DE1224416B - Energiegewinnungsanlage bestehend aus einem gasgekuehlten Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche KL: 21g-21/22

Nummer: 1224 416

Aktenzeichen: U 6562 VIII c/21 g

Anmeldetag: 6. Oktober 1959

Auslegetag: 8. September 1966

Die Erfindung betrifft eine Energiegewinnungsanlage, bestehend aus einem gasgekühlten Kernreaktor, dessen Reaktorgefäß aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Behältern besteht, von denen der innere den Reaktorkern enthält, einem Wärmeaustauscher und einer konzentrischen Doppelrohrleitung, bei der das eine offene Ende des inneren Rohres an dem inneren Behälter des Reaktorgefäßes befestigt ist und mit dem zentralen Gefäßraum kommuniziert und das eine offene Ende des äußeren Rohres an dem äußeren Behälter befestigt ist und mit dem von den beiden Behältern eingeschlossenen peripheren Raum des Reaktorgefäßes kommuniziert, wobei das heiße Gas aus dem Reaktorkern in dem inneren Rohr zu einem Wärmeaustauscher strömt und in dem Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr die Zufuhr des Kühlgases zum peripheren Raum des Reaktorgefäßes erfolgt.

Bei derartigen Anlagen wird ein unter Druck stehendes Gas, beispielsweise Helium, in das Reaktorgefäß eingeleitet, in welchem es als Kühlmittel für den Reaktorkern dient. Das erhitzte Gas wird zu einem Dampferzeuger geleitet, in welchem es zur Leistungserzeugung ausgenutzt wird. Die Überführung dieser erhitzten Gase aus dem Reaktorgefäß zur Energie-Umwandlungseinrichtung hat eine Anzahl Probleme im Gefolge, besonders hinsichtlich geeigneter Leitungen zur Überführung der heißen Gase aus dem Reaktorgefäß zum Dampferzeuger und geeigneter Dichtungen an der Verbindungsstelle der Leitung für das heiße Gas mit dem Reaktorgefäß. Infolge der hohen Temperaturen und Drücke, die in der Auslaßleitung aus dem Reaktorgefäß bestehen, wurde es bisher für notwendig erachtet, eine ziemlich hohe Kosten verursachende Schwermetalleitung für einen solchen Auslaß zu verwenden. Ferner hatte die Abdichtung der Auslaßleitung an ihrer Verbindung mit dem Reaktorgefäß die Verwendung ziemlich komplizierter und teurer Dichtungsanordnungen erforderlich gemacht.

Es ist auch bekannt, den Reaktor über konzentrische Leitungen mit einem Dampfgenerator zu verbinden. Bei der bekannten Anordnung handelt es sich jedoch um ein offenes und nicht um ein geschlossenes Kühlsystem. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs beschriebenen Anlage einen geschlossenen Primärkreislauf zu schaffen, ohne daß unzulässige Belastungen der Behälter und Leitungen und übermäßige Wärmeverluste des das Wärmetauschmittel bildenden Kühlgases auftreten.

Dies wird dadurch erreicht, indem gemäß der Erfindung das Wärmeaustauschergefäß ebenfalls aus Energiegewinnungsanlage bestehend aus einem
gasgekühlten Kernreaktor

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Peter Fortescue,
David Nicoll,
La Jolla, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Oktober 1958
(765 545)

zwei konzentrisch zueinander angeordneten Behältern besteht, von denen der innere Behälter die Wärmetauschflächen enthält, und das andere offene Ende des inneren Rohres an dem inneren Behälter des Wärmeaustauschers und das andere offene Ende des äußeren Rohres an dem äußeren Behälter des Wärmeaustauschers befestigt ist.

An Hand der Figur wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Bei einem gasgekühlten Reaktor von der in der Zeichnung dargestellten Art ist für das Reaktorgefäß ein Kühlsystem vorgesehen, bei welchem ein gasförmiges Kühlmittel unter Druck aus einer Gasumwälzeinrichtung 10 in das Reaktorgefäß 12 eingeleitet und durch dieses hindurchgeleitet wird. Das Gas absorbiert bei seinem Durchgang durch den Reaktorkern 14 im Gefäß 12 eine beträchtliche Wärmemenge. Das erhitzte Gas wird dann zu einer Leistungsumwandlungseinrichtung, beispielsweise zu einem Dampferzeuger 16, geleitet, in welchem es zur Leistungserzeugung verwendet wird. Die aus dem Reaktorgefäß 12 abgeleiteten Gase können auf eine Temperatur erhitzt sein, die viel höher als seine Anfangstemperatur ist und oft über 538° C liegt.

Die Gaseinlaßrohrleitung 18 und die Gasauslaßrohrleitung 20 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Einlaßleitung 18 eine äußere Ummante-

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lung für die Auslaßleitung 20, welche die heißeren Gase führt, bildet. Die innere Leitung 20 ist von einer Reihe von voneinander in Abstand befindlichen Armkreuzen 19 umgeben, welche eine stützende Verbindung zwischen den konzentrischen Leitungen bilden. Vorzugsweise erstrecken sich die Arme der Armkreuze 19 bis zur Innenwandung des Kanals 18, sind jedoch nicht mit dieser verbunden, um die Wärmedehnung der äußeren Leitung nicht zu behindern. Ferner wird die innere Leitung 20, welche die heißen Gase führt, vorzugsweise aus ineinandergeschobenen Abschnitten hergestellt, um eine Ausdehnung und Zusammenziehung der Leitung in Längsrichtung zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, eine U-förmige Krümmung (nicht gezeigt) in den konzentrischen Leitungen zwischen dem Reaktor und dem Dampferzeuger vorzusehen, wodurch die Ausdehnung der Leitungen weiterhin erleichtert wird.

