DE1119424B

DE1119424B - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE1119424B
Application number: DER20146A
Authority: DE
Inventors: Cecil Alastair Comyns-Carr
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1955-12-20
Filing date: 1956-12-06
Publication date: 1961-12-14
Also published as: GB800385A; FR1162094A; CH349998A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

R 20146 Vmc/21g

ANMELDETAG.· 6. DEZEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT; 14. DEZEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, bestehend aus einem Kernreaktor mit geschlossenem Kühlmittelkreislauf und einem durch die aus dem Reaktorkühlmittel entnommene Wärme beheizten Wasserverdampfer, welche beide in einem gemeinsamen und geschlossenen Gehäuse angeordnet sind.

Dampferzeuger dieser Art sind bekannt. Bei diesen tauchen die Wärmeaustauschrohre des Verdampfers in den Kühlmittelkreislauf ein. Das Gehäuse ist nicht unterteilt.

Der erfindungsgemäße Dampferzeuger ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch eine Zwischenwand in zwei Kammern geteilt ist, daß die eine Kammer den Kernreaktor aufnimmt und die zweite Kammer das zu verdampfende Wasser und ein zu dem Reaktorkühlmittelkreislauf gehörendes Rohrbündel enthält. Während bei dem bekannten Dampferzeuger das gesamte Gehäuse dem hohen Druck des Reaktorkühlmittels ausgesetzt ist, herrscht in dem vorliegenden Dampferzeuger dieser hohe Druck nur innerhalb der Reaktorkammer und in den von dem Kühlmittel durchflossenen Wärmeaustauschrohren.

Außerdem liegen bei dem bekannten Dampferzeuger die Wärmeaustauschrohre des Verdampfers, welche einem verhältnismäßig geringen Innendruck ausgesetzt sind, innerhalb des Gehäuses, welches, da es als Reaktorkühlmittelleitung wirkt, einem sehr hohen Innendruck ausgesetzt ist. Bei dem vorliegenden Dampferzeuger verlaufen hingegen die dem hohen Innendruck ausgesetzten Kühlmittelrohre innerhalb der einem geringen Innendruck ausgesetzten Verdampferkammer.

Muß also bei dem bekannten Dampferzeuger die Außenwand des Gehäuses den vollen Druck des Reaktorkühlmittels aufnehmen, so ist die Druckdifferenz zwischen dem Außenraum und dem Innenraum bei den Kühlmittelrahren des vorliegenden Dampferzeugers um den innerhalb des Verdampferraums herrschenden Druck vermindert.

Wenn auch bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel drei durch zwei Zwischenwände voneinander getrennte Kammern vorgesehen sind, so genügt auch schon die Unterteilung in zwei Kammern, wenn man nämlich auf ein Umpumpaggregat verzichtet und den Dampf erzeuger unter Verwendung eines natürlichen Umlaufs des Kühlmittels betreibt.

Wesentlich ist jedenfalls, daß die Kühlmittelrohre in einer von dem Reaktor völlig getrennten Kammer untergebracht sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist aber, Dampferzeuger

Anmelder:

Rolls Royce Limited,
Derby, Derby (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann

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

München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. Dezember 1955 (Nr. 36 562/55)
und 28. November 1956

Cecil Alastair Comyns-Carr,

Coxbench, Derby (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

wie bereits angedeutet, eine weitere Zwischenwand vorgesehen, die von der zweiten Kammer eine dritte Kammer abtrennt. In dieser dritten Kammer befindet sich ein Pumpenaggregat für die Umwälzung des Reaktorkühlmittels. Die Rohre des genannten Rohrbündels verlaufen von der einen zur anderen Zwischenwand und sind an ihren Enden an diesen Zwischenwänden befestigt.

Die zweite Kammer hat bevorzugt zylindrische Form, und die Rohre, von denen ein Teil für den Reaktorkühlmitteltransport von der Reaktorkammer nach der Pumpkammer bestimmt ist und der Rest für den Kühlrnitteltransport von der Pumpkammer zurück nach der Reaktorkammer, verlaufen parallel zur Achsrichtung der zylindrischen Kammer.

