei Siedewasser in einem unmittelbar wirkenden Kühlmittelkreislauf ohne die Notwendigkeit von zwischengeschalteten Wärmeaustauschern, wie es bei mit Natrium, flüssigen organischen Verbindungen, Gas und Druckwasser gekühl-s ten Reaktoren der Fall ist, verwendet werden, wobei viel niedrigere Nebelkühldriicke Anwendung finden können, als es unter den gleichen Bedingungen bei Druckwasserkühlmitteln möglich ist. Da aber die Kühlmitteldichte des Nebels,viel niedriger ist als die des fließbaren oder Siedewassers_j ist die parasitäre Neutronenabsorption gering genug, um bei Reaktoren von Interesse zu sein, die, wie beispielsweise mit natürlicher oder geringer D₂O-Anreicherung und mit Graphitmoderatoren arbeitende Reaktoren, eine große Neutronensparsamkeit erfordern. Die Wirkung einer niedrigen Kühlmitteldichte führt zu einer weicheren Kopplung zwischen Kühlmittelenthalpie und Atomkemreaktor mit Kühlung durch eine
Suspension von Flüssigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf

Anmelder:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),
Brüssel

ίο Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Arthur J. Goldmann, White Plains, Ν. Y.;

Gerald Breidenbach, New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Dezember 1961
(158 620)

(Kühlmittel-) Reaktionsfähigkeit, was sich gegenüber den Siedewass'erreaktorkühlsystemen in einer erhöhten Betriebssicherheit äußert. Zu den weiteren Vorteilen des nebelgekühlten Reaktors gehören im Vergleich zu den vielen anderen Kühlmitteln eine Kühlung von konstanter Temperatur, da die Erwärmung oder Kühlung in dem Reaktor bei der Verdampfungstemperatur stattfindet, gute Wärmeträgereigenschäften, sehr hohe Wärmeübertragungskoeffizienten unterhalb der Ausbrenntemperatur sowie ein geringerer Temperaturanstieg nach dem Ausbrennen als bei unterkühlten Siedebedingungen.
Mit anderen Worten ermöglicht ein nebelgekühlter Reaktor die Kombination einiger wesentlicher, dem mit Siedewasser gekühlten Reaktor eigener Vorteile mit den dem drackwassergekühlten Reaktor eigenen Vorteilen unter gleichzeitiger Beseitigung einiger ihrer Nachteile.

Zum Erzielen eines praktischen und wirksamen nebelgekühlten Reaktors ist es zum Bewirken stabiler Strömungs- und Temperaturbedingungen über die gesamte Länge der Brennstoffelemente erforderlich, in dem Kern des Reaktors über die gesamte Länge der den Brennstoff enthaltenden Rohre eine gleichmäßige Mischung der beiden Strömungsmittelphasen vorzusehen.

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Aus der deutschen Auslegeschrift 1113 041 ist bereits ein derartiger Reaktor bekanntgeworden, der an den Einlaßenden jedes Brennstoffkanals eine Vorrichtung aufweist, die Flüssigkeitsteilchen erzeugt und in den Gas- oder Dampfstrom einbringt. Durch den Reaktorkern ragen Brennstofflcanäle, die außerhalb des den Kern umgebenden Behälters einzeln an Sammelleitungen für den Einlaß eines Wasser-Dampf-Gemisches und für den Auslaß angeschlossen sind. Diese Anordnung ist außerordentlich aufwendig. Eine Vorwärmung des Wassers durch den Reaktor selbst ist nicht möglich.

In der deutschen Auslegeschrift 1068 823 ist ein Siedewasserreaktor beschrieben, bei dem Siedewasser und Moderatorwasser durch Strahlpumpenwirkung gemischt und zusammen durch die Reaktorkanäle gefördert werden. Dieser Reaktor ist nicht nebelgekühlt und weist daher alle vorstehend beschriebenen Nachteile von Siedewasserreaktoren auf. Eine gewisse Vorwärmung des einen Kühlmittelstromes, nämlich des Moderatorstromes, tritt zwar ein, jedoch trägt insbesondere die Strahlung des wannen Moderators nicht zur Vorwärmung bei.