Bei der konzentrischen Anordnung der Rohrleitungen kann dann die Gasaustrittsleitung 20 in das Reaktorgefäß 12 mit einem beträchtlichen Abstand vom Außenmantel oder der Wand 22 des Gefäßes nach innen ragen und kann in einem Innenmantel 24 im Gefäß, beispielsweise in dem für den Reflektor 26 vorgesehenen Mantel, dichtend gelagert sein. Ferner ist die zwischen der Austrittsleitung 20 und dem Reflektorstützmantel 24 vorgesehene Verbindung nicht sehr problematisch, da jeder Wärmeaustausch an dieser Stelle allein innerhalb des Reaktorgefäßes 12 stattfindet. Außerdem werden bei der beschriebenen Anordnung irgendwelche an der Verbindungsstelle der Auslaßleitung 20 mit dem Innenwandteil 24 des Reaktorgefäßes auftretenden Beanspruchungen so gering wie möglich gehalten.

Es besteht gewöhnlich ein sehr geringer Druckunterschied zwischen den zugeführten Kühlmittelgasen und den aus dem Reaktorgefäß abgeleiteten erhitzten Gasen, so daß bei der konzentrischen Anordnung der Leitungen für die Zuleitung bzw. Ableitung der Gase zu dem bzw. aus dem Reaktorgefäß die innere Leitung aus einem verhältnismäßig dünnwandigen Metall hergestellt werden kann. Ferner ist zu erwähnen, daß die in den Reaktor 12 durch die Leitung 18 eintretenden Kühlgase eine Isolierung für die aus dem Reaktor durch die Leitung 20 abgeleiteten erhitzten Gase bilden, was sich günstig auf den thermischen Wirkungsgrad auswirkt. In letzterem Zusammenhang ist es möglich, daß unter bestimmten Umständen das Problem einer regenerativen Erhitzung der Kühlgase im Außenkanal 18 auftreten kann, was dadurch vermieden oder zumindest auf ein geringstmögliches Maß herabgesetzt werden kann, daß innerhalb des Innenrohrs 20 ein Raum mit stagnierendem Gas vorgesehen wird. Gegebenenfalls können natürlich auch andere geeignete Mittel zur Isolierung der inneren Leitung 20 mit Bezug auf die äußere Leitung 18 vorgesehen werden. Praktisch ergibt sich jedoch ein sehr geringer Wärmeaustausch zwischen den konzentrischen Leitungen, der gewöhnlich weniger als % der Eintrittstemperatur beträgt, was für den beabsichtigten Zweck ohne weiteres tragbar ist.

Für den Dampferzeuger 16 wird vorgesehen, daß die Heißgasleitung 20 zu einem Innenbehälter 28 führt und die Leitung 18 für das kühlere Gas mit einem äußeren Behälter, der sich unmittelbar innerhalb der Außenwand 30 befindet, in Verbindung steht. Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß durch die

ίο Erfindung eine Energiegewinnungsanlage mit einem gasgefüllten Kernreaktor geschaffen wurde, bei der durch die konzentrische Anordnung der Leitungen für den Gasaustausch zwischen Reaktor und Dampferzeuger die thermischen Beanspruchungen an der Außenseite des Reaktorgefäßes sowie des Dampferzeugers beträchtlich verringert werden. Ferner ist das verwendete Leitungsmaterial und sind die in Verbindung mit diesem benutzten Dichtungsmittel wesentlich billiger, als dies bisher der Fall war.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Energiegewinnungsanlage, bestehend aus einem gasgekühlten Kernreaktor, dessen Reaktorgefäß aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Behältern besteht, von denen der innere den Reaktorkern enthält, einem Wärmeaustauscher und einer konzentrischen Doppelrohrleitung, bei der das eine offene Ende des inneren Rohres an dem inneren Behälter des Reaktor- - gefäßes befestigt ist und mit dem zentralen Gefäßraum kommuniziert und das eine offene Ende des äußeren Rohres an dem äußeren Be^ hälter befestigt ist und mit dem von den beiden Behältern eingeschlossenen peripheren Raum des Reaktorgefäßes kommuniziert, wobei das heiße Gas aus dem Reaktorkern in dem inneren Rohr zu einem Wärmeaustauscher strömt und in dein Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr die Zufuhr des Kühlgases zum peripheren Raum des Reaktorgefäßes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschergefäß ebenfalls aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Behältern besteht, von denen der innere Behälter die Wärmeaustauschflächen enthält, und das andere offene Ende des inneren Rohres an dem inneren Behälter des Wärmeaustauschers und das andere offene Ende des äußeren Rohres an dem äußeren Behälter des Wärmeaustauschers befestigt ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr mit Abstützelementen versehen ist und aus einer Anzahl von teleskopartig ineinander greifenden Abschnitten besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 785 528;
USA.-Patentschrift Nr. 2 827 429.

Hierzu "1 Blatt Zeichnungen

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