DE1172381B - Dampfgekuehlter Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

Nummer: 1172 381

Aktenzeichen: U 7597 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 22. November 1960

Auslegetag: 18. Juni 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor, bestehend aus einem Moderatoraufbau, vertikal ausgerichteten Kanälen, die sich in den Moderatoraufbau hinein erstrecken, deren untere Enden abgeschlossen sind, aus Kernbrennstoff in den Kanälen, aus je einem Kühlmittel-Strömungsumleitungsrohr in diesen Kanälen, das in Längsrichtung zwischen der Kanalwand und dem Kernbrennstoff so angeordnet ist, daß innere und äußere Strömungswege für ein kondensierbares Kühlmittel entstehen, sowie aus je einem unterhalb des unteren Endes eines jeden Umleitungsrohres vorgesehenen Prallkörper, der so geformt ist, daß er das Kühlmittel, das über dem äußeren Strömungsweg nach unten strömt, umleitet, so daß es im Gegenstrom über den inneren Strömungsweg strömt. Wenn das für derartige Reaktoren verwendete Kühlmittel Dampf ist, wie es in der Druckschrift »Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, Vol. 8, S. 87 und 88, beispielsweise beschrieben ist, entsteht durch die Berührung von einströmendem Dampf mit den kühleren Wänden des Kanals Kondensat, und dieses Kondensat sammelt sich an den unteren Enden der Kanäle, wo es von ausströmendem Dampf mitgerissen werden kann.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung von Mitteln, um dieses Mitreißen von Kondensat zu vermeiden.

Der dampfgekühlte Kernreaktor gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper mit kleinem Abstand von der Kanalwand derart angeordnet ist, daß das Dampfkondensat, welches sich an jeder Kanalwand sammelt, an der Wand abwärts am Prallkörper vorbei in einen Raum unterhalb desselben fließt und daß eine Vorrichtung zum Abführen des Kondensates aus diesem Raum vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist je eine Abflußöffnung für das Kondensat vorgesehen, die sich durch das Zentrum jeder Prallplatte erstreckt.

Die Erfindung sieht also eine Abdeckung für angesammeltes Kondensat vor, so daß ein Mitreißen durch ausströmenden Dampf vermieden wird. Wenn sich wenig oder kein Kondensat angesammelt hat (z. B. bei Inbetriebnahme des Reaktors), wird durch die Erfindung verhindert, daß die Leitungen zur Kondensatbeseitigung der vollen Kraft des einströmenden Dampfes ausgesetzt sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar ergeben die Fig. IA und IB zusammen eine Seitenansicht im Mittelschnitt.

Wie aus den Figuren hervorgeht, weist ein dampf-Dampfgekühlter Kernreaktor

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:
Norman Bradley, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 26. November 1959 (40 172)

gekühlter, mit Schwerwasser moderierter Kernreaktor einen den Moderator enthaltenden tankähnlichen Bauteil 2 auf, der mit einem Gitter von senkrecht orientierten Brennstoffelementkanälen 3 in Blindendausführung versehen ist, die innere Umleitungsrohre 4 für den Kühlmittelfluß aufweisen, um die Brennstoffelemente 5 unterzubringen und um die inneren Ausström- und äußeren Einströmwege 6 und 7 zu bilden.

Schüsseiförmige Prallplatten 8 sind unter den Enden eines jeden Umleitungsrohres 4 vorgesehen, wobei sich die Prallplatten quer über die Grundfläche der Kanäle 3 mit geringem Abstand 9 zu den Kanalwänden erstrecken. Das Kondensat wird aus den unteren Enden der Kanäle 3 beseitigt, und zwar durch Öffnungen 10 in den Prallplatten 8.

Der Moderatortank 2 wird durch ein Gitter von Kaiandriaröhren 11 durchsetzt, welche die Kanäle 3 festlegen, wobei der Tank 2 durch Teilplatten 15 in drei waagerechte Abschnitte 12, 13 und 14 unterteilt wird. Abschnitt 14 enthält leichtes Wasser (H₂O) zur Neutronenabschirmung und Abschnitt 13 den Schwerwassermoderator (D₂O), während Abschnitt 12 einen Bauteil von Graphitkörnern 70 und Borstahlplatten 71 zur Neutronenabschirmung enthält, obwohl er auch eine Kombination von Graphit und leichtem Wasser enthalten könnte.'

Das dampfförmige Kühlmittel wird nach den Kanälen 3 und von ihnen weg geführt durch Röhren 16, die mit den Kanälen 3 durch abnehmbare oder lösbare Verbindungsstücke 17 verbunden sind. Die Röhren 16 weisen Kühlmitteleinlaßöffnungen 18 und

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-auslaßöffnungen 19 auf, die voneinander durch Dichtungsringe 20 getrennt sind, die an den oberen Enden der Umleitungsrohre 4, deren Fortsetzung die Röhren 16 darstellen, liegen. Die Röhren 16 enden bei einer Beschickungsfläche 21 und sind durch abnehmbare Stopfen 22 druckdicht verschlossen.

