DE2260592A1

DE2260592A1 - Kern fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE2260592A1
Application number: DE2260592A
Authority: DE
Inventors: Andrew James Anthony
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1972-12-12
Publication date: 1973-07-05
Also published as: CH544383A; ES409668A1; CA973643A; DE2260592C3; JPS4867694A; FR2163677A1; GB1367809A; US3787286A; DE2260592B2

Description

BW 648/CE 3153

10.12,72 cl/k

Anmelder: Combustion Engineering, Inc· Windsor, Connecticut, U*S.A.

Kern für einen Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf elnsn Kern für einen . Kernreaktor, bei dem eine Anzahl von parallel angeordneten Stäben mit und ohne Brennstoff in solchem Abstand voneinander angeordnet sind, dass die Zwischenräume Kanäle für die Strömung des Kühlmittels bilden. Es ist bekannt, in diesen Kanälen Ablenkglieder anzuordnen, z. B. aus der U.S.»Patentschrift 3.379.619.

Solche Kernkonstruktionen sind allgemein bekannt; sie bestehen aus Gruppen von Brennstoffstäben, zwischen denen aber auch Steuerstäbe in Führungsrohren angeordnet sind. Das flüssige Kühlmittel, z. B. Wasser, strömt durch den Kern aufwärts in Kanälen, die durch die Abstände zwischen den Stäben gebildet werden.

309827/0347

Eine obere Betriebsgrenze bei üblichen Reaktoren besteht In dem Festsetzen eines Films, der auf der Oberfläche der Brennstoffstäbe siedet. Dieses Phänomen nennt man allgemein Abweichung von dem nuklearen Sieden (departure from nucleate boiling (DNB)). Dieses Phänomen wird beeinflusst durch den Abstand zwischen den Brennstoffstäben, dem Druck im System, dem Wärmefluss, der Enthalpy des Kühlmittels und der Geschwindigkeit des Kühlmittels. Wenn DNB eintritt, ergibt sich ein schneller Anstieg der Temperatur bei den benachbarten Brennstoffstäben infolge de;* verringerten Wärmeübergangs der schliessllch zum Ausfall dieses BrennstoffStabes führen kann· Um daher genügende Sicherheit zu erreichen, müssen Kernreaktoren bei einem Wärmefluss gefahren werden, der etwas kleiner ist als der bei dem DNB eintritt. Dieser Bereich wird im allgemeinen als der"thermische Berelch"des Reaktors bezeichnet, (thermal margin)

Kernreaktoren haben allgemein Bereiche des Kerns, die einen höheren Neutronenfluss und eine grössere Leistungsdichte haben als andere Bereiche. Diese Situation ergibt sich aus mehreren Gründen, von denen einer das Vorhandensein der Kanäle für die Steuerstäbe in Kern ist. Wenn die Steuerstäbe herausgezogen werden, füllen sich die Kanäle mit dem Moderator, so dass die Kapazität des Moderators an dieser Stelle erhöht wird. Daraus folgt dann eine höhere Leistungserzeugung in den benachbarten Brennstoffstäben. In diesen Bereichen grosser Leistungsdichte, die man auch

309827/0347

als ^höisse Kanäle* Ihöt chähnöls) bfeisöieimet» viergrössert sich die Enthalpy schneller als in anderen Kanälen. Eid sind diese heissen Kanälen, die die obere , Betriebsgrenze für den Reaktor verursachen und damit die Leistung des Generators selbst herabsetzen, wäll zunächst nur in diesen Kanälin dar kritische thermische Bereich zuerst erreicht wird* Wie oben erwähnt, ist es schön bekannt, die Stützgitter für die Gruppen vc-ii Brennstoffstäben mit Äbienkblecheh zu versehen. Öiese haben jedoch gewisse Nachteile. Die Gitter werden nach dem Prinzip der Eierkiste, d. h. mit sich kreuzenden Schienen gebildet und haben daher die Tendenzj die Strömung des Kühlmittels zu begradigen, arbeiten also gerade dem Zweck der wirbelnden Leitbleche entgegen» Wenn man die Leitbleche so anordnen Will» dass sie in den Raum hereinragen, der von den Teilen der Gitterkonstruktion eingenommen wird, so wird auch der Querschnitt t der für die Strömung, den!Kühlmittels zur Verfugung steht, eingeschränkt und dadurch der Druckverlust der beim Durchfluss des Kühlmittels durch den Kern entsteht, erhöht. Daraus ergibt eich dann ein entsprechender erhöhter Bedarf an Pumpenleistung und Betriebskosten·

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Verhältnisse zu verbessern« d. h. den Druckverlust zu verkleinern und die Wirkung der Leitbleche zu erhöhen. ^; ' '

Für einen Kern der eingangs beschriebenen Art wird dies gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Leitbleche aus dünnen MetalIstreifen gebildet werden/die mindestens an einigen der parallel angeordneten Stäbe

BAD ORIGiNAL

öder Pührungerohre befestigt sind und vorgefertigte Leitflächen besitzen, die in die Strömungskanäle hineinragen.

