DE1489082C - Siedewasserleistungskernreaktor mit Zyklonabscheidern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Siedewasserleistungskernreaktor mit vertikal angeordneten Zyklon-Abscheidern, die innerhalb des den Reaktorkern aufnehmenden Druckgefäßes an einem oberhalb des Kernes gebildeten, durch eine Kernabdeckung begrenzten Gemischraum angeschlossen sind und zur Abscheidung des Dampfes aus dem im Reaktorkern erzeugten wasserreichen Dampf- und Wassergemisch dienen, indem das Gemisch dem Separationsraum der einzelnen Zyklone zugeführt wird, die beiden Phasen in dem Separationsraum mittels eines Zentrifugalfeldes getrennt werden, der Dampf in einem Dampfentnahmerohr nach oben und das Wasser aus einem sich unten an den Separationsraum anschließenden Wasserabströmteil abströmt.

In einem Siedewasserleistungskernreaktor wird im Kern, der innerhalb eines Druckgefäßes angeordnet ist, ein wasserreiches Dampf-Flüssigkeitsgemisch erzeugt. Bei kleinen Leistungsreaktoren, die mit Natur-

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umlauf des Kühlmittels arbeiten (z. B. VAK), Funktion als Dampfabscheider und nicht als Wasserkommt man noch ohne Wasser-Dampftrennvorrich- abscheider wie im bekannten Fall im Vordergrund, tungen aus, da dort die Strömungsgeschwindigkeiten ' Die bekannten Anordnungen können daher, wenn des Gemisches so gering sind, daß die natürliche überhaupt, die Wasserabströmprobleme nur bewälti-Schwerkraft zur Phasentrennung ausreicht. Bei grö- 5 gen, wenn der Gemischdurchsatz, d. h. die Leistung ßeren Siedewasserleistungskernreaktoren, die mit pro Zyklon und damit die des Reaktors relativ gering Zwangsumlauf des Kühlmittels arbeiten, ist-jedoch ist. Wegen des hohen Wasserahteiles im Gemisch eine unterstützende Trennung notwendig. . neigt nämlich dieser Zyklon zu Verstopfungserschei-Es ist bekannt, zu diesem Zweck Dampf abschei- nungen und hohem .Druckverlust, zumal dem Gedetrommeln außerhalb des Druckgefäßes vorzusehen ι ο misch neben der Drehbewegung auch eine Abwärts-(Kernkraftwerk Dresden I). Eine solche Lösung ist strömung aufgezwungen werden muß; um den grojedoch außerordentlich aufwendig. Aus diesem ßen Wasseranteil schnell durch den Abscheider hin-G runde ist man bestrebt, die Trennvorrichtungen in- durchzuführen. Eine gewisse Anpassung des bekannnerhalb des Druckgefäßes anzuordnen. ten Zyklons an die Gegebenheiten des Siedewasserre-Es ist bereits ein Siedewasserreaktor bekannt 15 aktors könnte zwar möglicherweise durch eine Ver-(Band IV der Buchreihe »Directory of Nuclear . größerung der Abmessung des Zyklons erfolgen, je-Reaktors«, Wien 1962, S. 117, »Pathfinder«), bei doch sind dieser Vergrößerung bei der Anordnung dem im Rückströmraum zwischen Kern und Druck- der Zyklone im Druckgefäß schnell Grenzen gesetzt, gefäß Trennvorrichtungen vom Fall-Zyklon- weil sich das Druckgefäß zu sehr vergrößern und da-Abscheidertyp angeordnet sind. Der Rückström- 20 mit verteuern würde. Das Druckgefäß ist im bekannraum ist dabei unten um die Zyklone herum ver- ten Fall ohnehin relativ hoch, weil die Zyklone zur schlossen, während der .Gemischraum oberhalb des Einhaltung der hydrostatischen Bedingungen weit ■ Kernes offen ist. Es liegt hier eine Kombination von aus dem Wasser ragen und der Wasserspiegel im ■ Natur- und Zwangsabscheidung vor, da etwa 2/3 des Druckgefäß an sich zu Notkühlzwecken relativ hoch Dampfes durch Naturabscheidung direkt in den 25 seinsoll.

