DE2234573A1

DE2234573A1 - Kerndampferzeuger

Info

Publication number: DE2234573A1
Application number: DE2234573A
Authority: DE
Inventors: Felix S Jabsen; Arnold E Paulson; Donald C Schluderberg
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1971-07-14
Filing date: 1972-07-14
Publication date: 1973-01-25
Also published as: DE2234573B2; NL7209293A; SE377626B; FR2145677B1; FR2145677A1; IT963044B; SE397741B; SE7410883L; ES404881A1; LU65712A1; BE786097A; CA968076A; JPS5127801B1; GB1389904A; AU4437772A; CH573087A5; SE401416B; SE7410884L

Description

sDe.

PATENTANWALT

η. Juli 1972 Anw.-Akte: 27.27

PATENTANMELDUNG

Anmelder: BABCOCK & WILCOX COMPANY,

161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA -

Titel: Kerndampferzeuger

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Energieerzeugungssystem mit einer einzigen Erzeugungsvorrichtung in Form eines Kernreaktors, der mit einer Anzahl von Dampferzeugern in Form von ersetzbaren und "abschreibbaren" Bausteinen ausgestattet ist, um ein Optimum an effektiver und wirksamer Mediumverdampfung während des Energieerzeugungsvorgangs zu erreichen.

In der Technik gibt es viele und unterschiedliche nukleare' Energieerzeugungssysteme, von denen einige hinsichtlich ihrer Betriebsföhigkeit von der Verdampfung von Medien, wie z. B. Wasser, abhängen. Um jedoch die Betriebsfähigkeit, lange Lebensdauer und Sicherheit sicherstellen zu können, mUssen diese Erzeugungssysteme notwendigerweise durch sehr viele einzelne und getrennte Hilfssysteme unterstützt werden, von denen jedes

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auf Grund der jeweiligen Größe und Form einen eigenen Raumbedarf hat. Letzten Endes ergibt ein solches verwickeltes Betriebsgewebe von Hilfssystemen eine etwas große, schwerfällige und verhältnismäßig unwirksame Anlage im Vergleich zur Größe der für die Aufstellung, die Wartung und die Benutzung erforderlichen Baustelle.

So könnte z.B. in Betrieben der öffentlichen Hand, wie einem Kraftwerk^ der Bedarf bis zu 1200 MW . bei den Üblicheren Einzelkernkrafterzeugern betragen, die in der Vergangenheit fUr Wartung und Betrieb gewöhnlich einen Raumbedarf von sage und schreibejetwa

46400 μ gehabt haben. Und wenn es notwendig wäre, wie es die UmweltschUtzer verlangen, eine solche Anlage in einem unterirdischen Betonbett zu erstellen, dann mußte die gleiche Anlage in so großen Tiefen wie 90 m angeordnet werden.

Auch ist z.B. in anderen Einsatzfällen, z.B. als Schiffsantrieb, die Geschwindigkeit eines atomgetriebenen Schiffes u.a. durch den fUr das Energieerzeugungssystem zur Verfugung stehenden Raum begrenzt. Nach dem derzeitigen bekannten Stand der Technik begrenzt das Übliche Kernenergieerzeugungssystem fUr Schiffsantrieb die

Leistung auf maximal 325 MW,, in erster Linie wegen des Gesamt-

th

raumbedarfs seitens des Reaktors und der Hilfssysteme. Somit ist der Antrieb eines solchen Schiffes auf etwa 120.000 Wellen-PS begrenzt. Wie es klar sein sollte, ist in der Tat eines der Abschreckungsmittel fUr die Verwendung der Kernenergie in vielen Fällen der Anlagerraumbedarf, der nicht nur auf den Reaktor selbst zurückzuführen ist, sondern auch auf die notwendigen Hilfssysteme.

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In der Technik ist eine Anlage erforderlich, die in Form eines Energieerzeugungssystems geschaltet ist, jedoch nicht im wesentlichen alle der nach dem Stand der Technik erforderlichen Hilfssysteme für ihren Betrieb, ihre Wartung und ihre Benutzung in einer effektiven und wirkungsvollen Weise benötigt, dennoch aber ein Optimum auf dem Gebiet der Sicherheit bietet.

