DE3720177C2 - Wärmetauscher- und Pumpenanordnung für einen Flüssigmetallreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als elektromagnetische Pumpen für Flüssigmetallreaktoren sind sogenannte Strömungskoppler bekannt, die dazu dienen, elektrisch leitendes flüssiges Metall zu pumpen. Sie werden verwendet, um die interne Energie der Strömung eines ersten flüssigen Metalls, das heißt der intermediären Natriumströmung, durch einen derartigen Strömungskoppler zu einer zweiten Flüssigmetallströmung zu transferieren. Ferner ist vorgesehen, daß derartige Strömungskoppler in Wärmetauscher-Anordnungen eingebaut werden, um die relativ große thermische Energie der zweiten Strömung zur ersten Strömung zu transferieren.

Bereits frühzeitig in der Entwicklung der flüssigmetallgekühlten Schnellen Brüter (LMFBR) wurde erkannt, daß flüssiges Metall durch elektromagnetische (EM) Pumpen gepumpt werden könnte.

Derartige EM-Pumpen haben den Vorteil eines typenbedingten einfachen Aufbaus und weisen keine beweglichen Teile auf, wie beispielsweise konventionelle Rotations-Treibmittelpumpen. Mechanische Pumpen der genannten Art zeigen bauartig bedingte Probleme, die durch Schwingungen oder thermische Dimensions­ änderungen in Bereichen bewegter Teile mit engen Toleranzen hervorgerufen werden, beispielsweise in Lagern oder Dichtungen. Außerdem gibt es in einer EM-Pumpe keine Kavitationsprobleme, die bei mechanischen Pumpen durch das Rotieren des Flügelrades hervorgerufen werden können.

Eine derartige EM-Pumpe, die als Strömungskoppler bezeichnet wird, ist besonders für das Umpumpen der primären Strömung aus flüssigem Metall geeignet, das im Kern eines Kernreaktors aufgeheizt werden soll. Derartige Strömungskoppler übertragen die interne Energie einer intermediären Strömung aus Flüssigmetall an die primäre Strömung und treiben diese im Sinn einer Pumpe an.

Frühe Beispiele derartiger Strömungskoppler sind im US-Patent 2,715,190, von Brill und im UK-Patent 745,460 von Pulley beschrieben. In einem typischen Strömungs­ koppler wird ein angetriebenes Flüssigmetall in der intermediären Strömung durch einen Generatorkanal des Strömungskopplers geführt. Benachbart zum Generator­ kanal liegt ein Pumpkanal, durch den die primäre Strömung fließt. Die inter­ mediäre und die primäre Strömung aus Flüssigmetall innerhalb des Generator- bzw. Pumpkanals werden einem gemeinsamen Magnetfeld ausgesetzt. Beim Durchgang der ersten Strömung durch das gemeinsame Magnetfeld wird eine relativ geringe Spannung erzeugt, die in dem Generatorkanal einen großen Strom hervorruft, der dem Pumpkanal über eine kurze Elektrode geringen Widerstand, die zwischen dem Generatorkanal und dem Pumpkanal angeordnet ist, und über Rückleiter zugeführt wird, die auf beiden Seiten der Kanäle liegen. Die Wechselwirkung des entste­ henden hohen Stromes im Pumpkanal mit dem gemeinsamen Magnetfeld treibt die primäre Strömung im Pumpkanal an. Auf diese Weise wird die intermediäre Strömung aus Flüssigmetall im Generatorkanal an die primäre Strömung aus Flüssigmetall im Pumpkanal "gekoppelt". Die Verwendung derartiger Strömungs­ koppler in LMFBR-Systemen ist in dem Artikel "Sodium Electrotechnology at the Risley Nuclear Power Development Laboratories", von D.F. Davidson et al. in NUCLEAR ENERGY, 1981, Band 20, Februar, Nr. 1, Seiten 79-90, beschrieben. U.S.-Patent Nr. 4,469,471 von A.R. Keeton et al. beschreibt eine verbesserte Ausführung eines derartigen Strömungskopplers.

Im U.S.-Patent Nr. 4,412,785 von W.G. Roman wird eine Anordnung aus Strömungskoppler/Wärmetauscher beschrieben, die in einem Kernreaktor verwendet werden soll. Die Anordnung bildet einen ringförmigen Bereich zwischen inneren und äußeren Schalen. Eine Vielzahl von Röhrenanordnungen ist innerhalb des ring­ förmigen Bereichs angeordnet, wobei relativ große Abstände zwischen benach­ barten Röhrenanordnungen liegen. Ein Magnetfeld wird in radialer Richtung durch den ringförmigen Bereich aufgebaut. Eine erste leitfähige Flüssigkeit, z. B. das intermediäre Flüssigmetall, wird durch die Abstände zwischen den Röhrenan­ ordnungen durch eine vergrößerte intermediäre Pumpe gepumpt. Eine zweite leitfähige Flüssigkeit, z. B. das primäre Flüssigmetall, wird in die Röhrenanordnung eingeführt. Der radiale Magnetfluß koppelt die Strömung des intermediären Flüssigmetalls mit der Strömung des primären Flüssigmetalls.

Die extern gepumpte Strömung des intermediären Flüssigmetalls in den Abständen zwischen den Röhrenanordnungen durch den radialen Magnetfluß erzeugt eine Spannung und einen Strom in Umfangsrichtung um den ringförmigen Bereich. Der Strom fließt durch die benachbarten Röhren und das darin befindliche primäre Flüssigmetall, um eine Antriebskraft in entgegengesetzter Richtung zu erzeugen, so daß das primäre Flüssigmetall angetrieben oder gepumpt wird.

In einer Veröffentlichung mit dem Titel "High-Efficiency DC Electromagnetic Pumps and Flow Couplers for LMFBRs", in EPRI NP-1656, TPS 79-774, Final Report, (Januar 1981, vom I.R. McNab und C.C. Alexion, wird eine integrale Anordnung eines Wärmetauschers und eines Strömungskopplers für einen LMFBR vom Bassin-Typ beschrieben.

