DE1127506B

DE1127506B - Device for improving the efficiency of nuclear reactor plants

Info

Publication number: DE1127506B
Application number: DES59376A
Authority: DE
Inventors: Roger Jean Imbert; Jacques Pierre Chaboseau
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1958-02-05
Filing date: 1958-08-09
Publication date: 1962-04-12
Also published as: GB875329A; BE570011A; FR1198728A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

INTERNAT. KL.INTERNAT. KL.

G 21G 21

S 59376 VIHc/21gS 59376 VIHc / 21g

ANMELDETAG: 9. A U G U S T 1958REGISTRATION DATE: AUGUST 9, 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DERNOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF

AUSLEGESCHRiET: 12. APRIL 1962 EXPANDED APRIL 12, 1962

Die Vorteile der sogenannten Verdampferkernreaktoren, welche unmittelbar verwendungsfähigen Dampf liefern, sind bekannt. Bei der bisher bekanntgewordenen Bauweise für solche Reaktoren werden diese mit rohrförmigen Brennelementen versehen, deren Außenfläche vom Moderatorwasser umspült wird. Der an der Außenfläche der rohrförmigen Brennelemente durch die Wärmeübertragung aus den Elementen unmittelbar erzeugte Wasserdampf wird bei einer bekannten Ausführungsform in eine Kammer zurückgeleitet, von wo aus der Dampf die Innenbohrung der Brennelemente durchläuft, um dabei getrocknet und überhitzt zu werden.The advantages of the so-called evaporator nuclear reactors, which can be used immediately Delivering steam are known. In the previously known design for such reactors these are provided with tubular fuel elements, the outer surface of which is washed by the moderator water will. The on the outer surface of the tubular fuel assembly by the heat transfer from the In a known embodiment, water vapor generated directly by elements is placed in a chamber returned, from where the steam runs through the inner bore of the fuel assemblies in order to be dried in the process and getting overheated.

Das Hauptproblem, welches beim Bau eines solchen Reaktors auftaucht, besteht darin, den Ablauf der physikalischen Vorgänge innerhalb des Reaktors stabil zu halten.The main problem that arises when building such a reactor is the process to keep the physical processes within the reactor stable.

Der Wärmeübergang, der durch unmittelbaren Kontakt zwischen den Reaktorbrennstoffen und dem zugleich als Brems- und Übertragungsmittel dienenden Wasser erfolgt, ist, wenn man wesentliche Wärmeströme erreichen will, von einer oberflächlichen Verdampfung begleitet, die die Güte der Wärmeübertragung beeinträchtigt. Diese Erscheinung ruft örtliche Erhitzungen der Brennelemente hervor, durch die schließlich die so erzeugte Dampfmenge so groß wird, daß es zu einer Störung des Gleichgewichtes kommt und die dampfförmige Phase zur freien Wasseroberfläche entweicht.The heat transfer caused by direct contact between the reactor fuels and the At the same time as a braking and transmission medium serving water takes place, if one is essential Wants to achieve heat flows, accompanied by a superficial evaporation that enhances the goodness of the Impaired heat transfer. This phenomenon causes local heating of the fuel elements, by which finally the amount of steam generated in this way becomes so great that the equilibrium is disturbed comes and the vapor phase escapes to the free water surface.

Diese inneren Instabilitätserscheinungen sind von zyklischen Erhitzungen der Brennelemente begleitet, die für das Betriebsverhalten der letzteren schädlich sind. Das auf Grund der vorstehenden Ursachen seine Eigenschaften mit der Zeit verändernde Moderatormittel beeinflußt den augenblicklichen Wirkungsgrad des Reaktors und bildet somit eine neue Quelle für Instabilitäten.These internal instability phenomena are accompanied by cyclical heating of the fuel elements, which are detrimental to the performance of the latter. This is due to the above causes Moderating agents which change its properties over time affect the instantaneous efficiency of the reactor and thus forms a new source of instabilities.

Es sind bereits die verschiedensten Verfahren vorgeschlagen worden, um diese Nachteile zu beseitigen. Beispielsweise hat man das Kühlmittel in der Umgebung der Brennelemente kräftig bewegt, was aber zu einem relativ großen Energieverlust führt.A wide variety of methods have been proposed to overcome these disadvantages. For example, the coolant in the vicinity of the fuel elements was moved vigorously, but what leads to a relatively large loss of energy.

