DE1544052B2 - Behaelter zur dampferzeugung und -abtrennung - Google Patents

Description

In einer vorteilhaften Weiterbildung kennzeichnet sich der Behälter zur Dampferzeugung und zum Trennen des Dampf-Flüssigkeitsgemisches auch noch dadurch, daß eine Mehrzahl annähernd senkrecht angeordneter Zyklonseparatoren· vorgesehen ist, die dicht nebeneinander im Einlauf des Fallrohrabschnittes angebracht sind, und daß am oberen Teil der Separatoranordnung Mittel zum Schließen der Zwischenräume zwischen den einzelnen Zyklonseparatoren, sowie eine sich zwischen dem Steigrohrabschnitt und dem Fallrohrabschnitt erstreckende, sich dicht an den unteren Teil der Zyklonseparatoren anschließende Trennwand vorgesehen ist.

Auch ist es von Bedeutung, daß die Einlaßöffnung mindestens eines Zyklonseparators waagerecht durch den Wandteil eines Nachbarseparators und eine diesem Wandteil entgegenstehende, im wesentlichen ebene Platte begrenzt ist, die sich bis zum mittleren Teil des Zyklonseparators erstreckt.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse ergeben sich auch, wenn mindestens ein Zyklonseparator schräg angeordnet und dessen oberes Ende gegen den Steigrohrabschnitt gerichtet ist.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann auch wenigstens ein Zyklonseparator um eine waagerechte, sich im wesentlichen parallel zur Trennwand erstreckende Achse drehbar angeordnet sein.

Zufolge der erfindungsgernäßen Ausgestaltung des Behälters läßt sich die Dampf abtrennung erheblich erhöhen, und zwar liegt sie merklich höher als bei einer entsprechenden Hintereinanderschaltung von erzwungener und natürlicher Abtrennung. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform ein Flüssigkeit-Dampf-Gemisch durch das Steigrohr durch natürliche oder intensivierte natürliche Umlaufbewegung fließt, muß die Flüssigkeit im weiteren Verlauf am oberen Ende des Steigrohres in die Separatoren eintreten. Die Dampfblasen können entweder vor Eintritt in die Separatoren nach oben aus der Flüssigkeit entweichen oder sie können mit der Flüssigkeit in die Separatoren hineingerissen werden und von diesen durch erzwungene Abtrennung in den Dampfraum freigegeben werden.

Die hier verwendeten Zyklonseparatoren können in an sich bekannter Weise von röhrenförmigem Aufbau sein, wobei sie einen Einlaß am oberen Ende für die tangentiale Einbringung des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches und einen Auslaß im Bodenbereich für die Flüssigkeit sowie einen mittleren oberen Auslaß für den Dampf besitzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf die Abtrennung von Dampf oder Gas aus einer Flüssigkeit anwendbar, wobei es sich bei dem Dampf sowohl um Wasserdampf als auch um ein beliebiges anderes Gas handeln kann. Als Behälter lassen sich sowohl herkömmliche Boiler als auch verschiedene andere Tanks, wie sie aus der chemischen Industrie bekannt sind, verwenden.

Bei der Anwendung des vorliegenden Behälters in Verbindung mit Kernreaktoren hat sich gezeigt, daß die üblicherweise im Fallrohr mitgerissene Dampfmenge beträchtlich verringert werden kann, wodurch wiederum die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Behälter selbst sich ohne Gefahr erhöhen läßt, da nicht mehr — wie bisher — im Fallrohr verbleibender Dampf gegen die nach oben gerichtete Bewegung im Steigrohr wirkt, d. h., daß sich der Flüssigkeitskreislauf erheblich besser als bisher stabilisieren läßt.

Für Kernreaktoranlagen, die in Verbindung mit der Schiffahrt Verwendung finden, ist noch von erheblicher Bedeutung, daß sich auch die Größe des Reaktortanks bei gleicher Leistung verringern läßt.
Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten Behälters zur Dampferzeugung und Trennung des Dampf-Flüssigkeit-Gemisches, und es bedeutet

ίο Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Behälter,

F i g. 2 einen waagerechten Schnitt längs der Linie A-A nachFig. 1,

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt entsprechend F i g. 1 durch eine weitere Ausführungsform eines Behälters,

Fig.4 einen senkrechten, gebrochenen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform,
F i g. 5 eine gebrochene Draufsicht, die der Ausführung nach F i g. 4 entspricht und

F i g. 6 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter in Anwendung für einen Kernreaktor.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, ist der Behälter mit einer Wärmequelle 2, einem Auslaß 3 und einem Einlaß 4 versehen, der den Dampfraum 5 und den Flüssigkeitsraum 6 des Behälters 1 mit einem Wärmeaustauscher verbindet. Eine den Flüssigkeitsraum 6 füllende Flüssigkeit wird bei Erwärmung mit- tels einer Wärmequelle 2 auf den Siedepunkt in natürlicher Weise umlaufen, wie durch Pfeile in F i g. 1 wiedergegeben. Der erzeugte Dampf wird von der Flüssigkeit im Dampfraum 5 über der Flüssigkeitsoberfläche 8 im wesentlichen durch Überführung von Dampfblasen 9 größeren Durchmessers abgetrennt, während einige der Dampfblasen 10 mit kleinerem Durchmesser durch die umlaufende Flüssigkeit in den Fallrohrabschnitt 11 des Kreislaufes eintreten, wo sie einer erzwungenen Abtrennung von der Flüssigkeit unterworfen werden.