Eine Vielzahl von Kanalmoduln ist in einem Kreis angeordnet, wobei zwischen benachbarten Kanalmoduln eine Magnetfeldspule liegt. Jeder Kanalmodul enthält einen Pumpkanal, durch den das primäre Flüssigmetall fließt, und einen Genera­ torkanal, durch den das intermediäre Flüssigmetall in entgegengesetzter Richtung strömt. Der von der Magnetfeldspule erzeugte Magnetfluß wird durch einen Eisenkern zur Ausbildung eines zirkularen Magnetfeldes durch alle Kanalmodule gerichtet. In einer Ausführungsform wird das intermediäre Flüssigmetall durch einen zentral angeordneten Zulauf eingeführt und nach unten gerichtet, um in einen Zwischenwärmetauscher zu gelangen, der aus einer Vielzahl von senkrecht angeordneten Röhren besteht. Das intermediäre Flüssigmetall wird dann nach oben und um diese Röhren gerichtet, bevor es in jeden dieser Generatorkanäle gelangt. Die primäre Strömung aus Flüssigmetall wird nach unten durch die Pumpkanäle gerichtet, tritt aus den Pumpkanälen aus und wird in die Röhren des Zwischen­ wärmetauschers geführt, die es nach unten durchfließt, bevor es abgegeben wird und wieder im Reaktorkern zirkuliert. Es ist vorgesehen daß der Strömungskoppler unterhalb eines Zwischenwärmetauschers angeordnet werden kann. Bei der be­ schriebenen Ausführungsform fließen sowohl die intermediäre als auch die primäre Strömung aus Flüssigmetall durch den Strömungskoppler bei relativ hohen Tempe­ raturen, wie sie am Austritt des Reaktorkerns auftreten, beispielsweise im Bereich von 482-538°C (900-1000° Fahrenheit). Könnte die Temperatur der Flüssig­ metallströmung herabgesetzt werden, so ließe sich der elektrische Wirkungsgrad des Strömungskopplers verbessern. Außerdem wären die mechanischen Konstruk­ tionsanforderungen an den Strömungskoppler, der bei geringen Temperaturen arbeitet, weniger streng. Sowohl die oberen oder Abflußenden der senkrecht angeordneten Röhren des Zwischenwärmetauschers, als auch die unteren oder Zuflußenden der Generatorkanäle des Strömungskopplers werden von einer einzigen Röhren- oder Trägerplatte gehaltert. Als Folge davon ergibt sich, daß die Generatorkanäle eine Anzahl der Röhren des Zwischenwärmetauschers ersetzen, die sonst von der einzigen Trägerplatte gehaltert würden, so daß eine Anordnung mit größerem Durchmesser oder größeren Abmessungen erforderlich ist, um eine vorgegebene Anzahl von Röhren unterzubringen, die zur Aufnahme einer vor­ bestimmten Strömung von intermediärem Flüssigmetall erforderlich sind. Um den größtmöglichen Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zwischen der intermediären und der primären Strömung auf Flüssigmetall zu erzielen, ist es wünschenswert, die Strömung des intermediären Flüssigmetails zu erhöhen und dabei die Abmessung der integralen Anordnung aus Wärmetauscher und Strömungskoppler beizubehalten oder herabzusetzen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine verbesserte Wärmetauscher- und Pumpenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung des Flüssigmetall-Kernreaktor­ systems darstellt, welches eine erfindungsgemäße Anordnung einer primären Natriumpumpe (PSP) und eines Wärmetauschers enthält;

Fig. 2 und 3 jeweils eine vereinfachte gebrochene Teilansicht des Bassin-Flüssigmetallreaktors darstellt, wie er in Fig. 1 gezeigt wurde;

Fig. 4 eine detaillierte perspektivische Darstellung der PSP-Wärmetauscher­ anordnung darstellt, die allgemein in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt wurden;

Fig. 5 ist eine seitliche Schnittansicht der PSP-Wärmetauscheranordnung, wie sie in Fig. 4 gezeigt wurde;

Fig. 6 und 7 sind Schnittansichten der PSP-Wärmetauscheranordnung entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 in Draufsicht auf den Strömungskoppler und eine Grundriß-Schnitt­ ansicht des Strömungskopplers entlang der Linie 7-7 der Fig. 5 sind;

Fig. 8 eine Grundriß-Schnittdraufsicht entlang der Linie 8-8 in Fig. 5 eines Kanalmoduls ist, welches zwei Zwischenkanäle und zwei Primärkanäle enthält;

Fig. 9 eine geschnittene Teilansicht entlang der Linie 9-9 der Fig. 7 darstellt, um die Endregion des Strömungskopplers zu illustrieren;

Fig. 10 eine Teilansicht der Hohlwicklung der Erregerspule darstellt, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist;

Fig. 11 eine geschnittene Teil-Seitenansicht entlang der Linie 11-11 der Fig. 8 des Kanalmoduls darstellt;

Fig. 12 eine geschnittene Teilansicht entlang der Linie 12-12 der Fig. 11 des Primärkanals des Kanalmoduls darstellt;

Fig. 13 eine geschnittene Teilansicht der Führung der intermediären und primären Kanäle darstellt, um die Art und Weise der Ankopplung der Führung an die Seitenwände des Kanals zu zeigen;

Fig. 14 und 15 jeweils geschnittene Teilansichten entlang der Linie 14-14 und 15-15 der Fig. 11 der Zentralplatten darstellen, die den Primär- und den Zwischen­ kanal voneinander trennen.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Reaktorsystem 10 gezeigt, das eine Anordnung 15 eines Zwischenwärmetauschers (IHX) 16 und einen Strömungskoppler oder Primär-Natriumpumpe (PSP) 18 enthält. Der IHX 16 und der PSP 18 sind in einem Kreislauf in einer primären Schleife oder Strömung 14 eines elektrisch leitenden Fluids wie Natrium und einer Zwischenschleife oder Zwischen­ strömung 20 eines elektrisch leitenden Fluids, wie Natrium, miteinander verbunden. Die PSP 18 pumpt das flüssige Metall durch die primäre Schleife 14 des Reaktorkerns 12, wobei das primäre Fluid auf relativ hohe Temperaturen von 500°C erwärmt wird.

Der IHX 16 überträgt die thermische Energie vom aufgeheizten flüssigen Metall auf das intermediäre Flüssigmetall. In der Zwischenschleife 20 pumpt eine Pumpe 22 das intermediäre flüssige Metall durch eine Einlaßleitung 21 in den PSP 18 in der Form eines Strömungskopplers, der die thermische Energie des getriebenen flüssigen Metalls zum flüssigen Metall leitet. Es ist vorgesehen, daß die mechanische Pumpe 22 eine erhöhte Kapazität haben muß, um ebenfalls das primäre flüssige Metall zu treiben. Das intermediäre flüssige Metall fließt durch den IHX 16 und erhält hier die thermische Energie des primären flüssigen Metalls, das durch den Kern 12 aufgeheizt wurde und mit Hilfe der Auslaßleitung 23 zum Dampfgenerator 24 gelangt.

Ein verdampfendes Fluid, wie beispielsweise Wasser, zirkuliert durch den Dampf­ generator 24, wobei das Wasser verdampft ist, bevor es in den Dampfkreislauf 34 zur Turbine 26 gelangt, die einen Generator 28 antreibt, der elektrische Energie abgibt. Der verbrauchte Dampf verläßt die Turbine 26 und kondensiert mit Hilfe eines Kondensators 30 bevor das Kondensat zur Pumpe 32 gelangt, um wieder in den Kreislauf zum Dampfgenerator 24 eingeleitet zu werden.