Die vorliegende Erfindung entspricht dem Bedarf der Techik hinsichtlich der dreidimensionalen Anforderungen an Größe und Form unter besonderer Betonung eines Kernenergieerzeugungssystems, das verwendet werden kann, um Leistungen zu erzeugen, die über diejenigen nach dem Stand der Technik hinausgehen, ohne daß die folgenden Hilfssysteme im wesentlichen aus der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung herausgenommen werden können :

a) Antriebe für Regelstäbe in Teillänge;

b) Coreflutungssysteme;

c) Hochdruck-Einspritzsysteme;

d) Thiosulphat-Sprühsysteme;

e) Aufgabe- und Entnahmesysteme für lösliche Gifte;

f) Instrumentierungssysteme innerhalb des Cores;

g) enorm große Computersysteme;

h) ebenfalls große Systeme fUr die Beseitigung von flüssigen Abfällen;

i) Unterstützungssysteme für Erdbebenkreisläufe.

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Als Nebenvorteil der Ausschaltung der obigen Systeme werden auch die periodische Prüfung und Wartung solcher Hilfssysteme mit
ihrem Raum- und Kostenbedarf ausgeschaltet.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kernsystem zu schaffen für die Energieerzeugung ohne Bedarf an den
obigen Hilfssystemen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Kernenergieerzeugungsaggregat zu schaffen, das innen ersetzbare Dampferzeuger der "abschreibbaren" Bausteinausführung hat.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Dampferzeuger der Bausteinausführung zu schaffen, um ein Optimum an effektiver und wirksamer Verdampfung des Mediums während des Energieerzeugungsvorgangs zu erreichen.

Weitere Aufgaben und viele Nebenvorteile dieser Erfindung werden
dem Fachmann klarer werden, wenn er die folgende detaillierte
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema des Strömungssystems,

Fig. 2 einen Querschnitt des Reaktors mit einer besonderen Anordnung der Einbauten,

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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 unter Darstellung eines Gitters, das aus einer Anzahl Dampferzeuger um den Umfang des Reaktorcores herum besteht.

Fig. 4 eine Ansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3 unter Darstellung einer Gesamtgruppe aus einer Anzahl der einzelnen Reaktor-Dampferzeuger-Bausteine.

Fig. 5 eine Ansicht eines einzelnen Dampferzeuger-Bausteins des Reaktors nach Fig. 2.

Fig. 6 eine Ansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 und Fig. 7 eine Ansicht an der Linie 7-7 der Fig. 5.

Gleiche Ziffern bedeuten gleiche Teile innerhalb der verschiedenen Abbildungen.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung gemäß Darstellung in Fig. 1 umfaßt im breiten Sinne des Worts ein Energieerzeugungssystem, das in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet ist und mehrere Kernreaktor-Dampf erzeugeraggregate umfaßt, die je parallel zu zwei Kopplungseinheiten geschaltet sind, die Teil des geschlossenen Systemkreislaufs bilden und darin in Reihe angeordnet sind. Gemäß dieser Schaltung kann irgendein Reaktoraggregat oder irgendeine Anzahl solcher Reaktoraggregate in die Flußfolge eingegliedert werden, um einen Leistungsbereich von 1 bis 3 mal Systemleistung zu ergeben. Wenn z. B. ein Aggregat 400 MW leistet, dann wlirde man eine Leistung von

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1200 MW dadurch erreichen, daß man die drei Aggregate in dem geschlossenen Kreislaufsystem parallel betreibt. Es kommt dabei jedoch nicht zum Ausdruck, daß diese Leistung ohne die Hilfssysteme erreicht werden kann, die erforderlich sind, wenn man den nach dem Stand der Technik bekannten einzelnen Kernreaktor mit der gleichen Gesamtleistung einsetzt.

Im einzelnen steht bei dem System nach der vorliegenden Erfindung jeder der konsolidierten Kerndampferzeuger 11 mit einer Kopplungseinheit oder Mischkammer 12 Über entsprechende Armaturen in Verbindung, um Dampf zu einer Turbine 13 für die konventionelle Energieerzeugung zu leiten. Ein Kondensator 14 ist in Reihe mit der Turbine 13 geschaltet und befindet sich in der Nähe einer Pumpe 15, welche Kondensat zu einem Entsalzer 16 und dann in Reihe Über einen Luftstrahlapparat 17, einen Niederdruck-Vorwärmer 18 und einen Entgaservorwärmer 19 leitet. Eine Hauptpumpe 21 Übernimmt Speisewasser aus dem Vorwärmer 19 und leitet es zu einem Hochdruck-Vorwärmer 22 zwecks Weiterleitung zu dem gewählten Kerndampferzeuger 11 Über eine Kopplung 23 und entsprechende Armaturen.

