Atomkernreaktoranlage Die Erfindung bezieht sich .auf eine Atomkernreaktoranlage
mit mindestens zwei Gruppen, entsprechend ihrer unterschiedlichen Wärmeentwicklung
strömungsmäßig zusammengefaßter Spaltstoffelemente, bei der jeweils eine Gruppe
der Spaltstoffelemente mit geringerer Wärmeentwicklung Wärmetransportmittel mit
höherer Eintrittstemperatur und höherer Austrittstemperatur führt als eine andere
Gruppe der Spaltstoffelemente mit größerer Wärmeentwicklung.Nuclear reactor plant The invention relates to an atomic nuclear reactor plant
with at least two groups, according to their different heat development
Fissile material elements combined in terms of flow, in each of which one group
the fissile material elements with lower heat generation with heat transport means
higher inlet temperature and higher outlet temperature than another
Group of fissile material elements with greater heat generation.
Es ist bekannt, daß die in heterogenen Kernreaktoren in den einzelnen
Brennelementen entwickelte Wärme unterschiedlich ist, daß insbesondere die Wärmeentwicklung
von der Mitte des Reaktorkerns zum Rand hin abnimmt. Um trotz dieser unterschiedlichen
Wärmeentwicklung einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, wurde bei bekannten Kernreaktoren
der Reaktorkern in verschiedene Zonen aufgeteilt, die von Kühlmittel verschiedener
Eingangs- und Ausgangstemperaturparallel oderhintereinander so durchflossen werden,
daß jeweils der Teil des Reaktorkerns mit Spaltstoffelementen geringerer Wärmeentwicklung
von einem Kühlmittel höherer Temperatur durchflossen wird als ein anderer Teil des
Reaktorkerns mit Spaltstoffelementen größerer Wärmeentwicklung. Bei diesen bekannten
Kernreaktoren wurde für jeden einzelnen der Kreisläufe eine besondere Umwälzvorrichtung
vorgesehen. Zum Einstellen der verschiedenen Temperaturen in den Kreisläufen sind
mehrere Wärmeaustauscher erforderlich. Dies bedingt einen erheblichen Aufwand und
eine relativ große Kompliziertheit der Anlagen, die deren Betriebssicherheit beeinträchtigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile durch geeignete vereinfachende
Zusammenführung der verschiedenen Kreisläufe und durch eine geeignete Anordnung
der Umwälzvorrichtungen zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß in den
Strömungsweg des Wärmetransportmittels ein Wärmeübertrager mit verschiedenen Anschlüssen
für das Wärmetransportmittel entsprechend dessen unterschiedlichen Temperaturen
angeordnet und in den Strömungsweg des Wärmetransportmittels werden zwischen den
verschiedenen Anschlüssen für den Eintritt in den Wärmeübertrager und den verschiedenen
Anschlüssen für den Austritt aus dem Wärmeübertrager Umwälzvorrichtungen für das
Wärmetransportmittel angeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, mit einer minimalen
Anzahl von Umwälzvorrichtungen, z. B. mit einem einzigen Umwälzgebläse, auszukommen.
Es wird die Wartung der Anlage vereinfacht und die Betriebssicherheit wegen der
verringerten Anzahl von Bauteilen erhöht, ohne daß dabei auf den Vorteil einer bestmöglichen
thermodynamischen Ausnutzung der im Reaktor frei werdenden Wärme verzichtet werden
muß.It is known that in heterogeneous nuclear reactors in the individual
Heat developed by fuel elements is different, that in particular the heat development
decreases from the center of the reactor core to the edge. To despite this different
Heat generation to achieve a good efficiency, was in known nuclear reactors
the reactor core is divided into different zones, which are different from coolant
Inlet and outlet temperature are flowed through parallel or one behind the other in such a way that
that in each case the part of the reactor core with fissile material elements with lower heat generation
is traversed by a higher temperature coolant than another part of the
Reactor core with fissile material elements with greater heat generation. With these well-known
Nuclear reactors have a special circulation device for each of the circuits
intended. To set the different temperatures in the circuits are
several heat exchangers required. This requires a considerable effort and
a relatively great complexity of the systems, which affects their operational safety.