Innerhalb eines biologischen Schirmes 42 ist eine Vielzahl von PSP/IHX-Anord­ nungen 15 im ringförmigen Bereich angeordnet, der einen Reaktorkern 12 eines Kernreaktors vom Bassin-Typ umgibt, wie es Fig. 3 schematisch darstellt. Sechs derartige PSP/IHX-Anordnungen 15a-15f sind in einer kreisförmigen Anordnung um ein Kerngefäß 36 verteilt. Der biologische Schirm 42 umgibt das Kerngefäß 36. Entsprechend Fig. 2 wird das intermediäre Flüssigmetall über eine Einlaßleitung 21 dem IHX 16 zugeführt und über eine Leitung 23 davon abgeführt. Das primäre Flüssigmetall wird von dem PSP 18 entsprechend den Pfeilen 40a um einen Neutronenschirm 38 gepumpt, um immer innerhalb des Kerngefäßes 36 erhitzt zu werden, bevor es entsprechend den Pfeilen 40b zu jeder der Vielzahl von IHX 16 zurückgeführt wird.

Zusätzliche Einzelheiten der PSP/IHX-Anordnung 15 sind in den Fig. 4 und 5 enthalten. Die Eintrittsleitung 21 ist mit den äußeren und inneren Ableitungsrohren 44 und 45 verbunden, die in axialer Richtung im wesentlichen längs der gesamten Länge der Anordnung 15 verlaufen, um das intermediäre Flüssigmetall in eine untere innere Plenumkammer 68 einzuleiten, die am Boden der Anordnung 15 angebracht ist. Das äußere Ableitungsrohr 44 verläuft konzentrisch um das innere Ableitungsrohr 45 und bildet mit diesem einen Ableitring 86. Das intermediäre Flüssigmetall wird durch die PSP 18 und den Zwischenwärmetauscher IHX 16 entsprechend den Pfeilen 84 geführt, um über eine intermediäre Austrittsleitung 46 auszutreten, die konzentrisch um die Rohre 44 und 45 angeordnet und mit der Austrittsleitung 23 verbunden ist, um das intermediäre Flüssigmetall in den intermediären Kreislauf 20 zu überführen.

Die PSP/IHX-Anordnung 15 enthält eine äußere IHX-Schale 48, die den Zwischen­ wärmetauscher IHX 16 umschließt und ihn an seinem oberen Ende haltert sowie eine obere Rohrplatte 50 und an ihrem unteren Ende eine untere Rohrplatte 52. Die obere und untere Rohrplatte 50 und 52 haltern zwischen sich eine Anordnung von Rohren 54. Die Rohre 54 sind in einem Abstand voneinander in dem ringförmigen Bereich angeordnet, der zwischen der äußeren Schale 48 des Zwischenwärme­ tauschers und dem äußeren Ableitungsrohr 44 liegt. Entsprechend der Darstellung durch die Pfeile 84 fließt das intermediäre Flüssigmetall um die Rohre 54 und durch diesen ringförmigen Bereich. Das primäre Flüssigmetall fließt entsprechend den Pfeilen 82 durch die Rohre 54 und tritt aus deren unteren Enden in eine untere Plenumkammer 64. Das untere Ende der Plenumkammer 64 ist von einer ringförmig ausgebildeten Trägerplatte 56 umgeben. Eine Vielzahl von Plattenöffnungen 74a und 74b ist um die Platte 56 herum angeordnet. Die Plattenöffnungen 74a und 74b erlauben dem primären Flüssigmetall, durch die Platte 56 hindurchzutreten.

Die PSP/IHX-Anordnung 15 enthält eine äußere PSP/Schale 49, die die primäre Natriumpumpe 18 einschließt. Die äußere PSP-Schale 49 ist an ihrem oberen Ende mit einer inneren oberen Trägerplatte 58 verbunden, in der eine Vielzahl von Öffnungsgruppen vorgesehen sind, die dem intermediären Flüssigmetall einen Durchgang nach oben erlauben, wie es durch die Pfeile 84 dargestellt ist. Eine intermediäre Schale 51 überlappt an ihren oberen und unteren Ecken die äußere obere Trägerplatte und die innere obere Trägerplatte 58 entsprechend. Die Platten 56 und 58 und die intermediäre Schale 51 definieren ein oberes Strömungskoppler-Plenum 66, um das intermediäre Flüssigmetall zu empfangen und weiterzuleiten, das dann nach oben strömt und aus der PSP 18 austritt und in einen ringförmig ausgebildeten Verbindungsdurchgang zwischen dem äußeren Ableitrohr 44 und einer Zwischenleitung 106 konzentrisch um die Röhre 44 verläuft. Da die oberen Enden jeder der Pumpenkanäle 72a und 72b durch die äußere obere Trägerplatte 56 unterstützt sind und die oberen Enden der Generatorkanäle 70a und 70b durch die innere obere Trägerplatte 58 unterstützt werden, kann eine Vielzahl von Rohren 54 des IHX 16 in einer kompakten Anordnung und gleichwohl voneinander beabstandet werden, wobei die Strömung des primären Flüssigmetalls erhöht werden kann und der Durchmesser oder der Querschnitt der PSP/IHX-Anordnung 15 minimiert wird.

Da die oberen Enden jeder der Pumpenkanäle 72a und 72b durch die äußere obere Trägerplatte 56 unterstützt sind und die oberen Enden der Generatorkanäle 70a und 70b durch die innere obere Trägerplatte 58 unterstützt werden, kann eine Vielzahl von Rohren 54 des IHX 16 in einer kompakten Anordnung und gleichwohl voneinander beabstandet werden, wobei die Strömung des primären Flüssigmetalles erhöht werden kann und der Durchmesser oder der Querschnitt der PSP/IHX-Anordnung 15 minimiert wird.

Die äußere PSP-Schale 49 unterstützt an ihrem unteren Ende eine innere untere Trägerplatte 62. Die äußere untere Trägerplatte 60 ist unterhalb der Platte 62 beabstandet und bildet mit der unteren Schale 65 den unteren Diffusor 68 des Strömungskopplers, um das vom Ableitrohr 44 kommende intermediäre Flüssigmetall aufwärts durch ein offenes Gitter und Öffnungen in der Platte 62 zu leiten und dann durch die PSP 18, wie mit Hilfe der Pfeile 84 angedeutet wird. Das 50% geöffnete Gitter 110 verhindert jede Gegenströmung und bewirkt eine gleichmäßige Strömung des intermediären Flüssigmetalls, das in die PSP 18 eintritt. Der untere Diffusor 68 des Strömungskopplers ist für ein Minimum am Druckverlust ausgelegt und dimensioniert.