Es ist demgegenüber aber bekannt, daß bei gasgekühlten Reaktoren, bei denen ein Gas für die Wärmeübertragung von den Brennelementen zu einem außerhalb des eigentlichen Reaktors gelegenen Wärmeaustauscher sorgt, die vorerwähnten Instabilitätserscheinungen nicht entstehen können. Diese Reaktoren erlauben im übrigen auch die Erzeugung von überhitztem Dampf.In contrast, it is known that in gas-cooled reactors in which a gas for the Heat transfer from the fuel assemblies to an outside of the actual reactor Heat exchanger ensures that the aforementioned instability phenomena cannot arise. These reactors also allow the generation of superheated steam.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Vorrichtung zur Verbesserung
des Wirkungsgrades von KernreaktoranlagenThe invention aims to provide an apparatus for improving the efficiency of apparatus for improvement
the efficiency of nuclear reactor plants

Anmelder:
Societe Rateau Societe Anonyme, ParisApplicant:
Societe Rateau Societe Anonyme, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Representative: Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 5. Februar 1958 (Nr. 757 520)Claimed priority:
France of February 5, 1958 (No. 757 520)

Roger Jean Imbert, Paris,Roger Jean Imbert, Paris,

und Jacques Pierre Chaboseau,and Jacques Pierre Chaboseau,

Brevannes, Seine-et-Oise (Frankreich),Brevannes, Seine-et-Oise (France),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Kernreaktoranlagen, welche unmittelbar Wasserdampf erzeugen, bei der bezüglich der Übertragung der bei Kernreaktionen frei werdenden Wärme die Vorteile eines Verdampferreaktors und die eines gasgekühlten Reaktors vereinigt werden, d. h. bei der unter Ausschluß der Hauptursachen für die innere Instabilität und ohne Verminderung des thermischen Wirkungsgrades in einem äußeren Wärmeaustauscher unmittelbar im Reaktor überhitzter Dampf gewonnen werden kann.Nuclear reactor plants, which directly generate water vapor, with regard to the transmission of the Heat released by nuclear reactions has the advantages of an evaporator reactor and those of a gas-cooled one Reactor are combined, d. H. while excluding the main causes of internal instability and without reducing the thermal efficiency in an external heat exchanger directly superheated steam can be obtained in the reactor.

Des weiteren ermöglicht es diese Vorrichtung, in äußerst wirtschaftlicher Weise den Druckunterschied zu erzielen, den man benötigt, um eine kräftige Strömung des Kühlmittels zu erreichen, wenn dieses in Form von Dampf oder Gas an den Brennelementen entlangströmt.Furthermore, this device enables the pressure difference to be measured in an extremely economical manner to achieve that one needs to achieve a powerful flow of the coolant when this in Form of steam or gas flows along the fuel assemblies.

Bei dieser Vorrichtung wird erfindungsgemäß die durch Kernspaltung gewonnene Wärme mit Hilfe des erzeugten Dampfes zu dem zu verdampfenden Wasser übertragen, indem der Dampf durch die Kanäle hindürchströmt, in denen sich die Brennelemente befinden und die an ihrer Außenseite unmittelbar von dem zu verdampfenden Wasser umgeben sind.
Die nachfolgende Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, erläutert an Hand nicht beschränkender Beispiele die Hauptmerkmale der vor-In this device, according to the invention, the heat obtained by nuclear fission is transferred to the water to be evaporated with the help of the steam generated, in that the steam flows through the channels in which the fuel assemblies are located and which are directly surrounded on their outside by the water to be evaporated.
The following description, which refers to the drawings, uses non-limiting examples to explain the main features of the

' liegenden Erfindung und die Mittel zu deren Ver-'underlying invention and the means of making it

209 553/441209 553/441

wirklichung. Sämtliche sich aus der Beschreibung und den Figuren ergebenden Einzelheiten sind als weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung anzusehen. In den Zeichnungen zeigtrealization. All from the description and The details resulting from the figures are to be regarded as further embodiments of the invention. In the drawings shows

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen schematisch dargestellten Reaktor nach der Erfindung, 1 shows a vertical section through a schematically illustrated reactor according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der dem Reaktor zugeordneten zusätzlichen Bauelemente, mit denen der Reaktor in Betrieb genommen werden kann, wo-' mungsmittel und ihrer Geschwindigkeit so gewählt, daß eine gewünschte Verdampfung und Überhitzung bei einem vorgegebenen Verhalten des Reaktors siehergestellt ist. Wenn man beispielsweise überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 450° C und einem Druck von 90 atii bei einer Gesamtwärme von ungefähr 775 kcal/kg erhalten will, sind, wenn das dem Reaktor bei 10 zugeführte Wasser eine Temperatur von 150° C und einen entsprechenden Druck2 shows a schematic view of the additional components assigned to the reactor, with which the reactor can be put into operation, the means and its speed selected so that a desired evaporation and superheating for a given behavior of the reactor it is made. For example, if you have superheated steam with a temperature of 450 ° C and a pressure of 90 atii with a total heat of about 775 kcal / kg, if that The water fed to the reactor at 10 has a temperature of 150 ° C. and a corresponding pressure

oder zur Notabschaltung verwendet werden kann.or can be used for emergency shutdown.