Weitere Nebenvorteile der Erfindung schließen die Tatsach· ein, daß ein Komplex dieser Art räumlich auf Baustellen untergebracht werden kann, die unmöglich das aus einem einzelnen Reaktor bestehende Kernenergieerzeugungssystem vergleichbarer Leistung aufnehmen können. Die durch das vorliegende System gebotenen Vorteile bei der Sicherheit und der räumlichen Anordnung Übersteigen bei weitem diejenigen anderer Systeme, welche Leichtwasserreaktoren verwenden; gleich-

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zeitig kann die Anlage oder kann das System leichter gewartet und betrieben werden. Weiterhin ist die Erzeugung von flüssigen Abfällen vernachlässigbar gering, da eine verhältnismäßig niedrigere radioaktive Kontaminierung aufgebaut wird.

Wenn man sich nun auf Fig. 2 bezieht, dann ist der konsolidierte Kerndampferzeuger 11 gemäß der Erfindung mit einem Druckbehälter 26 ausgestattet, welcher ein konventionelles Core 27 hat, das. vorwiegend aus einem Gitter Brennelemente besteht, die KUhlmittelströmungskanäle innerhalb des Cores festlegen. Ein Wärmetauscher oder Dampferzeuger 28 steht mit dem Behälter 26 in Primärkühlmittel-Strö'mungsverbindung und ist mit Vorrichtungen 29 ausgestattet, um ,Primärkühlmittel durch den Erzeuger 28 und den Behälter 26 über solche Kanäle strömen zu lassen. Der Behälter ist auch mit Vorrichtungen ausgestattet, um Speisewasser 31 zuzuführen und Dampf 32 abzuziehen, wobei jede dieser Vorrichtungen mit dem zuvor genannten geschlossenen Kreislaufsystem gemäß Fig. 1 gekoppelt ist.

Das Wesen des Verfahrens und der Reaktoranordnung besteht darin, daß ein einzelner Dampferzeuger auf Abstand oberhalb des Cores in dem Druckbehälter 28 vorgesehen ist. Der Strömungsweg des Primärkühlmittels ist durch die Punkte 35 bis 39 in Fig. 1 angedeutet. Wie man der Abbildung entnehmen kann, ist jeder der Dampferzeuger-Bausteine unten mit einer Tragplatte 41 versehen sowie mit einer Stützwand 42, die in Längsrichtung entlang der Innenseite des Bausteins verläuft, welcher hiernach im einzelnen beschrieben wird.

Frühere Bemühungen um die Entwicklung eines Druckwässerreaktors

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der in Fig» 2 dargestellten Integralbauart sind durch eine typische Unvereinbarkeit zwischen den jeweiligen Formen und Abmessungen der Hauptteile, wie z.B. Core, Corebehälter und Dampferzeuger, kompliziert gestaltet worden. Selbst nach Lösung einiger der Formprobleme zur Schaffung eines kompakteren Reaktors wurde festgestellt, daß die Anordnungen nach dem Stand der Technik die Fertigungskosten erhöhten und zusätzliche Probleme schufen, die mit der Wartung und der Befahrung im Betrieb verknüpft waren* Deshalb wurde eine Reaktoranordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, angestrebt, um den gewünschten Kompaktheitsgrad zu erzielen, jedoch unter Ausschaltung der Mehrkosten und der Befahrungsprobleme.

Ein Höchstmaß an kompakter Ausfuhrung ist mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung auf Grund des Dampferzeugers 28 sowie auf Grund seiner Form und seiner Größe erreicht worden. Infolgedessen wurden sowohl die Höhe als auch der Durchmesser des Druckbehälters stark vermindert mit einer entsprechenden Herabsetzung des Primärkühlmittelbedarfs auf einen so geringen Wert wie 50 % des Bedarfs bei den konventionellen Einzelreaktoren nach dem Stand der Technik, während die vorliegende Anordnung verhältnismäßig frei von Wärmespannungen ist, die durch betriebliche Übergangszustände verursacht werden.