Dampfraum des Druckgefäßes abströmt, während Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Rest mit dem gesamten Wasser den Zyklonen zu- einem Siedewasserleistungsreaktor mit gemäß der zugeführt wird. Bei dieser bekannten Schaltung der Zy- letzt genannten Art vertikal angeordneten Zyklonen klone ist der maximale Durchsatz der Zyklone vom diese so auszubilden, daß sie den spezifischen Ge-Wasserstand begrenzt und kann somit nicht durch 30 mischbedingungen beim Siedewasserreaktor Rechstärkere Umwälzpumpen gesteigert werden; ferner nung tragen, d. h., daß auch bei Siedewasserleistungsneigt der Kühlmittelumlauf leicht zu Instabilitäten. reaktoren der heute üblichen großen Leistungsklasse Es sind weiterhin Siedewasserleistungskernreakto- unter Einhaltung von vertretbaren Abmessungen und ren mit vertikal angeordneten Zyklon-Abscheidern bei möglichst geringem Druckverlust die Phasen des bekannt, die innerhalb des den Reaktorkern aufneh- 35 Gemisches so getrennt werden, daß die abströmende menden Druckgefäßes an einem oberhalb des Kernes (überwiegende) flüssige Phase möglichst blasenfrei gebildeten, durch eine Kernabdeckung begrenzten ist. \ ■

Gemischraum angeschlossen sind und zur Abschei- Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten dung des Dampfes aus dem im Reaktorkern erzeug- Siedewasserleistungskernreaktor dadurch gelöst, daß ten wasserreichen Dampf und Wassergemisch dienen, 4° erfindungsgemäß das Gemisch dem Separationsraum indem das Gemisch dem Separationsraum der einzel- im Inneren der Zyklone in an sich bekannter Weise nen Zyklone zugeführt wird, die beiden Phasen in axial von oben zuströmt, daß am Austrittsende des dem Separationsraum mittels eines Zentrifugalfeldes Wasserabströmteiles Drosseleinrichtungen angegetrennt werden, der Dampf in einem Dampfentneh- bracht sind und daß die Zyklone in ebenfalls an'sieh' merohr nach oben und das Wasser aus einem sich 45 bekannter Weise derart unterhalb des Wasserspiegels unten an den Separationsraum anschließenden Was- angeordnet sind, daß nur die Dampfentnahmerrohre serabströmteil abströmt. Bei einer der bezüglichen über den Wasserspiegel hinausragen, dessen Höhe Anordnungen nach der deutschen Auslegeschrift auf die Dimensionierung der Drosseleinrichtungen 1031 899 sind dabei die Zyklone oberhalb der Kern- abgestimmt ist. '

abdeckung angeordnet und über Steigröhre an den 5° Bei dem Zyklon nach der Erfindung erfolgt also Gemischraum angeschlossen, während bei einer an- die Separation bei axialer Zuströmung zum Separaderen diesbezüglichen Anordnung nach der deut- tionsraum im Innern des Zyklons im fallenden Strom sehen Patentschrift 1039 147 die Zyklone seitlich an (Fallzyklon). Die Dampfphase wird nach der Trenden Gemischraum angeschlossen sind. nung mit Unterstützung des erhöhten Innendruckes In beiden bekannten Fällen werden jedoch die aus 55 auf Grund des höheren Außenwasserstandes und der derkonventionellenKesseltechnikzurDampftrocknung Drosselung um 180° nach oben umgelenkt; während — also bei wasserarmen Gemischen zum Abscheiden die Wasserphase direkt nach unten abströmt. Experider noch geringen Restfeuchtigkeit (Wasserabschei- mentelle und theoretische Untersuchungen haben erder) ^:— bekannten Zyklone verwendet. Das Gemisch geben, daß ein derartiger Zyklon bei Leistungsreakströmt dabei horizontal in den Separationsraum der 60 toren in einem weiten Lastbereich gute Separations-Zyklone ein. Die Zyklone tauchen nur etwas in das eigenschaften bei geringem Druckverlust hat und Wasser im Reaktor ein. Ein derartiger Zyklon ist im relativ klein gebaut werden kann. Grunde genommen zur Anwendung bei einem Siede- Es ist an sich bei Zyklonen nach Art von Steigzyklowasserkernreaktor höchst ungeeignet, weil in einem nen bekannt (französische Patentschrift 1262780), solchen Reaktor die Gemischverhältnisse umgekehrt 65 die Zyklone derart unterhalb des Wasserspiegels ansind; hier überwiegt die Wasserphase, wobei aus dem zuordnen, daß nur die Dampfentnahmerohre über Gemisch der relativ geringe Dampf an teil möglichst den Wasserspiegel hinausragen. Steigzyklone sind jevollständig entfernt werden muß, d. h. hier steht die doch völlig anders konzipiert als die Fallzyklone, da