The object of the present invention is to overcome these disadvantages by means of suitable simplifying
Merging of the various circuits and through a suitable arrangement
to eliminate the circulation devices. For this purpose, according to the invention in the
The flow path of the heat transport medium is a heat exchanger with various connections
for the heat transport medium according to its different temperatures
arranged and in the flow path of the heat transport medium between the
various connections for entry into the heat exchanger and the various
Connections for the outlet from the heat exchanger Circulation devices for the
Arranged heat transport. This makes it possible with a minimal
Number of circulating devices, e.g. B. get along with a single circulation fan.
The maintenance of the system is simplified and the operational safety because of the
reduced number of components increased without sacrificing the advantage of the best possible
thermodynamic utilization of the heat released in the reactor can be dispensed with
got to.
Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Atomkernreaktoranlage mit einem
Umwälzgebläse in den Kreisläufen des Reaktorkühlmittels, Fig. 2 eine Atomkernreaktoranlage
mit einem Ejektor als Umwälzvorrichtung, Fig.3 eine Atomkernreaktoranlage mit mehreren
Ejektoren.The invention is illustrated schematically with reference to some in the drawing
Embodiments explained. It shows Fig. 1 an atomic nuclear reactor plant with a
Circulating fan in the circuits of the reactor coolant, FIG. 2 an atomic nuclear reactor system
with an ejector as a circulation device, FIG. 3 an atomic nuclear reactor system with several
Ejectors.
In Fig. 1 ist ein Atomreaktor 1 mit in Gruppen a, b und c zusammengefaßten
Spaltstoffstäben versehen. Die Stäbe der Gruppe a befinden sich im Zentrum des Reaktorkerns,
d. h. einer Zone mit großer Wärmeentwicklung, die Stäbe c hingegen im Außenteil
des Reaktorkerns, also der Zone mit geringster Wärmeentwicklung. Die einzelnen Gruppen
sind an Rohrleitungen 40, 41, 42 angeschlossen, welche in einen Wärmeübertrager
43 führen. Im Wärmeübertrager 43 befindet sich eine Rohrschlange 44, an welche
die Rohrleitungen 40, 41, 42 nacheinander entsprechend der
Temperatur
des von ihnen geführten Wärmetransportmittels angeschlossen sind. Die Rohrschlange
44 mündet in eine Umwälzpumpe 45, aus welcher das Wärmetransportmittel in eine Rohrschlange
46 gelangt. Aus der Rohrschlange 46 führen wieder Rohrleitungen 47, 48, 49,
die in der Reihenfolge ihrer Aufzählung Wärmetransportmittel mit geringerer Temperatur
führen, zu den einzelnen Spaltstoffstäben c, b und a. Der Wärmeübertrager
wird sekundärseitig vom Arbeitsmittel durchströmt, welches durch eine Speisepumpe
50 in den Wärmeübertrager 43 gebracht wird, diesen nach seiner Verdampfung und überhitzung
durch eine Rohrleitung 51 verläßt und in eine Turbine 52 gelangt. Aus der Turbine
52 gelangt das Arbeitsmittel in einen Kondensator 53 und wird durch eine Kondensatpumpe
54 in einen Behälter 55 gefördert, aus dem es von. der Speisepumpe 50 entnommen
wird.In FIG. 1, an atomic reactor 1 is provided with fissile material rods combined in groups a, b and c. The rods of group a are located in the center of the reactor core, ie a zone with a large amount of heat, whereas the rods c are in the outer part of the reactor core, that is, the zone with the least amount of heat development. The individual groups are connected to pipes 40, 41, 42 which lead into a heat exchanger 43. In the heat exchanger 43 there is a pipe coil 44 to which the pipes 40, 41, 42 are connected one after the other in accordance with the temperature of the heat transport medium carried by them. The pipe coil 44 opens into a circulating pump 45, from which the heat transport medium passes into a pipe coil 46. Pipelines 47, 48, 49, which in the order in which they are listed, lead heat transport media at a lower temperature, lead again from the pipe coil 46 to the individual fissile material rods c, b and a. On the secondary side, the heat exchanger is traversed by the working medium, which is brought into the heat exchanger 43 by a feed pump 50, leaves the heat exchanger 43 after it has been vaporized and overheated through a pipeline 51 and arrives in a turbine 52. The working medium passes from the turbine 52 into a condenser 53 and is conveyed by a condensate pump 54 into a container 55, from which it is conveyed by. the feed pump 50 is taken.
