DE1208833B - Siedewasserkernreaktor mit innerhalb des Reaktordruckgefaesses angeordneten Dampf-Wasser-Abscheidern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21d

Deutsche KX: 21 g - 21/24

Nummer: 1208 833

Aktenzeichen: L 37098 VIII c/21 g

Anmeldetag: 23. September 1960

Auslegetag: 13. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen Siedewasserkernreaktor mit innerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Einrichtungen zum Trennen des aus dem Reaktorkern austretenden Dampf-Flüssigkeits-Gemisches, welche aus auf den Reaktorkern aufgesetzten Leitvorrichtungen bestehen, die die Strömung des Dampf-Wasser-Gemisches in mehrere vertikal gerichtete Teilströme unterteilen und diese radial ablenken und die mit oberhalb der Wasseroberfläche mündenden Dampfableitungsrohren versehen sind.

Bei Siedewasserkernreaktoren besteht die Aufgabe, das aus dem Reaktorkern austretende Dampf-Wasser-Gemisch zu trennen, den Dampf möglichst trocken abzuziehen und das Wasser möglichst dampfblasenfrei abzuführen. Das Mitreißen von Wasser im Dampf ergibt Schwierigkeiten in der Turbine bzw. im Überhitzer, beispielsweise durch Erosion oder Verschleppung von Aktivität. Mitgenommene Dampfblasen im Wasser würden ferner die Unterkühlung des in den Reaktorkern wieder eintretenden Wassers verhindern und damit die Betriebsbedingungen verschlechtern.

Bei Siedewasserkernreaktoren kleiner Leistung oder bei Siedewasserkernreaktoren mit niedriger spezifischer Belastung erfolgt die gewünschte Abscheidung ohne besonderes Dazutun in befriedigender Weise allein durch die Schwerkraft, weil ausreichend Zeit für das Dampf-Wasser-Gemisch zwischen Abströmen aus dem Kern und Abströmen der getrennten Komponenten zur Verfügung steht. Bei Steigerung der spezifischen Leistung, insbesondere aber bei Vergrößerung der absoluten Leistung des Reaktors, wird jedoch ein Punkt erreicht, bei dem ohne besondere Maßnahmen die Abscheidung nicht mehr in ausreichendem Umfang stattfindet.

Um bei derartigen Reaktoren die gewünschte Abscheidung zu erzielen, kann man entweder durch Vergrößerung der Wasseroberfläche die zur Abscheidung zur Verfügung stehenden Zeiten vergrößern, weil damit die Geschwindigkeiten herabgesetzt werden, oder man kann mechanische Separatoren einbauen. Die erste Lösung hat den Nachteil, daß das Druckgefäß dadurch erheblich vergrößert und damit insgesamt eine außerordentliche auf wendige Lösung erzielt wird. Bei großen Reaktoren findet der Wasserspiegel wegen der maximal ausführbaren Größe der Druckgefäße rasch seine Grenze.

Es ist ein Zentrifugal-Wasserabscheider für Siedewasserkernreaktoren bekanntgeworden, bei dem jeder Brennelementkasten über einen Kamin den eigentlichen Separator trägt. Dieser besteht im wesentlichen Siedewasserkernreaktor mit innerhalb des
Reaktordruckgefäßes angeordneten
Dampf-Wasser-Abscheidern

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Heinz Kornbichler,
Falkenstein (Taunus)

aus einer kegehnantelstumpfförmigen durchlöcherten Hülse, an deren Eintritt ein Kranz von fest angeordneten Leitschaufeln angebracht ist. Diese Leitschaufeln wirbeln jedoch das Gemisch durch und wirken so einer bereits stattgefundenen Abscheidung entgegen.
Bei einem anderen bekannten Separator wird das Gemisch mehreren Wirbelkammerscheidern zugeführt, aus denen das Wasser abfließt, während der Dampf nach oben entweicht. Auch hier besteht der Nachteil einer Verringerung des Dampfblasenvolumens in den Scheidern. Auch der Drackverlust ist relativ groß.

