DE1184025B - Siedewasser-Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1184025

Aktenzeichen: V 21645 VIII c/21 g

Anmeldetag: 24. November 1961

Auslegetag: 23. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft einen Siedewasser-Kernreaktor mit einem Reaktorkern, einem Moderator, der entweder aus leichtem Wasser oder schwerem Wasser oder einem Gemisch dieser Flüssigkeit besteht, einem Dampfraum, in dem sich der aus dem siedenden Moderator entstehende Dampf sammelt, einem Hauptkreislauf, in den der der Nutzung zuzuführende Dampf strömt, sowie einem der Regelung dienenden Nebenkreislauf, der parallel zu dem Hauptkreislauf geschaltet ist und durch den Reaktorkern führt.

Bei solchen Reaktoren beeinflußten Änderungen der Dampfmenge innerhalb des Reaktors die Moderierung, die zum Zwecke der Thermalisierung von Neutronen mit Hilfe des leichten Wassers, des schweren Wassers oder des Gemisches bewirkt wird. Wenn man dem Reaktor z. B. eine größere Dampfmenge entnimmt, geht der Betriebsdruck des Strömungsmittels in dem Reaktor zurück, und infolgedessen wird Dampf aus dem im Reaktorkern befindlichen Wasser frei. Hierdurch wird die Moderierung beeinflußt, und der Neutronenfluß wird verringert, so daß sich die Leistung des Reaktors gerade in demjenigen Zeitpunkt vermindert, in welchem der Reaktor eine erhöhte Leistung abgeben soll, um den erhöhten Dampfbedarf zu decken. Wenn man die dem Reaktor entnommene Dampfmenge verkleinert, spielen sich die Vorgänge im entgegengesetzten Sinne ab.

Es ist bereits bekannt, Siedewasser-Kernreaktoren dadurch zu regeln, daß das Dampfblasen-Wasser-Verhältnis entsprechend eingestellt wird. Bei den bekannten Reaktoren dieser Art ist jedoch die Ausbildung derart, daß Dampf aus dem Reaktorkessel einer Turbine und aus der Turbine einem Kondensator zugeführt wird, worauf das Kondensat dann in den Reaktorkessel zurückgepumpt wird. Außerdem wird Wasser aus dem Reaktorkessel entnommen und einer zweiten Dampferzeugungsvorrichtung zugeführt. Der dort erzeugte Dampf wird ebenfalls der Turbine zugeführt, während das Kondensat aus dem zweiten Dampferzeuger in den Reaktorkessel zusammen mit dem Kondensat aus dem der Turbine zugeordneten Kondensator eingeleitet wird. Hierbei ist das in den Reaktorkessel zurückgeführte Wasser unterkühltes Wasser.

Demgegenüber soll durch die vorliegende Erfindung der Siedewasser-Kernreaktor nicht durch Rückführung von unterkühltem Wasser in den Reaktorkessel, sondern durch' Rückführung von Dampf geregelt werden.

Demgemäß besteht die Erfindung in erster Linie darin, daß durch den Sebenkreislauf und damit durch den Reaktorkern ein veränderlicher Teil des aus dem Siedewasser-Kernreaktor

Anmelder:

Vickers-Armstrongs (Engineers) Limited,
London

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap, Dipl.-Ing. H. Mitscherlich

und Dipl.-Ing. K. Gunschmann,

Patentanwälte,

München 22, Mariannenplatz 4

Als Erfinder benannt:

George Howard Forsyth, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. November 1960
(40 698)

Dampfraum austretenden Dampfes strömt, um so die Reaktivität des Kerns innerhalb des normalen Lastbereiches des Reaktors zu regem.

Bei einem in dieser Weise betriebenen Siedewasser-Kernreaktor wird infolge der Rückführung des Dampfes eine erheblich einfachere Regelung erreicht, bei der außerdem ein zweiter Dampferzeuger entbehrlich ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt schematisch die Leitungsverbindungen eines mit Dampfrückumwälzung arbeitenden Siedewasser-Kernreaktors nach der Erfindung.