Fig. 3 eine schematische vertikale Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Reaktors nach der Erfindung,3 is a schematic vertical sectional view of a second embodiment of a reactor according to FIG the invention,

Fig. 4 weitere Einzelheiten der Erfindung und speziell die zusätzliche Anordnung eines Leistungsreglers zur schnellen Stillsetzung der Anlage, Fig. 4 further details of the invention and especially the additional arrangement of a power regulator for rapid shutdown of the system,

Fig. 5, 5 a und 5 b weitere Anordnungen der Reaktorbauelemente in Horizontal- und schnitten.Fig. 5, 5 a and 5 b further arrangements of the reactor components in horizontal and cut.

In der Fig. 1 ist schematisch als nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ein Reaktor dargestellt, der in seinem Mantel oder Reaktorkessel drei verschiedene Räume aufweist.In Fig. 1, a reactor is shown schematically as a non-limiting embodiment, the has three different rooms in its jacket or reactor vessel.

Der mittlere Raum des Reaktors, der dessen aktiven Teil enthält, enthält ein gewisses Wasservolumen 2, dessen freier Wasserspiegel mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Dieses Wasservolumen 2The central space of the reactor, which contains its active part, contains a certain volume of water 2, the free water level of which is provided with the reference number 3. This volume of water 2

bei ein Teil oder die Gesamtheit dieser Bauelemente io hat, insgesamt 625 kcal/kg zuzuführen. Diese Wärmeferner auch zur normalen Stillsetzung der Anlage menge verteilt sich auf 125 kcal/kg, die von demwith some or all of these components io has to supply a total of 625 kcal / kg. These heat removers even for the normal shutdown of the system, the amount is divided into 125 kcal / kg, that of the

Dampf bei seiner Überhitzung aufgenommen werden, und 500 kcal/kg, die durch die Wände der Rohre 5 von dem überhitzten Dampf zum Wasser übertragen werden, um das letztere zusätzlich zu erwärmen und bei einem Druck von beispielsweise 100 atü zur Verdampfung zu bringen. Es ist zu beachten, daß zur Erzeugung gesättigten Dampfes in den Raum? bei einem Druck, der größer ist als der am Ausgang des Vertikal- 20 Reaktors 9 erwünschte Druck, theoretisch vom thermischen Standpunkt aus keine weitere thermische Einwirkung erforderlich ist, so daß demzufolge der freie Raum zwischen den Rohren 5 und den Brennelementen, durch den der Dampf hindurchströmt, vorzugsweise auch so ausgebildet Werden kann, daß in dem Dampf eine sehr starke Turbulenz bei der Berührung der Brennelemente entsteht, wobei die durch die Turbulenz entstehenden Verluste allein durch den Überdruck kompensiert werden, mit demSteam will be absorbed when it is overheated, and 500 kcal / kg that will pass through the walls of the pipes 5 transferred from the superheated steam to the water in order to additionally heat the latter and to evaporate at a pressure of, for example, 100 atm. It should be noted that for Generation of saturated steam in the room? at a pressure that is greater than that at the outlet of the Vertical 20 reactor 9 desired pressure, theoretically from the thermal From this point of view, no further thermal action is required, so that consequently the free space between the tubes 5 and the fuel assemblies through which the steam flows, can preferably also be designed so that a very strong turbulence in the steam at the Contact of the fuel elements occurs, with the losses caused by the turbulence alone be compensated by the overpressure with the

ruht unten auf einer Rohrträgerplatte 4, an der dicht 30 das Speisewasser zugeführt wird. Bei der Gesamtanschließend Rohre 5 befestigt sind. Die Rohre 5 energiebilanz ist dieser Überdruck aber praktisch sind an beiden Enden offen und enden oben auf vernachlässigbar.rests at the bottom on a pipe support plate 4, to which the feed water is supplied tightly. In the case of the total then pipes 5 are attached. The tubes 5 energy balance, this overpressure is practical are open at both ends and end on top of negligible.