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sie das Gemisch im aufsteigenden Gemischstrom tangential herausgeschält und der Drall der Strö-

trennem Sie haben den Nachteil, daß es praktisch mung in dem kegeligen Rohr nach unten hin infolge

große Schwierigkeiten bereitet, den einmal separierten des abnehmenden Radius verstärkt wird.

Dampf durch die Dampfentnahmerohre und nicht mit Nach einer Unterbildung der Erfindung ist ober-

dem separierten Wasser abströmen zu lassen. 5 halb des Reaktorkerns eine abnehmbare Kernabdek-

Es ist auch an sich bekannt (Directory of Nuclear kung vorhanden, in der zur strömungsgünstigen Ein-

Reactors, Bd. 4, 1962, S. 129 — BONUS-Reactor), führung des Zweiphasen-Gemisches in die Zyklone

daß bei einem Dampf-Wasser-Separationsgefäß das Leitbleche angeordnet sind. Hierbei ist die Abdek-

Gemisch axial von oben zuströmt. Im bekannten Fall kung derart aufklappbar ausgestaltet, daß die unter

handelt es sich jedoch nicht um einen Zyklon-Ab- io der Abdeckung befindlichen Teile leicht zugänglich

scheider (Dampfabscheider), sondern um einen Prall- sind. Es ist durch die USA.-Patentschrift 3 052615

abscheider zur Dampftrocknung (Wasserabscheider). an sich bekannt, die Abdeckung des Reaktorkernes

Es ist zweckmäßig, die Zyklone im Druckgefäß abnehmbar anzuordnen. ·'■. - \''.■■'
derart unterzubringen, daß der Zugang zu den Zur Entlastung der Zyklone können ferner in der Brennelementen im Kern erleichtert wird, so daß 15 Abdeckung Öffnungen zum Dampf- oder Dampfbeim Brennelementwechselvorgang die Zyklonab-. Flüssigkeitsgemisch-Durchtritt vorhanden sein. In scheider nicht ausgebaut werden müssen. Außerdem vorteilhafter Weise ist die Abdeckung .kegelartig auskann das Druckgefäß des Reaktors kürzer gebaut gebildet, wobei die Kegelspitze dem Reaktorkern zuwerden. Dies gelingt in an sich bekannter Weise da- gekehrt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Abdekdurch, daß die Zyklone ringförmig um den Reaktor- ao kung kegelartig auszubilden und mit der Kegelspitze kern in Kühlmittelrückströmraum angeordnet sind. nach oben gekehrt anzuordnen, so daß mit steigen-. Konstruktiv zweckmäßig ist es weiterhin, den Ein- dem Wasserspiegel unterhalb des Deckels nahezu lauf aller Zyklone zu einem gemeinsamen Ringraum kontinuierlich die Zahl der Dampfdurchtrittsöffnunderart zusammenzufassen, daß das Gemisch im we- gen in dem Maße verringert wird wie die Damp'fsentlichen axial von oben in die in den Boden des 25 durchtrittsmenge annimmt. Zur Anpassung an Reak-Ringraumes eingelassenen Zyklone eintritt. ' tor-Teillast-Betrieb sowie zur Kompensation von

Nach der Erfindung sind die Zyklone in ihren Auslegungsungenauigkeiten können die Dampf-bzw. Wandungen mit Öffnungen versehen, so daß die im Gemisch-Durchtrittslöeher in der abnehmbaren Ab-Innern der Zyklone durch Zentrifugalkräfte von deckung in ihrer Größe verstellbar sein. Die Dampf-Dampf getrennte Flüssigkeit jeweils radial nach 30 abführungsrohre sind nach oben hin diffusorartig eraußen abströmen kann. Die unteren Enden der Zy- weitert, so daß ein Teil der Geschwindigkeitsenergie klone sind nach unten konisch verjüngt, so daß die der Dampfströmung in Druckenergie umgesetzt wird, abströmende Flüssigkeit des einen Zyklons die des wodurch auch die Druckverhältnisse, in dem Zyklon anderen möglichst wenig behindert. Im Zentrum des vorteilhaft beeinflußt werden.