Wie in den F i g. 1,2 und 3 gezeigt, ist eine Trennwand 13 zwischen dem Steigrohrabschnitt 12 und dem Fallrohrabschnitt 11 vorgesehen, und in dem oberen Teil des Fallrohrabschnittes und über der Trennwand 13 ist ein Zyklonseparator 14 angeordnet. An Stelle eines einzelnen Separators kann auch eine Mehrzahl derartiger Separatoren vorgesehen werden. Jeder Separator liegt vollständig in der Flüssigkeit 6, wobei der mittlere Abschnitt desselben mit dem Dampfraum 5 über der Flüssigkeitsoberfläche 8 über ein Rohr 15 in Verbindung steht.

Die Einlaßöffnung 16 zu dem Zyklonseparator 14 weist rechtwinklige Form auf, besitzt eine Höhe h und eine Breite b und ist unmittelbar über der Einlaßöffnung des Fallrohrabschnittes 11 angeordnet, d. h. über der oberen Seite der Trennwand 13. Sobald das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch in die Einlaßöffnung 16 eintritt, wird dasselbe in an sich bekannter Weise gezwungen, den spiralförmig ausgeführten Wänden des Separatorrohrs zu folgen, wodurch es einem Feld beschleunigender Kräfte ausgesetzt ist, die von der mittleren Achse des Rohres radial nach außen gegen den Umfang gerichtet sind. Hierdurch wird die Flüssigkeit radial nach außen gedrückt, so daß die Dampfblasen längs der Mittellinie des Rohres zurückbleiben. Zusätzlich zu der Beschleunigungskraft wird das Gemisch der Schwerkrafteinwirkung unterworfen, so daß die Dampfblasen durch das Rohr 15

5 6

in den Dampfraum aufsteigen, während die Flüssig- paratoren vorgesehen werden, und zwar einer hinter

keit durch den Fallrohrabschnitt 11 nach unten ge- dem anderen in der Fließrichtung der Flüssigkeit, und

führt wird. dergestalt, daß die Separatoren in jeder Reihe eine

Das Umlaufen der Flüssigkeit kann natürlich sein, Stufe höher als diejenigen der vorangehenden Reihe d. h. durch den Aufheizvorgang über die Wärme- 5 angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist in den quelle 2 bedingt werden, oder der natürliche Umlauf F i g. 4 und 5 gezeigt. Die das obere Ende der Sepakann durch zusätzliche Anordnungen gefördert wer- ratoren jeder Reihe schließende Platte 20 erstreckt den. Die Zyklonseparatoren können so angeordnet sich in Richtung auf die Separatorrohre der folgensein, daß sie benachbart zueinander liegen (siehe den Reihe und ist auf die Form derselben dergestalt F i g. 2), und die Einlaßöffnung 16 jedes Zyklonsepa- io angepaßt, daß die Räume zwischen den Separatoren rators 14 kann in zweckmäßiger Weise durch die geschlossen sind, so daß Flüssigkeit nicht an den Zy-Wand 17 eines benachbarten Zyklonseparators und klonseparatoren 14 vorbei in den Fallrohrabschnitt ein Leitblech 18 begrenzt sein, das sich von der 11 fließen kann, ohne daß sie der erzwungenen Ab-Trennwand 13 aus in Richtung auf das mittlere Teil trennung unterworfen wird.

des Zyklonseparators 14 erstreckt und in einem ge- 15 Nach F i g. 6 ist ein Kernreaktortank 21 mit einem krümmten Abschnitt 19 endet. Das obere Ende der Auslaß 22 des Dampfraums 23 zu einem Wärmeaus-Zyklonseparatoren ist durch eine Platte 20 (F i g. 1) tauscher 24 und Einlaß 25 für das zurückgeführte verschlossen, so daß die Gesamtmenge der umlaufen- Kondensat zu dem Flüssigkeitsraum 26 in dem Beden Flüssigkeit gezwungen wird, in die Einlaßöffnun- hältertank versehen. Der Reaktorkern 27 ist von gen 16 einzutreten. 20 einer Wand 28 umgeben, die das Steigrohr 29 des