einem Niveau, welches merklich über dem freien Die starke Turbulenz und die hohen Strömungs-a level which is noticeably above the free The strong turbulence and the high flow

Wasserspiegel 3 liegt. In dem Innern dieser Rohre geschwindigkeiten des Dampfes ermöglichen es, auf befinden sich die Brennelemente 6, die beispielsweise 35 den beachtlichen spezifischen Wärmestrom, der von Hülsen mit an U 235 angereichertem Uran sein den Brennelementen ausgeht, an denen die Spaltungsreaktionen stattfinden, mit großen Wärmeaustauschkoeffizienten einzuwirken.Water level 3 is. Inside these tubes, the steam speeds allow the fuel elements 6, which, for example, to act with large heat exchange coefficients, the considerable specific heat flow that emanates from the sleeves with uranium enriched in uranium on which the fission reactions take place .

Bei den vorangehenden Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß sich der Reaktor im Betrieb befand. Das nachfolgend an Hand der Fig. 2 als nicht beschränkendes Beispiel beschriebene System zeigt, wie man den Reaktor in Betrieb nehmen kann.In the preceding statements it was assumed that the reactor is in operation found. The system described below with reference to FIG. 2 as a non-limiting example shows how to put the reactor into operation.

In Fig. 2 finden sich die gleichen Elemente wieder,The same elements can be found in Fig. 2,

Auf diese Weise strömt der erzeugte Dampf vom 45 wie in Fig. 1, d.h. der Reaktorkessel 1, die Räume7 Raum 7 zum Raum 8 und überstreicht dabei die und 8, die Dampf ableitung 9 und der Wasserrücklauf Brennelemente 6, so daß im Raum 8 überhitzter 10 des normalen Verbraucherkreises. Der letzt-Dampf auftritt, der bei 9 am Ausgang des Reaktors erwähnte Verbraucherkreis ist mit Hilfe von zwei unmittelbar abgenommen werden kann. Die Dampf- Ventilen 11 und 12 abtrennbar. Befindet sich der abfuhr am Auslaß 9 wird durch Zufuhr von Speise- 50 Reaktor außer Betrieb, werden zwei an den Reaktor wasser über die Leitung 10 kompensiert. angeschlossene Hilfskreise zu seiner InbetriebnahmeIn this way, the steam generated flows from 45 as in Fig. 1, ie the reactor boiler 1, the rooms 7 room 7 to the room 8 and sweeps over the and 8, the steam discharge line 9 and the water return fuel elements 6, so that the room 8 is overheated 10 of the normal consumer group. The last steam occurs, the consumer circuit mentioned at 9 at the outlet of the reactor can be taken directly with the help of two. The steam valves 11 and 12 are separable. If the discharge is at outlet 9, the reactor is out of operation by supplying feed 50, two water to the reactor are compensated for via line 10. connected auxiliary circuits for its commissioning

verwendet. Der erste Hilfskreis hat die Aufgabe, das Wasservolumen 2 zu erhitzen. Zu diesem Zweck gehört zu diesem Hilfskreis eine beliebig ausgebildete Beheizungsvorrichtung 13 und eine Umwälzpumpe 14. Diese letzterwähnten Mittel können auch durchused. The task of the first auxiliary circle is that Heat water volume 2. For this purpose, an arbitrarily trained group belongs to this auxiliary group Heating device 13 and a circulation pump 14. These last-mentioned means can also by

können.can.

Der obere Raum 7 des Reaktorkessels enthält gesättigten Wasserdampf, der durch die Verdampfung des Wasservolumens 2 entsteht.The upper space 7 of the reactor vessel contains saturated water vapor caused by evaporation of the water volume 2 arises.

Dieser obere Raum 7 steht mit dem dritten oder unteren Raum 8 über die Kanäle in Verbindung, die zwischen den Innenwandungen der Rohre S und den Brennelementen 6 freigeblieben sind.This upper space 7 stands with the third or lower space 8 via the channels in connection between the inner walls of the tubes S and the Fuel elements 6 remained free.

Wenn die Anlage mit Hilfe der nachfolgend als Beispiel noch zu beschreibenden Vorrichtungsteile in Betrieb genommen ist, dürfte die Art des Arbeitsablaufs in dem Reaktor offensichtlich sein. If the system is converted into Once operational, the nature of the work flow in the reactor should be obvious.