Im Wärmeübertrager 43 befinden sich das Wärmeübertragungsmittel und
das Arbeitsmittel in Gegenströmung. Das Wärmeübertragungsmittel aus den einzelnen
Zonen des Reaktors wird seiner Temperatur entsprechenden verschiedenen Teilen der
durch die Rohrschlangen gebildeten Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers
zugeführt und aus diesem wieder mit der für die einzelnen Zonen des Reaktors erforderlichen
Temperatur entnommen. Die zentrale Zone des Reaktors erhält das Wärmeübertragungsmittel
mit niedrigster Temperatur und leitet es wieder mit niedrigster Temperatur in die
Rohrschlange 44 weiter. Den in der Außenzone des Reaktors befindlichen Spaltstoffstäben
c wird das Wärmetransportmittel mit höchster Temperatur zugeführt und aus diesem
wieder mit höchster Temperatur in die Rohrschlange 44 geleitet.The heat transfer medium and are located in the heat exchanger 43
the working medium in countercurrent. The heat transfer medium from the individual
Zones of the reactor will be different parts of the corresponding temperature
The heat transfer surface of the heat exchanger formed by the pipe coils
supplied and from this again with that required for the individual zones of the reactor
Temperature taken. The central zone of the reactor receives the heat transfer medium
with the lowest temperature and feeds it back into the at the lowest temperature
Pipe coil 44 further. The fissile material rods located in the outer zone of the reactor
c the heat transport medium with the highest temperature is fed in and out of this
again passed into the coil 44 at the highest temperature.
In der Fig. 2 ist eine der Anordnung nach Fig. 1 ähnliche Ausführung
gezeigt, bei der jedoch als Wärmetransportmittel und Arbeitsmittel das gleiche Mittel
dient. Das Arbeitsmittel gelangt durch eine Rohrleitung 60 in einen Wärmeübertrager
61 und aus diesem durch eine Rohrleitung 62 zu den Stäben a. Von dort gelangt das
Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 63 in einen Ejektor 64 und durch eine Rohrleitung
65 zu den Spaltstoffstäben c. Von den Spaltstoffstäben c führt eine Rohrleitung
66 das Arbeitsmittel zurArbeitsleistung in eine nichtdargestellteTurbine. Im Wärmeübertrager
61 sind zwei Rohrschlangen 67 und 68 angeordnet, von denen die Rohrschlange 67 Arbeitsmittel
aus den Druckrohren der Stäbe b durch eine Rohrleitung 70 erhält. Aus der Rohrschlange
67 wird das Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 71 der Saugstelle des Ejektors
64 zugeführt. Die Rohrschlange 68 ist durch eine Rohrleitung 72 an ein Staurohr
im Ejektor 64 angeschlossen und das Arbeitsmittel gelangt aus ihr durch eine Rohrleitung
73 zu der Gruppe b der Spaltstoffstäbe.In FIG. 2, an embodiment similar to the arrangement according to FIG. 1 is shown
shown, in which, however, the same means as heat transport medium and working medium
serves. The working medium passes through a pipe 60 into a heat exchanger
61 and from this through a pipeline 62 to the rods a. From there that comes
Working medium through a pipe 63 into an ejector 64 and through a pipe
65 to the fissile material rods c. A pipeline leads from the fissile material rods c
66 the work equipment for work performance in a turbine, not shown. In the heat exchanger
61 two pipe coils 67 and 68 are arranged, of which the pipe coil 67 is working means
from the pressure pipes of the rods b received through a pipeline 70. From the pipe snake
67 is the working medium through a pipe 71 of the suction point of the ejector
64 supplied. The coil 68 is connected to a pitot tube through a conduit 72
connected in the ejector 64 and the working fluid comes out of it through a pipeline
73 to group b of the fissile material rods.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 erfolgt im Wärmeübertrager 61 die Verdampfung
bei flüssigem, bzw. die Vorwärmung bei gasförmigem Arbeitsmittel. Darauf folgt eine