Die Rohre sind zweckmäßig so angeordnet, daß bei verschiedener Ausdehnung der Rohre und des Gehäuses keine übermäßigen Spannungen auftreten. Bevorzugt besteht jedes Rohr aus einem mittleren, parallel zur Achse der Kammer verlaufenden Teil sowie aus gegen diese Achse geneigten Endabschnitten, welche nach an den Zwischenwänden angeschlossenen Sammelköpfen führen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Reaktorkammer in einen ringförmigen Kühlmitteleinlaßraum, dem das Kühlmittel aus den Rohren

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zufließt, einen äußeren Ringraum, welcher das Kühlmittel aus dem Kühlmitteleinlaßraum, erhält, einen Übergangsraum, durch welchen das Kühlmittel von dem äußeren Ringraum in einen innerhalb dieses Ringraums gelegenen Zentralraum übertritt, und einen Austrittsraum, durch welchen das Kühlmittel von dem Zentralraum nach den für den Kühlmittelausfluß bestimmten Rohren fließt, unterteilt.

Die Pumpkammer enthält vorzugsweise mehrere axial durchströmte Flügelradpumpen. Durch eine Unterteilung innerhalb der Pumpkammer ist ein Saugraum und um diesen Saugraum herum ein Ausflußraum gebildet, und es ist die eine — im Ausflußraum liegende — Pumpe in Serie zu der anderen — im Saugraum liegenden — Pumpe geschaltet.

In einer weiteren Ausbildung ist außerhalb des Gehäuses über der zweiten Kammer ein Dampfkessel vorgesehen, und es liegt zwischen dem Dampfkessel und der zweiten Kammer eine Umwälzpumpanlage.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung.

Der Dampferzeuger umfaßt ein Gehäuse 10 von ausreichender Festigkeit für die zu erwartenden Betriebsdrücke. Das Gehäuse, etwa eine Schweißkonstruktion, besitzt einen im allgemeinen zylindrischen Mittelteil 11 mit kegelstumpfförmigen Übergangszonen 12 und 14. An die kegelstumpfförmige Übergangszone 12 schließt eine zylindrische Verlängerung 13 an, deren Durchmesser geringer ist als der des zylindrischen Mittelteils 11 und an die kegelstumpfförmige Übergangszone 14 schließt eine halbkugelförmige Kuppel 15 an, deren Durchmesser ungefähr ebenso groß ist wie derjenige der zylindrischen Verlängerung 13. Zwei schalenförmige, innere Zwischenwände 16 und 17 teilen das Gehäuse in drei Kammern 18,19 und 20; die erste Zwischenwand 16 ist an dem Gehäuse in der Ebene angeschlossen, in der die kegelstumpfförmige Übergangszone 12 in die zylindrische Verlängerung übergeht und ist nach der ersten Kammer 18, im Inneren der zylindrischen Verlängerung 13 hin, konkav, nach der zweiten Kammer 19, im Inneren des zylindrischen Mittelteils 11 hin, konvex. Die zweite Zwischenwand 17 ist in der Ebene an dem Gehäuse angeschlossen, in der die Kuppel 15 und der kegelstumpfförmige Teil 14 ineinander übergehen; diese Zwischenwand ist nach der zweiten Kammer 19 hin konvex und nach einer dritten Kammer 20, im Inneren der Kuppel 15 hin, konkav. Die der ersten Zwischenwand 16 gegenüberliegende Stirnseite der Kammer 18 ist mit einer abnehmbaren Deckplatte21 verschlossen; die Deckelbefestigung ist imstande, die in der Kammer herrschenden hohen Drücke aufzunehmen.

Im Betrieb liegt die Achse des Gehäuses in einer horizontalen Ebene.

Die erste oder Reaktorkammer 18 umschließt einen wassergekühlten Kernreaktor 22; der Weg des Kühlmittels in diesem Reaktor verläuft von einem nächst der Zwischenwand 16 liegenden Kühlmitteleintrittsraum 23 durch eine äußere Ringkammer 24 des Reaktorkerns 25 zu der Deckplatte der Kammer und von dieser durch den Mittelteil des Reaktorkerns 25 zurück zu einem Kühlmittelaustrittsraum 26, der innerhalb des Eintrittsraums 23 liegt.