Die PSP/IHX-Anordnung 15 ist strukturell so konzipiert, daß sie den internen Drücken und Belastungen standhält, die sich infolge der Strömung des inter­ mediären und des primären Flüssigmetalls entwickeln. Unter normalen Betriebsbe­ dingungen sind die Druckdifferenzen zwischen den Zwischenkanälen 70 und den Primärkanälen 72 wegen der entgegengesetzten Strömungsrichtungen des Flüssig­ metalls von den Kanälen reduziert. Typischerweise ist ein Druckabfall in den Zwischenkanälen begleitet durch einen Druckanstieg in den Primärkanälen 72. Der Druckunterschied zwischen den Kanälen 70 und 72 kann daher beispielsweise im Bereich von 97-310 kPa variieren. Die Druckdifferenz zwischen dem primären Flüssigmetall innerhalb der IHX unteren Plenumkammer 64 und dem intermediären Flüssigmetall innerhalb der oberen Plenumkammer 66 des Strömungskopplers ist typischerweise 97 kPa, während die normale Druckdifferenz zwischen dem intermediären Flüssigmetall innerhalb des unteren Diffusors 68 und der unteren Ausdehnungen der Primärkanäle 72a und 72b von der Größenordnung 310 kPa ist. Trotzdem ist für außergewöhnliche Bedingungen vorgesehen, daß der Druck im Zwischenkreislauf auf 0 kPa abfallen könnte.

Die äußere untere Trägerplatte 60 wird einfach durch die äußere PSP-Schale 49 gehalten, während ihre innere Seite ungehaltert bleibt. Die innere obere Träger­ platte 58 und die innere untere Trägerplatte 62 sind an ihrem äußeren Rand durch die äußere PSP-Schale 49 und an ihrem inneren Rand mit Hilfe einer inneren Schale 88 gehaltert. Die äußere PSP-Schale 49 und die innere Schale 88 sind so ausgelegt, daß sie dem internen Druck, dem axialen Gewicht und den vertikalen seismischen Belastungen widerstehen, der die PSP/IHX-Anordnung 15 ausgesetzt ist. Die Auslegung und Konfiguration der Anordnung 15 wurde so ausgeführt, daß mögliche Verbiegungen der Schale 48, 50 und 88 vermieden werden. Horizontale seismische Belastungen sollten kein Problem darstellen, das die PSP/IHX-Anord­ nung 15 in einem eng tolerierten Trägerrohr, gefüllt mit Bassin-Natrium, als Schockabsorber verbleibt.

Gemäß den Fig. 6 und 7 in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 enthält die PSP 18 illustrativ eine Vielzahl von einzelnen Strömungskopplern in der Form von Kanalmoduln 69a-69f. Jeder Kanalmodul 69 beinhaltet ein Paar Zwischenkanäle oder Generatorkanäle 70a und 70b sowie ein zweites Paar Primärkanäle oder Pumpenkanäle 72a und 72b, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Wie ersichtlich, sind die Zwischenkanäle zwischen den Primärkanälen 72 angeordnet, so daß sie eine Sequenz bilden, die an der äußeren PSP-Schale 49 des Primärkanals 72a beginnen, gefolgt vom Zwischenkanal 70a, dem Primärkanal 72b und dem Zwischenkanal 70b. Wie insbesondere in Fig. 5 gezeigt wird, strömt das intermediäre Flüssigmetall aufwärts durch jedes Paar der Zwischenkanäle 70a und 70b jeder der Kanalmoduln 69 oder Strömungskoppler, bevor es zusammen in die obere Plenumkammer 66 des Strömungskopplers eintritt. Wie mittels der Pfeile 82 angezeigt wird, strömt das primäre Flüssigmetall abwärts durch die Vielzahl von Öffnungsgruppen 74a und 74b in damit verbundene Primärkanäle 71a und 72b, die abwärts durchströmt werden, um an den Auslaßrohren 108a und 108b austreten zu können. Jedes Kanalmodul 69 hat seine eigene Gruppe von Auslaßrohren 108a und 108b in der äußeren unteren Trägerplatte 60.

Insbesondere bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 wird hier gezeigt, daß ein ringförmiges Magnetfeld mittels einer Gruppe von Erregerspulen 76a bis 76f gebildet wird. Jede Erregerspule 76 ist zwischen benachbarten Paaren der Kanalmoduln 69 angeordnet. Jede Erregerspule 76 ist um ihren Magnetkern 78 herum angeordnet, der das magnetische Feld, das durch jede der Erregerspulen 76 erzeugt wird, so ausrichtet, daß es den Luftspalt durchsetzt, in welchem die Kanalmoduln 69 angeordnet sind. Die Anwendung einer Vielzahl von Erregerspulen 78 in der PSP 18 ist aus Gründen der Redundanz vorgenommen. Jede Spule 78 wird separat durch eigene Zuleitungen gespeist, um eine komplette Kontrolle und Monitorisierung jeder einzelnen Erregerspule 76 zu gewährleisten. Jedes Polstück 78 innerhalb der äußeren IHX-Schale 49 wird durch ein Stützenpaar 112a und 112b gehaltert, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Die Form des resultierenden Magnetfeldes, das mit Hilfe der Vielzahl von Erregerspulen 76a bis 76f und der damit verbundenen Vielzahl von Polkernen 78a bis 78f gebildet wird, ist ringförmig. Jedes der Polstücke 78 hat ein Paar von sich gegenüberliegenden Polflächen 79a und 79b. Die Polflächen 79a und 79b eines einzelnen Polkernes 78 sind parallel zu dem jeweiligen Kanalmodul 69 angeordnet, so daß das magnetische Feld quer über ein Modul 69 gleichförmig ist. Separate Spulenzuleitungen 104 sind durch den Ableitungsring 86 in die PSP/IHX-Anordnung 15 zu jeder der Erregerspulen eingeführt. Wie in Fig. 5 gezeigt wird, hat jede Spule 76 eine Vielzahl von Hohlwindungen 98, die elektrisch miteinander in Serie geschaltet sind.

Um die bei einem gegebenen Volumen der Erregerspulen 76 erzeugte magne­ tomotorische Kraft auf einen Maximalwert zu bringen, sind die Wicklungen 98 hohl ausgestaltet und werden gekühlt, indem eine kleine Menge des intermediären Natriums durch diese Wicklungen zirkuliert, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Ein kleiner Teil des intermediären Flüssigmetalls wird in den unteren Diffusor 68 des Strömungskopplers hineingedrückt und wird durch eine Vielzahl von Einlaßleitungen 94 nach oben gedrückt, die in Verbindung mit dem Diffusor 68 stehen. Die Vielzahl von Einlaßleitungen 94 leitet das gekühlte intermediäre Flüssigmetall in einen Einlaßverteiler 92 kreisförmiger Gestalt. Entsprechend den Fig. 5 und 7 verteilt eine Vielzahl von Zuführungsspeiseleitungen 100 das kühlende intermediäre Flüs­ sigmetall in die Wicklung 98. Das kühlende intermediäre Flüssigmetall gelangt aus den Wicklungen 98 durch eine Vielzahl von Ausgangsspeiseleitungen 102 in einen Auslaßverteiler 90, der ebenfalls kreisförmige Gestalt aufweist. Dann wird das intermediäre Flüssigmetall vom Auslaßverteiler 90 nach oben durch eine Vielzahl von Auslaßleitungen 96 in die obere Plenumkammer 66 des Strömungskopplers abgegeben. In einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist die Erregerspule 76 so konzipiert, daß der Druckabfall über die Wicklung 98 der Erregerspule 76 gleich dem Druckabfall über die Zwischenkanäle 70a und 70b ist.