unteren Endes eines jeden Zyklons kann auch ein 35 Nach einer Weiterbildung der Erfindung können Stopfen angeordnet werden. Während der im Zen- die zylindrischen Gefäße auch neben- und untereintrum des Zyklons sich sammelnde Dampf durch den ander angeordnet sein, so daß alle Gefäße zusammen Stopfen nach oben umgelenkt wird, so daß er durch so miteinander verbunden" sind, daß sie um den die Dampfentnahmerohre abströmen kann, staut sich Reaktorkern einen einheitlichen großen, sich nach das auftretende Wasser infolge der verjüngenden 40 unten konisch verjüngenden Mantel bilden, auf desForm des Stopfens in Richtung Austritt auf. sen Innenseite die Öffnungen zum Gemischeintritt

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zwi- und auf dessen Außenseite die öffnungen zum Was^

sehen Stopfen, und .Zyklonwand diffusorartig ge- seraustritt und die Dampfentnahmerohre angeordnet

formte Umlenkbleche angeordnet, die, die aufstau- sind. Die Dampf entnahmerohre aller Zyklone mün-

ende Wirkung des zentralen Stopfens verstärken. 45 den in einen in den Kühlmittelrückströmraum hinab-

Durch diese Maßnahme werden in vorteilhafter reichenden Dampfsammeiraum. In vorteilhafter

Weise die Druckverhältnisse im Zyklon beeinflußt. Weise dient der aus den Zyklonen und/oder Dampf-

Die Geschwindigkeitsenergie der rotierenden flüssi- sammelraum gebildeten Mantel gleichzeitig als Ther-

gen Phase wird zu einem Teil in Druckenergie umge- moschild, um die Reaktorgefäß-Innenwand vor .der

setzt, und eine Nachverdampfung wird damit weitest- 5° Gamma- und Neutronenstrahlung des Reaktorkerns

gehend unterdrückt. zu schützen. Λ

In Weiterbildung der Erfindung sind im unteren Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Ende eines jeden Zyklons zylindrische Ringe mit ver- Fig. 1 bis 13 dargestellt. ... -- ; ,
schiedenem nach unten kleiner werdendem Durch- Wie Fig. 1 zeigt, befindet sich im Reaktordruckmesser derart ineinander geschachtelt, daß die Flüs- 55 gefäß 1 mit dem Druckgefäßdeckel 2 der Reaktorsigkeit aus dem Zyklon stufenweise axial so entnom- kern 3 mit einer umklappbaren Abdeckung, die aus men wird, daß der am oberen Rand der Ringe auf- einem Deckel mit den beiden Teilen 10 und 11, dem tretende Staudruck die Bewegung des Dampfes zum Scharnier 12 und den am Deckel fest angebrachten Zentrum des Zykloninnern hin unterstützt. Hierbei Einbauten 4, wie Kernniederhalte- und Notkühlgitist der unterste bzw. kleinste der zylindrischen Ringe 60 ter, bestehen. ■...,,.: ...■_':.'..,,< ; . , ,. ,!_: ., :. unten derart geschlossen, daß die Wirbelsenke der Fig.2 zeigt diese Abdeckung im aufgeklappten Drallströmung abgebaut wird, so daß der Dampf Zustand. Am äußeren Umfang der Abdeckung sind nicht nach unten aus dem Gefäß herausziehen kann. die Fallzyklone 5 nach der Erfindung angebracht In

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin- . die Zyklone strömt aus dem Kern 3 aufsteigendes

dung ist im unteren Ende eines jeden Zyklons ein 65 Dampf-Flüssigkeits-Gemisch zunächst tangential von

nach unten konisch verjüngtes Rohr mit einem verti- oben ein, so daß am Eingang des zylindrischen Teils,

kai angeordneten Längsspalt derart angeordnet, daß d. h. dem Separationsraum, eine Axialkomponente

die in dem kegeligen Rohr umlaufende Flüssigkeit des Gemisches vorhanden ist. Unten hat das Gefäß

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fünf öffnungen7 (Fig. 1) zum Austritt der Flüssig- Zweckmäßig sind am Kerndeckel 14 Leitbleche

keit in den Kühlmittelrückströmraum 6, während ein zur strömungsgünstigen Einführung des Gemisches in

Rohr 8 zur Dampfentnahme dient, um diesen Dampf die Zyklone angebracht.

