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Atomkernreaktoranlage Die Erfindung bezieht sich .auf eine Atomkernreaktoranlage
mit mindestens zwei Gruppen, entsprechend ihrer unterschiedlichen Wärmeentwicklung
strömungsmäßig zusammengefaßter Spaltstoffelemente, bei der jeweils eine Gruppe
der Spaltstoffelemente mit geringerer Wärmeentwicklung Wärmetransportmittel mit
höherer Eintrittstemperatur und höherer Austrittstemperatur führt als eine andere
Gruppe der Spaltstoffelemente mit größerer Wärmeentwicklung.
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Es ist bekannt, daß die in heterogenen Kernreaktoren in den einzelnen
Brennelementen entwickelte Wärme unterschiedlich ist, daß insbesondere die Wärmeentwicklung
von der Mitte des Reaktorkerns zum Rand hin abnimmt. Um trotz dieser unterschiedlichen
Wärmeentwicklung einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, wurde bei bekannten Kernreaktoren
der Reaktorkern in verschiedene Zonen aufgeteilt, die von Kühlmittel verschiedener
Eingangs- und Ausgangstemperaturparallel oderhintereinander so durchflossen werden,
daß jeweils der Teil des Reaktorkerns mit Spaltstoffelementen geringerer Wärmeentwicklung
von einem Kühlmittel höherer Temperatur durchflossen wird als ein anderer Teil des
Reaktorkerns mit Spaltstoffelementen größerer Wärmeentwicklung. Bei diesen bekannten
Kernreaktoren wurde für jeden einzelnen der Kreisläufe eine besondere Umwälzvorrichtung
vorgesehen. Zum Einstellen der verschiedenen Temperaturen in den Kreisläufen sind
mehrere Wärmeaustauscher erforderlich. Dies bedingt einen erheblichen Aufwand und
eine relativ große Kompliziertheit der Anlagen, die deren Betriebssicherheit beeinträchtigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile durch geeignete vereinfachende
Zusammenführung der verschiedenen Kreisläufe und durch eine geeignete Anordnung
der Umwälzvorrichtungen zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß in den
Strömungsweg des Wärmetransportmittels ein Wärmeübertrager mit verschiedenen Anschlüssen
für das Wärmetransportmittel entsprechend dessen unterschiedlichen Temperaturen
angeordnet und in den Strömungsweg des Wärmetransportmittels werden zwischen den
verschiedenen Anschlüssen für den Eintritt in den Wärmeübertrager und den verschiedenen
Anschlüssen für den Austritt aus dem Wärmeübertrager Umwälzvorrichtungen für das
Wärmetransportmittel angeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, mit einer minimalen
Anzahl von Umwälzvorrichtungen, z. B. mit einem einzigen Umwälzgebläse, auszukommen.
Es wird die Wartung der Anlage vereinfacht und die Betriebssicherheit wegen der
verringerten Anzahl von Bauteilen erhöht, ohne daß dabei auf den Vorteil einer bestmöglichen
thermodynamischen Ausnutzung der im Reaktor frei werdenden Wärme verzichtet werden
muß.
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Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Atomkernreaktoranlage mit einem
Umwälzgebläse in den Kreisläufen des Reaktorkühlmittels, Fig. 2 eine Atomkernreaktoranlage
mit einem Ejektor als Umwälzvorrichtung, Fig.3 eine Atomkernreaktoranlage mit mehreren
Ejektoren.
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In Fig. 1 ist ein Atomreaktor 1 mit in Gruppen a, b und c zusammengefaßten
Spaltstoffstäben versehen. Die Stäbe der Gruppe a befinden sich im Zentrum des Reaktorkerns,
d. h. einer Zone mit großer Wärmeentwicklung, die Stäbe c hingegen im Außenteil
des Reaktorkerns, also der Zone mit geringster Wärmeentwicklung. Die einzelnen Gruppen
sind an Rohrleitungen 40, 41, 42 angeschlossen, welche in einen Wärmeübertrager
43 führen. Im Wärmeübertrager 43 befindet sich eine Rohrschlange 44, an welche
die Rohrleitungen 40, 41, 42 nacheinander entsprechend der
Temperatur
des von ihnen geführten Wärmetransportmittels angeschlossen sind. Die Rohrschlange
44 mündet in eine Umwälzpumpe 45, aus welcher das Wärmetransportmittel in eine Rohrschlange
46 gelangt. Aus der Rohrschlange 46 führen wieder Rohrleitungen 47, 48, 49,
die in der Reihenfolge ihrer Aufzählung Wärmetransportmittel mit geringerer Temperatur
führen, zu den einzelnen Spaltstoffstäben c, b und a. Der Wärmeübertrager
wird sekundärseitig vom Arbeitsmittel durchströmt, welches durch eine Speisepumpe
50 in den Wärmeübertrager 43 gebracht wird, diesen nach seiner Verdampfung und überhitzung
durch eine Rohrleitung 51 verläßt und in eine Turbine 52 gelangt. Aus der Turbine
52 gelangt das Arbeitsmittel in einen Kondensator 53 und wird durch eine Kondensatpumpe
54 in einen Behälter 55 gefördert, aus dem es von. der Speisepumpe 50 entnommen
wird.