Die von der Oberfläche der Brennelemente 6 abgegebenen Kalorien werden in ihrer Gesamtheit zu dem die Brennelemente umspülenden Dampf übertragen, der dann wiederum einen wesentlichen Teil der aufgenommenen Wärme zum Wasservolumen 2 überträgt, das die Außenwände der Rohre 5 umgibt. Die Verdampfung des Wassers geschieht durch diesen Wärmeübergang.The discharged from the surface of the fuel assemblies 6 Calories are transferred in their entirety to the steam around the fuel elements, which then in turn makes up a substantial part of the heat absorbed to the water volume 2 that surrounds the outer walls of the tubes 5. The evaporation of the water happens through this Heat transfer.

bewegliche oder unbewegliche Wärmequellen ersetzt werden, die sich in dem Flüssigkeitsvolumen 2 befinden. Movable or immobile heat sources are replaced, which are located in the liquid volume 2.

Der zweite Hilfskreis hat die Aufgabe, für eine Dampfzirkulation in den Rohren 5 zu sorgen. Dieser Kreis enthält zu diesem Zweck einen Kondensator 15, in dem ein Kühlwasserstrom über ein Rohrsystem 16 fließt. Eine Kondensatpumpe 17 sorgt für eine Rück-The second auxiliary circuit has the task of ensuring steam circulation in the pipes 5. This For this purpose, the circuit contains a condenser 15 in which a flow of cooling water via a pipe system 16 flows. A condensate pump 17 ensures a return

Die Wärmeaustauschflächen, und zwar sowohl dieThe heat exchange surfaces, both the

zwischen den Brennelementen und dem Dampf als 65 führung des Kondensates in den Kessel des Reaktors,between the fuel assemblies and the steam as the condensate is routed into the boiler of the reactor,

auch die zwischen dem Dampf und den Rohren 5 Da ein Vakuum vorhanden ist, tritt, sobald diealso that between the steam and the tubes 5 Since a vacuum is present, as soon as the

und zwischen den Rohren 5 und dem Wasser, sind Wassertemperatur in dem Kessel 1 größer wird alsand between the pipes 5 and the water, water temperature in the boiler 1 is greater than

entsprechend den physikalischen Zuständen der Strö- die des bei 16 umlaufenden Wassers, eine Verdamp-according to the physical states of the currents of the water circulating at 16, an evaporation

fung und eine Dampfströmung durch die Rohre 5 auf Der Reaktor kann nun in Betrieb genommen werden, indem man die beispielsweise aus Borkarbid bestehenden Regelstäbe 6 a aus dem Wasser 2 heraus in den Raum 7 bewegt. Die Hilfsbeheizung 13 kann nun stillgesetzt werden. Je nach den physikalischen Bemessungen der Hirfskondensatoreinrichtung 15, 16, 17 kann der Reaktor mehr oder weniger stark in Betrieb gesetzt werden, bevor man den normalen Ver-The reactor can now be put into operation by moving the control rods 6a, which are made, for example, of boron carbide , out of the water 2 into the space 7. The auxiliary heating 13 can now be stopped. Depending on the physical dimensions of the hirf capacitor device 15, 16, 17, the reactor can be put into operation to a greater or lesser extent before the normal operation

16,17 der Fig. 2 treten, indem man den vom Reaktor während des Anlassens erzeugten Dampf durch die Turbine oder durch einen Nebenschluß der Turbine hindurchleitet.16, 17 of Fig. 2 occur by the steam generated by the reactor during starting through the Turbine or through a shunt of the turbine.

Wie bereits zuvor erwähnt, können in den Dampfrohren 5 große Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden, ohne daß hierdurch unerträgliche Energieverluste auftreten. Es folgt hieraus, daß auch großeAs already mentioned above, high flow velocities can be achieved in the steam pipes 5 without causing an unbearable loss of energy. It follows from this that great too

um auf die Überhitzungstemperatur des Dampfes einzuwirken.to act on the superheating temperature of the steam.

Jede Verminderung des Wärmeübergangs zwischen den Rohren 5 und dem Wasser entspricht einer Ver-5 minderung der erzeugten Dampfmenge, woraus dann, wenn hypothetisch angenommen wird, daß die durch Kernspaltung erzeugte Gesamtwärmemenge konstant bleibt, eine Vergrößerung der Überhitzung des Dampfes resultiert, sofern die Temperatur der Hül-Any reduction in the heat transfer between the pipes 5 and the water corresponds to a ver-5 Reduction of the amount of steam generated, from which, if it is hypothetically assumed that the by Total heat generated by nuclear fission remains constant, increasing the overheating of the Steam results, provided that the temperature of the shell

braucherkreis durch Öffnen der Ventile 11 und 12 io sen der Brennelemente immer relativ hoch bleibt, anschließt. Ein Rückschlagventil 18 verhindert einen Die Anordnung der Mantelrohre 21 ermöglichtconsumer group by opening valves 11 and 12 io sen of the fuel elements always remains relatively high, connects. A check valve 18 prevents a The arrangement of the jacket pipes 21 allows