über den Flüssigkeitsspiegel im Druckgefäß hinweg in Während die F i g. 1 bis 5 Zyklone mit tangentia-

den Dampfraum 9 zu führen. 5 lern Gemischeinlauf geneigt zur Horizontalen zeigen,

Im Deckel 10 und 11 der Kernabdeckung können ist in F i g. 8 und 9 eine Variation mit rein axialem

sich Bohrungen 13 befinden, um einen Teil des Ge- Einlauf dargestellt. Dieser ermöglicht kleinere abso-

misches an Zyklonen vorbeizuführen, so daß diese - lute Gemischgeschwindigkeiten und damit eine Her-

ehtlastet werden. Das vorbeigeführte Gemisch trennt absetzung der Druckverluste. Den für die Trennwir-

sich auf Grund natürlicher Schwerkraftabscheidung io kung erforderlichen Drall erzeugen in diesem Fall

(sogenannte Naturabscheidung), indem es den Raum die Leitschaufeln 20. Im ersten Fall (tangentiale Ein-

oberhalb der Kernabdeckung ausnutzt. strömung) wird bereits durch die tangentiale Kompo-

Zur Verbesserung der Funktionsweise dieser Boh- nente ein gewisser Drall erzeugt. Auch bei dieser rungen 13 bei der parallel verlaufenden Naturab- Ausführung strömt jedoch das Gemisch zu dem Sescheidung wird in Weiterbildung der Erfindung ein 15 parationsraum des Zyklons axial im Drallfeld. Ein Kerndeckel mit verstellbaren Durchtrittsöffnungen weiterer Vorteil der rein axialen- Einlaufvariation 30 angeordnet, wie in Fig. 11 dargestellt. Diese nach Fig. 8,9 ist es, daß die Zyklone in einem ring-Maßnahme bietet zwei Vorteile: Zunächst ist die förmigen Kasten 19 eingeschweißt werden und im Zuparallellaufende Naturabscheidung meist nur mit ge- sammenhang mit den Variationen gemäß wissen Unsicherheiten zu berechnen und die Ausle- 20 Fig.6,7,8,10 (axiale Flüssigkeitsabströmung) eine gung der Durchtrittsöffnungen entsprechend unsi- bessere Ausnutzung des Kühlmittelrückströmraumcher. Mit Hilfe, des vorgeschlagenen Kerndeckels querschnittes ermöglichen. Die genannten Vorteile kann die Drosselung nach Fertigstellung des Reak- ergeben sich schon bei der Ausführung gemäß tors leicht auf den gewünschten Wert eingestellt wer- Fig.8, der der SchniUAA in Fig.9 links entspricht: den. Und zweitens kann man sich mit dem hier vor- 25 Macht man die Abscheideranordnung mit vielen geschlagenen Deckel verschiedenen Teillastbetriebs- kleinen Zyklonen statt mit wenigen Zyklonen mit fällen gut anpassen, um optimale Betriebsverhält- großen Durchmessern (s.Fig. 9 rechte Hälfte), so nisse zu haben; letzteres ist vor allem dann wichtig, machen sich alle genannten Vorteile noch stärker bewenn die Leistungsregelung des Reaktors nicht mit merkbar, da die Rückströmraumquerschnittsfläche Regelstäben, sondern über nicht dargestellte Um- 3° noch besser ausgenutzt wird und die nötigen Zentrifuwälzpumpen erfolgt. Darüber hinaus eröffnet die ver- galkraftfelder in den Vorrichtungen mit um so kleinestellbare Drosselung die Möglichkeit, den Reaktor ren Tangentialgeschwindigkeiten erreicht werden mit zwei geregelten Flüssigkeitsständen zu betreiben; ' können, je kleiner der Radius der Zyklone ist.
statt eines Spiegelsc (s. Fig. 11) kann neben dem Diese Variationen der Zyklon-Abscheider nach füllstandsgeregelten Spiegele bei etwas höher an- 35 den Fig.6 bis 10 betreffen die Abströmung der geordnetem Kerndeckel auch unterhalb desselben ein Flüssigkeit aus dem Zyklon und schlagen Lösungen weiterer Flüssigkeitsspiegel b erhalten werden, indem vor, die Flüssigkeit so in den Fallraum abzuleiten, die Öffnungen 30 während des Betriebs entsprechend daß die Zyklone aneinanderliegend angeordnet werverstellt werden. Ein solcher Wasserspiegel b be- den können, ohne daß die Flüssigkeitsabströmung wirkt, daß fast alle Flüssigkeit durch die Trennvor- 40 der benachbarten Zyklone beeinträchtigt wird, wie es richtungen tritt, jedoch ein Großteil des Dampfes in der Ausführung gemäß Fig. 1 der Fall sein nicht durch die Trennvorrichtungen strömt, sondern könnte.