Aus der USA.-Patentschrift 2 990 349 und der Zeitschrift »Atomkernenergie« vom April 1958 sind Verfahren zur Kühlung des Kerntanks von Reaktoren bekanntgeworden, bei denen der Kerntank vom Kühlmittel umströmt wird, bevor es in die Reaktorkanäle eintritt. Bei beiden Reaktoren handelt es sich nicht um nebelgekühlte Reaktoren, so daß die vorstehend erwähnten Nachteile gelten.

Aufgabe der Erfindung ist .es, einen Atomkernreaktor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet, und vor allem eine verbesserte Stabilität im Betriebsverhalten bei einem Mimmum an äußerer Steuerung aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Reaktor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise ein den Reaktorkern unmittelbar umgebender Kerntank konzentrisch von einer Vorwärmzone umgeben ist, die wiederum im Innern des Reaktordruckgefäßes angeordnet ist, und daß diese Vorwärmzone mit dem oberen Ende des Kerntanks über Öffnungen in dessen Seitenwand in Verbindung steht, so daß die Kühlflüssigkeit von einem am unteren Ende des Reaktordruckgefäßes liegenden Einlaß in die Vorwärmzone und durch diese hochsteigt, danach erwärmt durch die Öffnungen in den Kerntani strömt und von dort durch die Mischvorrichtung zusammen mit dem dort zugeführten Dampf, oder Gas in die Brennstoffkanäle gelangt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellenden einzonigen nebelgekühlten Reaktor,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, bei Betrachtung in Richtung der Pfeile,

F i g. 3 eine Vergrößerung des Ausschnittes χ nach Fig.l,

F i g. 4 eine Vergrößerung des Ausschnittes y nach F i g. 1 und

F i g. 5 eine Vergrößerung des Ausschnittes ζ nach Fig.2

Nach der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellenden Zeichnung (bei der in allen Figuren für die gleichen Teile die gleichen Bezugs-

ziffern verwendet werden) ist schematisch ein einzoniger nebelgekühlter Reaktor 10 veranschaulicht, der aus einem Druckkessel 12 von allgemein zylindrischer Form besteht. Der Kessel 12 hat einen halbkugeligen Bodenabschnitt 14 und einen abnehmbaben halbkugeligen oberen Verschluß 16, der mittels Flanschen 18 und 19 mit dem Hauptkörper des Kessels 12 zusammengefügt ist. Die Flansche 18 und 19 sind mit Hilfe einer Anzahl (nicht dargestellter) Bolzen fachgerecht miteinander verbunden.

Der Kessel 12 ist in seinem unteren halbkugeligen Abschnitt 14 mit zwei Wasser-Einlaßstutzen 20, in einem Zwischenabschnitt mit zwei Wasser-Auslaßstutzen 21, angrenzend an den Flansch 19 mit zwei Nebel-Auslaßstutzen 22 und in seinem Bodenabschnitt 14 mit einem Dampf-Einlaßstutzen 23 versehen.

In dem Druckkessel 12 ist unmittelbar unterhalb des Flansches 19 eine horizontale Platte 24 ange-

ao bracht, die von einem Ring 25 gehalten wird, der in geeigneter Weise an dem Kessel 12 befestigt sein kann. Die Platte 24 ist aus einem nachstehend zu erklärenden Grund mit einer Vielzahl (nicht dargestellter) Öffnungen versehen. Unterhalb der Wasser-Auslaßstutzen 21 ist in gleicher Weise eine Lochplatte 26 angeordnet, die von einem Ring 27 getragen und, wie dargestellt, mit Hilfe von Bolzen 28 befestigt ist. Zum Verhindern eines Ausleckens an der Platte 26 vorbei kann eine, wie dargestellt, befestigte Ringdichtung 29 verwendet werden. Eine untere Lochplatte 30 wird, wie dargestellt, unmittelbar oberhalb des unteren halbkugeligen Abschnittes 14 von einem kreisrunden Ring 32 gehalten. Der Ring 32 wird seinerseits teilweise von einem kegelstumpfförmigen Teil 34 getragen, das den unteren Abschnitt des Kessels 12 zu einem nachstehend näher zu beschreibenden Zweck in einen unteren ringförmigen Speicher 36 und einen unteren zentralen Speicher 37 aufteilt. Die Platten 26 und 30 sind zu einem nachstehend näher zu beschreibenden Zweck mit einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Öffnungen versehen. Zwischen den Lochplatten 26 und 30 erstreckt sich ein hier mit Kerntank 38 bezeichnetes zylindrisches Rohr, das unmittelbar unterhalb der Lochplatte 26 mit einer Vielzahl von Öffnungen 40 versehen ist.