Weitere Nebenvorteile bestehen darin, daß die Dampferzeuger auf Abstand oberhalb des Cores angeordnet sind. In der Praxis sollte der Abstand ein Gesamtmaß von mindestens etwa 60 cm haben. Auf diese Weise wird die Erzeugung von radioaktivem Sauerstoff in dem Sekundärsystem vermieden; dadurch scheiden auch die Nebenprobleme

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aus, die die Verwendung einer kostspieligen Abschirmung innerhalb eines solchen Systems einschließen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß aktivierte Korrosionsprodukte ebenfalls in dem Sekundärsystem vermieden werden. In der Vergangenheit trat dies gewöhnlich, ein, als metallische Rohre mit einem Neutronenfeld aus dem Reaktorcore in Berührung kamen. Infolge der genannten Vorteile kann bei der Fertigung des Dampferzeugers ferritischer Stahl verwendet werden, der verhältnismäßig billiger ist und fUr die Optimierung des Wirkungsgrads des Wärmeaustauschverfahrens eine größere Wärmeleitfähigkeit besitzt als nichtrostender Stahl. In der Vergangenheit war die Verwendung eines solchen Werkstoff· nicht möglich· Dies war in erster Linie darauf zurückzuführen, daß bei einer Verminderung des Abstands zwischen dem Dampferzeuger und dem Cord die Übliche Rißbildungs- und Bruchneigung der ferritischen Stähle zunimmt.

Da in der Vergangenheit Hilfssysteme verwendet wurden, die Borsäure im PrimärkUhlmittel enthielten, konnten die ferritischen Stähle wegen der Korrosionsrate ebenfalls nicht eingesetzt werden. Jetzt kann jedoch ein solcher.Werkstoff verwendet werden, und auf Grund der größeren Wärmeleitfähigkeit dieser Werkstoffe können die Dampferzeuger in kleineren und billigeren Einheiten gefertigt werden, ohne daß der erforderliche GesamtwärmeUbergang einer solchen Einheit gefährdet wird. Weiterhin würde der Dampfströmungsweg wesentliche technische, betriebliche und Wartungsprobleme aufwerfen, wenn, wie in der Vergangenheit, der Dampferzeuger neben dem Kern angeordnet würde. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung tritt jedoch ein verhältnismäßig geringer Strömungswider-

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stand in Primärsystem auf und ein Naturumlauf wird aufrechterhalten, selbst wenn die Pumpe 29 ausfällt. In der Tat wUrde der Umlauf bei dem vorliegenden Reaktor in einem solchen Fall gegenüber den Gesamtnaturumlauf oder dem Gesamtstrom sogar noch etwas verstärkt, den man gewöhnlich bei Reaktoren nach dem Stand der Technik vorfindet. Somit wird selbst bei nicht arbeitenden Umwälzpumpen in dieser Beziehung eine ungewöhnlich gute Verhaltensweise erreicht. Gemäß der Erfindung haben die Wärmetauscher oder Dampferzeuger 28 zum Einsatz im Reaktor die Form einer Vielzahl von einzelnen und ersetzbaren Bausteinen, von denen jeder "abgeschrieben" werden kann und die alle zusammen den Wärmeübergangsvorgang des Systems und, wie beschrieben, die Strömungsverteilung des Kühlmittels in einem solchen Aggregat kontrollieren. Es ist in der Technik bekannt, daß die Leistung eines Kernreaktors u.a. durch den Koeffizienten begrenzt wird, mit den Wärme auf das innerhalb des Wärmetauschers strömende Sekundärmedium Übertragen werden kann.