Der Reaktor α enthält einen bier nicht gezeigten Kern, der nahe dem unteren Ende angeordnet ist, sowie einen Dampf raum am oberen Ende des Reaktors. Bei diesem Reaktor verwendet man als Moderator entweder leichtes oder schweres Wasser oder ein Gemisch aus diesen Flüssigkeiten. Ferner sind hier nicht gezeigte Regelstäbe vorgesehen, die vom oberen Ende, des -Reaktors aus betätigt werden können. Die durch den Reaktorkern erzeugte Wärme

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bringt die Moderatorflüssigkeit zum Sieden, und der dabei entstehende Dampf wird aus dem Dampfraum mittels einer Pumpe b zum Einlaß eines Zweiwege-Umschaltventils c gefördert. Das Ventil c besitzt einen ersten Auslaß, der mit einer Leitung e verbunden ist, welche zu einer hier nicht gezeigten Dampfkraftmaschine oder zu einer ebenfalls nicht gezeigten Dampfabgabeleitung führt. Ein zweiter Auslaß des Ventils c ist über eine Leitung d an das untere Ende des Reaktors α angeschlossen. Zwischen dem Einlaß des Ventils c und der Leitung d erstreckt sich eine Umgehungsleitung, in die ein das Ventil c überbrückendes Ventil k eingeschaltet ist. Der Dampfraum am oberen Ende des Reaktors ist außerdem über ein Sicherheitsventil/ an eine Abgabeleitungg angeschlossen. Während des Betriebs des Reaktors a läßt das Ventil c einen Teil des durch den Reaktor erzeugten Dampfes zu der Leitung e strömen, während der verbleibende Teil des erzeugten Dampfes über die Leitung d dem unteren Ende des Reaktors a° zugeführt wird, um den Reaktorkern erneut zu durchströmen. Das Ventil c wird so gesteuert, daß sieh die Aufteilung des Dampfstroms auf die Leitungen e und d nach der Belastung der Leitung e richtet. Beim Betrieb mit Vollast ist die dem Reaktorkern über die Leitung d erneut zugeführte Dampfmenge klein, und der größte Teil des in dem Kern vorhandenen Dampfes wird durch diejenige Dampfmenge gebildet, welche zur Deckung des Leistungsbedarfs bei Vollast erzeugt wird. Wenn der Dampfbedarf zurückgeht, vergrößert man durch entsprechende Betätigung des Ventils c die Menge des über die Leitung d erneut umgewälzten Dampfes. Auf diese Weise wird die Dampfmenge im Reaktorkern annähernd konstant gehalten. Wenn der Dampfbedarf der Kraftmaschine gleich Null ist, d. h. wenn kein Dampf über die Leitung e entnommen wird, führt die Leitung d dem Reaktorkern eine Dampfmenge zu, die annähernd gleich der beim Vollastbetrieb erzeugten Dampf menge ist, so daß die Grobregelung des Reaktors zur Anpassung an Belastungsschwankungen oder den Teillastbetrieb somit durch das Variieren der über die Leitung d zugeführten Dampfmenge erfolgt.

Der dem unteren Ende des Reaktors erneut zugeführte Dampf wird in stärkerem Maße der Mitte des Reaktorkerns zugeleitet als dem Umfang des Kems, wodurch in erwünschter Weise eine Abflachung des Flusses erzielt wird.

Ferner sind hier nicht gezeigte mechanische Einrichtungen vorgesehen, mittels deren man die Regelstäbe während der Lebensdauer des Reaktorkerns fortschreitend zurückziehen kann, um die Verbrennung auszugleichen, wobei das untere Ende des Kerns während des ersten Teils der Lebensdauer des Kerns den aktiven Teil bildet. Der Mechanismus zum Verstellen der Regelstäbe ist so ausgebildet, daß er dann, wenn das die Pumpe b, das Ventil c und die Leitung d umfassende Rückwälzsystem versagt, gewährleistet, daß der Reaktor im Zustand des Vollastbetriebs gehalten wird und diesen Zustand nicht überschreitet; hierbei wird dem Reaktor die dem Vollastbetrieb entsprechende Dampfmenge entnommen und in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf auf die Leitung e und die durch das Sicherheitsventil / gesteuerte Abgabeleitung g aufgeteilt.