sich vorher durch Naturabscheidung abtrennt und In der Ausführung gemäß F i g. 6 sind die unteren

durch die öffnungen 30 nach oben in den Dampf- Enden der Zyklone konisch verjüngt, wobei der ra-

raum gelangt. Dadurch wird eine Verbesserung der 45 diale Flüssigkeitsaustritt beibehalten ist, die Flüssig-

Trennung sowie eine merkliche Senkung des Druck- keit aber axial abströmen kann.

Verlustes in den Zyklonen erreicht. In der Ausführung gemäß F i g. 3,7 und 7 a wird

Der Kerndeckel (s. Fig. 1.1) kann auch aus zwei dagegen ein axialer Flüssigkeitsaustritt bewirkt. Hier-

gegeneinander verdrehbaren Teilen bestehen; im un- bei besteht das Wasserabströmteil des Zyklons aus

teren Deckelteil 26 und im oberen Deckelteil 27 be- 50 einem Stopfen 15 und öffnungen 16. Die Bleche 17

stehen sektorartige öffnungen 30. Teil 26 ist fest auf der Halterung des Stopfens 15 sind derart gebogen,

Teil 19 aufgesetzt; Teil 27 ist mit Hilfe der Schwenk- daß sie in Verbindung mit den sich verjüngenden

vorrichtung 29 schwenkbar um die Mittelachse, und Stopfen 15 diffusorartige Austrittskanäle 16 bilden,

. zwar so weit, daß die öffnungen 30 ganz oder teil- in denen ein Teil der Geschwindigkeitsenergie umge-

weisc geöffnet oder völlig geschlossen sind; Teil 28 55 setzt und somit der eingangs in der Beschreibung er-

ist ein Ring, der das obere Deckelteil hindert, sich wähnte Effekt erreicht wird.

abzuheben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

Fig.3 zeigt eine Ausführung 14 des Kerndeckels, wird gemäß Fig. 8 eine axiale Flüssigkeitsabströ-

die gegenüber der in F i g. 1 und 2 den Vorteil einer mung vorgeschlagen, die nicht kinetische Energie in strömungsgünstigeren und besser versteiften Formge- 60 Druckenergie zurückverwandeln will, sondern durch

bung hat. Sie ist nach unten kegelartig ausgebildet. ineinandergeschachtelte zylindrische Ringe 22 die

' F i g. 5 zeigt für besonders große Reaktorleistun- Flüssigkeitsabströmung axial herausschält und dabei

gen eine günstige Anordnung der Zyklone, die ge- durch die Überdeckung der einzelnen Ringe vcrhin-

genüber der nach F i g. 4 den Vorteil hat, daß mehr dert, daß bei instabilen Betriebszuständen der Zyklone nebeneinander im Druckgefäß angeordnet 65 Dampf, der sich im Zentrum des Zyklons befindet

werden können, so daß deren spezifische Belastung, und eventuell noch bis zu den Ringen hinabreicht,

dadurch der Druckvcrliist und damit die Kosten des radial nach außen und in den Kühlmittelrückströrh-

KühlmiUelzwangsiimkuifs gesenkt v/erden. - raum gedrückt wird. Um zu vermeiden, daß eine

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eventuell noch vorhandene Wirbelsenke nach unten Je mehr Zyklone in ein Druckgefäß eingebaut