Der Durchmesser der Separatorrohre hängt von Behältertanks von dem Fallrohrabschnitt 30 trennt,

der der Dampfabtrennung zu unterwerfenden Flüs- Um das obere Teil der Wand 28 herum und über

sigkeit und dem Druck, der Temperatur und der Um- derselben ist eine Anzahl Separatoren 31 angeordnet,

laufgeschwindigkeit ab. Der Fließquerschnitt der die in kreisförmigen, parallelen Reihen liegen. Jeder

Einlaßöffnung und die Anzahl der Separatorrohre 25 Separator 31 ist mit einem mittleren Rohr 32 verse-

hängt von dem Verhältnis der Volumina von Dampf hen, das sich in den Dampfraum 23 erstreckt,

zu Flüssigkeit und von der Umlaufgeschwindigkeit Zwecks deutlicherer Darstellung ist in F i g. 6 nur

ab. eine kleine Anzahl Separatoren gezeigt. In dem

Wie in der Fig. 3 gezeigt, können die Zyklonsepa- Dampf raum 23 ist ebenfalls ein herkömmlicher se-

ratoren 14 in geneigter Lage angeordnet sein. Der 30 kundärer Dampfseparator 33 für die abschließende

Winkel hängt vom Radius der Separatorrohre und Dampfabtrennung vor dem Überführen des Dampfes

den in dem Kreislauf vorherrschenden Bedingungen durch den Auslaß 22 zu dem Wärmeverbraucher 24

ab. Wenn somit die Umlaufbedingungen abgeändert vorgesehen.

werden, kann es sich als zweckmäßig erweisen, Zy- Während des Betriebes des Reaktors wird die

klonseparatoren anzuwenden, die um eine waage- 35 Kühlmittel- und/oder Moderatorflüssigkeit auf

rechte Achse gedreht werden können, so daß der Grund der Erwärmung durch den Reaktorkern 27

Neigungswinkel in Abhängigkeit von den Umlaufbe- nach oben durch das Steigrohr 29 fließen, über die

dingungen verändert werden kann. obere Seite der Wand 28 treten und nach unten

Wenn der erforderliche Fließquerschnitt der Einlaß- durch die Separatoren 31 und das Fallrohr 30 zu

öffnungen 16 eine Höhe h erforderlich macht, die 4° dem Kern umlaufen. Der in dem Kern erzeugte

so groß ist, daß das Arbeiten der Separatoren nach- Dampf wird von der Flüssigkeit teilweise durch na-

teilig beeinflußt wird, kann diese dadurch verringert türliche Abtrennung und teilweise durch erzwungene

werden, daß mehrere parallele Reihen an Zyklonse- Abtrennung abgetrennt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Das in diesem bekannten, liegend angeordneten Patentansprüche: Behälter eingebrachte Wasser wird zunächst vollständig über eine Wirbelkammer gegeben, wobei durch

1. Behälter zur Dampferzeugung und zum die auftretenden Zentrifugalkräfte ein erzwungenes Trennen des Dampf-Flüssigkeit-Gemisches mit 5 Ausbringen des Luft- oder Wasserdampf anteils beWärmequelle, Wärmeaustauscher und Leitvor- wirkt wird, während nachfolgend die im Behälter richtungen im Flüssigkeitsraum, durch die ein weitgehend ruhende Flüssigkeit auf natürlichem Steigrohrabschnitt und ein Fallrohrabschnitt aus- Wege weiter entgasen kann. Für die erzwungene Abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, trennung muß das Abtrennsystem eine verhältnismädaß im oberen Teil des Fallrohrabschnittes (11) io ßig große Leistungsfähigkeit aufweisen, und es ist ein wenigstens ein an sich bekannter Zyklonsepara- relativ großer Druckverlust in dem Flüssigkeitskreistor (14) vorgesehen ist, dessen Einlaßöffnung lauf, bedingt durch das Vorhandensein eines Separa-(16) direkt an der Überlauf stelle zwischen Steig- tors, zwangläufig zu erwarten.

rohrabschnitt (12) und Fallrohrabschnitt (11) Weiter ist ein Gas-Flüssigkeits-Trennbehälter be-

und unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (8) 15 kannt, dem bei liegender Anordnung stirnseitig das

liegt, und dessen mittleres Teil mit dem Dampf- Gas-Flüssigkeits-Gemisch eingegeben wird, um di-

raum (5) über ein Rohr (15) in Verbindung steht. rekt einem Zyklonseparator zugeführt zu werden, aus