Eine Bauform zur Sicherstellung des Optimums an effektivem und wirksamem Wärmeübergang zwischen einem Primär- und Sekundärmedium innerhalb des zuvorgenannten Reaktors ist diejenige, bei der eine Anzahl in Längsrichtung verlaufender Wärmeaustauschrohre, die ein Sekundärmedium enthalten, innerhalb eines vorgeschriebenen Raums in einer bestimmten Ordnung in dem Strömungsweg des erwärmten Primärmediums angeordnet wird. In einem solchen Fall strömt das Primärmedium abwärts Über eine maximale Außenfläche der Rohre und Überträgt dabei seine Wärme auf das Sekundärmedium innerhalb eines jeden der Rohre; dieses Sekundärmedium wird leicht verdampft und erzeugt dabei Dampf oder Gas. Der letztgenannte Dampf bzw. das

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letztgenannte Gas strömt dann innerhalb solcher Rohre aufwärts im Gegenstrom zum Primärmedium. Um für das System einen optimalen Wärmeübergang sicherzustellen, werden die Rohrbündel in Gruppen 40 gefertigt, die Bausteine genannt werden und nebeneinander um den Umfang des Core herum in der Gesamtform eines Gitters 41 angeordnet werden, wie man der Fig. 3 entnehmen kann.

Das in Fig. 3 dargestellte Gitter besteht aus einer Anzahl gleichmäßig gebauter, in Längsrichtung verlaufender und nebeneinander angeordneter Bausteine von Dampferzeugungseinheiten.

Jedoch kann die Gesamtausbildung des Gitters in der Anordnung etwas geändert werden, ohne von dem Geist dieser Erfindung abzuweichen, solange jeder der Dampferzeuger 28, die das Gitter 41 bilden, ein einzelner, trennbarer und ersetzbarer Baustein der nachstehend im einzelnen beschriebenen Art ist. Weiter werden, wie in Fig. 4 dargestellt, zur Erzielung einer einwandfrei freien Strömung des Primärmediums durch das Gitter oder den Gesamtdampferzeuger die einzelnen Dampferzeugergruppen 42 in verschiedenen Höhen zueinander angeordnet, wodurch das Primärmediums im wesentlichen unbehindert in den, durch den und aus dem Dampferzeuger strömt, wie es durch die Strömungslinien 43 angedeutet ist. Wie dargestellt, ist ein System von Verteilern 44 vorgesehen, um den Dampf von den Bausteingruppen durch die Wand des Behälters 26 zu Leitungen 32 des Gesamtenergieerzeugungssystems, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zu leiten. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die erweiterten Stücke eines jeden der einzelnen Rohre 47 nebeneinander in der Mitte der Bausteingruppen 42 angeordnet sind, selbst wenn jede der Dampferzeu-

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gungseinheiten der Gruppe auf einer anderen Höhe liegt. Die gesamte Gruppe der Dampferzeuger bildet eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanälen fUr das Primärmedium. Obwohl die Bausteine auf verschiedenen Höhen liegen, liegt der mittlere nicht eingezogene Teil der einzelnen eingezogenen RohrstUck· bei allen Bausteinen auf der gleichen Höhe. Diese Anordnung hält die Wirksamkeit der Wärmeaustauschfläche aufrecht, weil dadurch die Neigung vermieden wird, daß irgendein einzelnes Rohr von dem strömenden Primärmedium umgangen wird. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der einzelne Baustein oder die einzelne Dampferzeugungseinheit 28 im wesentlichen ein geschlossenes Paket von Längsrohren 47, die genau angeordnet sind und zueinander gehalten werden, wobei eine sinnvolle Freiheit zwischen denselben besteht, damit sie sich mit der Temperaturänderung dehnen können. Das aus Längsrohren bestehende Bündel wird stabil zwischen zwei Rohrböden 50, 51 gehalten, von denen jeder in Verbindung mit anderen Teilen die Basis für den Eintritts- und Austrittssammler des geschlossenen Systems bildet und die das Bündel gegen Rattern und Schwingungen festhalten, wenn die Einheit einem erwärmten, in Wirbelströmung fließenden Primärmedium ausgesetzt wird. Im allgemeinen wird die Einheit seitlich in Abständen auf ihrer Länge durch ein Bauteil stabilisiert, das Rost 52 genannt wird. Das letztgenannte Teil schaltet die Gefahr aus, daß sich die einzelnen Rohre durch Temperaturänderung oder Wirbelströmung verbiegen oder verlagern können. In einigen Fällen könnte der Rost durch eine Anzahl von eingepaßten Laschen gebildet werden, um eine seitliche Netzstruktur von Öffnungen zu ergeben, in denen die Längsrohre gitterartig aufgenommen und gehalten werden, ohne daß die Strömung des Primärmediums Über die einzelnen Rohre behindert wird. Wie angedeutet,

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strömt das letztgenannte Medium in Längsrichtung entlang und innerhalb des Rohrgebildes als ein Träger fUr den Wärme- oder Energie-Übergang auf die einzelnen Rohre.