Dampf hindurchzieht, ist der innerste Ring unten ge- werden, um so geringer ist die spezifische Belastung

schlossen. ^: des einzelnen Zyklons. Dies führt zu einer vorteilhaf-

In der Ausführung gemäß Fig. 10 wird eine ten Senkung der Druckverluste und damit zur Erhö-

Trennvorrichtung mit einer axialen Flüssigkeitsab- 5 hung der Wirtschaftlichkeit. Aus diesem Grunde

strömung vorgeschlagen, die die Flüssigkeit tangen- wird vorgeschlagen, die Zyklone untereinander so

tial abschält. Dazu ist im unteren Eride des Zyklons5 anzuordnen, wie es Fig. 13 zeigt. Alle nebeneinan-

ein nach unten sich konisch verjüngendes Rohr 23 so der- und übereinanderliegenden Zyklone 34 sind fest

schräg eingesetzt, daß eine Mantellinie das Zyklon 5 miteinander verbunden und bilden einen großen Ke-

innen berührt. io gelstumpf. Auf der Innenseite befinden sich tangen-

Längs dieser Mantellinie befindet sich der Ent- tiäle Gemischeintrittsöffnungen 35, auf der anderen nahmeschlitz 24, der die Flüssigkeit tangential her- Seite der ebenfalls einseitig ausgebildeten Flüssigausschält. Im Raum unterhalb des Rohres 19 wird keitsaustrittsöffnungen 39. Die einzelnen Zyklone die Flüssigkeit dann nach unten in' die axiale Richr sind schräg gestellt, so daß sich der Gemischzuströmtung umgelenkt, was durch Leitbleche 25 (an den 15 querschnitt des Kühlmittelrückströmraumes 6 nach Schnitten AA und BB nicht mit eingezeichnet) noch unten hin in dem Maße verkleinert, wie er sich auf begünstigt werden kann. Zyklone mit dieser Wasser- der Flüssigkeitsabströmseite vergrößert, was beides abströmung sind in Fig. 11 in eingebautem Zustand zur Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse zu sehen. beiträgt. Die Dampfentnähmerohre 36 werden durch

Gemäß Fig. 8 wird ein weiteres Ausführungsbei- 20 die Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 39 des darüberlie-

spiel der Dampfentnahme aus dem Zyklon vorge- genden Zyklons heraus- und an die Öffnungen 37 in

schlagen. Das Entnahmerohr 21 ist nach oben diffu- dem ringförmigen Dampfsammeiraum 38 herange-

sorartig auf den Querschnitt des Zyklons erweitert, führt.

wodurch ein Teil des Dampfentnahmedruckverlustes Die gesamte Zyklon-Anordnung 34 bis 39 wird in

zurückgewonnen wird. «5 den Rückströmraum 6 zwischen Druckgefäßwand 1

Bezüglich der in Fig. 1,2 und 3 beschriebenen und Kern3 eingesetzt. Der Raum über dem Kern Deckelkonstruktion wird eine weitere Variante vor- wird mit einem Deckel 33 verschlossen, der in vergeschlagen (s.Fig. 12). Der Flüssigkeitsstandb stellt schiedener Weise ausgebildet sein kann, z.B. so wie sich dabei durch die schräge Anordnung der Bohrun- in F i g. 1,2,3, 11 oder 12.