Die Umleitungsrohre 4 sind in den Kanälen 3 und Röhren 16 durch Armkreuze 23 festgelegt und halten ihrerseits die Brennstoffelemente 5, die in Hülsen 24 stecken, an deren oberen Enden Nasen 25 angebracht sind. Die Nasen 25 ruhen auf Stützringen 26, die an den Innenwänden der Umleitungsrohre 4 angebracht sind.

Die Hülsen 24, die die Brennstoffelemente 5 tragen, reichen bis zu den unteren Enden der Umleitungsrohre 4, wobei Zwischenräume 27 zwischen den Rohren 4 und 24 für eine Wärmeisolierung sorgen, um die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den Brennstoffelementen 5 nach den Kanälen 3 zu erschweren.

Die oberen Enden der Hülsen 24 tragen herausnehmbare Neutronenstreustopfen 28, die, während sie einen gewundenen, aber unbehinderten Strömungsweg des Kühlmittels ermöglichen, doch den Durchtritt von Neutronen mit dem Kühlmittel durch Streuung und Absorption verhindern. Die Neutronenstopfen 28 können mit Hilfe von Hebebolzen 29, die daran befestigt sind, gehoben und gesenkt werden. Ähnliche Bolzen 30 sind an Armkreuzen 31 befestigt, die sich im oberen Ende der Hülsen 24 befinden.

Die Kanäle 3 bestehen aus Zirkon, die Röhren 16 aus Stahl. Da der Ausdehnungskoeffizient von Zirkon geringer ist als der von Stahl, sind die abnehmbaren Verbindungsstücke 17 dementsprechend konstruiert. Die Verbindungsstellen 17 schließen mit Flanschen versehene Enden 32, 33 auf den Röhren 16 bzw. den Kanälen 3 ein, die von Schraubenbolzen 34 und Muttern 35 aus Stahl von hoher Zugfestigkeit miteinander verschraubt sind. Das mit Flansch versehene Ende 32 jeder der Stahlröhren 16 weist einen Kreisring 36 auf, der mit dem Ende 32 aus einem Stück besteht und auf eine Fläche 37 am Ende 33 von jedem der Zirkoniumkanäle 3 paßt. Wenn der Reaktor in Betrieb ist und die Verbindungsstellen 17 hohen Temperaturen ausgesetzt sind, geben die Kreisringe 36 der mit Flansch versehenen Enden 32 durch plastische Verformung nach, um eine verschiedene Ausdehnung der Kanäle 3 und Röhren 16 zu ermöglichen, während sie einen flüssigkeitsdichten Abschluß aufrechterhalten.

Eine Überbeanspruchung der Verbindungsstücke 17 durch Drehmomente, die durch eine waagerechte Bewegung der Ein- und Ausströmöffnungen 18, 19 der Röhren 16 entstehen, wird durch Führungsglieder 38 aufgenommen, die eine Längsbewegung nur der Röhren 16 und der Kanäle 3 ermöglichen. Die Führungsglieder 38 schließen feststehende Teile 39 und bewegliche Teile 40 ein. Die feststehenden Teile 39 weisen untere Flansche 41 auf, die starr mit Hilfe von Schraubbolzen 42 an der Oberseite des Moderatortanks 2 befestigt sind und Außenrippen 43 haben, die in gleitender Verbindung mit Innen rippen 44 der beweglichen Teile 40 stehen. Die oberen Enden der beweglichen Teile 40 umgeben die Röhren 16 und sind daran angeschweißt. Aussparungen 45, die in den beweglichen Teilen 40 gebildet sind, werden von Platten 46, 47 geschlossen, die an die Röhren 16 bzw. beweglichen Teile 40 angeschweißt sind. Die Aussparungen 45 sind mit einer Mischung von Graphitkörnern 61 und Borstahlplatten 62 gefüllt, so daß die dichtgepackten Führungsglieder 38 eine Neutronenabschirmung über dem Moderatortank 2 bilden. Die beweglichen Teile 40 sind mit der Oberseite einer wärmeisolierenden Platte 48, welche die Oberseite des Moderatortanks 2 bedeckt, dicht verbunden, und zwar mit Hilfe von Bälgen 49, die an Dichtungsplatten 50 angebracht sind. Die Bälge 49 haben öffnungen51, die mit einem gemeinsamen Ableitrohr 52 verbunden sind, das mit einer Überwachungsvorrichtung in Verbindung steht, so daß ein Austreten von Reaktorkühlmittel leicht festgestellt werden kann.
Die Kanäle 3 weisen untere Enden 53 mit Öfmungen 54 auf, um die Auslaßröhren 10 für das Kondensat aufzunehmen, die mit äußeren Ablaßverschlüssen von herkömmlicher Art (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Auslaßröhren 10 bestehen aus Stahl und haben Stahlflansche 55, die mit den Zirkoniumkanalenden 53 durch Bolzen 56 aus Stahl von hoher Zugfestigkeit zusammengebolzt sind. Die Flansche 55 haben Kreisringe 57, die mit den Flanschen ein Ganzes darstellen und zu Flächen 58 an den Kanalenden 53 passen, um Verbindungsstellen zu bilden, die ähnlich wie die Verbindungsstellen 17 sind, die ja die oberen Enden der Kanäle 3 mit den Röhren 16 verbinden. Die Flansche 55 tragen auch Platten 59, die die Prallplatten 8 stützen. Die Prallplatten weisen ein zentrales Loch 60 auf.