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Im Wärmeübertrager 43 befinden sich das Wärmeübertragungsmittel und
das Arbeitsmittel in Gegenströmung. Das Wärmeübertragungsmittel aus den einzelnen
Zonen des Reaktors wird seiner Temperatur entsprechenden verschiedenen Teilen der
durch die Rohrschlangen gebildeten Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers
zugeführt und aus diesem wieder mit der für die einzelnen Zonen des Reaktors erforderlichen
Temperatur entnommen. Die zentrale Zone des Reaktors erhält das Wärmeübertragungsmittel
mit niedrigster Temperatur und leitet es wieder mit niedrigster Temperatur in die
Rohrschlange 44 weiter. Den in der Außenzone des Reaktors befindlichen Spaltstoffstäben
c wird das Wärmetransportmittel mit höchster Temperatur zugeführt und aus diesem
wieder mit höchster Temperatur in die Rohrschlange 44 geleitet.
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In der Fig. 2 ist eine der Anordnung nach Fig. 1 ähnliche Ausführung
gezeigt, bei der jedoch als Wärmetransportmittel und Arbeitsmittel das gleiche Mittel
dient. Das Arbeitsmittel gelangt durch eine Rohrleitung 60 in einen Wärmeübertrager
61 und aus diesem durch eine Rohrleitung 62 zu den Stäben a. Von dort gelangt das
Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 63 in einen Ejektor 64 und durch eine Rohrleitung
65 zu den Spaltstoffstäben c. Von den Spaltstoffstäben c führt eine Rohrleitung
66 das Arbeitsmittel zurArbeitsleistung in eine nichtdargestellteTurbine. Im Wärmeübertrager
61 sind zwei Rohrschlangen 67 und 68 angeordnet, von denen die Rohrschlange 67 Arbeitsmittel
aus den Druckrohren der Stäbe b durch eine Rohrleitung 70 erhält. Aus der Rohrschlange
67 wird das Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 71 der Saugstelle des Ejektors
64 zugeführt. Die Rohrschlange 68 ist durch eine Rohrleitung 72 an ein Staurohr
im Ejektor 64 angeschlossen und das Arbeitsmittel gelangt aus ihr durch eine Rohrleitung
73 zu der Gruppe b der Spaltstoffstäbe.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 erfolgt im Wärmeübertrager 61 die Verdampfung
bei flüssigem, bzw. die Vorwärmung bei gasförmigem Arbeitsmittel. Darauf folgt eine
zweistufige Erhitzung des Arbeitsmittels in hintereinander geschalteten Druckrohren
der Gruppen a und c. Der durch die Rohrschlangen 67, 68 und die Druckrohre der Gruppe
b führende Kreislauf führt dabei dem Wärmeübertrager 61 Wärme zu.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind im Reaktor 1 Spaltstoffstäbe vom
Zentrum nach außen in Gruppen a, b, c, d und e zusammengefaßt. Das Arbeitsmittel
gelangt durch eine Rohrleitung 80 in einen Wärmeübertrager 81 und aus diesem durch
eine Rohrleitung 82 in die Stäbe der Gruppe a. Aus den Stäben der Gruppe a gelangt
das Arbeitsmittel durch eine Rohrleitung 83 in eine Rohrschlange 84 im Wärmeübertrager
81 und aus dieser durch eine Rohrleitung 85 nacheinander zu den Spaltstoffstäben
d und e und durch eine Rohrleitung 86 zur nichtdargestellten Turbinenanlage. Von
der Rohrleitung 83 zweigt eine im Wärmeübertrager 81 zur Rohrschlange 84 parallele
Rohrschlange 87 ab, welche in eine Rohrleitung 88 mündet, die zu den Spaltstoffen
c führt. Von den Spaltstoffstäben c gelangt das Arbeitsmittel in eine Rohrleitung
90, aus dieser in eine Rohrschlange 91 und eine Rohrleitung 92, welche in einen
in der Rohrleitung 83 angeordneten Ejektor 93 mündet. Aus der Rohrleitung 85 wird
ein Teil des Arbeitsmittels durch eine Rohrleitung 94 entnommen, gelangt in eine
Rohrschlange 95, eine Rohrleitung 96, zu den Spaltstoffstäben der Gruppe b, eine
Rohrleitung 97 und durch eine Rohrschlange 98 zu einem in der Rohrleitung 85 befindlichen
Ejektor 100. Die Anordnung nach der Fig. 3 zeigt eine stufenförmige Hintereinanderschaltung
des die einzelnen Spaltstoffstabgruppen umströmenden Arbeitsmittels. Die Hauptströmung
durchfließt nacheinander die Druckrohre der Gruppen a, d und e mit zu den Randzonen
des Reaktors sich erhöhenden Temperaturen. Die Spaltstoffstabgruppen b und c dienen,
wie im vorigen Beispiel, zum Erhitzen des Arbeitsmittels der durch den Wärmeübertrager
führenden Kreisläufe.