gen 32 in dem sich nach oben konisch verjüngenden 30 Die zur Trennung eines siedenden Dampf-Deckel 31 selbst ein. Bei steigender Reaktorleistung Flüssigkeits-Gemisches innerhalb eines Kernreaktors steigt die Dampferzeugung des Kerns. Der dadurch . vorgeschlagenen Vorrichtungen können auch auf ansinkende Flüssigkeitsspiegel & gibt bei entsprechen- deren Gebieten der Technik und zur Trennung von der Dimensionierung der Bohrung 32 dann so viel Gas-Flüssigkeits-Gemischen angewendet werden, ins-Bohrungen frei, daß die Dampfbelastung der Zy- 35 besondere in der Verfahrenstechnik und im Dampfklone sich nicht verändert. " kesselwesen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Siedevvasserleistungskernreaktor mit vertikal angeordneten Zyklon-Abscheidern, die innerhalb des den Reaktorkern aufnehmenden Druckgefäßes an einem oberhalb des Kernes gebildeten, durch eine Kernabdeckung begrenzten Gemischraum angeschlossen sind und zur Abscheidung des Dampfes aus dem im Reaktorkern erzeugten wasserreichen Dampf- und Wassergemisch dienen, indem das Gemisch dem Separationsraum der einzelnen Zyklone zugeführt wird, die beiden Phasen in dem Separationsraum mittels eines Zentrifugalfeldes getrennt werden, der Dampf in einem Dampfentnahmerohr nach oben und das Wasser aus einem sich unten an den Separationsraum anschließenden Wasserabströmteil abströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch dem Separationsraum im Inneren der Zyklone (5, 34) in an sich bekannter Weise axial von oben zuströmt, daß am Austrittsende des Wasserabströmteiles Drosseleinrichtungen (7, 15, 16) angebracht sind und daß die Zyklone in ebenfalls an sich bekannter Weise derart unterhalb des Wasserspiegels angeordnet sind, daß nur die Dampfentnahmerohre (8) über den Wasserspiegel hinausragen, dessen Höhe auf die Dimensionierung der Drosseleinrichtungen abgestimmt ist.

2. Siedewasserleistungskernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklonabscheider (5, 34) in an sich bekannter Weise ringförmig um den Reaktorkern (3) im Kühlmittelrückströmraum (6) angeordnet sind.

3. Siedewasserleistungskernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzuführung zu den Eingängen der Zyklonabscheider (5, 34) axial über einen zum Gemischraum hin offenen, ihn umschließenden, in dem Kühlmittelrückströmraum (6) hineinragenden und allen Zyklonen (5) gemeinsamen Ringraum erfolgt, der mit einer aufklappbaren oder abnehmbaren Kernabdeckung (10, 11, 12) eine Einheit bildet.

4. Siedewasserleistungskernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem axial von oben strömenden Gemisch entweder durch Leitschaufeln (20) oder durch eine tangentiale Gemischzuführungskomponente ein Drall aufgezwungen ist.

5. Siedewasserleistungskernreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtungen aus den sich kegelstumpfartig verjüngenden Austrittsenden der Wasserabströmteile bestehen, die unten verschlossen und am Kegelmantel mit Öffnungen (7) versehen sind. ■ ·„■ ^

6. Siedewasserleistungskernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserabströmteil , eine zylindrische Form hat und am Austrittsende Drosseleinrichtungen (15, 16) besitzt, die das Zentrum des Abstromteiles abdecken.

. 7. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im Zentrum des unteren, offenen Endes des Zyklons (5) mit Abstand zur Wand des Zyklons ein nach oben hin offener Stopfen (15) angeordnet ist.

8. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stopfen (15) und der Wand des Abströmteiles diffusorartig geformte Umlenkbleche (17) angeordnet sind.

9. Siedewasserkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Ende eines jeden Zyklons (5) zylindrische Ringe (22) mit verschiedenem, nach unten kleiner werdendem Durchmesser teleskopar-

' tig ineinandergeschachtelt angeordnet sind.

10. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1 , oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kernabdeckung (26, 27) verstellbare Durchtrittsöffnungen (30) zum Dampf- oder Gemischdurchtritt vorhanden sind. .

11. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zyklone (5) spezielle Dampfabführungsrohre (21) angeschlossen sind, die nach oben hin diffusorartig erweitert sind.

12. Siedewasserkernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Ende eines jeden Zyklons ein nach unten verjüngtes Kegelrohr (23) mit einem vertikal angeordneten Entnahmeschlitz (24) angeordnet ist, der die in dem Kegelrohr (23) umlaufende Flüssigkeit tangential herausschält.

13. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklone (34) nebeneinander und untereinander gestapelt angeordnet sind, daß alle Zyklone (34) zusammen so miteinander verbunden sind, daß sie um den Reaktorkern einen einheitlichen, großen, sich nach unten konisch verjüngenden Mantel bilden, auf dessen Innenseite die Zuströmöffnungen (35) zum Gemischeintritt und auf dessen Außenseite die Öffnungen zum Wasseraustritt angeordnet sind, wobei die Dampfentnahmerohre aller Zyklone (34) in einen in den Kühlmittelrückströmraum (6) hinabreichenden Dampfsammeimantel (38) münden.