Rücklauf zur Druckseite der Kondensatpumpe 17. ferner auch, das Volumen des durch den Wärme-Return to the pressure side of the condensate pump 17. also, the volume of the heat pump

Es ist bei dieser Hirfskondensatoreinrichtung noch übergang beaufschlagten Moderatorwassers zu bezu beachten, daß man sie für einen Notbetrieb ver- grenzen und ein noch stabileres Betriebsverhalten des wenden kann. Bei einem Versagen oder Abschalten 15 Reaktors zu erreichen.In the case of this hirf condenser device, moderator water that has been acted upon is still available Note that you limit them for emergency operation and an even more stable operating behavior of the can turn. In the event of a failure or shutdown, the reactor can be reached 15.

des normalen Verbrauchersystems kann man mit der Da bei einem solchen Reaktor die Kühlung derthe normal consumer system can be used with the cooling of the

genannten Einrichtung, ohne den Reaktor zu schädi- Brennelementenhülsen unmittelbar durch den Dampf gen, die Kernreaktoranlage außer Betrieb setzen. sichergestellt wird, ist die Höhe des Wasserspiegels 3named device, without damaging the reactor- fuel element casings directly by the steam gen, put the nuclear reactor plant out of operation. is ensured, the height of the water level is 3

Wenn dem Reaktor unmittelbar eine Dampfturbine nicht kritisch und kann ohne Störungen unterhalb des mit Kondensator zugeordnet ist, kann der Konden- 20 oberen Niveaus der Hülsen abgelassen werden. Es sator dieser Turbine an Stelle der Hilfseinrichtung 15, ergibt sich auf diese Weise eine zusätzliche RegelungIf the reactor immediately a steam turbine is not critical and can be below the without disturbances associated with the condenser, the condensate 20 upper levels of the pods can be drained. It This turbine sator instead of the auxiliary device 15 results in an additional control

der Kernspaltung durch Verminderung des Moderatormittelvolumens. Eine solche Regelung kann in bekannter Weise durch Absenkung des Wasser-25 spiegeis 3 so weit getrieben werden, daß der Reaktor außer Betrieb gesetzt wird.nuclear fission by reducing the volume of moderator agent. Such a regulation can be found in In a known manner, by lowering the water-25 mirror 3 are driven so far that the reactor is taken out of service.

Die Fig. 4 zeigt als Ausführungsbeispiel, wie sich ein solches Regelverfahren durchführen läßt. Unterhalb des Reaktors befindet sich ein Behälter 24.4 shows as an exemplary embodiment how such a control method can be carried out. Below A container 24 is located in the reactor.

Wärmemengen zwischen den Brennelementen und 30 Durch diesen Behälter 24 strömt das von der Pumpe dem Dampf und zwischen dem Dampf und den Roh- 19 umgewälzte Wasservolumen, um für gleiche Temren 5 übertragen werden können. Die Übertragung peraturen des Wassers in dem Behälter 24 und in der Wärme von diesen Rohren 5 zum Wasser kann dem arbeitenden Teil des Reaktors zu sorgen, aber, wenn sie zu gering ist, die Leistung der Kern- Der obere Teil 7 des Reaktors ist mit dem oberenAmounts of heat between the fuel assemblies 30 and 30 The pump flows through this container 24 the steam and between the steam and the raw 19 volume of water circulated in order for equal temperatures 5 can be transferred. The transfer temperatures of the water in the container 24 and in the heat from these pipes 5 to the water can provide the working part of the reactor but, if it is too low, the power of the core- The upper part 7 of the reactor is with the upper

reaktoranlage begrenzen. Um den Wärmeaustausch 35 Teil des Behälters 24 verbunden, dessen Fassungszwischen den Rohren 5 und dem Wasser zu ver- vermögen größer ist als die insgesamt vorgesehene großem, läßt sich, wenn sich dieses als notwendig Wassermasse.limit reactor plant. To the heat exchange 35 part of the container 24 is connected, its socket between the pipes 5 and the water capacity is greater than the total provided large, can, if this is necessary as a mass of water.

erweist, eine starke Wasserströmung zwischen den In der Rohrleitung zwischen 7 und 26 befindetproves a strong flow of water between the In the pipeline located between 7 and 26