Die Metallstreifen werden an ausgewählten Stellen angebracht , so dass die Leitbleche in den Bereichen wirksam werden, in denen keine Stützgitter für die Stäbe vorgesehen sind, so dass die Vermischung der Kühlflüssigkeit nicht gehindert wird. Man kann diese Leitbleche sowohl an den Brennstoffstäben als an den Steuerstäben und schliesslich auch an den Führungsrohren für die Steuerstäbe anbringen. So gelingt es, eine Kernkonstruktion zu finden, bei der der Druckverlust geringer ist und daher weniger Pumpenleistung und Betriebskosten nötig sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt nun eine Beschreibung der Ausführungsbeispiele die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Die Zeichnungen stellen dart

Figur It eine Ansicht des Kerns eines Kernreaktors;

Figur 2 t eine Ansicht von oben auf einen Teil des Kerns nach Figur Ij

Figur 3: eine perspektivische Darstellung der Erfindung bei Anwendung auf ein Führungsrohr für einen Steueretab$

Figur 4: eine perspektivische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels, bei dem die Erfindung bei einem brennbaren Giftstab angewendet ist;

309827/0347 BAD

Die Figuren 5, 6 und 7 sind Ansichten von vorne, von

oben und von der Seite der Leitbleche der Figur 4;

die Figuren 8, 9 und 10 sind Ansichten von vorne, von

oben und von der Seite der Leitbleche nach Figur 3.

Der Kern IO (Figur 1) enthält eine Vielzahl von Brennstoffstäben 12, die durch obere und untere Halteplatten 14 und 16 festgehalten werden« über den Bereich des Kerns ist eine Anzahl von brennbaren Giftstäben la (Figur 2) angebracht, die im wesentlichen die gleiche Form besitzen wie die Br©nnst®£f-©t«&® 12 und auch mit ihren oberen und unteren Enden In den Endplatten 14 und 16 gehalten werden* Der Kern IO enthält auch eine Mehrzahl von zylindrischen Führungsrohren, deren Durchmesser etwas grosser ist als der der Brennstoffstäbe 12 und der Giftstäbe 18. Im Übrigen sind sie aber etwa genau so lang wie diese. Innerhalb der Führungsrohre 20 sind Steuerstäbe, die hier nicht dargestellt sind, auf* und ab beweglich, um den Betrieb des Reaktorkerns in bekannter Weise zu regeln.

In senkrechten Abständen voneinander sind Stützgitter 24 angebracht, die die Teile des Reaktorskerns in waagerechter Richtung auf richtigen Abstand halten sollen, dabei aber an den entsprechenden Stellen Strömungskanäle 26 bilden. Aus Figur 2 ist am besten zu ersehen, dass die Stützkonstruktionen 24 aus einer Mehrzahl sich schneidender länglicher Schienen 28 besteht, die nach Art eines Gitters angeordnet sind.

309827/0347

In der dargestellten Ausführung verlaufen die Schienen in der Längsrichtung entsprechend einer Schlangenlinie die sich daraus ergibt, dass einerseits feste Wiederlager 30 gebildet werden, in die die Stäbe des Kerns mit Hilfe von ausgestanzten federnden Fingern 32 gedrtickt werden, um so in waagerechter Richtung die Teile des Kerns festzulegen.

Bei der Erfindung werden Ablenkbleche für die Strömung der Kühlflüssigkeit vorgesehen, damit diese aus einem Kanal in einen anderen flieset und die Mischung unterstützt wird. Diese Leitbleche bestehen im Ausführungsbeispiel der Figuren 3, 5, 6 und 7 aus länglichen dünnen MetalIstreifen 36, die eine Anzahl zur Seite vorspringender Ansätze besitzn. Eine Anzahl von diesen Streifen wird z. B. durch Schweissen auf den Umfang im Abstand voneinander angeordneten Punkten mit ausgewählten Teilen des Kerns verbunden. Die Streifen besitzen im wesentlichen rechteckige Form, sind aber so gebogen, dass sie sich der Oberfläche desjenigen Stabes anpassen, mit dem sie verbunden werden sollen. Die Ansätze der Streifen 36 werden auegestanzt und abgebogen, um die Leitflächen 3Θ zu bilden. An den Stellen, an denen keine Leitflächen vorgesehen werden sollen, werden öffnungen 40 ausgestanzt, um die Menge: von Fremdmaterial zu begrenzen, die sonst einen störenden Einfluss auf den Neutronenfluss im Kern haben würde. Die Leitflächen 38 sind so von dem Streifen abgebogen, dass sie in den benachbarten Strömungskanal hineinragen, um den Flüssigkeitsstrom abzulenken· Wie aus den Figuren 5 bis 10 ersichtlich, können die Leitbleche einfach in einem Winkel abgebogen werden (Figuren 5, 6 und 7); sie können