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dem es vorgetrennt in den unteren und oberen Bezeichnet, daß eine Mehrzahl annähernd senkrecht reich des Behälters austretend über eine Trennwand angeordneter Zyklonseparatoren (14) vorgesehen 20 hinweg frei durch den Behälter hindurchfließen ist, die dicht nebeneinander im Einlauf des Fall- kann. An· dem, dem Zyklonseparator entgegengesetzt rohrabschnittes (11) angebracht sind, und daß am liegenden Ende des zylindrischen Behälters wird das oberen Teil der Separatoranordnung Mittel zum Gas dann kopfseitig und die Flüssigkeit durch eine Schließen der Zwischenräume zwischen den ein- Bodenöffnung entnommen (USA.-Patentschrift zelnen Zyklonseparatoren, sowie eine sich zwi- 25 2 610 697).

sehen dem Steigrohrabschnitt (12) und dem Fall- Schließlich ist noch ein Behälter der eingangs ge-

rohrabschnitt (11) erstreckende, sich dicht an den nannten Art für einen Siedewasser-Kernreaktor in

unteren Teil der Zyklonseparatoren (14) an- Vorschlag gebracht worden (deutsche Patentschrift

schließende Trennwand (13) vorgesehen ist. 1208 833). Hier erfolgt die Ausbringung der Dampf-

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 blasen aus der Flüssigkeit im Steigrohrabschnitt zeichnet, daß die Einlaßöffnung (16) mindestens durch natürliche Abtrennung. Um den Dampfblasen eines Zyklonseparators (14) waagerecht durch hierfür möglichst ausreichend Zeit zu geben, sind den Wandteil eines Nachbarseparators (14) und eine Vielzahl von Umlenkblechen vorgesehen, durch eine diesem Wandteil entgegenstehende, im we- die Wirbel innerhalb der steigenden Flüssigkeit aussentlichen ebene Platte (20) begrenzt ist, die sich 35 gebildet werden. Abgesehen davon, daß es eine derbis zum mittleren Teil des Zyklonseparators (14) artige Anordnung nur bei sehr langsam umlaufenden erstreckt. Flüssigkeitsströmen erfolgreich Anwendung finden

4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kann, geht bekanntlich durch Wirbelbildung innerzeichnet, daß mindestens ein Zyklonseparator halb von Flüssigkeiten erhebliche Strömungsenergie (14) schräg angeordnet und dessen oberes Ende 40 verloren, was daher Druckverluste zwangläufig begegen den Steigrohrabschnitt (12) gerichtet ist. dingen muß.

5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Andererseits wird in einem Flüssigkeitskreislauf zeichnet, daß wenigstens ein Zyklonseparator mit ausschließlich natürlicher Dampfabtrennung ein (14) um seine waagerechte, sich im wesentlichen großer Teil des nicht abgetrennten Dampfes durch parallel zur Trennwand (13) erstreckende Achse 45 die Flüssigkeit in das Fallrohr des Kreislaufes mitgedrehbar angeordnet ist. rissen. In Abhängigkeit von der Temperatur und den

Umlaufbedingungen wird ein Teil dieses Dampfes durch die Flüssigkeit bei ihrem Umlauf mitgenommen, während der größte Teil des Dampfes in dem 50 Fallrohr verbleibend den Flüssigkeitsumlauf behindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Dampf- diesen Mangel, der bei der ausschließlichen Anwenerzeugung und zum Trennen des Dampf-Flüssig- dung der natürlichen Dampfabtrennung auftritt und keit-Gemisches mit Wärmequelle, Wärmeaustauscher 55 den Nachteil, der bei der Hintereinanderschaltung und Leitvorrichtungen im Flüssigkeitsraum, durch einer erzwungenen und natürlichen Dampf-Flüssigdie ein Steigrohrabschnitt und ein Fallrohrabschnitt keitstrennung in den erheblichen Energieverlusten ausgebildet ist. durch den Druckabfall bedingt ist, durch eine Art

Derartige Behälter finden insbesondere für das paralleler Anwendung von natürlicher und erzwun-Abtrennen von Dampf von einer Kühl- und/oder 60 gener Abtrennung zu vermeiden.
Moderatorflüssigkeit, die durch ein Steigrohr und ein Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

Fallrohr in einem Kernreaktor umläuft, Anwendung. dadurch erreicht, daß im oberen Teil des Fallrohrab-

Ganz allgemein ist es für die Gas-Flüssigkeitstren- schnittes wenigstens ein an sich bekannter Zyklonse- | nung in einem Behälter bekannt, daß die Flüssigkeit parator vorgesehen ist, dessen Einlaßöffnung direkt j

neben einer Abtrennung der natürlich, d.h. ohne 65 an der Überlaufstelle zwischen Steigrohrabschnitt Zwangskräfte austretenden Gasblasen auch einer er- und Fallrohrabschnitt und unterhalb der Flüssigzwungenen Abtrennung derselben unterworfen wer- keitsoberfläche liegt und dessen mittleres Teil mit den kann (USA.-Patentschrift 2 891 632). dem Dampfraum über ein Rohr in Verbindung steht.