Wie in Fig. 5 dargestellt, verlaufen die einzelnen verhältnismäßig dünnen, vertikalen Rohre durch den oberen und unteren horizontalen Rohrboden Seite an Seite in bestimmten Abständen voneinander. Die Außenfläche der Rohrböden oder seitliche angrenzenden Teile ist an den Kontaktstellen dieser Rohrböden mit den Außenenden der einzelnen Rohre vorzugsweise flach und eben. In der beschriebenen Weise stellt die Einheit ein kompaktes Paket von gebündelten Rohren dar. Die Verfahren zur Befestigung solcher Rohre an Rohrböden sind zahlreich und schließen Elektroschweißung oder irgendeine andere übliche oder konventionelle Methode ein, die in der Technik für diesen gewünschten Zweck bekannt ist.

Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Zugangemöglichkeit zum Dampferzeuger 28 im Reaktor selbst, weil der gesamte Einbau, der oberhalb des Cores angeordnet ist, als eine Einheit ausgebaut werden kann. Die letztgenannte Einheit besteht aus den Außenwänden 42, die dem Dampferzeuger eine innere Unterstützung verleihen und in Längsrichtung durch Versteifungsrippen 43 verstrebt werden, die ihrerseits vertikal verlaufen und von den Platten 44 bis 47 getragen werden. Nachdem der beschriebene Einbau entfernt ist, ist ein leichter Zugang zu den einzelnen Gruppen der Dampferzeuger möglich. Auf diese Weise kann jeder der Bausteine leicht ersetzt,' "abgeschrieben" oder sogar an Ort und Stelle repariert werden. Auch ist gegenüber dem bekannten Stand der Technik weniger Zeit

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erforderlich, um jeden der Dampferzeuger-Bausteine voll auszubauen und zu ersetzen. Auch können undichte Stellen in den einzelnen Rohren eines Bausteins leicht abgesperrt werden bei einer verhältnismäßig geringeren Leistungseinbuße.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform würden die Bausteine einen quadratischen Querschnitt und eine Teilung haben, die mit der Größe und Teilung des Core-Brennelementbündels vereinbar ist. Im wesentlichen wurde festgestellt, daß der Durchlauf-Dampferzeuger mit seinen niedrigen Sekundärgeschwindigkeiten und Aufwärtsströmung einzigartig für die erforderliche Bausteinform geeignet ist. Vorzugsweise haben die einzelnen Rohre des Bausteins eine Wandstärke von etwa 1,7 mm und einen Abschnitt mit einem Außendurchmesser von etwa 12,7 mm, der an beiden Enden auf einen Außendurchmesser von etwa 9,5 mm eingezogen wird. Die Teilung in einem praktischen

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Baustein beträgt etwa 15,5 mm . Die Primärkühlmittelströmung in jeden und aus jedem der Bausteine wird durch den eingezogenen' Rohrabschnitt erleichtert. Der typisch kleine Bohrdurchmesser der Bausteine vermindert die Leckrate bei einem Rohrreißer und trägt zu der kompakten Ausfuhrung bei; außerdem setzt er die Notwendigkeit von dicken Wänden bei den Rohren selbst auf ein Geringstmaß herab·

Die einzelnen Sammler 52, 53, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind, werden entweder geschmiedet oder gegossen. Diese einzelnen StUcke werden an den Rohrboden angeschweißt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Jeder der Sammler ist mit einer Umfangskante 54 versehen, die an den Rohrboden angesetzt wird. Das Innere des Hauptkörpers eines jeden der Sammler wird gegen den Außendruck

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des Primärmediums durch eine Anzahl von gleichmäßig verteilten Stutzen 55 unterstutzt, die an dem Rohrboden anliegen, wenn die Kante angeschweißt ist. Da der Innendruck beträchtlich geringer als der Außendruck ist, ist es nicht erforderlich, jede dieser Stutzen an der Kontaktfläche des Rohrbodens anzuschweißen.