309827/0347

BAD ORtQtKAL.

aber auch, wie bei 38* (Figuren 8, 9 und 10) zusätzlich mit einer leichten Verdrehung oder Wendelung versehen werden. Die Bleche 38, wie sie in den Figuren 5, 6 und7 gezeigt sind, lenken die Strömung in be« nachbarte Strömungskanäle ab und sollen daher die Wirbelung unterstützen, die zur Vermischung führt. Die Bleche 38* entsprechend den Figuren 8, 9 und 10 erteilen der Kühlflüssigkeit zusätzlich noch einige Drehbewegung, die - wie bekannt - die Mischung verbessert.

Die Metallstreifen 36 können sich über die ganze wirksame Länge des Kerns erstrecken, wie das in Figur 3 dargestellt ist· Die Ableitbleche 38 werden in Längsrichtung so dicht aneinandergereiht, wie es den praktischen Erfordernissen entspricht. Diejenigen Teile eines jeden Streifens, die sich an der Stelle befinden, wo die Gitterkonstruktionen angebracht sind, z. B. bei 39, sollten frei von Leitblechen sein, um den Strömungsquerschnitt in den Kanälen 26 so gross wie möglich zu machen. Alternativ dazu können,wie in Figur 4 bei 36* gezeigt, die Streifen von begrenzter Länge sein,die gewissermassen als Segmente nur diejenigen Teile der Stäbe oder Rohre umgeben, in deren Bereich sich Teile Gitterkonstruktion 24 befindet.

Man kann die Streifen 36 an allen Stäben oder Rohren oder nur an einigen anbringen« Gemäss einem Merkmal der Erfindung wirken sie aber an denjenigen Stellen angebracht, die keinen Brennstoff enthalten, nämlich an den brennbaren Giftstäben 18 und den Führungsrohren 20 für die Steuerstäbe. An diesen Stellen sind sie

3 0 9 8 2 7/0347

«» 8 —

nämlich in denjenigen Strömungskanalen 26 der Kühlflüssigkeit angeordnet, die einem schnelleren An* wachsen der Enthalpy des Kühlmittels ausgesetzt sind, weil die Moderatorkapazität dort örtlich erhöht ist. Man bringt die Streifen 36 in der Regel nicht an den Brennstoffstäben 12 an, weil der Übergang von den Brennstoffstäben gestört werden würde. Wenn jedoch eine solche Wirkung geduldet werden kann, kann nan sie auch dort anbringen, um einen "heiseen Kanal¹* auszuschalten.

309827/0347

Claims

P atentansprüche

1.)JKern für einen Kernreaktor, bei dem eine Anzahl von parallel angeordneten Stäben mit und ohne Brennstoff in solchem Abstand voneinander angeordnet sind, dass die Zwischenräume Kanäle für die Strömung des Kühlmittels bilden, in die Leitbleche hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Leitbieche aus dünnen Metallstreifen (36) gebildet werden, die an mindestens einigen der parallel angeordneten Stäbe oder Führungsrohre (12, 18, 20) befestigt sind vtnü vorgefertigte Leitflächen (38) besitzen, di© In iia Strömungskanäle hineinragen.

2·) Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen C36) wenigstens an einigen der Teile Brennstoff enthaltenden Stäbe befestigt sind·

3.) Kern n&ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen 36 an den brennbaren Giftstäben (18) befestigt sind·

4.) Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen 36 an den Führungsrohren (20) für die Steuerstäbe des Reaktors befestigt sind*

5·) Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_? dass an den Stäben oder Rohren(12, 18, 20) mehrere Metallstreifen auf den Umfang verteilt angebracht sind, die sich über die ganze Länge der Stäbe oder Rohre (12, 18, 20) erstrecken·

309827/0347

6.) Kern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (36) in Abschnitten längs den Stäben oder Rohren angeordnet sind.

7o) Kern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Streifen(36) mit den Rohren verschweißt aind*

309827/0347