Jede Erregerspule 76 ist beispielsweise mit 140 Wicklungen 98 eines Kupferleiters gewickelt, der ungefähr 2,54 cm×2,54 cm im Quadrat aufweist. Die Wicklungen 98 sind hydraulisch in sieben parallelen Gruppen von je 20 Wicklungen 98 verbunden. Die vollständige Spule 76 kann beispielsweise in Spiralform gewickelt sein, wobei jede Gruppe von 20 Wicklungen 98 von der Außenseite einer Schicht zur Innenseite verläuft, um bei der nächsten Schicht zu wechseln und von der Innseite zur Außenseite zu laufen. Daher kann jede der Einlaß- und Auslaßspeiseleitungen 100 und 102 mit der Außenseite der Spule 76 verbunden werden.

Die Pumpe PSP 18 enthält in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 zwölf Primärkanäle und zwölf Zwischenkanäle 70. Ein benachbartes Paar aus einem Primärkanal 72 und einem Zwischenkanal 70 bildet einen Strömungskoppler. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwölf derartige Strömungskoppler vorhanden. Ein Paar derartiger Strömungskoppler, das aus vier Kanälen 70 und 72 besteht, bildet eines der Kanalmoduln 69. Jeder Modul 69 des Strömungskopplers arbeitet parallel zu jedem anderen, um die innere Energie in Form eines relativ hohen hydraulischen Drucks des intermediären Natriums, der durch die mechanische Pumpe 92 erzeugt wird, auf das primäre Flüssigmetall zu übertragen und zwar durch die Wirkung der gekoppelten elektrischen Ströme und des Magnetfeldes. Eine derartige Kopplung beruht auf der Lorentz-Beziehung, bei der die als Vektor wirkende Kraft auf eine Ladung q₀, die sich mit einer Geschwindigkeit durch ein Magnetfeld bewegt, durch die Beziehung ausgedrückt wird:

= q₀ V × B.

Entsprechend dieser Vektorbeziehung wird die Kraft zu einem Maximum, wenn die Geschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeld steht. Die Erregerspulen 76 erzeugen ein toroidförmiges Magnetfeld entsprechend der Pfeile 75, das jeden Strömungskoppler jedes Kanalmoduls 69 durchdringt. Wenn das Magnetfeld ent­ sprechend der Pfeile 75 jeden der Primärkanäle 70 durchdringt, bewirkt die Wechselwirkung des intermediären Flüssigmetalls, daß nach oben längs einer Linie senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 7 gepumpt wird, und das Magnetfeld, das im rechten Winkel zu dieser Linie verläuft, einen elektrischen Potentialgradienten, so daß schließlich ein Stromfluß erzeugt wird, der radial nach innen auf den Mittelpunkt der primären Natriumpumpe PSP 18 gerichtet ist, siehe gestrichelte Linie 73a. Jeder Kanalmodul 69 ist innerhalb einer Schichtstruktur 80 ausgebildet, die eine Paar effektiver Rückführungen 73b um den Kanal 70 und 72 gestatten, bevor sich wieder in den Primärkanal 72a eintreten. Der Stromfluß innerhalb jedes Kanalmoduls 69 und seiner Schichtstruktur 80 ist elektrisch vom Stromfluß in anderen Kanalmoduln isoliert. Die Wechselwirkung zwischen innerem, radial gerichtetem Stromfluß entlang des Weges 73 durch den Primärkanal oder Pumpenkanal 72a und 72b und dem magnetische Feld, das senkrecht zu diesem Stromfluß entsprechend der Pfeile 75 gerichtet ist, übt auf das primäre Flüssigmetall innerhalb der Primärkanäle 72a und 72b eine Kraft aus, die das primäre Flüssigmetall entlang einer Linie senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 7 pumpt. Die Zwischenkanäle 70 wechseln sich mit den Primärkanälen 72 ab, um Wirbelströme zu vermeiden. Jeder der Kanäle 70 oder 72 ist individuell bemessen, um optimale Proportionen zu erhalten. Die ringförmige Magnetfeldgeometrie bewirkt eine optimale Ausnutzung des Raumes innerhalb der äußeren PSP-Schale 49, was die Möglichkeit eröffnet, den äußeren Durchmesser der äußeren PSP-Schale 49 ungefähr gleich der Größe der äußeren IHX-Schalen 48 zu halten. Ferner minimiert die ringförmige Form des Magnetfeldes den Eisenaufwand für die Vielzahl der Polstücke 78a bis 78f.

Entsprechend den Fig. 4 und 5 wird nun eine kurze Zusammenfassung der hydraulischen Strömung des intermediären und primären Flüssigmetalls gegeben. Die Pfeile 84-1 bis 84-8 zeigen den Strömungsweg des intermediären Flüssigmetalls durch die PSP/IHX-Anordnung 15 auf, wobei Pfeil 84-1 den Beginn des inter­ mediären Flüssigmetallstromes anzeigt und Pfeil 84-8 auf den Ausgang des intermediären Flüssigmetalls der Anordnung 15 hinweist. Das intermediäre Flüssig­ metall kommt aus der Einlaßleitung 21 des Zwischenkreislaufs 20 und wird durch die Auslaßrohre 44 und 45 abwärts geleitet zum unteren Diffusor 68 des Strömungskopplers, wo die Strömung des intermediären Flüssigmetalls umgekehrt wird und wieder aufwärts durch alle Gruppen der Zwischenkanäle 70a und 70b aller Kanalmodule 61 strömt. Die parallelen Strömungen des intermediären Flüs­ sigmetalls durch die sechs Gruppen der Zwischenkanäle 70 gelangen in die obere Plenumkammer 66 des Strömungskopplers, die mit einem Minimum an Druckverlust das aufwärts durch den aus Leitung 108 gebildeten Ring und das Ableitungsrohr 45 strömende intermediäre Flüssigmetall sammelt und wieder in den IHX 16 verteilt. Das intermediäre Flüssigmetall strömt aufwärts durch den IHX 16, wobei es innerhalb der Zwischenräume zwischen den Rohren 54 zirkuliert, bevor es durch die intermediäre Auslaßleitung 46 abfließt, um dann mittels der Auslaßleitung 23 in den Zwischenkreislauf 20 zurückgeführt zu werden.