Leitungen 5 erzwingen. sich ein Dampfkompressor 25, der bei 7 ansaugt undForce lines 5. a vapor compressor 25, which sucks in at 7 and

Die Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine An- 40 in den Behälter 24 hineinfördert. Der von dem Komordnung, mit der eine solche kräftige Strömung pressor 25 gelieferte Druck sorgt für den gewünscherreicht werden kann. Eine Umwälzpumpe 19, die von ten Niveauausgleich zwischen dem Wasserspiegels einem geeigneten Motor angetrieben wird, saugt das im Reaktor und dem Wasserspiegel 26 in dem Behäl-Wasser aus dem oberen Teil des Kessels ab und ter 24. Eine enge Überströmleitung 27 mit einem führt es wieder im unteren Teil des Kessels zu. Wenn 45 Ventil ermöglicht, den vom Kompressor 25 gelieferder Durchströmquerschnitt für das Wasser zwischen ten Druck einzustellen, während ein wesentlich den Rohren 5 zu groß ist und zu einer nicht mehr größerer Nebenschluß 28, der ebenfalls mit einem durchführbaren Umwälzung führen würde, ist es vor- Ventil versehen ist, durch eine direkte Verbindung teilhaft, das Wasser durch Kanäle zu leiten, die, wie zwischen dem Raum 7 und dem Behälter 24 eine die Fig. 3 zeigt, die Rohre 8 umgeben. Wie die Zeich- 50 schnelle Entleerung des Reaktorwassers in den Benung erkennen läßt, sind die Rohre 5 von Mantel- halter 24 ermöglicht.As an exemplary embodiment, FIG. 3 shows an inlet 40 that is conveyed into the container 24. The one from the com ordinance, with the pressure supplied by such a powerful flow pressor 25 ensures the desired achieved can be. A circulation pump 19, the level compensation of th level between the water level a suitable motor is driven, the sucks in the reactor and the water level 26 in the container water from the upper part of the boiler from and ter 24. A narrow overflow line 27 with a feeds it back into the lower part of the boiler. When the valve 45 enables the one supplied by the compressor 25 Adjust the flow area for the water between th pressure, while a substantial the tubes 5 is too large and to a no longer larger bypass 28, which is also with a feasible circulation, it is pre-valved, through a direct connection Partial to direct the water through channels that, as between the space 7 and the container 24 a Fig. 3 shows the tubes 8 surround. Like the drawing 50 quick emptying of the reactor water in the Benung can be seen, the tubes 5 of jacket holder 24 are made possible.

rohren 21 umgeben, durch die das Wasser hindurch- Diese Gesamtheit von Bauelementen kann daherTubes 21 surrounded through which the water can pass this set of components

geleitet werden kann. Um diese Mantelrohre 21 zu mit dem Sicherheitsregler des Reaktors zusammenbefestigen, kann man in dem Kessel eine zweite per- wirken und den Reglerstäben parallel geschaltet sein forierte Platte 20 anordnen, die die unteren Enden 55 und gegebenenfalls sogar die letzteren ersetzen, der Mantelrohre 21 trägt. Die Umwälzpumpe 19 Die Fig. 5, 5 a und 5 b zeigen weitere Anordnungencan be directed. In order to fasten these jacket pipes 21 together with the safety regulator of the reactor, you can have a second per- manent effect in the boiler and be connected in parallel to the control rods arrange perforated plate 20, which replace the lower ends 55 and possibly even the latter, the jacket pipes 21 carries. The circulation pump 19 FIGS. 5, 5 a and 5 b show further arrangements

schickt das umgewälzte Wasser in die Zwischen- der Reaktorelemente in Vertikal- bzw. Horizontalräume zwischen den Rohrträgerplatten 4 und 20, von schnitten. In der Fig. 5 sind erneut der obere Raum 7 wo das Wasser über die Ringräume zwischen den und der untere Raum 8 des Reaktors, das Wasser-Rohren 5 und 21 aufsteigen kann. Die Mantelrohre 60 volumen 2, der Wasserspiegel 3, ein Rohr 5 und die 21 können Durchflußpfade von konstantem Quer- Rohrträgerplatte 4 dargestellt. Auch hier werden die schnitt oder auch Kanäle, die an ihrem Ende in Art Brennelemente 6 im Inneren des Dampfstromes beeines Diffusors 22 aufgeweitet sind, bilden. lassen, der durch die Dampfleitung 29 hindurchgeht.sends the circulated water into the intermediate of the reactor elements in vertical or horizontal spaces between the pipe support plates 4 and 20, cut from. The upper space 7 is again shown in FIG. 5 where the water flows through the annulus between the and the lower space 8 of the reactor, the water pipes 5 and 21 can rise. The jacket pipes 60 volume 2, the water level 3, a pipe 5 and the 21 flow paths of constant transverse pipe support plate 4 can be shown. Again, the cut or channels that at their end in the form of fuel assemblies 6 in the interior of the steam flow Diffuser 22 are widened to form. let that passes through the steam line 29.