In dem durch den Kerntank 38 und die Wand des Druckkessels 12 gebildeten ringförmigen Raum sind zwei, wie gezeigt, voneinander getrennt angeordnete, zylindrische Wärmeabschirmungen 42 und 44 vorgesehen, die sich von der unteren Lochplatte 30 nach oben erstrecken und unterhalb der kreisrunden oberen Lochplatte 26 enden. Der kreisrunde Ring 32 ist mit geeigneten Öffnungen 46 versehen, um, wie durch die Pfeile^ angedeutet, einen Wasserstrom aus dem ringförmigen Speicher 36 in die Räume zwischen den Wärmeabschirmungen 42 und 44, dem Kessel 12 und dem Tank 38 zu ermöglichen. Im Inneren des Tanks 38 sind Kontrollstangengehäuse 48 sowie die den Brennstoff enthaltenden Kühlrohre 52 angeordnet, die sich zwischen und durch die obere Lochplatte 26 und die untere Lochplatte 30 erstreiken. Obwohl von ihnen nur je eine dargestellt ist, ist selbstverständlich der Tank 38, wie in F i g. 2 durch die Linien D schematisch angedeutet, mit diesen Teilen ausgefüllt.

Die untere Lochplatte 30 trägt die unteren Enden der Gehäuse 48 und der sich aus einem-nachstehend

näher zu erläuternden Grund durch die Platte 30 hindurch erstreckenden Rohre 52. Die Gehäuse 48 und die Rohre 52 erstrecken sich außerdem durch die Platte 26 hindurch, wobei die Rohre 52 unterhalb der Nebel-Austrittsstutzen 22 enden, während die Kontrollstangenwellen 54 durch die Kontrollstangenstutzen 56 hindurch aus dem Reaktor 10 herausstehen, um die Betätigung der Kontrollstangen während des Betriebes des Reaktors 10 in dem Fachmann bekannter Weise zu ermöglichen. Aus einem nachstehend näher zu beschreibenden Grund haben die Kontrollstangengehäuse 48 sowie die Kühlrohre 52 im Inneren des Kerns des Reaktors 10 einen sechseckigen Querschnitt.

Wie in der den Ausschnitt χ nach F i g. 1 veranschaulichenden F i g. 3 gezeigt, verbindet ein an jedem Kühlrohr 52 unmittelbar unterhalb der unteren Lochplatte 30 vorgesehener Balg 58 die Platte 30 mit dem unteren Ende jedes Rohres 52, um dadurch, wie dem Fachmann bekannt, eine starrere Verbindung zwischen den Rohren 52 und der oberen Lochplatte 26 und außerdem eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zu ermöglichen. Das obere Ende jedes Kühlrohrs 52 kann, wie in Fig. 4 im einzelnen dargestellt, in die obere Lochplatte 26 eingewalzt sein. Wie gezeigt, endet ein Teil eines Borennstoffelementstabes 62 in einer hängenden Verankerung 64, die zum Herausziehen des Brennstoffelements oder der Brennstoffeinheit aus jedem Kühlrohr 52 verwendet wird. Die Kontrollstangengehäuse 48 können durch die obere Lochplatte 26 bzw. die untere Lochplatte 30 in entsprechender Weise gehalten werden.

Wie in F i g. 2 gezeigt, ist das Innere des Tanks 38 mit in geringem Abstand voneinander angeordneten Brennstoff enthaltenden Rohren 52, Kontrollstangengehäusen 48 und, obwohl nicht dargestellt, mit Platz für Testinstrumente und mit Teststellen im wesentlichen ausgefüllt. F i g. 5 zeigt zusätzliche Einzelheiten bezüglich der Bauweise der Brennstoffkühlrohre 52. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß jedes Rohr 52 eine große Anzahl von voneinander getrennt angeordneten, wie dargestellt, zu einem Bündel gruppierten, zylindrischen Brennstoifstäben 70 enthält, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Brennstoffstäben durch Drahtdistanzstiicke 72 erreicht und eingehalten wird, die durch Laschen 74 an der Außenfläche der -Brennstoffstäbe 70 befestigt sind. Bei der veranschaulichten besonderen Ausfühmngsform haben die mit einer Zirkonlegierung verkleideten UO₂-(Uraniumdioxyd)-Stabe einen Außendurchmesser von etwa 13 mm. Die Kühlrohre 52 sind ebenfalls aus einer Zirkonlegierung hergestellt. Wie nachstehend näher beschrieben, sind die Räume zwischen den Brennstoffstäben 70 mit einem nebeiförmigen Kühlmittel gefüllt, während die Räume zwischen den Rohren mit einem leichten Wasser gefüllt sind, das für den Reaktor als Moderator wirkt. Die Brennstoffstäbe70 füllen die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Zone 76 des Reaktors 10, die somit sein Reaktionsabschnitt ist.