In einer ähnlichen Weise wird das primäre Flüssigmetall durch die PSP/IHX- Anordnung 15 entlang des Weges und der Sequenz geführt, die durch die Pfeile 82-1 bis 82-6 gekennzeichnet sind. Das aufgeheizte, primäre Flüssigmetall wird vom Reaktorkern 12 zurückgeführt und dann in die Rohre 54 des IHX 16 eingeleitet, um die thermische Energie des strömenden intermediären, Flüssigmetalls dort abzu­ geben. Das abgekühlte primäre Flüssigmetall verläßt die Rohre 54 in der unteren IHX-Plenumkammer 64. Das primäre Flüssigmetall setzt seinen Abwärtsstrom durch die Öffnungen 74a und 74b fort und gelangt in jede der Vielzahl der Primärkanalgruppen 72a und 72b. Es fließt durch die Kanäle 72a und 72b unter Pumpendruck nach unten und wird anschließend über die Auslaßöffnung 108a und 108b abgezogen und über die Primärkreislauf 14 in den Reaktorkern 12 zurückge­ führt.

Die Konstruktion der Schichtstruktur, verbunden mit jedem der Kanalmoduln 69 muß mechanischen, elektrischen und magnetofluiddynamischen Anforderungen ge­ nügen. Häufig treten in weiten Bereich Druckbedingungen in den Kanälen 70 und 72 auf, die von Vakuum- bis Hochdruckbedingungen reichen. Häufig tritt ein hoher Druckunterschied zwischen dem Zwischenkanal und dem Primärkanal 70 und 72 auf. Hohe Temperaturen treten nicht nur innerhalb des Primärkanals 72, sondern ebenfalls innerhalb des Zwischenkanals 70 auf, die bis zu ungefähr 320°C anwachsen. Schnelle Temperaturänderungen in der Größenordnung von 83°C können in relativ hohen Raten von 0,83°C/s auftreten.

Anhand der Fig. 8 und 9 werden nun Konstruktionsdetails des Schichtaufbaus 80 und seiner Kanalmoduln erklärt. Benachbarte Kanäle 72 und 70 sind durch Mittelplatten 120 getrennt, die entlang der axialen Länge des Kanals angeordnet sind und dazu dienen, einen Kanal vom anderen zu trennen. Sie dienen gleichfalls als Elektroden zur Leitung des Stromes entlang des Radialweges 73a vom Primärkanal 72a zum Zwischenkanal 70a, vom Zwischenkanal 70a zum Primärkanal 72b und vom Primärkanal 72b zum Zwischenkanal 70b, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt wird. An den gegenüberliegenden Enden jedes Kanalmoduls 69 bildet ein Elektrodenpaar 122a und 122b die Seitenwand eines Primärkanals 72a, der der Mittelplatte 120a gegenüberliegt und die Seitenwand des Zwischenkanals 70b, die der Mittelplatte 120c gegenüberliegt.

Vorzugsweise sind die Elektroden 122a und 122b und die Mittelplatten 120a, 120b und 120c aus gut elektrisch leitendem Material, beispielweise Kupfer, gefertigt, um den Radialstrom entlang des Strompfades 73a von der Elektrode 122a durch das primäre Flüssigmetall innerhalb des Primärkanals 72a, der Mittelplatte 120a, dem intermediären Flüssigmetall innerhalb des Zwischenkanals 70a, der Mittelplatte 120b, dem primären Flüssigmetall innerhalb des Primärkanals 72b, der Mittelplatte 120c und dem intermediären Flüssigmetall innerhalb des Zwischenkanals 70b zur Elektrode 122b zu erleichtern.

Der Strom fließt durch die Elektrode 122b entlang dem Rückweg 73b zur Elektrode 122a innerhalb der Schichtstruktur 80. Die Schichtstruktur 80, wie sie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, beinhaltet eine Vielzahl von durchbohrten, zusammengesetzten Platten 114 und Rückleitungen 130. Wie in Fig. 8 gezeigt wird, beinhaltet eine zusammengesetzte Platte 114 ein Paar Seitenelemente 116a und 116b, die entlang der Seite des Kanalmoduls 69 angebracht sind und aus einem magnetischen Material gefertigt sind, um in Verbindung mit den Polstücken 78 den magnetischen Feldfluß durch den Luftspalt, der durch das Kanalmodul 69 gebildet wird, zu begünstigen. Die zusammengesetzte Platte 114 beinhaltet ferner Kopf- und Bodenelemente 118a und 118b, die aus einem nicht magnetischen Material hoher Zugfestigkeit, wie beispielsweise einem nichtmagnetischen Stahl, gefertigt sind, um den internen Drücken innerhalb der Kanäle 70 und 72 zu widerstehen, ohne das magnetische Feld um den Kanalmodul herum zu "shunten".

Wie die Fig. 9 und 11 zeigen, können die Rückleitungen 130 in einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung aus einem hohlen rechtwinkligen Glied gebildet werden, dessen Seitenteile 130a und 130b an der langen Seite des Kanalmoduls angebracht sind und dessen oberer Teil 130c am Kopf des Kanalmoduls befestigt ist, wie der Fig. 11 zu entnehmen ist. Es ist selbstverständlich, daß ein Bodenelement 130c (nicht gezeigt) am äußeren Ende des Kanalmoduls 69 angebracht ist.

Wie in Fig. 11 illustriert wird, sind die oberen Elemente 118a (ebenso wie die Bodenelemente 118b nicht gezeigt) der zusammengesetzten Platten 114 in einer Einbuchtung 140 in der Elektrode 122a eingebettet (und die Elektrode 122b ist nicht gezeigt) und sind aus einem geeigneten Material hoher Zugfestigkeit, wie beispielsweise Edelstahl, gefertigt. Die Einbringung der Elemente 122 in die Einbuchtungen 148 der Elektrode erhöhen den Widerstand und die Zugfestigkeit der Schichtstruktur 80 bei auftretenden Drücken, die innerhalb der Kanäle 70 und 72 entstehen. Eine Isolationsschicht ist um jedes obere Element 118a gelegt, um einen axialen Stromfluß im Falle eines nichtuniformen Potentials in diesen Elementen zu vermeiden.

Entsprechend den Fig. 8, 9 und 11 wird der Stapel der zusammengesetzten Platten 114 und der Rückleitungen 130 mit einer Vielzahl von Bolzen 134, die sich in den Öffnungen der zusammengesetzten Platten 114 und der Rückführungsleitungen 130 befinden, zusammengehalten. Um jeden Bolzen 134 befindet sich eine isolierende Hülse, um den Bolzen 134 elektrisch zu isolieren. Die Bolzen 134 sind durch Öffnungen in einer Sicherungskappe 140 geführt. Eine schraubbare Mutter 136 am Ende des Bolzens 134 sichert den Zusammenhalt der zusammengesetzten Platten 114, der Rückleitungen 130 der Sicherungskappen 140.