zweistufige Erhitzung des Arbeitsmittels in hintereinander geschalteten Druckrohren
der Gruppen a und c. Der durch die Rohrschlangen 67, 68 und die Druckrohre der Gruppe
b führende Kreislauf führt dabei dem Wärmeübertrager 61 Wärme zu.In the arrangement according to FIG. 2, the evaporation takes place in the heat exchanger 61
with liquid or preheating with gaseous working medium. This is followed by a
two-stage heating of the working medium in pressure pipes connected in series
of groups a and c. The one through the coils 67, 68 and the pressure pipes of the group
b leading circuit supplies the heat exchanger 61 with heat.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind im Reaktor 1 Spaltstoffstäbe vom
Zentrum nach außen in Gruppen a, b, c, d und e zusammengefaßt. Das Arbeitsmittel
gelangt durch eine Rohrleitung 80 in einen Wärmeübertrager 81 und aus diesem durch
eine Rohrleitung 82 in die Stäbe der Gruppe a. Aus den Stäben der Gruppe a gelangt
das Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 83 in eine Rohrschlange 84 im Wärmeübertrager
81 und aus dieser durch eine Rohrleitung 85 nacheinander zu den Spaltstoffstäben
d und e und durch eine Rohrleitung 86 zur nichtdargestellten Turbinenanlage. Von
der Rohrleitung 83 zweigt eine im Wärmeübertrager 81 zur Rohrschlange 84 parallele
Rohrschlange 87 ab, welche in eine Rohrleitung 88 mündet, die zu den Spaltstoffen
c führt. Von den Spaltstoffstäben c gelangt das Arbeitsmittel in eine Rohrleitung
90, aus dieser in eine Rohrschlange 91 und eine Rohrleitung 92, welche in einen
in der Rohrleitung 83 angeordneten Ejektor 93 mündet. Aus der Rohrleitung 85 wird
ein Teil des Arbeitsmittels durch eine Rohrleitung 94 entnommen, gelangt in eine
Rohrschlange 95, eine Rohrleitung 96, zu den Spaltstoffstäben der Gruppe b, eine
Rohrleitung 97 und durch eine Rohrschlange 98 zu einem in der Rohrleitung 85 befindlichen
Ejektor 100. Die Anordnung nach der Fig. 3 zeigt eine stufenförmige Hintereinanderschaltung
des die einzelnen Spaltstoffstabgruppen umströmenden Arbeitsmittels. Die Hauptströmung
durchfließt nacheinander die Druckrohre der Gruppen a, d und e mit zu den Randzonen
des Reaktors sich erhöhenden Temperaturen. Die Spaltstoffstabgruppen b und c dienen,
wie im vorigen Beispiel, zum Erhitzen des Arbeitsmittels der durch den Wärmeübertrager
führenden Kreisläufe.In the embodiment according to FIG. 3, in the reactor 1, fissile material rods are combined from the center to the outside in groups a, b, c, d and e. The working medium passes through a pipe 80 into a heat exchanger 81 and from there through a pipe 82 into the rods of group a. From the rods of group a, the working medium passes through a pipe 83 into a coil 84 in the heat exchanger 81 and from there through a pipe 85 one after the other to the fissile material rods d and e and through a pipe 86 to the turbine system (not shown). From the pipe 83 branches off a pipe coil 87 which is parallel to the pipe coil 84 in the heat exchanger 81 and which opens into a pipe 88 which leads to the fissile materials c. The working medium passes from the fissile material rods c into a pipeline 90, from there into a coil 91 and a pipeline 92 which opens into an ejector 93 arranged in the pipeline 83. Part of the working medium is removed from the pipeline 85 through a pipeline 94, reaches a pipe coil 95, a pipe 96, to the fissile material rods of group b, a pipe 97 and through a pipe coil 98 to an ejector 100 located in the pipe 85. The arrangement according to FIG. 3 shows a stepped connection in series of the working medium flowing around the individual groups of fissile material rods. The main flow successively flows through the pressure pipes of groups a, d and e at temperatures increasing towards the edge zones of the reactor. The fissile material rod groups b and c serve, as in the previous example, to heat the working medium of the circuits leading through the heat exchanger.