Die Sechseckform der Kühlmittelkanäle im Inneren der Gehäuse 48 und der Brennstoffrohre 52 wurde gewählt, um die bei zylindrischen Kanälen zu erwartende schlechte Verteilung des Flusses, die sich aus einer ungleichmäßigen Verteilung des Moderators um den Brennstoff herum ergibt, auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Diese Wirkung ist jedoch

nicht als wesentlich anzusehen, so daß auch zylindrische Kanäle verwendet werden können.

Die neuartige Einrichtung zur Herstellung einer Nebel- oder Dampf-Wasser-Mischung ist, wie in F i g. 3 gezeigt, in das untere Ende jedes Brennstoffkühlrohrs 52 eingebaut. Hier zeigt sich, daß jedes Rohr 52 mit einem aus der unteren Lochplatte 30 herausragenden Einlaßabschnitt 78 versehen ist, der einen kleineren Querschnitt hat als der in dem Kerntank 38 liegende Abschnitt des Rohres 52. Unmittelbar oberhalb der Platte 30 befindet sich ein sich erweiternder düsenähnlicher Ubergangsabschnitt 82, der mit einer Vielzahl von Öffnungen 84 überdeckt ist, so daß mit dem, wie durch die Pfeile B angedeutet, durch den Einlaßabschnitt 78 in das Rohr 52 eintretenden Dampf Wasser mitgenommen werden kann. Die Verwendung einer großen Anzahl kleiner Löcher oder Öffnungen 84 splittert das Wasser in kleine Tröpfchen auf, was die Erzeugung eines ausao schließlich für diese Anwendung geeigneten gleichmäßigen feinen Nebels vermehrt.

Der ReaktorlO hat folgende Arbeitsweise: Über die Einlaßstutzen 20 dringt Wasser in den Druckkessel 12 ein und füllt den ringförmigen Speicher 36. as Wie durch die Pfeile^ angedeutet ist, fließt das Wasser durch die in dem Ring 32 vorhandenen Öffnungen 46 in die Räume zwischen den Wärmeabschirmungen 42 und 44, dem Druckkessel 12 und dem Kerntank 38 ein. Wenn das Wasser die Zone unmittelbar unterhalb der oberen Lochplatte 26 erreicht, fließt es durch die Öffnungen 40 in das Innere des Tanks 38 und nach unten in den Kern des Reaktors 10 hinein, wobei es die Räume zwischen den Kühlrohren 52 und den Kontrollstangengehäusen 48 ausfüllt und für den Reaktor 10 als Moderator wirkt. Das Wasser fließt abwärts und wird somit also vorgewärmt. Dann tritt das Wasser, wie vorstehend beschrieben, über die in dem Abschnitt 82 der Rohre 52 vorhandenen Öffnungen 84 in die Rohre 52 ein. Gleichzeitig dringt über den Dampf-Einlaßstutzen 23 Trockendampf in den Kessel 12 ein und füllt den unteren zentralen Speicher 37. Der Dampf dringt in die Gehäuse 48 und über die sich, wie in Fig. 3 gezeigt, zu Düsenabschnitten 82 erweiternden Einlaßabschnitte 78 in die Rohre 52 ein. Dort vermischen sich Dampf und Wasser gründlich, indem sie einen die Brennstoffelemente umgebenden und die Rohre 52 füllenden feinen Nebel bilden. Auf seinem Weg nach oben nimmt der Nebel die im Inneren der Kühlrohre 52 durch die Brennstoffsegmente erzeugte Spaltungswärme mit. Bei der Aufwärtsbewegung des Nebels wird noch mehr von dem in dem Nebel vorhandenen Wasser in Dampf umgewandelt, so daß die Güte der Mischung während ihres Durchflusses nach oben verbessert wird. Der Nebel verläßt die Kühlrohre 52, wie durch die Pfeile C angedeutet, an ihrer Oberseite und tritt dann durch die Auslaßstutzen 22 aus, wo er in dem Energieumwandlungsgerät oder in einer Einrichtung zum Abscheiden des Dampfes von dem Wasser, die den über den Stutzen 23 in den Kessel 12 eintretenden Dampf liefert, unmittelbar genutzt wird. Das aus dem Nebel abgeschiedene Wasser sammelt sich oberhalb der oberen Lochplatte 26 bis zu einem PegelstandD an und wird zwecks Wiederverwendung über die Stutzen 21 abgeführt.