Bei einer solchen Anlage kann durch eine Ände- Zusätzlich sind aber noch Brennelemente 30 vorgerung der Umwälzung mittels einer Änderung der 65 sehen, die mit einem Teil ihrer Oberfläche auch Drehzahl der Pumpe 19 oder mittels eines Regel- unmittelbar auf die Erwärmung des Wassers einwirventils 23 der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen ken und, wie die Fig. 5 a zeigt, rohrförmig sein den Rohren 5 und dem Wasser 2 verändert werden, können. ■In such a system, a change can be made. In addition, fuel assemblies 30 are also provided of the upheaval by means of a change in the 65 see that with part of its surface too Speed of the pump 19 or by means of a regulating valve directly on the heating of the water 23 is the heat transfer coefficient between ken and, as FIG. 5 a shows, be tubular the pipes 5 and the water 2 can be changed. ■

Eine weitere Konstruktionsform, die der der Fig. 5 und 5 a ähnlich ist, zeigt die Fig. 5 b. Hier sind die inneren Brennelemente 6 über Zellwände 35 miteinander und mit den am Umfang angeordneten Brennelementen 30 verbunden, mn eine thermische Verbindung zwischen den verschiedenen Brennelementen zu bewirken.A further form of construction, which is similar to that of FIGS. 5 and 5 a, is shown in FIG. 5 b. Here are the inner fuel assemblies 6 with one another via cell walls 35 and connected to the fuel assemblies 30 arranged on the circumference, mn a thermal connection to effect between the different fuel assemblies.

Die Brennelemente in der Anordnung gemäß Fig. 5, a und 5 b, welche teils mit dem Wasser in Berührung stehen und teils auch vom Wasser getrennt sind, ermöglichen es, die anfängliche Beheizung des gesamten oder eines Teils des Moderatorwassers auf nuklearem Wege vorzunehmen. Auf diese Weise wird es dann auch möglich, den Reaktor mit kleineren Beheizungsvorrichtungen oder im extremen Fall sogar ohne die Bauelemente 13,14 anzulassen.The fuel elements in the arrangement according to FIG. 5, a and 5 b, which are partly in contact with the water stand and are partly separated from the water, allow the initial heating of the whole or part of the moderator water by nuclear means. That way will it is then also possible to use the reactor with smaller heating devices or, in extreme cases, even without leaving the components 13, 14.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for improving the efficiency of nuclear reactor plants, which directly generate water vapor, characterized in that the transfer of the heat obtained by nuclear fission to the water to be evaporated takes place with the help of the generated steam, which flows through channels in which the fuel elements are located and which are directly surrounded on their outside by the water to be evaporated.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the channels in which the steam on the one hand with the fuel elements and on the other hand comes into direct thermal contact with the inner wall of the channels, so dimensioned are that a predetermined overheating of the steam occurs.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for deriving the Steam pipes or lines are provided which enclose part of the fuel assemblies and are partly formed by these, and that the inlet opening of these pipes or conduits gen are above the water level in the reactor.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that to start up the reactor a heating device for that in the reactor located water and an arrangement for generating a steam flow, which the absorbed heat flow generated by nuclear reaction, are provided.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by a circulation pump, with which a flow of water over the heating surfaces is forced.

6. Apparatus according to claim 5, characterized by a controller for influencing dei Strength of the water flow with which the final temperature of the generated by the system Steam can be changed.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the steam pipes or -lines are surrounded by jacket pipes through which the water is passed in the opposite direction will.

8. Apparatus according to claim 3 to 7, characterized by an arrangement for changing the volume of water in the reactor, with which the nuclear fission in the reactor can be influenced V aTm .

9. Apparatus according to claim 8, characterized by a receptacle, the capacity of which at least corresponds to the entire volume of water, and a steam pressure generator, with which any large amount of water is printed from the reactor into the storage tank can be.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1010 202;
U.S. Patent No. 2770591;
"Nucleare Science and Engineering", Vol. 1, 1956, to 169.

For this purpose, 1 sheet of drawings