Die Weite der Rückleitungen 130 ist vorteilhafterweise das Zweifache der zusammengesetzten Platten 114, um den Rückflußstrompfad genügend leitfähig zu machen, und um die ohmschen Verluste zu minimieren, wobei dennoch genügend Platz für eine akzeptable Magnetflußdichte in den zusammengesetzten Platten 114 aufrechterhalten wird.

Die zusammengesetzten Platten 114 und die Rückführungsleitungen 130 sind entlang der Achsen der Kanäle 70 und 72 geschichtet, um thermische Ausdehnungen der Kanäle zu gewährleisten. Die Schichtung der Rückleitungen 130 und der zusammengesetzten Platten 114 dienen ebenfalls dazu, die thermische Reaktion der Schichtstruktur 80 im Falle thermischer Transienten zu verbessern, so daß es wie eine thermisch dünne Schicht reagiert.

Insbesondere bezugnehmend auf die Fig. 8 und 12 ist zwischen dem radialen Strompfad 73a und den Rückwegen 73b mit Hilfe isolierender Schichten 124a und 124b eine elektrische Isolation vorgesehen, die entlang der langen Seite der Kanalmoduln 69 erstreckt, die sich von der oberen Elektrode 122a zur Boden­ elektrode 122b strecken. Eine Führung 120 ist innerhalb jeder der vier Kanäle 72 und 70 angebracht, um zu verhindern, daß das heiße Flüssigmetall die Isolations­ schichten 124 angreift. Der hohe Druck, der sich normalerweise in den Kanälen 70 und 72 entwickelt, drückt die verschweißten Führungen 128a, 128b, 128c und 128d gegen die entsprechenden Kanäle 72a, 70a, 72b und 70b. Wegen der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der isolierenden Schichten 124 und der Führungen 128 ist es nicht möglich, die Führungen 128 mit den Isolationsschichten 124 zu verbinden. Um die Führungen 128 innerhalb ihrer entsprechenden Kanäle 70 oder 72 zu halten, wurde eine Vielzahl T-förmiger Halterungen 152 in einen ähnlichen Schlitz 154 eingepaßt, der sich innerhalb der Isolationsschichten 124 befindet, und deren Enden sich in den Schlitzen 154 ausbreiten und mit der Führung 128 verbunden sind, wie dies in Fig. 13 gezeigt wird. Der Raum zwischen den Berührungspunkten des Rückhalters 152 und seiner Führung 128 ist so ausgewählt, daß die Führung 128 es erlaubt, Vakuumbedingungen innerhalb der Kanäle 70 und 72 zu widerstehen und einen gewissen Gleitgrad zu ermöglichen, sobald die Temperatur des Kanalmoduls 69 ansteigt. Wie in den Fig. 9 und 11 gezeigt wird, erstrecken sich die Führungen 128, über die aktiven Bereiche der Kanäle 70 und 72 hinaus, d. h. über den Bereich hinaus, in dem die Polstücke 78 und die Schichtstrukturen 80 das magnetische Feld beim Durchgang durch die Kanäle 70 und 72 bilden. Die Führungen 128 dehnen sich nach oben hin aus und sind durch eine rechtwinklig geformte Schale 144 einer ähnlichen Konfiguration wie die der Kanäle 70 oder 72 gehaltert. Eine isolierende Schicht 143 befindet sich zwischen der stützenden Schale 144 und der ausgedehnten Führung 128, um Wirbelströme zu reduzieren, die andererseits darin induziert würden. Ferner sind eine Vielzahl von beabstandeten rechtwinklig geformten Platten 142, wobei jede eine rechtwinklig geformte Öffnung mit vergleichbarer Größe der stützenden Schale 144 hat, um die stützenden Schale 144 herum angebracht, um den Kanälen 70 und 72 eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen, damit sie den internen Drücken widerstehen können.

In den auf jeder Seite der aktiven Zonen liegenden Endbereichen ist die Flußdichte, die durch die Polschuhe 78 geprägt wird, nicht gleichförmig, sondern fällt beinahe exponentiell mit dem Abstand von der aktiven Zone ab. Der Gradient der Flußdichte ist mit Hilfe einer magnetofluiddynamischen Auslegung bestimmt, gleichwohl wie die damit zusammenhängenden magnetischen Streufelder. In den Endbereichen sind die Polstücke 78 mit einem aufgeweiteten Teil 79 versehen, um nach und nach den Luftspalt zu vergrößern, um somit die magnetische Flußdichte zu reduzieren.

Die Details der Mittelplatten 120 sind allgemein in Fig. 8 gezeigt und sind ebenfalls aus den Fig. 11, 12, 14 und 15 entnehmbar. Der Aufbau der Mittelplatten 120 sichert, daß der relativ hohe Druck innerhalb jedes Kanals und die hohen Druckunterschiede zwischen benachbarten Kanälen 70 und 72 erhalten bleiben. Die Mittelplatten 120 bestehen aus einem gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer, um einen niederohmigen Strompfad für den radial gerichteten Stromfluß 73a vorzusehen. Um diese Platten 120 zu versteifen, wurde eine Vielzahl von verfestigenden Riegeln 126 in jede Platte 120 eingefügt, wie dies in Fig. 11 ersichtlich ist. Die verstärkenden Riegel 126 bestehen aus einem Material hoher Zugfestigkeit, wie beispielsweise Edelstahl.

Wie insbesondere in den Fig. 8 und 14 gezeigt wird, sind die verstärkenden Riegel 126 durch Öffnungen in den Isolierschichten 124 eingeführt und in Schlitze 160 innerhalb der durchbohrten, zusammengesetzten Platten 114 und der Rückleitungen 130 eingepaßt. Um den radialen Strompfad 73a vom Rückführungsstrompfad 73b elektrisch zu isolieren, wurde eine Schicht 156 isolierenden Materials zwischen die Mittelplatten 120 und die Platten 114 und die Rückleitungen 130 gebracht. Ferner ist eine Einlage 158 bestehend aus Edelstahl angebracht, um die Enden der verstärkenden Riegel 126 zu umschließen und um damit die mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Wie insbesondere in Fig. 12 gezeigt wird, sind isolierende Schichten 150 zwischen die Seitenelemente 116 und die zusammengesetzten Platten 114 und die Rückleitungen 130 eingefügt, um den axialen Stromfluß zwischen den Rückleitungen 130 im Falle eines nicht gleichförmigen Potentials in diesen Elementen zu vermeiden.