Obwohl nicht veranschaulicht, kann in dem Raum zwischen der oberen Lochplatte 26 und der Platte 24

ein Abscheider eingebaut werden, der sämtliches in dem Reaktor vorhandenes Wasser abscheidet, so daß an den Kesselauslässen 22 nur Trockendampf entnommen werden kann.

Wie bereits bemerkt, verwendet man bei der Mischeinrichtung nach F i g. 3 eine große Anzahl von kleinen Öffnungen in der Wand der Düsenabschnitte 82 zum Aufsplittern des Wassers in kleine Tröpfchen und zum Steigern der Nebelerzeugung. Der Dmck des die Abschnitte 82 umgebenden Wassers muß höher gehalten werden als der Druck des in die Einlaßabschnitte 78 eintretenden Dampfes. Dieser Druckunterschied muß zur Erzielung eines gleichmäßigen und genau geregelten Betriebes des Reaktors 10 konstant gehalten werden, was gewünschtenfalls durch Ausnutzung des hydrostatischen Kopfes des Wassers in dem Moderatorraum, so daß der Dampf- und Druckwasserkreislauf miteinander verbunden werden, oder durch ein beliebiges anderes, dem Fachmann bekanntes Mittel erfolgen kann. Das Dampf-Wasser-Verhältnis kann bei einem beliebigen besonderen gewünschten Wert gewählt werden, indem der Druck des Dampf- oder Wasserkreislaufs voneinander unabhängig gesteuert wird.

Die kerntechnischen Merkmale eines wie vorstehend beschriebenen einzonigen nebelgekühlten Reaktors sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben:

TabelleI

Abgegebene elektrische Nettoleistung 200 MW_e
Brennstoff UO₂

Brennstoffstabdurchmesser

(Verkleidungs-Außendurchmesser)

etwa 13 mm
Stabzahl je Brennstoffstabbündel .... 19

Moderator-Brennstoff-Volumenverhältnis 1,3

Geringster Abstand zwischen den

Stäben etwa 1,9 mm

Verkleidungsdicke etwa 0,626 mm

Verhältnis Kontrollstangen zu Brennstoffstabbündel 1:12

Verhältnis Kernhöhe zu Kerndurchmesser 1:1

Verhältnis Höchstenergie zu Durchschnittsenergie in dem Brennstoffbündel , 1,17

Anteil der in dem BrennstofE erzeugten

Wärmeenergie 0,93

Netto-Wirkungsgrad der Anlage

bei 57,5 kg/cm² 0,3Q

bei 72 kg/cm² 0,31

bei 86 kg/cm² 0,32

Maximale Wärmeerzeugung je Längeneinheit des Brennstoffs, q'_max, W/cm

Nennwert 400

Gestört 665

Die Abmessungen und sonstigen Daten dieses Reaktors sind in der nachstehenden Tabellen angegeben:

TabeUe II

Grundlage der kerntechnischen Ergebnisse UO₂-Stabe in Brennstoffelement Sechseckbündel