Die zweite oder Verdampferkammer 19 umfaßt ein Rohrbündel 27, in dem das Reaktorkühlmittel unter Dampferzeugung gekühlt wird. Das Rohrbündel umfaßt eine Vielzahl von paarweise zusammengehörigen Sammelleitungen 28, 29; diese Sammelleitungen sind in Bohrungen eingeschweißt, die über die beiden Zwischenwände 16 und 17 des Gehäuses verteilt sind. Die eine Sammelleitung eines Paares von Sammelleitungen ist jeweils mit der Reaktorkammer 18 verbunden, während die andere Sammelleitung dieses Paares von Sammelleitungen mit der dritten Kammer 20 verbunden ist. Jede

ίο Sammelleitung 28 fluchtet mit der zugehörigen Sammelleitung 29. Einige der Sammelleitungen 28 stehen mit dem Kühlmitteleintrittsraum 23 in Verbindung. Die übrigen sind an den Kühhnittelaustrittsraum 26 der Reaktorkammer angeschlossen. Das Rohrbündel umfaßt ferner eine Vielzahl von Rohrsträngen 30, die im allgemeinen axial durch die zweite Kammer verlaufen. Die Rohre eines Stranges sind jeweils an ein Paar von Sammelleitungen angeschlossen. Jedes der Rohre der Rohrstränge 30 besteht aus einem horizontalen Mittelstück und Endstücken, die sich unter einem stumpfen Winkel an das Mittelstück anschließen und mit den zugehörigen Sammelleitungen 28, 29 verbunden sind. Jedes Rohr 30 (und auch das Rohrbündel 27 als Ganzes) hat die Form eines abgeflachten U; die Mittelstücke der Rohre liegen dem Boden der Verdampferkammer 19 näher als der Decke und verlaufen unterhalb des Wasserspiegels der Verdampferkammer. Die Rohre 30 sind so ausgebildet, daß eine verschiedene thermische Ausdehnung der Rohrelemente und des Gehäuses zulässig ist, ohne daß übermäßig hohe Spannungen in den Rohrelementen auftreten.

Die Verdampferkammer besitzt einen Speisewassereinlaß 31 in ihrem Boden und einen Dampfauslaß 32 in ihrer Decke; das Wasser wird durch die Berührung mit dem Rohrbündel 27 erhitzt.

Nach einer anderen Ausführungsform kann über dem Gehäuse 10 ein Oberkessel vorgesehen sein und das Wasser von der Kammer 19 nach dem Oberkessel und zurück nach dem Bodenteil der Kammer 19 umgewälzt werden.

Die dritte (oder Pump-)Kammer ist mit zwei axial durchströmten Flügelradkühlpumpen 33 und 34 ausgerüstet; eine innere Unterteilung 35 trennt einen zentralen Saugraum 36 von einem Ausflußraum 37; jeder der Räume nimmt eine der Pumpen auf, die hintereinandergeschaltet sind. Das Kühlwasser fließt aus den Rohren 30, die an die Sammelrohre 28 und damit an den Kühhnittelaustrittsraum 26 angeschlossen sind, in den Saugraum 36, durch die zwei hintereinandergeschalteten Pumpen 33, 34 in den Ausflußraum 37 und von diesem Ausflußraum 37 in die übrigen Rohre 30, die es nach dem Kühlmitteleintrittsraum 23 der Reaktorkammer zurückleiten.

Die Antriebswellen der Pumpen sind durch die Kuppel 15 hindurch an Antriebsmotoren 38 angeschlossen, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen sind.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung erhellt, stellen der Reaktor und der Kühlmittelkreislauf eine Einheit dar; diese Anordnung hat für Kraftanlagen den beträchtlichen Vorteil, daß äußere, radioaktives Wasser führende Leitungen vermieden sind und die Abschirmung erleichtert ist. Da die Kühlwassertemperatur etwa (600° F) 315° C ist, muß das Kühlwasser unter hohem Druck, etwa (2,000 Pounds pro square inch) 146 kg/cm² gehalten werden, damit keine Verdampfung eintritt. In dem vorliegenden

Dampferzeuger sind äußere Leitungen und Anschlüsse, die diese hohen Drücke aushalten, nicht erforderlich. Da die Rohre des Rohrbündels in einem Raum verlaufen, der Hochdruckdampf von etwa (400 Pounds pro square inch) 29 kg/cm² enthält, ist die Druckdifferenz an den Rohrwänden geringer, als wenn die Kühlrohre außerhalb des Gehäuses in atmosphärischem Druck geführt wären.

Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verdampfers liegt darin, daß eine im wesentlichen einheitliehe und symmetrische Verteilung des Kühlmittelstroms am Eintritt und am Austritt des Reaktors vorliegt.

Der im vorstehenden beschriebene Dampferzeuger kann als Teil eines Dampfturbinenschiffantriebs bekannter Bauart verwendet werden. Nach einer Ausführungsform wird der Dampf von dem Dampferzeuger über eine Turbine 40 mit einem Hochdruckteil 41 und einem Niederdruckteil 42 sowie einem Turbinenkurzschlußkanal 43 und einem Steuerventil 44 in diesem Kurzschlußkanal nach einem Kondensator 50 geleitet. Das Kondensat wird von dem Kondensator nach Speisewassererhitzern 51 und 52 gepumpt, in denen das Wasser durch von der Turbine abgezweigten Dampf erhitzt wird; schließlich wird das Wasser durch Speisewasserpumpen 53, 54 nach der Verdampferkammer 19 zurückgepumpt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dampferzeuger, bestehend aus einem Kernreaktor mit geschlossenem Kühlmittelkreislauf und einem durch die aus dem Reaktorkühlmittel entnommene Wärme beheizten Wasserverdampfer, welche beide in einem gemeinsamen und geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch eine Zwischenwand (16) in zwei Kammern (18,19) geteilt ist, daß die eine Kammer (18) den Kernreaktor (22) aufnimmt und die zweite Kammer (19) das zu verdampfende Wasser und ein zu dem Reaktorkühlmittelkreislauf gehörendes Rohrbündel (27, 30) enthält.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine weitere Zwischenwand (17) von der zweiten Kammer (19) eine dritte Kammer (20) abgetrennt ist, welche ein Pumpenaggregat (33, 34) für die Umwälzung des Reaktorkühhnittels enthält, und daß die Rohre (30) des Rohrbündels (27) von der einen zur anderen Zwischenwand verlaufen und an ihren Enden an diesen Zwischenwänden (16,17) befestigt sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (19) zylindrische Form hat und daß die Rohre (30), von denen ein Teil für den Reaktorkühlmitteltransport von der Reaktorkammer (18) nach der Pumpkammer (20) bestimmt ist und der Rest für den Kühlmitteltransport von der Pumpkammer (20) zurück nach der Reaktorkammer (18), parallel zur Achsrichtung der zylindrischen Kammer (19) verlaufen.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (30) aus einem mittleren, parallel zur Achse der Kammer (19) verlaufenden Teil besteht, sowie aus gegen diese Achse geneigten Endabschnitten, welche nach an den Zwischenwänden (16, 17) angeschlossenen Sammelköpfen (29) führen.

5. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktorkammer (18) aufgeteilt ist in einen ringförmigen Kühlmitteleinlaßraum (23), dem das Kühlmittel aus den Rohren (30) zufließt, einen äußeren Ringraum (24), welcher das Kühlmittel aus dem Kühhnitteleinlaßraum (23) erhält, einen Ubergangsraum, durch welchen das Kühlmittel von dem äußeren Ringraum (24) in einen innerhalb dieses Ringraums gelegenen Zentralraum (25) übertritt, einen Austrittsraum (26), durch welchen das Kühlmittel von dem Zentralraum nach den für den Kühhnittelausfluß bestimmten Rohren (30) fließt.

6. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkammer mehrere axial durchströmte Flügelradpumpen (33, 34) enthält und daß durch eine Unterteilung innerhalb der Pumpkammer ein Saugraum und um diesen Saugraum herum ein Ausflußraum gebildet sind und daß die eine — im Ausflußraum liegende — Pumpe in Serie zu der anderen—im Saugraum Hegenden— Pumpe geschaltet ist.

7. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Gehäuses (10) über der zweiten Kammer ein Dampfkessel vorgesehen ist, und daß zwischen dem Dampfkessel und der zweiten Kammer eine Umwälzpumpanlage liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Münzinger, »Atomkraft«, 1955, Springer-Verlag, S. 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

i 109 749/460 12.61