Die unteren Enden der Kaiandriaröhren 11 sind durch Neutronenabschirmstopfen 63 verschlossen, welche Flansche 64 aufweisen, die wiederum am Boden des Moderatortanks 2 mit Hilfe von Bolzen 65 befestigt sind, wobei der Tank 2 mit Stahlplatten 66 zu Abschirmungszwecken versehen ist. Die Stopfen 63 haben öffnungen 67, um die Auslaßröhren 10 für das Kondensat aufzunehmen.

Zwischenräume 68 zwischen den Kaiandriaröhren 11 und Kanälen 3 sorgen für eine Wärmeisolierung, um die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den Kanälen 3 zu den Kaiandriaröhren 11 und von da zu dem im Tank 2 enthaltenen Moderator zu verringern.

Wenn der Reaktor in Betrieb ist, wird jegliches Kondensat, das durch das einströmende dampfförmige Kühlmittel abgelagert wird, wenn es durch die äußeren Strömungswege 7 zwischen den Kanälen 3 und den Umleitungsrohren 4 hinunterströmt, an den Wänden des verhältnismäßig kühlen Kanals 3 abgelagert. Der kleine Spielraum 9 zwischen den Prallplatten 8 und den Wänden der Kanäle 3 ermöglicht es dem Kondensat, zwischen dem Rand der Prallplatten 8 und den Wänden der Kanäle 3 nach unten zu fließen und dadurch aus den Kanälen auszutreten und zu den Auslaßöffnungen 10 für das Kondensat zu gelangen. Letztere sind von den Prallplatten 8 bedeckt, die den Dampfstrom in die Aufwärtsrichtung zu dem inneren Strömungsweg 6 umlenken. Diese Bedeckung ist von besonderem Vorteil bei Inbetriebsetzung des Reaktors, wenn sich noch wenig oder gar kein Kondensat angesammelt hat und die Auslaßöffnungen 10 für das Kondensat sonst der vollen Kraft des einströmenden Dampfes ausgesetzt wären. Kondensat, das sich nach dem Abschalten des Reaktors gebildet hat und versucht, sich in den von den oberen Flächen der Prallplatten 8 gebildeten Zwischenräumen anzusammeln, wird durch die Abflußlöcher 60 abgeleitet, wenn es sich sammelt, um

ein Mitgerissenwerden mit dem dampfförmigen Kühlmittel bei der nächsten Inbetriebsetzung zu vermeiden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dampf gekühlter Kernreaktor, bestehend aus einem Moderatoraufbau, vertikal ausgerichteten Kanälen, die sich in den Moderatoraufbau hinein erstrecken, deren untere Enden abgeschlossen sind, aus Kernbrennstoff in den Kanälen, aus je einem Kühlmittel-Strömungsumleitungsrohr in diesen Kanälen, das in Längsrichtung zwischen der Kanalwand und dem Kernbrennstoff so angeordnet ist, daß innere und äußere Strömungswege für ein kondensierbares Kühlmittel entstehen, sowie aus je einem unterhalb des unteren Endes eines jeden Umleitungsrohres vorgesehenen Prallkörper, der so geformt ist, daß er das Kühlmittel, das über dem äußeren Strömungsweg nach unten strömt, umleitet, so, daß es im Gegenstrom aufwärts über den inneren Strömungsweg strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (8) mit kleinem Abstand von der Kanalwand (3) derart angeordnet ist, daß das Dampfkondensat, welches sich an jeder Kanalwand (3) sammelt, an der Wand abwärts am Prallkörper (8) vorbei in einen Raum unterhalb desselben fließt, und daß eine Vorrichtung zum Abführen des Kondensats aus diesem Raum vorgesehen ist.

2. Dampfgekühlter Reaktor nach Anspruch 1, ίο dadurch gekennzeichnet, daß je eine Abflußöffnung (60) für das Kondensat vorgesehen ist, die sich durch das Zentrum jeder Prallplatte (8) erstreckt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 060 996;

britische Patentschrift Nr. 820 579;

»Engineering«, November 1958, S. 699;

»Proceedings of the Second United Nations Interao national Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy« Vol. 8, 1958, S. 87/88.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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