Vorzugsweise werden die Dampferzeuger-Bausteine in Gruppen von neun und zehn eingeteilt und, wie zuvor dargestellt, in wenigstens drei vertikalen Lagen zueinander angeordnet, um eine unbeschränkte Strömung des Pcimärmediums zu erlauben. Auch, kann sich jeder Baustein frei in vertikaler Richtung bei betrieblichen Übergangszuetänden aufgrund der Elastizität in der Verteilleitung dehnen oder zusammenziehen. Weiterhin sind die BehälterdurchfUhrungen fUr die Speisewassereintritte und Danpfaustritte im allgemeinen in jedem Viertelkreis des Behälters symmetrisch.

Im Betrieb strömt Primärwasser in Längsrichtung nach unten Über die Dampferzeugerrohre mit etwa der gleichen Geschwindigkeit wie sie im Core herrscht. Speisewasser oder das Sekundärmedium wird durch den Eintritt in das Speisewasserrohr 56 aufgegeben. Das Speisewasser strömt dann nach unten zu dem unteren Bausteinsammler und wird gleichmäßig von dem unteren Sammler auf jedes Kesselrohr aufgeteilt; wenn es vertikal durch die Rohre 47 aufwärts strömt, wird es verdampft und Überhitzt, um im oberen Sammler zwecks Verteilung, Über die Öffnung 60, auf die Verteiler des Energieerzeugungsaggregats des Systems gesammelt zu werden.

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Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, daß der Dampferzeuger-Baustein mit oder ohne Einziehen der einzelnen Kesselrohre frei von kritischen oder ungewöhnlichen Stabilitätsproblemen ist.

Bei dem zuvor beschriebenen System können undichte Rohre abgesperrt werden, ohne daß man den Betrieb der Anlage unterbricht. Unter Druck werden die Rohrwände des Erzeugers weniger durch Schäden beeinträchtigt und unterliegen weniger Spannungskorrosionsrißbildung. Die Rohre können bei niedrigeren Beanspruchungen arbeiten und sollten nicht undicht werden, selbst wenn sie zusammenbrechen. Auch benötigen die einzelnen Dampferzeuger nicht die speziellen Werkstatteinrichtungen wie ein konventionelles Aggregat. Somit ist der Baustein gut fUr Massenproduktionsverfahren geeignet, die zuvor bei der Herstellung von Dampferzeugern fUr Druckwasserreaktoren nicht verwendbar waren*

Abschließend kann man sagen, daß die zuvor beschriebene und im Vergleich zur Leistung vorhandene extreme Kompaktheit des Systems zu großen Einsparungen bei der Fertigung, der Wartung und dem Betrieb eines Kraftwerks fuhrt. Die besondere Konstruktion und Anordnung des Reaktors selbst hat den Glauben aus der Welt geschafft, daß Druckwasserreaktoren schwierig zu warten und zu befahren sind. Außerdem benötigt ein solches System weniger und nicht komplizierte Hilfsund Sicherheitssysteme, die dazu neigen, die Kosten eines Üblichen konventionellen Systems zu steigern.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

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In einem nuklearen Energieerzeugungssystem mit einer Vorkehrung fUr mindestens zwei getrennte Strömungswege im Wärmeaustauschverhältnis zueinander, wobei einer der genannten Wege ein erwärmtes Primärmedium enthält und ein zweiter der genannten Wege ein Sekundärmedium in einem umwandelbaren Zustand in Abhängigkeit von der Temperaturänderung,

die Verbesserung in Form einer Anzahl von Bausteinen zur Verwendung bei dem genannten Wärmeaustausch, je umfassend:

a) eine Anzahl Sammler, die auf Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der obere der genannten Sammler einen geschlossenen Durcbtritt und einen Austritt hat;

b) ein Speiserohr, das betrieblich durch den genannten Durchtritt gesteckt wird und strömungstechnisch mit dem genannten unteren Sammler in Verbindung steht;

c) eine Anzahl von hohlen Längsrohren, die strömungstechnisch mit dem genannten oberen und dem genannten unteren Sammler in Verbindung stehen und in bezug auf das genannte Speiserohir in einem Muster angeordnet sind;

wobei das Sekundärmedium im flüssigem Zustand nach unten durch das genannte Speiserohr fließt und in dem unteren