Die vorliegende Vorrichtung vermeidet diese Nachteile, indem erfindungsgemäß die Leitvorrichtungen von jedem der Teilströme weitere Teilströme in verschiedenen Höhen abzweigen und diese radial und nach unten ablenken, wobei sie die Strömung verlangsamen.

Die Leitvorrichtungen sind dabei derartig ausgebildet, daß das aus jedem Teilstrom abgezweigte Wasser annähernd horizontal zwischen den benachbarten, für das aufsteigende Dampf-Wasser-Gemisch vorgesehenen Steigrohren abfließen kann. Zwischen den Leitvorrichtungen und dem Dampfraum oberhalb des Wasserspiegels sind Rohre derart angeordnet, daß der abgeschiedene Dampf nach oben abgeführt werden kann. In den Leitvorrichtungen können ferner Mittel zur Drosselung der Ströme vorgesehen werden. Zur Verstärkung des Abscheide-

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effektes können darüber hinaus Drallerzeuger angeordnet werden.

Bei einer derartigen Ausbildung des Kernreaktors bleibt der entscheidende Vorteil der natürlichen Abscheidung, nämlich der geringe Druckverlust, erhalten, während der Nachteil der natürlichen Abscheidung, nämlich das schlechte Funktionieren bei hoher spezifischer Belastung, verhindert wird. Auch braucht das Druckgefäß im Durchmesser nicht vergrößert zu werden, sondern es ergibt sich allenfalls eine Verlängerung dieses Gefäßes, was konstruktiv und in den Baukosten weniger ins Gewicht fällt.

Zur weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch wiedergegeben.

Der Reaktorkern 1 — bestehend aus einer großen Zahl von Brennstoffelementen — befindet sich in dem Reaktordruckgefäß 2. Im Reaktorkern 1 wird das Kühlmittel,,:das beispielsweise aus leichtem oder auch schwerem Wasser besteht, derartig erwärmt, daß sich zumindest im ,oberen Teil des Kernes 1 Dampfblasen bilden. Da die Dichte des erwärmten Wassers und die des Dampfes geringer ist als die Dichte des kälteren Wassers, steigt das Dampf-Wasser-Gemisch nach oben und strömt durch einen mehrzelligen Kamin 3 in die Dampf-Wasser-Abscheidevorrichtung 4. Diese Abscheidevorrichtung besteht beispielsweise aus mehreren übereinandergesetzten glockenförmigen Blechen 5,6,7 (s. Fig. 1). Aus Erfahrung ist bekannt, daß der Dampfgehalt in der Mitte eines Dampfstromes am größten ist, während an den Rohrwänden der Dampfgehalt geringer ist. Wird die Rohrwand an geeigneten Stellen unterbrochen, so wird das freie Rohrende von einem Anteil des Stromes umspült, der eine geringere Dampfblasenkonzentration besitzt. Der nun umgelenkte und nach unten gerichtete Anteil hat eine so geringe Geschwindigkeit, daß die noch in ihm enthaltenen Dampfblasen genügend Zeit finden, aufzusteigen. Durch die Glockenform der Rohrstücke 5,6 und 7 werden die. aufsteigenden Blasen wieder dem Hauptstrom zugeführt, während der Wasseranteil dem nach unten gerichteten Wasserkreislauf zugeführt wird. Schaltet man mehrere glockenförmige Rohrstücke hintereinander, so gelingt es auf diese Art, dem Dampf-Wasser-Gemisch einen großen Teil des Wassergehaltes zu entziehen, ohne daß der natürliche Umlauf durch einen großen Druckverlust gestört wird. Die Abscheidung des restlichen Wassers am oberen Ende ist dann in einfacher Weise mittels Prallblechen 9 und an sich bekannten Feintrocknern 12 möglich. Im Raum 10 sammelt sich dann der Dampf, der durch den Rohranschluß 11 entweicht.

Dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das gleiche Abscheideprinzip zugrunde. - "

Im Reaktorkern 1, der sich im Reaktordruckgefäß 2 befindet, wird das Kühlmittel derart erwärmt, daß sich ein Dampf-Wasser-Gemisch bildet. Dieses Gemisch steigt durch seine geringere Dichte auf und gelangt in einen Kamin 3, der auch wegfallen kann. Dem Kamin oder dem Reaktorkern schließt sich die Anordnung zur Trennung und Umlenkung des Dampf-Wasser-Stromes an, die aus geeignet geformten Blechen, wie 4, 5, 6 und 7, besteht. Das Gemisch wird unter anderem durch die Bleche 5 und 6 in Teilströme aufgeteilt, wobei jeder Teilstrom durch Abscheideführungskanäle 7 radial nach außen und/ oder nach unten geführt wird. Auch bei dieser Anordnung hat der umgelenkte und nach unten gerichtete Anteil eine geringere Geschwindigkeit, so daß die in ihm enthaltenen Dampfblasen genügend Zeit finden aufzusteigen. Um die bereits aus dem unteren Teil der Trennanordnung abgetrennten Dampfblasen nach oben führen zu können, ohne daß der übrige Stromverlauf gestört wird, befinden sich in der Trennanordnung Dampfableitungsrohre 8. Am oberen Abschluß der Rohre 8 sind nochmals Umlenkbleche 9 vorgesehen, welche bewirken, dais die noch mitgerissenen Wassertropfen ausgeschleudert werden. Im Raum 10 sammelt sich sodann der Dampf an, der durch den Rohranschluß 11 entweichen kann.

Zur Unterstützung der Dampfabscheidung kann es in besonderen Fällen vorteilhaft sein, beispielsweise am oberen Ende der Rohre 8, an Stelle der Umlenkbleche 9 hier nicht dargestellte Drallabscheider vorzusehen.

Zur Variation des Auftriebes kann es auch vor-' teilhaft sein, die einzelnen Teilströme schon vom Reaktorkern an getrennt zu führen.

Um die richtigen Strömungsgeschwindigkeiten für das abströmende Wasser in den einzelnen Abscheidekanälen zu erreichen, insbesondere um das Mitreißen von Dampf durch zu hohe Geschwindigkeiten an manchen Stellen zu verhindern, können ferner geeignete Drosselstellen eingebaut werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Siedewasserkernreaktor mit innerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Einrichtungen zum Trennen des aus dem Reaktorkern austretenden Dampf-Flüssigkeits-Gemisches, welche aus auf den Reaktorkern aufgesetzten Leitvorrichtungen bestehen, die die Strömung des Dampf-Wasser-Gemisches in mehrere vertikal gerichtete Teilströme unterteilen und diese radial ablenken, und die mit oberhalb der Wasseroberfläche mündenden Dampfableitungsrohren versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen von jedem der Teilströme weitere Teilströme in verschiedenen Höhen abzweigen und diese radial und nach unten ablenken, wobei sie die Strömung verlangsamen.

2. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen aus parallelen, nebeneinander und vertikal angeordneten Rohren bestehen, die sich aus glockenförmigenRohrteilstückenzusammensetzen, welche mit der größeren Öffnung nach unten übereinandergesteckt sind.

3. Siedewasserkernreaktor nach Anspruch 1, -" " dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen aus konzentrisch zueinander angeordneten, von außen nach innen in zunehmenden Höhen endenden hohlen, pilzförmigen Leitblechen bestehen und aus verschiedenen Höhen Dampfableitungsrohre von den konvex bezüglich des Reaktorkerns gebogenen oberen Rändern der Leitbleche nach oben in den Raum oberhalb der Wasseroberfläche führen.

4. Siedewasserkernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der über der Wasseroberfläche angeordneten Dampfaustrittsöffnungen der Leitvorrichtungen Prallbleche angeordnet sind.

5. Siedewasserkernreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Dampfaustrittsöffnung aus dem Reaktordruckgefäß Dampftrocknungsvorrichtungen angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 931170; deutsche Auslegeschriften Nr. 1082 992,1031899; französische Patentschrift Nr. 1048157; britische Patentschrift Nr. 820 466.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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