Anzahl Brennstoffstäbe je Bündel ... 19

Brennstoffelementdurchmesser etwa 11,25 mm

Verkleidung etwa 0,626 mm

Verkleidungsmaterial eine Zirkon-

Iegierung

Verkleidungsaußendurchmesser etwa 12,5 mm
Geringster Zwischenraum zwischen

den Stäben- etwa 2,5mm

Mantelrohrmaterial ^

Innendurchmesser etwa 7,85 cm

_aQ Dicke etwa 0,5 mm

Kernhöhe etwa 3,36 m

Kerndurchmesser etwa 3,36 m

Kühlmittel Nebel

Durchschnittliche Neutronendurchlässigkeit des Kanals

bei Null-Leistung 15%

bei voller Leistung 25%

Kühlmitteldruck 72 kg/cm²

Moderatortemperatur (540° F) 276,5° C

Optimales Verhältnis Moderatorvolumen zu Brennstoffvolumen,

V_M+/V_Ü02 1,2:1,4

Brennstoffanreicherung 1,40

Es zeigt sich also, daß die Erfindung zu einem nebelgekühlten Reaktor mit einer neuartigen wirkungsvollen und wirksamen Einrichtung zum Mischen von Dampf und Wasser für einen verbesserten Betrieb des Reaktors führt. Bei der besonderen Anordnung wird Wasser aus dem Moderatorraum unmittelbar im Inneren der Brennstoff enthaltenden Rohre in den Dampf eingesprizt, woraus sich eine wirksame Vorwärmung des- Wassers ergibt und außerdem eine gleichmäßige und beeinflußbare Nebelmischung gewährleistet ist. Mit dieser besonderen Dampf-Wasser-Einrichtung ist die Erzielung eines nebelgekühlten Reaktors möglich, der viele gute Eigenschaften des siedewassergekühlten Reaktors aufweist und bei dem viele der im allgemein den siedewassergekühlten Reaktoren eigenen Nachteile beseitigt sind.

Bei der Anordnung der Mischeinrichtung im Inneren des Kerns des eigentlichen Reaktors wird die Möglichkeit, daß die Beschaffenheit des Nebels verändert werden könnte, da sie bei seinem Transport fast automatisch geregelt wird, auf ein Minimum herabgesetzt, da sie nach dem Installieren der Mischeinrichtung lediglich von den für den Fach-

6a mann leicht zu steuernde Daten darstellenden relativen Drücken des Dampfes und des Wassers abhängig ist. Deshalb ist diese besondere Mischeinrichtung in den vorstehend beschriebenen Reaktor eingebaut, wobei sie den Nutzeffekt sowie die Vorteile dieses Kernreaktors im Vergleich zu den anderen vorstehend erörterten Reaktorarten vermehrt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform be-

Claims (2)

1. 9 10

   Kerntanks über Öffnungen (40) in dessen Seitenwand in Verbindung steht, so daß die Kühlflüssigkeit von einem am unteren Ende des Reaktordruckgefäßes (12) liegenden Einlaß (20) in die Vorwärmzone und durch diese hochsteigt, danach erwärmt durch die Öffnungen (40) in den Kerntank (38) strömt und von dort durch die Mischvorrichtung (X) zusammen mit dem dort zugefiihrten Dampf oder Gas in die BrennstofE-kanäle (52) gelangt.
2. 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der dem Ringraum (36) zugeführten Kühlflüssigkeit und des dem Dampfsammeiraum (37) zugeführten Dampfes oder Gases durch entsprechende Regelvorrichtungen in einem bestimmten Verhältnis gehalten wird.

   schränkt. Man kann daran zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vornehmen, ohne daß man dadurch, den Bereich der Erfindung verläßt.

   Patentansprüche:

   1. Atomkernreaktor mit einer Anzahl von vertikal angeordneten Brennstoffkanälen, welche Brennstoffelemente enthalten, deren Spaltungswärme durch ein jeden Kanal durchströmendes Kühlmittel abgeführt wird, das aus einer Suspension von Flüssigkeitsteilchen in einem Gas oder Dampf besteht, mit einer Mischvorrichtung an den unteren Kanalenden, die ein venturiartiges Dampf- oder Gaseinlaßrohr mit seitlichen Einlaßöffnungen für die zu suspendierende Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch, gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein den Reaktorkern (76) unmittelbar umgebender

   In Betracht gezogene Druckschriften: Kerntank (38) konzentrisch von einer Vorwärm- ao Deutsche Auslegeschriften Nr. 1113 041, zone umgeben ist, die wiederum im Innern des 1068 823; Reaktordruckgefäßes (12) angeordnet ist und daß USA.-Patentschrift Nr. 2 990 349;

   diese Vorwärmzone mit dem oberen Ende des »Atomkernenergie«, April 1958, S. 133 bis 136.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 619/526 7.67 © Bundesdcuckcrei Berlin