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Sammler verteilt wird, um nach oben durch die Längsrohre und aus der Öffnung in dem oberen Sammler im gasförmigen Zustand heraus zu strömen,

wobei die genannte Umwandlung des Zustande des Sekundärmediums im wesentlichen in den Längsrohren stattfindet, Über die das erwärmte Primärmedium in einem Wärmeaustauschverhältnis strömt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Primär- und Sekundärströmungswege der Medien zueinander im Gegenstrom geschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Primärmedium und
dem Sekundärmediura in irgendeinem von einer Anzahl einzeln einschaltbarer paralleler Teilströraungswege erfolgt, die aus dem Hauptsekundärströmungsweg stammen und zu demselben führen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Primärmedium und
dem Sekundärmedium vollständig in einer Anzahl einzeln einschaltbarer paralleler Teilströmungswege erfolgt, die aus dem Hauptsekundärströmungsweg stammen und zu demselben fuhren*

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Längsrohre in zwei Endstücken endet,
von denen jedes an einem getrennten Rohrboden der einzelnen
Sammler befestigt ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke eines jeden der Längsrohre in dem in der Nähe des Rohrbodens liegenden Bereich eingezogen sind und daß der mittlere Abschnitt aller Längsrohre zueinander auf der gleichen Höhe liegt.

7. In einem Kernreaktor, der mit einem Druckbehälter ausgestattet ist, welcher ein Core hat, das aus Brennelementen besteht, die Kühlmittelströmungswege innerhalb des Cores festlegen, wobei ein Wärmetauscher innerhalb des genannten Behälters primärkUhlmittelseitig strömungstechnisch mit dem Core in Verbindung steht und Vorrichtungen vorhanden sind, um Primärkühlmittel durch den Austauscher und Core Über die genannten Strömungswege zu fördern,

die Verbesserung in Form eines Wärmetauschers aus einer Anzahl Bausteinen, umfassend:

a) eine Anzahl Sammler, die auf Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der obere der Sammler einen geschlossenen Durchtritt und einen Austritt hat;

b) ein Speiserohr, das betrieblich durch den Durchtritt gesteckt wird und strömungstechnisch mit dem unteren Sammler in Verbindung steht;

c) eine Anzahl von hohlen Längsrohren, die strömungstechnisch mit dem oberen und dem unteren Sammler in Verbindung stehen und in bezug auf das Speiserohr in einem Muster angeordnet sind;

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wobei ein Sekundärmedium in eine* je nach Temperaturänderung umwandelbarem Zustand in flüssiger Form nach unten durch das Speiserohr fließt und in dem unteren Sammler verteilt wird, um nach oben durch die Längsrohre und aus der Öffnung in dem oberen Sammler im gasförmigen Zustand heraus zu strömen zu einem außen liegenden Energieerzeugungskreislauf, wobei die Umwandlung des Zustandes des Sekudärmediums im wesentlichen in den Längsrohren stattfindet, Über die das erwärmte Primärmedium in einem Wärmeaustauschverhältnis strömt.

8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Bausteine in Form eines Gitters auf Abstand oberhalb des Cores entlang einer Aufwärtsverlängerung des Coreumfangs angeordnet ist.

9. Ein Wärmetauscher-Baustein zur Verwendung bei der Verdampfung eines Sekundärmediums, umfassend:

a) eine Anzahl Sammler, die auf Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der obere der Sammler einen geschlossenen Durchtritt und einen Austritt hat;

b) ein Speiserohr, das betrieblich durch den Durchtritt gesteckt wird und strömungstechnisch mit dem unteren Sammler in Verbindung steht;

c) eine Anzahl von hohlen Längsrohren, die strömungstechnisch mit dem oberen und dem unteren Sammler in Verbindung stehen und in bezug auf das Speiserohr in einem Muster angeordnet sind/

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wobei das Sekundärmedium im flüssigen Zustand nach unten durch das Speiserohr strömt und in dem unteren Sammler verteilt wird, um nach oben durch die Längsrohre und aus der öffnung in dem oberen Sammler im gasförmigen Zustand heraus zu strömen,

wobei die genannte Umwandlung des Sekundärmediums im wesentlichen in den Längsrohren stattfindet, wenn ein erwärmtes Primärmedium im Wärmeaustauschverhältnis Über die Längsrohre strömt.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrohre auf Abstand um das Speiserohr herum angeordnet sind.

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