Claims (15)

1. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung (15) zur Übertragung thermi­ scher Energie von einem aufgeheizten ersten elektrisch leitendem Fluid zu einem gepumpten zweiten elektrisch leitendem Fluid und zur Übertragung innerer Energie vom gepumpten zweiten elektrisch leitenden Fluid zum ersten elektrisch leitenden Fluid, wobei diese Anordnung enthält:
eine Wärmetauschervorrichtung (16) mit einem ringartig geformten Hohlraum (48), der die Strömung des zweiten elektrisch leitenden Fluids aufnimmt und eine Vielzahl von Rohren (54) innerhalb des Hohlraums enthält, wobei jedes dieser Rohre vom ersten elektrisch leitenden Fluid durchströmt wird und wobei das zweite in dem Hohlraum befindliche elektrisch leitende Fluid aufgeheizt wird;
eine Pumpenanordnung (18), die unterhalb des Wärmetauschers angebracht ist und eine Vielzahl von Strömungskopplern (69) enthält, die kreisförmig angeordnet sind, wobei jeder Strömungskoppler einen Pumpkanal (72), der das erste elektrisch leitende Fluid beinhaltet und einen Generatorkanal (70) umfaßt, der das zweite elektrisch leitende Fluid beinhaltet; und
eine Leitung die zentrisch in dem ringartig geformten Hohl­ raum (48) und der Strömungskoppler-Anordnung (69) angebracht ist und das zweite elektrisch leitende Fluid beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Plenumkammer (63) unterhalb der Pumpenanordnung (15) angebracht ist und in Verbindung mit der im Zentrum befind­ lichen Leitung (45) steht, um das zweite elektrisch leitende Fluid aufzunehmen, sowie ferner in Verbindung mit jedem der Gene­ ratorkanäle (70) des Strömungskopplers (79) steht, um das zweite elektrisch leitende Fluid aufwärts durch die Generatorkanäle (70) zu pumpen;
daß eine zweite Plenumkammer (66) vorhanden ist die sich zwischen dem Wärmetauscher (16) und der Pumpenanordnung (15) befindet und in Verbindung mit jedem der Generatorkanäle (70) steht, um das zweite elektrisch leitende Fluid zu sammeln, sobald es aus den Generatorkanälen (70) austritt sowie ferner in Verbindung mit dem ringförmigen Hohlraum (48) steht, um das gesammelte zweite elektrisch leitende Fluid dorthin zu leiten;
und daß eine dritte Plenumkammer (64) vorhanden ist, die sich zwischen dem Wärmetauscher (16) und der Pumpenanordnung (15) befindet, in Verbindung mit den Rohren (54) steht und das erste elektrisch leitende Fluid bei Austritt aus den Rohren (54) aufnimmt, und die ferner in Verbindung mit den Pumpkanälen (72) steht, um das erste elektrisch leitende Fluid dorthinein zu füllen, wobei die interne Energie des gepumpten zweiten elektrisch leitenden Fluids auf das erste elektrisch leitende Fluid übertragen wird und das erste elektrisch leitende Fluid pumpt.

2. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Erregerspulen (76) vorhanden ist, wobei jede Erregerspule zwischen benachbarten Strömungskopplern angeordnet und geeignet ist, gemeinsam mit den anderen Erregerspulen ein ringförmiges Magnetfeld (75) aufzubauen, das jeden der Generator- und Pumpkanäle durchsetzt.

3. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe separater elektrischer Zuleitungen (104) für jede der Erregerspulen das erzeugte magnetische Feld jeder einzelnen Erregerspule wahlweise kontrollierbar ist.

4. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine erste (44) und eine zweite (45) Austrittsröhre enthält, die konzentrisch angeordnet sind und somit eine Passage für elektrische Leitungen bilden.

5. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Polstücken (78) vorhanden ist, die jeweils mit einer entsprechenden Erregerspule verbunden sind, um den magnetischen Fluß, der durch sie erzeugt wird, in ein ringförmiges Magnetfeld zu formen.

6. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vielzahl der Erregerspulen aus einer Vielzahl von Hohlleitern (98) gewickelt ist.

7. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Zuführungsvorrichtungen (94, 96, 100, 102) zur Zuführung des zweiten elektrisch leitenden Fluids in die Hohlleiter, womit die Erregerspulen gekühlt werden.

8. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsvorrichtungen, eine Sammelleitung (92), wenigstens eine Leitung (94), die in Verbindung mit der ersten Plenumkammer und der Sammelleitung steht, um das zweite elektrisch leitende Fluid in die Sammelleitung einzuleiten, und eine Vielzahl von Einspeisungsvorrichtungen (100) umfaßt, die jeweils mit der Sammelleitung und einer der Erreger­ spulen verbunden sind, um das zweite elektrisch leitende Fluid in die Hohlleiter einer Erregerspule einzuleiten.

9. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsvorrichtungen ferner eine zweite Sammelleitung (90), wenigstens eine zweite Leitung (96), die in Verbindung mit der zweiten Plenumkammer und der zweiten Sammelleitung steht, und eine Gruppe von zweiten Einspeisungsvorrichtungen (102) umfaßt, die mit der zweiten Sammelleitung und einer der Erregerspulen verbunden sind, um das zweite elektrisch leitende Fluid nach Austritt aus der Erregerspule aufzunehmen und um das austretende zweite elektrisch leitende Fluid über die zweite Sammelleitung und die zweite Leitung zur zweiten Plenumkammer zu liefern.

10. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (106) zur Festlegung eines Durchgangs von der zweiten Plenumkammer zum ringförmigen Hohlraum.

11. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (46), die in Verbindung mit dem ringförmigen Hohlraum stehen, um das erhitzte zweite elektrisch leitende Material austreten zu lassen.

12. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Pumpenanordnung, die eine erste am Boden angebrachte Platte (60), eine erste ringförmige Platte (62), die über der ersten Platte angeordnet ist und somit eine erste Plenumkammer bildet, eine zweite ringförmige Platte (58), die über der ersten ringförmigen Platte angebracht ist und dazwischen eine Vielzahl von Strömungskopplern trägt sowie eine Schale (49) umfaßt, die über der Pumpenanordnung angebracht ist und am oberen Ende die erste ringförmige Platte und am unteren Ende die zweite ringförmige Platte trägt.

13. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine dritte ringförmige Platte (50), eine vierte ringförmige Platte (52), die unterhalb der dritten ringförmigen Platte angebracht ist, um die Vielzahl der dazwischenliegenden Rohre zu tragen, einer fünften ring­ förmigen Platte (56), die sich unterhalb der vierten ringförmigen Platte befindet und dazwischen die dritte Plenumkammer begrenzt, sowie eine zweite Schale (48), umfaßt, die um den Wärmetauscher herum angebracht ist und an ihrem oberen Ende die dritte ringförmige Platte an ihrem unteren Ende die vierte und fünfte ringförmige Platte trägt.

14. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite (58) und die fünfte (56) ringförmige Platte voneinander beabstandet sind und eine zweite Plenumkammer bilden.

15. Wärmetauscher- und Pumpenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (49) und die zweite (48) Schale etwa den gleichen Durchmesser haben.