Das Umgehungsventil k dient zum Regeln des Betriebsdruckes des Reaktors. Wenn sich z. B. der Dampfbedarf der Kraftmaschine auf einen bestimmten Wert eingestellt hat und der Druck im Reaktor dazu neigt, über den normalen Betriebsdruck hinaus anzusteigen, wird das Ventil k weiter geöffnet, so daß dem unteren Ende des Reaktorkerns eine größere Dampfmenge zugeführt wird, um den Neutronenfluß zu verkleinern, wodurch eine Senkung des Drucks im Reaktor bewirkt wird. Diese Vorgänge spielen sich natürlich im umgekehrten Sinne ab, wenn der Betriebsdruck im Reaktor dazu neigt, bis unterhalb des normalen Betriebsdrucks zurückzugehen. Das Ventil k ermöglicht somit die Feinregelung der Leistungsabgabe des Reaktors.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Siedewasser-Kernreaktor mit einem Reaktorkern, einem Moderator, der entweder aus leichtem Wasser oder schwerem Wasser oder einem Gemisch dieser Flüssigkeiten besteht, einem Dampfraum, in dem sich der aus dem siedenden Moderator entstehende Dampf sammelt, einem Hauptkreislauf, in dem der der Nutzung zuzuführende Dampf aus dem Dampfraum strömt, sowie einem der Regelung dienenden Nebenkreislauf, der parallel zu dem Hauptkreislauf geschaltet ist und durch den Reaktorkern führt, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Nebenkreislauf und damit durch den Reaktorkern (Jb, c, d) ein veränderbarer Teil des aus dem Dampfraum austretenden Dampfes strömt, um so die Reaktivität des Kerns innerhalb des normalen Lastbereichs des Reaktors (α) zu regeln.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilmittel (c) vorgesehen sind, die die dem Dampfraum entnommene Dampf menge auf eine zu einer Last führende Leitung (e) des Hauptkreislaufes und eine Leitung (d) des Nebenkreislauies (b, c, d) aufteilen.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine^ Umgehungsleitung mit einem Ventil (k) vorgesehen ist, um den Betriebsdruck des Reaktors (α) zu regem, welche parallel zum Nebenkreislauf angeordnet ist und das der Dampfaufteilung dienende Ventilmittel (c) überbrückt.

4. Kernreaktor nach-einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Einrichtungen vorgesehen sind, mittels deren die Regelstäbe während der Lebensdauer des Keras fortschreitend zurückgezogen werden können, um den Abbrand auszugleichen.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Regelstäbe nach oben aus dem Kern herausziehen kann.

6. Kernreaktor nach· Anspruch 4 oder._;5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstäbe die Reaktivität des Reaktors-auf einem dem Betrieb mit Vollast entsprechendes Wert halten, wenn der Nebenkreislauf (b, c, d) versagt.

7. Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch ein Sicherheitsventil (/) gesteuerte Sicherheitsleitung (g) vorgesehen ist, durch die der Dampf bei Versagen des Nebenkreislaufes (b, c, d) aus dem Dampfraum abgelassen werden kann.

8. Kernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Vorkehrungen getroffen sind, um den dem Kern erneut zugeführten Dampf in stärkerem Maße dem mittleren Teil des unteren Endes des Kerns als dessen Umfang zuzuführen. In Betracht gezogene Druckschriften:

D. I. Hughes et. al., »Problems in Nuclear Engineering«, 1957, Vol. I, New York, S. 285 bis 291;

A. W. Kramer, »Boiling Water Reactors«, 1958, Reeding, V. S. Α., S. 24 bis 29.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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